JP7042589B2 - Negative electrode - Google Patents

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Description

本発明は、負極に関する。 The present invention relates to a negative electrode.

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、加速時に高い出力放電特性を発揮する蓄電システムが要求されている。
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 energy conservation and effective use of energy aiming at conservation of global environment, power smoothing system or midnight power storage system for wind power generation, distributed power storage system for home use based on solar power generation technology, power storage for electric vehicles Systems and the like are attracting attention.
The first requirement of the batteries used in these power storage systems is high energy density. Lithium-ion batteries are being energetically developed as promising candidates for high-energy density batteries that can meet such demands.
The second requirement is 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), a power storage system that exhibits high output discharge characteristics during acceleration is required. Has been done.
Currently, electric double layer capacitors, nickel-metal hydride batteries, and the like are being developed as high-output 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、出力特性が高いだけでなく、耐久性(サイクル特性及び高温保存特性)もまた高く、上記の高出力が要求される分野で最適のデバイスであると考えられてきた。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、さらなるエネルギー密度の向上が必要である。
一方、現在ハイブリッド電気自動車で一般に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特性をより一層高めるとともに、耐久性(特に、高温における安定性)を高めるための研究が精力的に進められている。
また、リチウムイオン電池においても、高出力化に向けての研究が進められている。例えば、放電深度(すなわち、蓄電素子の放電容量に対する放電量の割合(%))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)は、電気二重層キャパシタに比べ劣る。そのため、そのようなリチウムイオン電池は、実用的な耐久性を持たせるために、放電深度が0~100%の範囲よりも狭い範囲で使用される。実際に使用できる容量はさらに小さくなるから、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。
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 not only high output characteristics but also high durability (cycle characteristics and high temperature storage characteristics), and has been considered to be the most suitable device in the above-mentioned field where high output is required. However, its energy density is only about 1 to 5 Wh / L. Therefore, it is necessary to further improve the energy density.
On the other hand, the nickel-metal hydride battery generally used in hybrid electric vehicles at present 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 enhance its energy density and output characteristics, as well as to enhance its durability (particularly, stability at high temperatures).
In addition, research is underway to increase the output of lithium-ion batteries. For example, a lithium ion battery has been developed that can obtain a high output exceeding 3 kW / L at a discharge depth (that is, a ratio (%) of a discharge amount to a discharge capacity of a power storage element) of 50%. However, the 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, such lithium-ion batteries are used in a range narrower than the range of 0 to 100% in the discharge depth in order to have practical durability. Since the capacity that can actually be used becomes smaller, research is being vigorously pursued to further improve durability.

上記のように、高エネルギー密度、高出力特性、及び高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。
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(以下、「非水系リチウム型蓄電素子」ともいう。)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及び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及び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。
上記の蓄電素子に一般的に用いられる電極材料とその特徴をまとめると、一般的に、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及び脱離(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が得られるが、エネルギー密度が低くなる(例えば1倍とする。)。一方、電極に酸化物や炭素材料を用い、ファラデー反応により充放電を行う場合は、エネルギー密度が高くなる(例えば、活性炭を用いた非ファラデー反応の10倍とする。)が、耐久性及び出力特性に課題がある。
As described above, there is a strong demand for practical use of a power storage element having high energy density, high output characteristics, and high 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.
A lithium ion capacitor is a type of storage element (hereinafter, also referred to as "non-aqueous lithium type storage element") that uses a non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt, and is an electric double layer capacitor with a positive voltage of about 3 V or higher. It is a power storage element that charges and discharges by a non-Faraday reaction by adsorption and desorption of anions similar to the above, and by a Faraday reaction by storage and release of lithium ions similar to lithium ion batteries in the negative electrode.
To summarize the electrode materials generally used for the above energy storage elements and their characteristics, generally, a material such as activated carbon is used for the electrodes, and charging and discharging are performed by adsorption and desorption (non-Faraday reaction) of ions on the surface of activated carbon. If this is done, high output and high durability will be obtained, but the energy density will be low (for example, 1 times). On the other hand, when an oxide or carbon material is used for the electrode and charging / discharging is performed by a Faraday reaction, the energy density becomes high (for example, 10 times that of a non-Faraday reaction using activated carbon), but the durability and output are increased. There is a problem with the characteristics.

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、したがって高出力かつ高耐久性を有するが、エネルギー密度が低い(正極1倍×負極1倍=1)という特徴がある。
リチウムイオン二次電池は、正極にリチウム遷移金属酸化物(エネルギー密度10倍)、負極に炭素材料(エネルギー密度10倍)を用い、正負極共にファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、したがって高エネルギー密度(正極10倍×負極10倍=100)を有するが、出力特性及び耐久性に課題がある。さらに、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。
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、したがって、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非対称キャパシタである。そして、リチウムイオンキャパシタは高出力かつ高耐久性でありながら、高エネルギー密度(正極1倍×負極10倍=10)を有し、リチウムイオン二次電池の様に放電深度を制限する必要がないことが特徴である。
As a combination of these electrode materials, the electric double layer capacitor is characterized by using activated carbon (energy density 1 times) for the positive and negative electrodes and charging and discharging both the positive and negative electrodes by a non-Faraday reaction, and thus has high output and high durability. Although it has properties, it is characterized by a low energy density (1x positive electrode x 1x negative electrode = 1).
Lithium-ion secondary batteries are 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 and negative electrodes by a Faraday reaction. It has a high energy density (positive electrode 10 times x negative electrode 10 times = 100), but has 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 a lithium ion secondary battery can use only 10 to 50% of its energy.
Lithium-ion capacitors are characterized by using activated carbon (1x energy density) for the positive electrode and carbon material (10x energy density) for the negative electrode, and charging and discharging by a non-Faraday reaction at the positive electrode and a Faraday reaction at the negative electrode. It is an asymmetric capacitor that combines the characteristics of an electric double-layer capacitor and a lithium-ion secondary battery. The lithium-ion capacitor has a high energy density (1x positive electrode x 10x negative electrode = 10) while having high output and high durability, and it is not necessary to limit the discharge depth unlike a lithium ion secondary battery. Is a feature.

リチウムイオンキャパシタを用いる用途としては、例えば、鉄道、建機、自動車等における蓄電用途等が挙げられる。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、優れた入出力特性、優れた高温耐久性、高負荷時の充放電サイクル特性に優れること等を同時に実現することが要求される。
このような要求への対策技術として、特許文献1には、結晶性炭素及び非晶質炭素の含有率を変化させることにより、入出力特性、容量、及びサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供できる技術が開示されている。しかし、特許文献1では、高温保存時の特性については考慮されていない。
特許文献2には、負極活物質層の表面側に分布する黒鉛粒子の黒鉛化度が、負極集電体側に分布する黒鉛粒子の黒鉛化度よりも低い負極を使用することにより、リチウム析出を抑制し、サイクル特性を向上し、良好な充放電特性が得られるリチウムイオン二次電池を提供できる技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1及び2のいずれの文献もリチウムイオン二次電池を想定しており、リチウムイオンキャパシタのような100C程度のCレートの高負荷充放電サイクルでのサイクル特性の向上は対策されておらず、また、高温での保存特性については全く考慮されていない。
Examples of applications in which lithium ion capacitors are used include storage applications in railways, construction machinery, automobiles, and the like. In these applications, the operating environment is harsh, so the capacitors used are required to simultaneously achieve excellent input / output characteristics, excellent high-temperature durability, and excellent charge / discharge cycle characteristics under high load. To.
As a countermeasure technique for such a requirement, Patent Document 1 describes a lithium ion secondary battery having excellent input / output characteristics, capacity, and cycle characteristics by changing the content of crystalline carbon and amorphous carbon. The technology that can provide the above is disclosed. However, Patent Document 1 does not consider the characteristics during high-temperature storage.
In Patent Document 2, lithium precipitation is caused by using a negative electrode in which the degree of graphitization of the graphite particles distributed on the surface side of the negative electrode active material layer is lower than the degree of graphitization of the graphite particles distributed on the negative electrode current collector side. Disclosed is a technique capable of providing a lithium ion secondary battery that suppresses, improves cycle characteristics, and obtains good charge / discharge characteristics.
However, both of Patent Documents 1 and 2 assume a lithium ion secondary battery, and improvement of cycle characteristics in a high load charge / discharge cycle of about 100 C rate such as a lithium ion capacitor is taken. No consideration is given to storage characteristics at high temperatures.

特開2012-15051号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-15501 特開2010-267540号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-267540

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. Mol. H. de Boer, J.M. Catalysis, 4319 (1965) R.S.Mikhail,S.Brunauer,E.E.Bodor,J.Colloid Interface Sci.,26,45(1968)R. S. Mikhair, S.M. Brunar, E. et al. E. Border, J.M. Colloid Interface Sci. , 26,45 (1968)

以上の現状に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、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を有する負極において、低抵抗かつ高負荷時の充放電サイクル特性、及び高温保存耐久性に優れ、かつセル組立時の負極活物質の欠落が抑制された負極を提供することである。 In view of the above situation, the problems to be solved by the present invention are the charge / discharge cycle characteristics at low resistance and high load in the negative electrode having the negative electrode active material layer containing the negative electrode active material capable of storing and releasing lithium ions. It is an object of the present invention to provide a negative electrode which is excellent in high temperature storage durability and in which the loss of a negative electrode active material during cell assembly is suppressed.

上記課題は以下の技術的手段により解決される。
すなわち、本発明は、以下のとおりのものである:
[1] 負極集電体と、前記負極集電体の片面又は両面にリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材材料からなる負極活物質を含む負極活物質層とを有する負極であって、
以下の(i)~(iii):
(i)前記負極活物質層が、炭素材料からなる第1負極活物質、及び炭素材料からなり、かつ前記第1負極活物質とは異なる第2負極活物質を含有する、
(ii)前記負極活物質層について、前記負極活物質の質量を基準としてBET法により算出した比表面積が4m/g以上75m/g以下である、並びに、
(iii)ラマン分光法により得られる前記負極活物質層表面のラマンマッピングにおいて、1350±15cm-1に現れるDバンドのピーク強度Iと、1585±15cm-1に現れるGバンドのピーク強度Iとの比I/Iが0.5以上1.3以下であるマッピング面積の、マッピング全体面積に対する割合A1が、50%以上95%以下である、
のすべてを満たすことを特徴とする、負極。
[2] 前記A1が60%以上90%以下である、[1]に記載の負極。
[3] 前記I/Iが1.0以上1.3以下であるマッピング面積の、マッピング全体面積に対する割合A2が、3%以上70%以下である、[1]又は[2]に記載の負極。
[4] 前記負極活物質層は、前記負極活物質の質量を基準として、BJH法により算出した直径2nm以上50nm以下の細孔に由来する空孔量をVm1(cc/g)、直径20nm以上50nm以下の細孔に由来する空孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.6≦Vm1/(Vm1+Vm2)≦0.8を満たす、[1]~[3]のいずれか1項に記載の負極。
[5] 前記負極活物質層は、窒素脱着時の等温線をBJH法で解析して得られる細孔分布曲線において、直径20nm以上50nm以下の領域に少なくとも1つのピークを有する、[1]~[4]のいずれか1項に記載の負極。
[6] 前記負極活物質層の剥離強度が0.40N/cm以上2.00N/cm以下である、[1]~[5]のいずれか1項に記載の負極。
[7] 前記第1負極活物質が、
(i)黒鉛系材料又は(ii)黒鉛系材料からなる基材と、炭素質材料前駆体とを複合させた黒鉛系複合材料であり、
前記第2負極活物質が、
(i)非晶質炭素材料又は(ii)非晶質炭素材料からなる基材と炭素質材料前駆体とを複合させた非晶質系炭素複合材料である、
[1]~[6]のいずれか1項に記載の負極。
[8] 前記第1負極活物質の質量が前記負極活物質層中に占める割合をM(質量%)とし、前記第2負極活物質の質量が前記負極活物質層中に占める割合をM(質量%)とするとき、M/(M+M)が0.01以上0.75以下である、[7]に記載の負極。
[9] 前記負極活物質層の嵩密度が0.6g/cc以上1.6g/cc以下である、[1]~[8]のいずれか1項に記載の負極。
[10] 前記負極活物質層の厚さが片面あたり10μm以上50μm以下である、[1]~[9]のいずれか1項に記載の負極。
[11] 前記負極集電体が穴あき銅箔である、[1]~[10]のいずれか1項に記載の負極。
[12] 前記負極集電体の表面が粗面化処理された無孔の銅箔である、[1]~[10]のいずれか1項に記載の負極。
[13] 前記負極活物質層が、リチウムと合金を形成する合金系材料を含む、[1]~[12]のいずれか1項に記載の負極。
[14] 前記負極活物質層が、チタン酸リチウムを含む、[1]~[13]のいずれか1項に記載の負極。
[15] 前記負極集電体上に負極塗工液を塗工して負極活物質層を形成する工程を含み、
前記負極塗工液は、前記第1負極活物質と、前記第2負極活物質と、溶媒と、結着剤とを含み、前記負極塗工液中の前記溶媒を除く全成分の質量の、前記負極塗工液の全質量に対する割合W(質量%)が、10≦W≦70である、[1]~[14]のいずれか1項に記載の負極の製造方法。
[16] 前記結着剤は、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、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリイミドのうちの少なくとも1つである、[15]に記載の方法。
[17] 前記負極集電体上に前記負極塗工液を多条塗工して前記負極活物質層を形成する、[15]又は[16]に記載の方法。
[18] 前記負極集電体上に前記負極塗工液を間欠塗工して前記負極活物質層を形成する、[15]~[17]のいずれか1項に記載の方法。
[19] 前記負極集電体上に前記負極塗工液を塗工した後、スリットする工程、及びその後プレスする工程をさらに含む、[15]~[18]のいずれか1項に記載の方法。
[20] 前記負極集電体上に前記負極塗工液を塗工した後、遠赤外線又は近赤外線を用いて乾燥する工程をさらに含む、[15]~[19]のいずれか1項に記載の方法。
[21] 前記負極集電体上に前記負極塗工液を塗工した後、80℃以上の熱風を用いて乾燥する工程をさらに含む、[15]~[19]のいずれか1項に記載の方法。
[22] [1]~[14]のいずれか1項に記載の負極、並びに正極及びセパレータを含む、電極体。
[23] [1]~[14]のいずれか1項に記載の負極、並びに正極、セパレータ、及びリチウムイオンを含む非水系電解液が、外装体内に入納されてなる、非水系リチウム型蓄電素子。
[24] 前記外装体が金属缶又はラミネートフィルムからなる、[23]に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[25] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、蓄電モジュール。
[26] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、電力回生アシストシステム。
[27] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、電力負荷平準化システム。
[28] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、無停電電源システム。
[29] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、非接触給電システム。
[30] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、エナジーハーベストシステム。
[31] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、蓄電システム。
[32] 前記非水系リチウム型蓄電素子と、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池、又は燃料電池とが、直列又は並列に接続されてなる、[31]に記載の蓄電システム。
[33] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、太陽光発電蓄電システム。
[34] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、電動パワーステアリングシステム。
[35] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、非常用電源システム。
[36] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、インホイールモーターシステム。
[37] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、アイドリングストップシステム。
[38] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、急速充電システム。
[39] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、スマートグリッドシステム。
[40] [23]又は[24]に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、乗り物。
[41] 電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、又は電動バイクである、[40]に記載の乗り物。
The above problems are solved by the following technical means.
That is, the present invention is as follows:
[1] A negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material made of a carbon material capable of storing and releasing lithium ions on one or both sides of the negative electrode current collector.
The following (i) to (iii):
(I) The negative electrode active material layer contains a first negative electrode active material made of a carbon material and a second negative electrode active material made of a carbon material and different from the first negative electrode active material.
(Ii) The specific surface area of the negative electrode active material layer calculated by the BET method based on the mass of the negative electrode active material is 4 m 2 / g or more and 75 m 2 / g or less, and
(Iii) In the Raman mapping of the surface of the negative electrode active material layer obtained by Raman spectroscopy, the peak intensity ID of the D band appearing at 1350 ± 15 cm -1 and the peak intensity IG of the G band appearing at 1585 ± 15 cm -1 . The ratio A1 of the mapping area having an I D / IG of 0.5 or more and 1.3 or less to the total mapping area is 50% or more and 95% or less.
The negative electrode is characterized by satisfying all of the above.
[2] The negative electrode according to [1], wherein the A1 is 60% or more and 90% or less.
[3] The ratio A2 of the mapping area having the ID / IG of 1.0 or more and 1.3 or less to the total mapping area is 3% or more and 70% or less, according to [1] or [2]. Negative electrode.
[4] The negative electrode active material layer has a pore size of V m1 (cc / g) and a diameter of 20 nm derived from pores having a diameter of 2 nm or more and 50 nm or less calculated by the BJH method based on the mass of the negative electrode active material. When the amount of pores derived from the pores of 50 nm or less is V m2 (cc / g), 0.6 ≦ V m1 / (V m1 + V m2 ) ≦ 0.8 is satisfied, [1] to [3]. ] The negative electrode according to any one of the items.
[5] The negative electrode active material layer has at least one peak in a region having a diameter of 20 nm or more and 50 nm or less in a pore distribution curve obtained by analyzing an isotherm at the time of nitrogen desorption by the BJH method [1] to. The negative electrode according to any one of [4].
[6] The negative electrode according to any one of [1] to [5], wherein the peel strength of the negative electrode active material layer is 0.40 N / cm or more and 2.00 N / cm or less.
[7] The first negative electrode active material is
It is a graphite-based composite material in which a base material made of (i) a graphite-based material or (ii) a graphite-based material and a carbonaceous material precursor are composited.
The second negative electrode active material is
(I) An amorphous carbon composite material in which a base material made of an amorphous carbon material or (ii) an amorphous carbon material and a carbonaceous material precursor are composited.
The negative electrode according to any one of [1] to [6].
[8] The ratio of the mass of the first negative electrode active material to the negative electrode active material layer is M 1 (mass%), and the ratio of the mass of the second negative electrode active material to the negative electrode active material layer is M. 2. The negative electrode according to [7], wherein M 2 / (M 1 + M 2 ) is 0.01 or more and 0.75 or less when 2 (mass%) is used.
[9] The negative electrode according to any one of [1] to [8], wherein the negative electrode active material layer has a bulk density of 0.6 g / cc or more and 1.6 g / cc or less.
[10] The negative electrode according to any one of [1] to [9], wherein the negative electrode active material layer has a thickness of 10 μm or more and 50 μm or less per surface.
[11] The negative electrode according to any one of [1] to [10], wherein the negative electrode current collector is a perforated copper foil.
[12] The negative electrode according to any one of [1] to [10], which is a non-perforated copper foil whose surface is roughened on the surface of the negative electrode current collector.
[13] The negative electrode according to any one of [1] to [12], wherein the negative electrode active material layer contains an alloy-based material that forms an alloy with lithium.
[14] The negative electrode according to any one of [1] to [13], wherein the negative electrode active material layer contains lithium titanate.
[15] A step of applying a negative electrode coating liquid onto the negative electrode current collector to form a negative electrode active material layer is included.
The negative electrode coating liquid contains the first negative electrode active material, the second negative electrode active material, a solvent, and a binder, and has the mass of all the components in the negative electrode coating liquid excluding the solvent. The method for manufacturing a negative electrode according to any one of [1] to [14], wherein the ratio WT (mass%) of the negative electrode coating liquid to the total mass is 10 ≦ WT ≦ 70.
[16] The binder is at least one of latex, styrene-butadiene copolymer, fluororubber, acrylic copolymer, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and polyimide, [15]. The method described.
[17] The method according to [15] or [16], wherein the negative electrode coating liquid is multi-stripped on the negative electrode current collector to form the negative electrode active material layer.
[18] The method according to any one of [15] to [17], wherein the negative electrode coating liquid is intermittently applied onto the negative electrode current collector to form the negative electrode active material layer.
[19] The method according to any one of [15] to [18], further comprising a step of applying the negative electrode coating liquid on the negative electrode current collector, then slitting, and then pressing. ..
[20] The item according to any one of [15] to [19], further comprising a step of applying the negative electrode coating liquid on the negative electrode current collector and then drying using far infrared rays or near infrared rays. the method of.
[21] The item according to any one of [15] to [19], further comprising a step of applying the negative electrode coating liquid on the negative electrode current collector and then drying using hot air at 80 ° C. or higher. the method of.
[22] An electrode body including the negative electrode according to any one of [1] to [14], and a positive electrode and a separator.
[23] The negative electrode according to any one of [1] to [14], and the non-aqueous electrolyte solution containing the positive electrode, the separator, and the lithium ion are stored in the exterior body, and the non-aqueous lithium storage is stored. element.
[24] The non-aqueous lithium-type power storage element according to [23], wherein the exterior body is made of a metal can or a laminated film.
[25] A power storage module including the non-aqueous lithium power storage element according to [23] or [24].
[26] A power regeneration assist system including the non-aqueous lithium power storage element according to [23] or [24].
[27] A power load leveling system comprising the non-aqueous lithium storage element according to [23] or [24].
[28] An uninterruptible power supply system including the non-aqueous lithium power storage element according to [23] or [24].
[29] A non-contact power feeding system including the non-aqueous lithium power storage element according to [23] or [24].
[30] An energy harvesting system comprising the non-aqueous lithium storage element according to [23] or [24].
[31] A power storage system including the non-aqueous lithium power storage element according to [23] or [24].
[32] The power storage system according to [31], wherein the non-aqueous lithium power storage element and a lead battery, a nickel hydrogen battery, a lithium ion secondary battery, or a fuel cell are connected in series or in parallel.
[33] A photovoltaic power storage system including the non-aqueous lithium power storage element according to [23] or [24].
[34] An electric power steering system including the non-aqueous lithium power storage element according to [23] or [24].
[35] An emergency power supply system including the non-aqueous lithium power storage element according to [23] or [24].
[36] An in-wheel motor system comprising the non-aqueous lithium storage element according to [23] or [24].
[37] An idling stop system including the non-aqueous lithium storage element according to [23] or [24].
[38] A fast charging system comprising the non-aqueous lithium storage element according to [23] or [24].
[39] A smart grid system comprising the non-aqueous lithium storage element according to [23] or [24].
[40] A vehicle comprising the non-aqueous lithium storage element according to [23] or [24].
[41] The vehicle according to [40], which is an electric vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a hybrid vehicle, or an electric motorcycle.

本発明によれば、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を有する負極において、低抵抗かつ高負荷時の充放電サイクル特性、及び高温保存耐久性に優れる負極が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, in a negative electrode having a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material capable of storing and releasing lithium ions, a negative electrode having low resistance, charge / discharge cycle characteristics under high load, and excellent high temperature storage durability is provided. To.

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。 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.

<負極>
本実施形態における負極は、負極集電体と、負極集電体の片面又は両面にリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材材料からなる負極活物質を含む負極活物質層を有する。
<Negative electrode>
The negative electrode in the present embodiment has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material made of a carbon material capable of storing and releasing lithium ions on one or both sides of the negative electrode current collector.

[負極活物質層]
本実施形態において、リチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材材料からなる負極活物質は、炭素材料からなる第1負極活物質、及び炭素材料からなり、かつこの第1負極活物質とは異なる第2負極活物質を含有する。
本実施形態における負極活物質層は、第1負極活物質及び第2負極活物質以外に、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]
In the present embodiment, the negative electrode active material made of a carbon material capable of storing and releasing lithium ions is made of a first negative electrode active material made of a carbon material and a carbon material, and is different from the first negative electrode active material. Contains negative electrode active material.
The negative electrode active material layer in the present embodiment may contain optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer, if necessary, in addition to the first negative electrode active material and the second negative electrode active material. ..

本実施形態において、負極活物質層は、該負極活物質の質量を基準として、BET法により算出した比表面積が4m/g以上75m/g以下である。BET法により算出した比表面積の下限値は、好ましくは5m/g以上、さらに好ましくは6m/g以上、特に好ましくは7m/g以上である。BET法により算出した比表面積の上限値は、60m/g以下、さらに好ましくは40m/g以下、特に好ましくは30m/g以下である。
本実施形態において、負極活物質層は、ラマン分光法により得られる該負極活物質層のラマンマッピングにおいて、1350±15cm-1に現れるDバンドのピーク強度Iと、1585±15cm-1に現れるGバンドのピーク強度Iとの比I/Iが0.5以上1.3以下であるマッピング面積の、マッピング全体面積に対する割合A1が、50%以上95%以下である。A1の下限値は、好ましくは60%以上、さらに好ましくは65%以上である。A1の上限値は、好ましくは90%以下、85%以下である。
In the present embodiment, the negative electrode active material layer has a specific surface area of 4 m 2 / g or more and 75 m 2 / g or less calculated by the BET method based on the mass of the negative electrode active material. The lower limit of the specific surface area calculated by the BET method is preferably 5 m 2 / g or more, more preferably 6 m 2 / g or more, and particularly preferably 7 m 2 / g or more. The upper limit of the specific surface area calculated by the BET method is 60 m 2 / g or less, more preferably 40 m 2 / g or less, and particularly preferably 30 m 2 / g or less.
In the present embodiment, the negative electrode active material layer appears at the peak intensity ID of the D band appearing at 1350 ± 15 cm -1 and 1585 ± 15 cm -1 in the Raman mapping of the negative electrode active material layer obtained by Raman spectroscopy. The ratio A1 of the mapping area having the ratio ID / IG to the peak intensity IG of the G band to 0.5 or more and 1.3 or less with respect to the total mapping area is 50% or more and 95% or less. The lower limit of A1 is preferably 60% or more, more preferably 65% or more. The upper limit of A1 is preferably 90% or less and 85% or less.

本実施形態の負極は、負極活物質層についてBET法により算出した比表面積と、負極活物質層表面のラマン分光法により得られるラマンマッピングにおける割合A1とを、特定の範囲に調整することで、優れた高負荷充放電サイクル特性と高電圧における優れた高温保存特性とが得られる。その原理は明らかではなく、理論に限定されないが、次のように推察される。
BET法により算出した比表面積が4m/g以上であり、かつA1が60%以上であれば、高負荷充放電サイクルが向上すると考えられる。その原理は必ずしも明らかではないが、これらの値を前記の範囲にすることで、大電流で充電する際のリチウムを受入れる負極活物質層の表面積が大きく、かつ炭素材料の結晶化度が低くなる。そのため、充放電に際してリチウムイオンの拡散が速くなってリチウムイオンの受入れ性が向上すると思われる。その結果、大電流で充電する際のリチウム析出が抑制され、高負荷充放電サイクル特性が向上すると考えられる。特に、正極前駆体がリチウム化合物を含有する場合、リチウム化合物の分解物が負極表面に堆積し、リチウムの受入れ性が低下するため、リチウムが析出し易くなるが、負極活物質層の比表面積及びAIを前記の範囲にすることで、リチウムの析出を抑制できると考えられる。
In the negative electrode of the present embodiment, the specific surface area calculated by the BET method for the negative electrode active material layer and the ratio A1 in the Raman mapping obtained by the Raman spectroscopy on the surface of the negative electrode active material layer are adjusted to a specific range. Excellent high load charge / discharge cycle characteristics and excellent high temperature storage characteristics at high voltage can be obtained. The principle is not clear and is not limited to theory, but it is inferred as follows.
If the specific surface area calculated by the BET method is 4 m 2 / g or more and A1 is 60% or more, it is considered that the high load charge / discharge cycle is improved. The principle is not always clear, but by setting these values in the above range, the surface area of the negative electrode active material layer that receives lithium when charging with a large current is large, and the crystallinity of the carbon material is low. .. Therefore, it is considered that the diffusion of lithium ions becomes faster during charging and discharging, and the acceptability of lithium ions is improved. As a result, it is considered that lithium precipitation when charging with a large current is suppressed and the high load charge / discharge cycle characteristics are improved. In particular, when the positive electrode precursor contains a lithium compound, decomposition products of the lithium compound are deposited on the surface of the negative electrode and the acceptability of lithium is lowered, so that lithium is likely to be deposited, but the specific surface area of the negative electrode active material layer and It is considered that the precipitation of lithium can be suppressed by setting AI in the above range.

一方で、BET法により算出した比表面積が75m/g以下であり、かつA1が95%以下であれば、高電圧における優れた高温保存特性を発現すると考えられる。その原理は必ずしも明らかではないが、これらの値を前記の範囲にすることで、負極表面での電解液の分解反応を抑制できるため、高電圧における優れた高温保存特性を発現できると思われる。特に、正極前駆体がリチウム化合物を含有する場合、高電圧を印加することによってリチウム化合物が分解し、負極表面の被膜を破壊し、高温でガス発生し易くなるが、負極活物質層の比表面積及びA1を前記の範囲にすることで、リチウム化合物の分解が抑制され、その結果、優れた高電圧高温保存特性を発現できる。
また、A1が60%以上95%以下であれば2種の炭素材料が均一に混合できていることを意味し、負極活物質層内での抵抗分布が小さいため、高負荷充放電サイクル特性が向上すると考えられる。
On the other hand, if the specific surface area calculated by the BET method is 75 m 2 / g or less and A1 is 95% or less, it is considered that excellent high-temperature storage characteristics at high voltage are exhibited. Although the principle is not always clear, it is considered that by setting these values in the above range, the decomposition reaction of the electrolytic solution on the surface of the negative electrode can be suppressed, so that excellent high temperature storage characteristics at high voltage can be exhibited. In particular, when the positive electrode precursor contains a lithium compound, the lithium compound is decomposed by applying a high voltage, the film on the surface of the negative electrode is destroyed, and gas is easily generated at a high temperature, but the specific surface area of the negative electrode active material layer is increased. By setting A1 and A1 in the above range, the decomposition of the lithium compound is suppressed, and as a result, excellent high voltage and high temperature storage characteristics can be exhibited.
Further, if A1 is 60% or more and 95% or less, it means that the two carbon materials can be uniformly mixed, and the resistance distribution in the negative electrode active material layer is small, so that the high load charge / discharge cycle characteristics are exhibited. It is thought to improve.

本実施形態の負極は、負極活物質層における前記I/Iが1.0以上1.3以下であるマッピング面積のマッピング全体面積に対する割合A2が、3%以上70%以下であることが好ましい。A2の下限値は、より好ましくは4%以上、さらに好ましくは5%以上である。A2の上限値は、より好ましくは50%以下、さらに好ましくは30%以下である。A2が3%以上であれば、室温での抵抗に優れ、70%以下であれば、エネルギー密度に優れる。 In the negative electrode of the present embodiment, the ratio A2 of the mapping area in which the ID / IG of the negative electrode active material layer is 1.0 or more and 1.3 or less to the total mapping area is 3% or more and 70% or less. preferable. The lower limit of A2 is more preferably 4% or more, still more preferably 5% or more. The upper limit of A2 is more preferably 50% or less, still more preferably 30% or less. When A2 is 3% or more, the resistance at room temperature is excellent, and when A2 is 70% or less, the energy density is excellent.

本明細書において、負極活物質層についてBET法により算出した比表面積とは、負極活物質層を試料とし、後述する方法にしたがって窒素又はアルゴンを吸着質として測定された吸脱着の等温線を用いて、BET多点法又はBET1点法により算出された値である。 In the present specification, the specific surface area of the negative electrode active material layer calculated by the BET method uses an adsorption / desorption isotherm measured using the negative electrode active material layer as a sample and nitrogen or argon as an adsorbent according to the method described later. It is a value calculated by the BET multipoint method or the BET1 point method.

(ラマンマッピング)
負極活物質層のラマンマッピングは、例えば以下のようにして得ることができる。
先、測定対象となる負極を準備する。負極は、非水系蓄電素子に組み込む前の使用前負極が望ましいが、非水系蓄電素子を不活性雰囲気下で解体して取り出した使用後負極でもよい。使用後負極をサンプルとする場合は、例えばエチルメチルカーボネート等の溶媒で洗浄することによって、負極に付着したリチウム塩を取り除いたものをサンプルとする。洗浄した試料は減圧乾燥することで、洗浄溶媒を完全に取り除く。
(Raman mapping)
Raman mapping of the negative electrode active material layer can be obtained, for example, as follows.
First, prepare the negative electrode to be measured. The negative electrode is preferably a negative electrode before use before being incorporated into the non-aqueous power storage element, but may be a negative electrode after use taken out by disassembling the non-aqueous power storage element in an inert atmosphere. When the negative electrode is used as a sample after use, the sample is obtained by washing with a solvent such as ethyl methyl carbonate to remove the lithium salt adhering to the negative electrode. The washed sample is dried under reduced pressure to completely remove the washing solvent.

顕微ラマン分光法による試料の測定方法の例を以下に説明する。
顕微ラマン分光法では、波長532nmのレーザーを用いて、40μm×40μm視野を1μmステップでマッピング測定を行う。サンプル位置での励起光強度が約0.1mW、対物レンズ倍率が100倍、回折格子が1,800gr/mm、マッピング方式が点走査、1点当たりの露光時間が5秒、及び積算回数が1回の条件にて測定することができる。測定した1,600点のラマンスペクトルのそれぞれについて、スパイクノイズが観測される場合はスパイクノイズを除去する。ノイズ成分を除去するには、主成分分析を行った後、スコアが大きい12成分程度まででスペクトルを再構築する。再構築後のスペクトル1,600点に対し、1,000~1,800cm-1に直線のベースラインを設定し、それぞれの測定点で、1,350±15cm-1に現れるDバンドのピーク高さ(I)、及び1585±15 cm-1に現れるGバンドのピーク高さ(I)を算出する。そして、各測定点でI/Iを算出する。
以上により、ラマン分光の測定結果から、I/Iのマッピングデータが得られる。
An example of a sample measurement method by micro-Raman spectroscopy will be described below.
In micro-Raman spectroscopy, a 40 μm × 40 μm field of view is mapped and measured in 1 μm steps using a laser having a wavelength of 532 nm. The excitation light intensity at the sample position is about 0.1 mW, the objective lens magnification is 100 times, the diffraction grating is 1,800 gr / mm, the mapping method is point scanning, the exposure time per point is 5 seconds, and the number of integrations is 1. It can be measured under the conditions of times. If spike noise is observed for each of the measured 1,600 Raman spectra, the spike noise is removed. To remove the noise component, after performing the principal component analysis, the spectrum is reconstructed up to about 12 components having a large score. A straight baseline is set at 1,000 to 1,800 cm -1 for 1,600 points in the reconstructed spectrum, and the peak height of the D band appearing at 1,350 ± 15 cm -1 at each measurement point. ( ID ) and the peak height (IG) of the G band appearing at 1585 ± 15 cm -1 are calculated. Then, ID / IG is calculated at each measurement point.
From the above, the mapping data of ID / IG can be obtained from the measurement result of Raman spectroscopy.

本実施形態の負極における負極活物質層は、負極活物質の質量を基準として、BJH法により算出した直径2nm以上50nm以下の細孔に由来する空孔量をVm1(cc/g)、直径20nm以上50nm以下の細孔に由来する空孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.6≦Vm1/(Vm1+Vm2)≦0.8を満たすことが好ましい。Vm1/(Vm1+Vm2)の下限値は、さらに好ましくは0.63以上である。Vm1/(Vm1+Vm2)の上限値は、さらに好ましくは0.75以下である。Vm1/(Vm1+Vm2)が0.6以上であれば、低温での抵抗に優れ、Vm1/(Vm1+Vm2)が0.7以下であれば、エネルギー密度に優れる。
本実施形態の負極における負極活物質層は、窒素脱着時の等温線をBJH法で解析して得られる細孔分布曲線において、直径20nm以上50nm以下の領域に少なくとも1つのピークを有することが好ましい。直径20nm以上50nm以下の領域に少なくとも1つのピークを有することで、低温での抵抗に優れることとなる。
The negative electrode active material layer in the negative electrode of the present embodiment has a diameter of V m1 (cc / g) and a diameter of V m1 (cc / g) derived from pores having a diameter of 2 nm or more and 50 nm or less calculated by the BJH method based on the mass of the negative electrode active material. When the amount of pores derived from pores of 20 nm or more and 50 nm or less is V m2 (cc / g), it is preferable to satisfy 0.6 ≦ V m1 / (V m1 + V m2 ) ≦ 0.8. The lower limit of V m1 / (V m1 + V m2 ) is more preferably 0.63 or more. The upper limit of V m1 / (V m1 + V m2 ) is more preferably 0.75 or less. When V m1 / (V m1 + V m2 ) is 0.6 or more, the resistance at low temperature is excellent, and when V m1 / (V m1 + V m2 ) is 0.7 or less, the energy density is excellent.
The negative electrode active material layer in the negative electrode of the present embodiment preferably has at least one peak in a region having a diameter of 20 nm or more and 50 nm or less in the pore distribution curve obtained by analyzing the isotherms at the time of nitrogen desorption by the BJH method. .. Having at least one peak in a region having a diameter of 20 nm or more and 50 nm or less provides excellent resistance at low temperatures.

(BET比表面積算出、並びにBJH法による細孔分布曲線及び空孔量の算出)
本明細書において、負極活物質層の質量あたりのBET比表面積、細孔分布曲線、及び空孔量は以下の方法により得られる。
測定に用いるサンプルは、使用前負極を用いてもよく、使用後負極を用いてもよい。
使用後負極を測定サンプルに用いる場合には、測定サンプルの前処理として、例えば以下の工程を行うことが好ましい。先ず、アルゴン等の不活性雰囲気下で非水系リチウム型蓄電素子を解体し、負極(使用後負極)を取り出す。取り出した使用後負極を鎖状カーボネート(例えばメチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート等)に浸漬し、非水系電解液、リチウム塩等を取り除いたうえで、風乾する。次いで、例えば以下の1)、2)、又は3)の工程を行うことが好ましい。
(Calculation of BET specific surface area, and calculation of pore distribution curve and pore amount by BJH method)
In the present specification, the BET specific surface area, the pore distribution curve, and the amount of pores per mass of the negative electrode active material layer are obtained by the following methods.
As the sample used for the measurement, a negative electrode before use may be used, or a negative electrode after use may be used.
When the negative electrode after use is used for the measurement sample, it is preferable to perform, for example, the following steps as the pretreatment of the measurement sample. First, the non-aqueous lithium-type power storage element is disassembled under an inert atmosphere such as argon, and the negative electrode (negative electrode after use) is taken out. After use, the negative electrode taken out is immersed in a chain carbonate (for example, methyl ethyl carbonate, dimethyl carbonate, etc.) to remove a non-aqueous electrolyte solution, a lithium salt, etc., and then air-dried. Then, for example, it is preferable to carry out the following steps 1), 2) or 3).

1)取り出した使用後負極を、メタノールとイソプロパノールとからなる混合溶媒に浸漬して、負極活物質に吸蔵されたリチウムイオンを失活させて、風乾する。次いで、真空乾燥等により、使用後負極に含まれる鎖状カーボネート、有機溶媒等を取り除くことにより、測定サンプルを得ることができる。
2)アルゴン等の不活性雰囲気下で、使用後負極を作用極に、金属リチウムを対極及び参照極に用い、これらを非水系電解液に浸して電気化学セルを作製する。得られた電気化学セルについて、充放電機等を用いて、負極電位(vs.Li/Li)が1.5V~3.5Vの範囲になるように調整する。次いで、アルゴン等の不活性雰囲気下で電気化学セルから負極を取り出し、これを鎖状カーボネートに浸漬し、非水系電解液、リチウム塩等を取り除いて風乾する。そして、真空乾燥等により、得られた負極に含まれる鎖状カーボネート等を取り除くことにより、測定サンプルを得ることができる。
3)取り出した使用後負極を、そのまま測定サンプルとして用いることができる。
1) After use, the negative electrode taken out is immersed in a mixed solvent consisting of methanol and isopropanol to inactivate the lithium ions occluded in the negative electrode active material and air-dried. Then, a measurement sample can be obtained by removing the chain carbonate, the organic solvent and the like contained in the negative electrode after use by vacuum drying or the like.
2) In an inert atmosphere such as argon, after use, the negative electrode is used as the working electrode, and metallic lithium is used as the counter electrode and the reference electrode, and these are immersed in a non-aqueous electrolyte solution to prepare an electrochemical cell. The obtained electrochemical cell is adjusted so that the negative electrode potential (vs. Li / Li + ) is in the range of 1.5 V to 3.5 V using a charger / discharger or the like. Next, the negative electrode is taken out from the electrochemical cell under an inert atmosphere such as argon, immersed in a chain carbonate, the non-aqueous electrolyte solution, the lithium salt and the like are removed, and the mixture is air-dried. Then, a measurement sample can be obtained by removing the chain carbonate and the like contained in the obtained negative electrode by vacuum drying or the like.
3) The taken-out negative electrode after use can be used as it is as a measurement sample.

使用前負極、又は上記で得られた使用後負極を準備し、負極活物質層をスパチュラなどで集電体から削り取ったものを測定サンプルとする。測定サンプルの質量M(g)を測定する。測定サンプルについて、窒素又はアルゴンを吸着質として、吸脱着の等温線の測定を行う。ここで得られた吸着側の等温線を用いて、BET多点法又はBET1点法によりBET表面積を算出することができ、空孔量はBJH法により算出することができる。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)。
得られたBET表面積及び空孔量の値を、測定サンプルの質量Mで除すことにより、負極活物質層の質量あたりのBET比表面積、及び空孔量を算出できる。また、得られた吸着側の等温線をBJH法で解析して、細孔分布曲線を得ることができ、この細孔分布曲線を用いることによって、直径20nm以上50nm以下の領域におけるピークの有無を判定できる。
The negative electrode before use or the negative electrode after use obtained above is prepared, and the negative electrode active material layer is scraped from the current collector with a spatula or the like as a measurement sample. The mass MA (g) of the measurement sample is measured. For the measurement sample, the isotherms of adsorption and desorption are measured using nitrogen or argon as an adsorbent. Using the isotherms on the adsorption side obtained here, the BET surface area can be calculated by the BET multipoint method or the BET single point method, and the pore amount can be calculated by the BJH 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).
By dividing the obtained BET surface area and pore amount values by the mass MA of the measurement sample, the BET specific surface area per mass of the negative electrode active material layer and the pore amount can be calculated. Further, the obtained isotherm on the adsorption side can be analyzed by the BJH method to obtain a pore distribution curve, and by using this pore distribution curve, the presence or absence of a peak in a region having a diameter of 20 nm or more and 50 nm or less can be determined. It can be judged.

(剥離強度)
本実施形態の負極における負極活物質層の剥離強度は、0.40N/cm以上2.00N/cm以下である。剥離強度が0.40N/cm以上であれば、負極活物質層の欠落を抑制し、微短絡を抑制することができる。剥離強度が2.00N/cm以下であれば、負極活物質層内に過剰な結着剤等が存在しないことを意味するため、電解液の拡散性が向上して低抵抗化できる。
本発明の負極活物質層の剥離強度は、負極を製造する際にプレスを施す場合には、プレス後に測定される値である。複数回プレスを実施する場合は、最終プレス後に測定される値である。プレスを実施しない負極の場合は、未プレスの状態で測定される値である。
本発明の剥離強度は既知の方法で測定することができる。例えば、JIS Z0237(2009)「粘着テープ・粘着シート試験方法」に準拠した剥離試験を用いてもよい。又は、後述する実施例で用いた試験方法を用いてもよい。
(Peeling strength)
The peel strength of the negative electrode active material layer in the negative electrode of the present embodiment is 0.40 N / cm or more and 2.00 N / cm or less. When the peel strength is 0.40 N / cm or more, it is possible to suppress the loss of the negative electrode active material layer and suppress a slight short circuit. When the peel strength is 2.00 N / cm or less, it means that there is no excessive binder or the like in the negative electrode active material layer, so that the diffusibility of the electrolytic solution can be improved and the resistance can be lowered.
The peel strength of the negative electrode active material layer of the present invention is a value measured after pressing when pressing is performed when the negative electrode is manufactured. When pressing multiple times, it is a value measured after the final pressing. In the case of a negative electrode that is not pressed, it is a value measured in an unpressed state.
The peel strength of the present invention can be measured by a known method. For example, a peeling test based on JIS Z0237 (2009) "Adhesive Tape / Adhesive Sheet Test Method" may be used. Alternatively, the test method used in the examples described later may be used.

[負極活物質]
本実施形態において、負極活物質層は、炭素材料からなる第1負極活物質、及び炭素材料からなり、かつ第1負極活物質とは異なる第2負極活物質を含有する。
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;高比表面積黒鉛;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;及びこれらのうちの2つ以上からなる複合炭素材料等を挙げることができる。
[Negative electrode active material]
In the present embodiment, the negative electrode active material layer contains a first negative electrode active material made of a carbon material and a second negative electrode active material made of a carbon material and different from the first negative electrode active material.
Examples of the carbon material include refractory carbon materials; easily graphitizable carbon materials; carbon black; carbon nanoparticles; activated carbon; artificial graphite; natural graphite; graphitized mesophase carbon spherules; graphite whiskers; high specific surface area. Graphite; Amorphous carbonaceous material such as polyacene-based material; Carbonaceous material precursor such as petroleum-based pitch, coal-based pitch, mesocarbon microbeads, coke, synthetic resin (for example, phenol resin, etc.), obtained by heat treatment. Carbonaceous materials; thermal decomposition products of full frill alcohol resin or novolak resin; fullerene; carbon nanophones; and composite carbon materials composed of two or more of these can be mentioned.

本実施形態において
第1負極活物質は、(i)黒鉛系材料又は(ii)黒鉛系材料からなる基材と、炭素質材料前駆体とを複合させた黒鉛系複合材料であり、
第2負極活物質は、(i)非晶質炭素材料又は(ii)非晶質炭素材料からなる基材と炭素質材料前駆体とを複合させた非晶質系炭素複合材料であることが好ましい。
上記、第1負極活物質、第2負極活物質を用いることで、高いエネルギー密度と低抵抗及び高耐久性とを両立することができる。
In the present embodiment, the first negative electrode active material is a graphite-based composite material in which a base material made of (i) a graphite-based material or (ii) a graphite-based material and a carbonaceous material precursor are composited.
The second negative electrode active material may be an amorphous carbon composite material in which a base material made of (i) an amorphous carbon material or (ii) an amorphous carbon material and a carbonaceous material precursor are composited. preferable.
By using the above-mentioned first negative electrode active material and second negative electrode active material, it is possible to achieve both high energy density, low resistance and high durability.

(第1負極活物質)
第1負極活物質に使用される黒鉛系材料としては、特に制限はないが、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、黒鉛ウィスカ、高比表面積黒鉛等を使用することができる。
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。
第1負極活物質としては、上述した黒鉛系材料をそのまま用いてもよいが、低抵抗化の観点から、黒鉛系材料からなる基材と、炭素質材料前駆体とを用いて、後述するような複合化処理を施した黒鉛系複合材料がさらに好適である。
(1st negative electrode active material)
The graphite-based material used for the first negative electrode active material is not particularly limited, and for example, artificial graphite, natural graphite, graphitized mesophase carbon microspheres, graphite whiskers, high specific surface area graphite 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.
As the first negative electrode active material, the above-mentioned graphite-based material may be used as it is, but from the viewpoint of lowering the resistance, a substrate made of the graphite-based material and a carbonaceous material precursor will be used as described later. A graphite-based composite material that has undergone various composite treatments is more suitable.

第1負極活物質に使用される炭素質材料前駆体は、黒鉛系材料とともに熱処理することにより、黒鉛材料と炭素質材料とを複合させた黒鉛系複合材料を得ることができる、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、熱処理により黒鉛系材料と複合化するものであれば特に制限はないが、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 in the first negative electrode active material is a solid, liquid, or liquid, which can be heat-treated together with a graphite-based material to obtain a graphite-based composite material in which a graphite material and a carbonaceous material are composited. Alternatively, it is an organic material that can be dissolved in a solvent. The carbonaceous material precursor is not particularly limited as long as it is composited with a graphite-based material by heat treatment, and examples thereof include pitch, mesocarbon microbeads, coke, and synthetic resin (for example, phenol resin). be able to. 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.

炭素質材料前駆体の使用量は、黒鉛系材料からなる基材100質量部に対して、好ましくは10質量部以上100質量部以下であり、より好ましくは20質量部以上80質量部以下であり、さらに好ましくは30質量%以上60質量%以下である。 The amount of the carbonaceous material precursor used is preferably 10 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, and more preferably 20 parts by mass or more and 80 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the base material made of a graphite-based material. More preferably, it is 30% by mass or more and 60% by mass or less.

黒鉛材料と炭素質材料前駆体とを混合したうえで熱処理を行う。基材と炭素質材料前駆体との混合は、炭素質材料前駆体の融点以下の温度で行ってもよいし、炭素質材料前駆体の融点より高い温度において行ってもよい。
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、炭素質材料となる温度であればよい。熱処理温度は、好ましくは400℃以上2,500℃以下、より好ましくは500℃以上2,000℃以下、さらに好ましくは550℃以上1,500℃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。
The graphite material and the carbonaceous material precursor are mixed and then heat-treated. The base material and the carbonaceous material precursor may be mixed at a temperature equal to or lower than the melting point of the carbonic material precursor, or may be carried out at a temperature higher than the melting point of the carbonic material precursor.
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. The heat treatment temperature is preferably 400 ° C. or higher and 2,500 ° C. or lower, more preferably 500 ° C. or higher and 2,000 ° C. or lower, and further preferably 550 ° C. or higher and 1,500 ° C. or lower. The atmosphere in which the heat treatment is performed is not particularly limited, but a non-oxidizing atmosphere is preferable.

(第2負極活物質)
第2負極活物質に使用する非晶質炭素材料としては、特に制限はないが、例えば活性炭、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンブラック等が好適に使用される。
第2負極活物質に使用される炭素質材料前駆体は、非晶質炭素材料とともに熱処理することにより、非晶質炭素材料と炭素質材料とを複合させた非晶質系炭素複合材料を得ることができる、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、熱処理により非晶質炭素材料と複合化するものであれば特に制限はないが、例えば、第1負極活物質の合成に使用される炭素質材料前駆体として上記に例示したものの中から適宜に選択して用いることができる。
(Second negative electrode active material)
The amorphous carbon material used for the second negative electrode active material is not particularly limited, but for example, activated carbon, hard carbon, soft carbon, carbon black and the like are preferably used.
The carbonaceous material precursor used for the second negative electrode active material is heat-treated together with the amorphous carbon material to obtain an amorphous carbon composite material in which the amorphous carbon material and the carbonaceous material are composited. It is an organic material that can be dissolved in a solid, liquid, or solvent. The carbonaceous material precursor is not particularly limited as long as it is composited with the amorphous carbon material by heat treatment, and is, for example, the above-mentioned carbonaceous material precursor used for synthesizing the first negative electrode active material. Can be appropriately selected and used from those exemplified in.

炭素質材料前駆体の使用量は、非晶質炭素材料からなる基材100質量部に対して、好ましくは10質量部以上200質量部以下であり、より好ましくは20質量部以上1600質量部以下であり、さらに好ましくは30質量%以上120質量%以下である。
そして、非晶質炭素材料と炭素質材料前駆体とを混合したうえで熱処理を行う。
混合及び熱処理は、「黒鉛材料」を「非晶質炭素材料」に読み替えたうえで第1負極活物質の黒鉛系複合材料の合成と同様に行ってよい。
The amount of the carbonaceous material precursor used is preferably 10 parts by mass or more and 200 parts by mass or less, and more preferably 20 parts by mass or more and 1600 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the base material made of an amorphous carbon material. It is more preferably 30% by mass or more and 120% by mass or less.
Then, the amorphous carbon material and the carbonaceous material precursor are mixed and then heat-treated.
The mixing and heat treatment may be carried out in the same manner as the synthesis of the graphite-based composite material of the first negative electrode active material after replacing "graphite material" with "amorphous carbon material".

(第1負極活物質と第2負極活物質との質量比)
本実施形態において、第1負極活物質の質量が負極活物質層の全質量に占める割合をM(質量%)、第2負極活物質の質量が負極活物質層の全質量に占める割合をM(質量%)とするとき、M/(M+M)が0.01以上0.75以下であることが好ましい。M/(M+M)の下限値としては、さらに好ましくは0.02以上で、特に好ましくは0.05以上である。M/(M+M)の上限値としては、さらに好ましくは0.6以下で、特に好ましくは0.4以下である。M/(M+M)が0.01以上であれば、低抵抗特性が得られ、0.75以下であれば、高エネルギー密度が得られる。
(Mass ratio between the first negative electrode active material and the second negative electrode active material)
In the present embodiment, the ratio of the mass of the first negative electrode active material to the total mass of the negative electrode active material layer is M 1 (mass%), and the ratio of the mass of the second negative negative active material to the total mass of the negative electrode active material layer. When it is M 2 (mass%), it is preferable that M 2 / (M 1 + M 2 ) is 0.01 or more and 0.75 or less. The lower limit of M 2 / (M 1 + M 2 ) is more preferably 0.02 or more, and particularly preferably 0.05 or more. The upper limit of M 2 / (M 1 + M 2 ) is more preferably 0.6 or less, and particularly preferably 0.4 or less. When M 2 / (M 1 + M 2 ) is 0.01 or more, low resistance characteristics can be obtained, and when M 2 / (M 1 + M 2) is 0.75 or less, high energy density can be obtained.

(任意的負極活物質)
本実施形態における負極活物質は、第1負極活物質及び第2負極活物質の他に、リチウムと合金を形成する合金系材料又はチタン酸リチウム(第3負極活物質)を含んでいてもよい。
第3負極活物質のうちのリチウムと合金を形成する合金系材料は、好ましくはケイ素、ケイ素化合物、錫、及び錫化合物から選ばれる基材、及びこれらの基材と炭素又は炭素質材料との複合材料からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
第3負極活物質の基材としては、ケイ素化合物又はケイ素酸化物が好ましく、SiO(0.01≦x≦1)であることがより好ましい。
第3負極活物質が複合材料である場合、好ましくはケイ素、ケイ素化合物、錫、及び錫化合物からなる群から選択される少なくとも1種の基材と、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;人工黒鉛;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;からなる群から選択される少なくとも1種の炭素又は炭素質材料とを熱処理等により複合させた材料であることが好ましい。
(Optional negative electrode active material)
The negative electrode active material in the present embodiment may contain, in addition to the first negative electrode active material and the second negative electrode active material, an alloy-based material forming an alloy with lithium or lithium titanate (third negative electrode active material). ..
The alloy-based material that forms an alloy with lithium in the third negative electrode active material is preferably a base material selected from silicon, a silicon compound, tin, and a tin compound, and these base materials and a carbon or carbonaceous material. It preferably contains at least one selected from the group consisting of composite materials.
As the base material of the third negative electrode active material, a silicon compound or a silicon oxide is preferable, and SiO x (0.01 ≦ x ≦ 1) is more preferable.
When the third negative electrode active material is a composite material, at least one base material preferably selected from the group consisting of silicon, a silicon compound, tin, and a tin compound, and a non-graphitizable carbon material; easily graphitizable. Carbon material; Carbon black; Carbon nanoparticles; Activated carbon; Artificial graphite; Natural graphite; Graphitized mesophase carbon globules; Graphite whiskers; Amorphous carbonaceous materials such as polyacene-based materials; Petroleum-based pitch, coal-based pitch, mesocarbon It consists of a carbonaceous material obtained by heat-treating a carbonaceous material precursor such as microbeads, coke, synthetic resin (for example, phenol resin, etc.); a thermal decomposition product of furfuryl alcohol resin or novolak resin; fullerene; carbon nanophone; It is preferable that the material is a composite of at least one carbon or carbonaceous material selected from the group by heat treatment or the like.

第3負極活物質のうちのチタン酸リチウムは、化学式LiTi12で表される。
チタン酸リチウムは充放電に伴う膨張収縮が小さいため、チタン酸リチウムを含むことで高負荷充放電サイクル特性がさらに向上する。
Lithium titanate among the third negative electrode active materials is represented by the chemical formula Li 4 Ti 5 O 12 .
Since lithium titanate has a small expansion and contraction due to charge and discharge, the inclusion of lithium titanate further improves the high load charge / discharge cycle characteristics.

本実施形態における負極活物質が、第1負極活物質及び第2負極活物質の他に、リチウムと合金を形成する合金系材料又はチタン酸リチウム(第3負極活物質)を含む場合、負極活物質の総量に対する第1負極活物質及び第2負極活物質の合計の含有率の下限値は、好ましくは20質量%以上であり、より好ましくは50質量%以上である。第1負極活物質及び第2負極活物質の合計の含有率の上限値は、100質量%で以下であってよいが、好ましくは90質量%以下であり、さらに好ましくは80質量%以下であってもよい。上記第1負極活物質及び第2負極活物質の合計の含有率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。 When the negative electrode active material in the present embodiment contains, in addition to the first negative electrode active material and the second negative electrode active material, an alloy-based material forming an alloy with lithium or lithium titanate (third negative electrode active material), the negative electrode activity The lower limit of the total content of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material with respect to the total amount of the material is preferably 20% by mass or more, more preferably 50% by mass or more. The upper limit of the total content of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material may be 100% by mass or less, preferably 90% by mass or less, and more preferably 80% by mass or less. You may. The upper and lower limits of the range of the total content of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material can be arbitrarily combined.

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

(結着剤)
結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、ラテックス、スチレン-ブタジエン共重合体、アクリル重合体、ポリイミド等を使用することができる。負極活物質層におけ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、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。結着剤の使用量が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。
(Binder)
As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, latex, styrene-butadiene copolymer, acrylic polymer, polyimide and the like can be used. The amount of the binder used in the negative electrode active material layer 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 with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. It is 5 parts by mass or more and 25 parts by mass or less. When the amount of the binder used is 1 part by mass or more, sufficient electrode strength is exhibited. When the amount of the binder used 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.

(導電性フィラー)
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、負極活物質よりも導電性の高い導電性炭素質材料からなることが好ましい。このような導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、気相成長炭素繊維、黒鉛、カーボンナノチューブ、これらの2種以上の混合物等が好ましい。
導電性フィラーの混合量は、負極活物質100質量部に対して、20質量部以下が好ましく、1~15質量部の範囲がさらに好ましい。導電性フィラーは高入力の観点からは混合した方が好ましいが、混合量が20質量部よりも多くなると、負極活物質層における負極活物質の含有量が少なくなるために、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。
(Conductive filler)
The type of the conductive filler is not particularly limited, but it is preferably made of a conductive carbonaceous material having higher conductivity than the negative electrode active material. As such a conductive filler, for example, Ketjen black, acetylene black, vapor phase grown carbon fiber, graphite, carbon nanotube, a mixture of two or more of these, and the like are preferable.
The mixing amount of the conductive filler is preferably 20 parts by mass or less, and more preferably 1 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. It is preferable to mix the conductive filler from the viewpoint of high input, but when the mixing amount is more than 20 parts by mass, the content of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer is reduced, so that the energy density per volume is reduced. Is not preferable because it decreases.

(分散安定剤)
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。分散安定剤の使用量が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。
(Dispersion stabilizer)
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 used is 10 parts by mass or less, high input / output characteristics are exhibited without inhibiting the ingress and egress of lithium ions into the negative electrode active material.

(負極活物質層の厚さ)
負極活物質層の厚さは、好ましくは片面当たり10μm以上70μm以下であり、より好ましくは20μm以上60μm以下である。この厚さが10μm以上であれば、良好な充放電容量を発現することができる。他方、この厚さが70μm以下であれば、セル体積を縮小することができるから、エネルギー密度を高めることができる。負極集電体に孔がある場合には、負極の活物質層の厚さとは、負極集電体の孔を有していない部分の片面当たりの厚さの平均値をいう。
(Thickness of negative electrode active material layer)
The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 10 μm or more and 70 μm or less, and more preferably 20 μm or more and 60 μm or less per one side. When this thickness is 10 μm or more, good charge / discharge capacity can be exhibited. On the other hand, if this thickness is 70 μm or less, the cell volume can be reduced and the energy density can be increased. When the negative electrode current collector has holes, the thickness of the active material layer of the negative electrode means the average value of the thickness per side of the portion of the negative electrode current collector that does not have holes.

(負極活物質層の嵩密度)
本実施形態における負極活物質層の嵩密度は、0.6g/cc以上1.6g/cc以下であることが好ましい。より好ましくは0.7g/cc以上1.2g/cc以下である。
嵩密度が0.60g/cm以上であれば、負極が十分な強度を保つことができるとともに、負極活物質間の十分な導電性を発現することができる。他方、1.6g/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。
(Bulk density of negative electrode active material layer)
The bulk density of the negative electrode active material layer in the present embodiment is preferably 0.6 g / cc or more and 1.6 g / cc or less. More preferably, it is 0.7 g / cc or more and 1.2 g / cc or less.
When the bulk density is 0.60 g / cm 3 or more, the negative electrode can maintain sufficient strength and can exhibit sufficient conductivity between the negative electrode active materials. On the other hand, if it is 1.6 g / cm 3 or less, it is possible to secure pores in which ions can be sufficiently diffused in the negative electrode active material layer.

(負極活物質層の水分含有量)
負極活物質層に含まれる水分は、負極活物質層の質量を100質量%としたときに、0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。水分が0.1質量%以上であれば、過剰な乾燥による結着剤の劣化を抑え、低抵抗化できる。水分が10質量%以下であれば、非水系リチウム型蓄電素子におけるリチウムイオンの失活を抑え、高容量化できる。
負極に含まれる水分は、例えばカールフィッシャー滴定法(JIS 0068(2001)「化学製品の水分測定方法」)により測定することができる。
(Moisture content of negative electrode active material layer)
The water content in the negative electrode active material layer is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less when the mass of the negative electrode active material layer is 100% by mass. When the water content is 0.1% by mass or more, deterioration of the binder due to excessive drying can be suppressed and the resistance can be lowered. When the water content is 10% by mass or less, the deactivation of lithium ions in the non-aqueous lithium-type power storage element can be suppressed and the capacity can be increased.
The water content contained in the negative electrode can be measured by, for example, the Karl Fischer titration method (JIS 0068 (2001) “Method for measuring water content of chemical products”).

(負極活物質層の溶媒含有量)
塗工液の調製にN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を用いた場合、乾燥後の負極活物質層におけるNMPの含有量は、負極活物質層の質量を100質量%としたときに、0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。NMPが0.1質量%以上であれば、過剰な乾燥による結着剤の劣化を抑え、低抵抗化できる。NMPが10質量%以下であれば、非水系リチウム型蓄電素子の自己放電特性を改善することができる。
負極活物質層中に含まれるNMPは、25℃環境下、負極活物質層の50~100倍の質量のエタノールに負極を24時間含侵させてNMPを抽出し、抽出物のGC/MSを測定し、予め作成した検量線に基づいて定量することができる。
(Solvent content of negative electrode active material layer)
When N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was used to prepare the coating liquid, the content of NMP in the negative electrode active material layer after drying was determined when the mass of the negative electrode active material layer was 100% by mass. It is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less. When NMP is 0.1% by mass or more, deterioration of the binder due to excessive drying can be suppressed and resistance can be reduced. When the NMP is 10% by mass or less, the self-discharge characteristics of the non-aqueous lithium storage element can be improved.
The NMP contained in the negative electrode active material layer is obtained by impregnating the negative electrode with ethanol having a mass of 50 to 100 times that of the negative electrode active material layer for 24 hours in an environment of 25 ° C. to extract GC / MS of the extract. It can be measured and quantified based on a calibration curve prepared in advance.

(負極活物質層の存在態様)
本実施形態における負極活物質層は、後述の負極集電体の片面又は両面上に、各面の全面上に一様に存在していてもよく、或いは、各面上において、負極活物質層が存在する領域と存在しない領域とがあってもよい。後者の場合、負極化物質層は、例えば、ストライプ状、格子状等であることができる他、任意の形状の複数の負極活物質層がそれぞれ独立して点在する場合であってもよい。
(Existence mode of the negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer in the present embodiment may be uniformly present on one or both sides of the negative electrode current collector described later on the entire surface of each surface, or the negative electrode active material layer on each surface. There may be a region where is present and a region where is not present. In the latter case, the negative electrode material layer may be, for example, striped, lattice-shaped, or the like, or may be a case where a plurality of negative electrode active material layers having an arbitrary shape are independently scattered.

[負極集電体]
本発明における負極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化がおこらない金属箔であることが好ましい。このような金属箔としては、特に制限はなく、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス鋼箔等が挙げられる。本実施形態の負極における負極集電体としては、銅箔が好ましい。銅箔は、凹凸、貫通孔等を持たず、かつ表面が平滑な通常の無孔の銅箔でもよいし、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穴あき銅箔でもよいし、エンボス加工、ケミカルエッチング、電解析出法、ブラスト加工等の粗面化処理を施した凹凸を有する無孔の銅箔でもよい。
負極集電体の厚さは、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、負極集電体が貫通孔又は凹凸を有するときには、貫通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さ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 deteriorated by elution into an electrolytic 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 negative electrode of the present embodiment. The copper foil may be a normal non-perforated copper foil having no irregularities, through holes, etc. and having a smooth surface, or may be a perforated copper foil having through holes such as expanded metal, punching metal, and etching foil. A non-perforated copper foil having irregularities subjected to roughening treatment such as embossing, chemical etching, electrolytic precipitation, and blasting may be used.
The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited as long as the shape and strength of the negative electrode can be sufficiently maintained, but is preferably 1 to 100 μm, for example. When the negative electrode current collector has through holes or irregularities, the thickness of the negative electrode current collector shall be measured based on the portion where the through holes or irregularities do not exist.

<負極の製造方法>
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なる。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。
本実施形態の負極は、例えば、
負極集電体上に負極塗工液を塗工して負極活物質層を形成する工程を含み、
負極塗工液は、第1負極活物質と、第2負極活物質と、溶媒と、結着剤とを含み、負極塗工液中の溶媒を除く全成分の質量の、負極塗工液の全質量に対する割合W(質量%)が、10≦W≦70である、負極の製造方法
によって製造することができる。
負極製造の別法として、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。
以下、負極塗工液を用いる負極の製造方法について説明する。
<Manufacturing method 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.
The negative electrode of this embodiment is, for example,
It includes a step of applying a negative electrode coating liquid on a negative electrode current collector to form a negative electrode active material layer.
The negative electrode coating liquid contains a first negative electrode active material, a second negative electrode active material, a solvent, and a binder, and is a negative electrode coating liquid having a mass of all components excluding the solvent in the negative electrode coating liquid. It can be manufactured by a method for manufacturing a negative electrode in which the ratio WT (% by mass) to the total mass is 10 ≦ WT ≦ 70.
As another method for manufacturing the negative electrode, various materials including the negative electrode active material are mixed in a dry manner without using a solvent, the obtained mixture is press-molded, and then attached to the negative electrode current collector using a conductive adhesive. It is also possible to attach it.
Hereinafter, a method for manufacturing a negative electrode using a negative electrode coating liquid will be described.

[負極塗工液]
負極塗工液は、第1負極活物質と、第2負極活物質と、溶媒と、結着剤とを含む。
負極塗工液は、例えば、負極活物質を含む全部の材料をドライブレンドし、次いで水若しくは有機溶媒を加えて調製してもよいし;
負極活物質を含む材料の一部をドライブレンドして水若しくは有機溶媒を加えた後、結着剤、分散安定剤等を含む残りの材料が溶解若しくは分散した溶液若しくはスラリーを追加して調製してもよいし;又は、
水若しくは有機溶媒に結着剤、分散安定剤等が溶解若しくは分散した溶液状若しくはスラリー中に、負極活物質を含む残りの材料を追加して調製してもよい。
[Negative electrode coating liquid]
The negative electrode coating liquid contains a first negative electrode active material, a second negative electrode active material, a solvent, and a binder.
The negative electrode coating solution may be prepared, for example, by dry-blending all the materials including the negative electrode active material and then adding water or an organic solvent;
After dry-blending a part of the material containing the negative electrode active material and adding water or an organic solvent, prepare by adding a solution or slurry in which the remaining material including the binder, dispersion stabilizer, etc. is dissolved or dispersed. May; or
The remaining material including the negative electrode active material may be added to the solution or slurry in which a binder, a dispersion stabilizer or the like is dissolved or dispersed in water or an organic solvent.

水又は有機溶媒中に材料粉末を溶解又は分散させる方法は、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、多軸分散機、プラネタリーミキサー、薄膜旋回型高速ミキサー等の分散機等を用いることができる。良好な分散状態の負極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。周速が1m/s以上であれば、各種材料粉末が良好に溶解又は分散するため好ましい。周速が50m/s以下であれば、分散による熱、せん断力等によっても各種材料が破壊され難く、再凝集が低減されるため好ましい。
さらに、冷却しながら負極塗工液を分散するのが特に好ましい。分散時の発熱により、各種材料(例えば、結着材、分散剤等)の一部が破壊される場合がある。すると、2種の負極活物質が均一に分散せず、一方の活物質が凝集沈降して均一な電極が得られず、表面に他方の負極活物質のみが存在してしまう結果となる。この点、冷却しながら負極塗工液を分散することにより、各種材料の破壊が大幅に抑制されるため、均一に2種の負極活物質を分散させることができ、負極表面に2種の負極活物質が存在する、均質な負極が得られ、好ましい。
分散温度は、例えば、20℃以下が好ましく、-10℃以上15℃以下、又は0℃以上10℃以下であってもよい。
The method for dissolving or dispersing the material powder in water or an organic solvent is not particularly limited, but is preferably a disperser such as a homodisper, a multi-axis disperser, a planetary mixer, or a thin film swirl type high-speed mixer. Etc. can be used. In order to obtain a negative electrode coating liquid in a good dispersed state, it is preferable to disperse at a peripheral speed of 1 m / s or more and 50 m / s or less. When the peripheral speed is 1 m / s or more, it is preferable because various material powders are satisfactorily dissolved or dispersed. When the peripheral speed is 50 m / s or less, various materials are not easily destroyed by heat due to dispersion, shearing force, etc., and reaggregation is reduced, which is preferable.
Further, it is particularly preferable to disperse the negative electrode coating liquid while cooling. Due to the heat generated during dispersion, a part of various materials (for example, binder, dispersant, etc.) may be destroyed. Then, the two types of negative electrode active materials are not uniformly dispersed, one active material is aggregated and settled to obtain a uniform electrode, and only the other negative electrode active material is present on the surface. In this regard, by dispersing the negative electrode coating liquid while cooling, the destruction of various materials is significantly suppressed, so that two types of negative electrode active materials can be uniformly dispersed, and two types of negative electrodes can be uniformly dispersed on the negative electrode surface. A homogeneous negative electrode in which the active material is present is obtained, which is preferable.
The dispersion temperature is, for example, preferably 20 ° C. or lower, and may be −10 ° C. or higher and 15 ° C. or lower, or 0 ° C. or higher and 10 ° C. or lower.

負極塗工液は、分散後に脱泡することが好ましい。脱泡手法としては特に限定されないが、例えば、減圧環境下で負極塗工液を低速で撹拌する方法、負極塗工液を静置する方法、自転・公転ミキサーを用いて低速で撹拌する方法等が挙げられる。
負極塗工液は、分散後に、フィルター等により凝集物を取り除くことが好ましい。粒径の大きな凝集物を取り除くことで、厚さ方向に均一な分布をした電極を得ることができる。
The negative electrode coating liquid is preferably defoamed after dispersion. The defoaming method is not particularly limited, but for example, a method of stirring the negative electrode coating liquid at a low speed in a reduced pressure environment, a method of allowing the negative electrode coating liquid to stand still, a method of stirring at a low speed using a rotation / revolution mixer, and the like. Can be mentioned.
After the negative electrode coating liquid is dispersed, it is preferable to remove agglomerates with a filter or the like. By removing agglomerates having a large particle size, an electrode having a uniform distribution in the thickness direction can be obtained.

負極塗工液中の溶媒を除く全成分の質量の、負極塗工液の全質量に対する割合W(質量%)は、10≦W≦70であることが好ましく、15≦W≦65であることがより好ましく、20≦W≦60であることがさらに好ましい。
負極塗工液の粘度(ηb)は、好ましくは1,000mPa・s以上20,000mPa・s以下、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。負極塗工液の粘度(ηb)が1,000mPa・s以上であれば、塗膜形成時の液ダレが抑制され、塗膜幅及び厚さが良好に制御できる。負極塗工液の粘度(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、また所望の塗膜厚さに制御できる。
負極塗工液のTI値(チクソトロピーインデックス値)は、好ましくは1.1以上、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。負極塗工液のTI値が1.1以上であれば、塗膜幅及び厚さが良好に制御できる。
The ratio WT (mass%) of the mass of all the components in the negative electrode coating liquid excluding the solvent to the total mass of the negative electrode coating liquid is preferably 10 ≤ WT ≤ 70, and 15 ≤ WT ≤ 65. Is more preferable, and 20 ≦ WT ≦ 60 is even more preferable.
The viscosity (ηb) of the negative electrode 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) of the negative electrode coating liquid is 1,000 mPa · s or more, liquid dripping during coating film formation is suppressed, and the coating film width and thickness can be satisfactorily controlled. When the viscosity (ηb) of the negative electrode coating liquid 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 desired coating film can be applied. It can be controlled to the thickness.
The TI value (thixotropy index value) of the negative electrode 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 of the negative electrode coating liquid is 1.1 or more, the coating film width and thickness can be satisfactorily controlled.

(塗工方法)
負極の塗膜の形成方法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、コンマコーター、ナイフコーター、グラビア塗工機等の塗工機を用いることができる。塗膜は単層塗工で形成してもよいし、多層塗工して形成してもよい。塗工速度は、好ましくは0.1m/分以上100m/分以下、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、安定に塗工することができ、100m/分以下であれば、塗工精度を十分に確保できる。
塗膜は単層塗工で形成してもよいし、多層塗工して形成してもよい。多層塗工の場合には、塗膜各層内の負極活物質の含有量が同じであってもよいし、塗膜各層内の負極活物質の含有量が異なるように、負極塗工液の組成を調整してもよい。
また、負極集電体の両面上に塗工する場合、負極集電体の片面に塗工及び乾燥した後に、もう一方の面に塗工及び乾燥する逐次塗工を行ってもよいし、負極集電体の両面に同時に負極塗工液を塗工及び乾燥する両面同時塗工を行ってもよい。
負極集電体に塗膜を塗工する際、多条塗工してもよいし、間欠塗工してもよいし、多条間欠塗工してもよい。
(Coating method)
The method for forming the coating film of the negative electrode is not particularly limited, but a coating machine such as a die coater, a comma coater, a knife coater, and 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, and if it is 100 m / min or less, coating accuracy can be sufficiently ensured.
The coating film may be formed by a single-layer coating or a multi-layer coating. In the case of multi-layer coating, the content of the negative electrode active material in each layer of the coating film may be the same, or the composition of the negative electrode coating liquid is different so that the content of the negative electrode active material in each layer of the coating film is different. May be adjusted.
Further, when coating on both sides of the negative electrode current collector, one side of the negative electrode current collector may be coated and dried, and then the other surface may be sequentially coated and dried, or the negative electrode may be applied. Both sides of the current collector may be simultaneously coated with the negative electrode coating liquid and dried.
When the coating film is applied to the negative electrode current collector, it may be applied in multiple rows, intermittently, or intermittently.

(塗膜の乾燥)
負極塗工液を塗布して得られた塗膜の乾燥方法は、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できる。赤外線としては、遠赤外線及び近赤外線のどちらも使用してよい。
塗膜の乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、多段的又は漸進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、好ましくは25℃以上200℃以下、より好ましくは40℃以上180℃以下、さらに好ましくは50℃以上160℃以下である。乾燥温度が25℃以上であれば、塗膜中の溶媒を十分に揮発させることができる。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やマイグレーションによる結着剤の偏在、負極集電体や負極活物質層の酸化を抑制できる。
乾燥時間は、形成される負極活物質層中の水分量及び溶媒量が、上記の好ましい範囲に至るまで、かつこれを下回らない程度の範囲内で、適宜に設定されてよい。
(Drying of coating film)
The method for drying the coating film obtained by applying the negative electrode coating liquid is not particularly limited, but a drying method such as hot air drying or infrared (IR) drying can be preferably used. As the infrared rays, either far infrared rays or near infrared rays may be used.
The coating film may be dried at a single temperature, or may be dried at different temperatures in a multi-step or gradual manner. Further, a plurality of drying methods may be combined and dried.
The drying temperature is preferably 25 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 50 ° C. or higher and 160 ° C. or lower. When the drying temperature is 25 ° C. or higher, the solvent in the coating film can be sufficiently volatilized. 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, uneven distribution of the binder due to migration, and oxidation of the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer.
The drying time may be appropriately set within a range in which the amount of water and the amount of solvent in the formed negative electrode active material layer reach the above-mentioned preferable range and do not fall below the above-mentioned preferable range.

(プレス)
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、嵩密度等を調整してもよい。
プレスに先立って、負極をスリット(切断)してもよいし、プレスの後にスリット工程を設けてもよい。負極を多条塗工した場合には、プレスの前にスリットすることが好ましい。多条塗工された正極前駆体をスリットせずにプレスした場合、負極集電体のうちの負極活物質層が塗布されていない領域に応力がかかり、皺ができてしまうことがある。、スリットしてプレスした後に、再度、負極をスリットすることもできる。
(press)
Further, the obtained negative electrode may be pressed to adjust the film thickness, bulk density and the like of the negative electrode active material layer.
The negative electrode may be slit (cut) prior to the press, or a slit step may be provided after the press. When the negative electrode is multi-row coated, it is preferable to slit it before pressing. When the multi-row coated positive electrode precursor is pressed without slitting, stress may be applied to the region of the negative electrode current collector where the negative electrode active material layer is not applied, and wrinkles may be formed. After slitting and pressing, the negative electrode can be slit again.

負極のプレス方法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、ロールプレス機等のプレス機を用いて行うことができる。負極活物質層の膜厚、嵩密度、及び電極強度はプレス圧力、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、好ましくは0.5kN/cm以上20kN/cm以下、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。プレス圧力が20kN/cm以下であれば、負極に撓み、シワ等が生じ難く、負極活物質層を所望の膜厚及び嵩密度に調整し易い。
プレス機としてロールプレス機を使用する場合、プレスロール同士の隙間は、負極活物質層の所望の膜厚及び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。プレス速度は、負極の撓みやシワを低減するよう任意の速度に設定できる。
The method of pressing the negative electrode is not particularly limited, but a press machine such as a hydraulic press machine, a vacuum press machine, or a roll 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.
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. When the press pressure is 20 kN / cm or less, the negative electrode is less likely to bend and wrinkle, and the negative electrode active material layer can be easily adjusted to a desired film thickness and bulk density.
When a roll press machine is used as the press machine, the gap between the press rolls can be set to an arbitrary value according to the negative electrode film thickness after drying so as to have a desired film thickness and bulk density of the negative electrode active material layer. .. The press speed can be set to any speed so as to reduce the bending and wrinkles of the negative electrode.

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、好ましくは使用する結着剤の融点マイナス60℃以上、より好ましくは結着剤の融点マイナス45℃以上、さらに好ましくは結着剤の融点マイナス30℃以上である。加熱する場合のプレス部の表面温度の上限は、好ましくは使用する結着剤の融点プラス50℃以下、より好ましくは結着剤の融点プラス30℃以下、さらに好ましくは結着剤の融点プラス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、好ましくは90℃以上200℃以下、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。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、好ましくは40℃以上150℃以下、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。
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。
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 when heating is preferably the melting point of the binder used at minus 60 ° C. or higher, more preferably the melting point of the binder at minus 45 ° C. or higher, and further preferably the melting point of the binder at minus 30 ° C. It is above ° C. The upper limit of the surface temperature of the pressed portion during heating is preferably the melting point of the binder used plus 50 ° C. or lower, more preferably the melting point of the binder plus 30 ° C. or lower, and even more preferably the melting point of the binder plus 20 ° C. It is below ° C. For example, when PVdF (polyvinylidene fluoride: melting point 150 ° C.) is used as the binder, it is preferably heated to 90 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 105 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 120 ° C. or higher and 170 ° C. or lower. do. When a styrene-butadiene copolymer (melting point 100 ° C.) is used as the binder, the temperature is preferably 40 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably 55 ° C. or higher and 130 ° C. or lower, and further preferably 70 ° C. or higher and 120 ° C. or lower. Warm up.
The melting point of the binder can be determined from the endothermic peak position of DSC (Differential Scanning Calorimetry). For example, using a differential scanning calorimeter "DSC7" manufactured by PerkinElmer, 10 mg of sample resin is set in a measurement cell, and the temperature rises from 30 ° C. to 250 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min in a nitrogen gas atmosphere. The temperature rises, and the heat absorption peak temperature in the temperature rise process becomes the melting point.

プレス圧力、隙間、速度、プレス部の表面温度の条件を変えながら複数回プレスを実施してもよい。 The press 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.

<<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、負極と、正極と、セパレータと、電解液とを主な構成要素とし、好ましくはこれらが適当な外装体内に収納されてなる。
負極は、上記に説明した本実施形態の負極を用いる。
<< Non-aqueous lithium-type power storage element >>
The non-aqueous lithium storage element of the present embodiment has a negative electrode, a positive electrode, a separator, and an electrolytic solution as main components, and preferably these are housed in an appropriate exterior body.
As the negative electrode, the negative electrode of the present embodiment described above 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。
正極活物質層には、正極活物質を含み、さらにリチウム化合物を含むことが好ましい。後述のように、本実施形態では非水系リチウム型蓄電素子の組み立て工程内で、正極活物質中のリチウム化合物が、負極に対するリチウムイオンのプレドープ源として機能する。
本明細書中、リチウムドープ工程前における、所定のリチウム化合物を含む正極を「正極前駆体」といい、リチウムドープ工程後の正極を「正極」という。
<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.
The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material, and preferably contains a lithium compound. As will be described later, in the present embodiment, the lithium compound in the positive electrode active material functions as a pre-doped source of lithium ions for the negative electrode in the assembly process of the non-aqueous lithium storage element.
In the present specification, the positive electrode containing a predetermined lithium compound before the lithium doping step is referred to as a “positive electrode precursor”, and the positive electrode after the lithium doping step is referred to as a “positive electrode”.

[正極活物質層]
正極活物質層は、炭素材料を含む正極活物質を含有することが好ましく、これ以外に、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよく、さらに、正極活物質層中又は正極活物質層表面に、リチウム化合物を含むことが好ましい。正極活物質は、炭素材料とともに、さらにリチウム遷移金属酸化物を含むことがもっとも好ましい。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer preferably contains a positive electrode active material containing a carbon material, and may also contain optional components such as a conductive filler, a binder, and a dispersion stabilizer, if necessary. Further, it is preferable to contain a lithium compound in the positive electrode active material layer or on the surface of the positive electrode active material layer. It is most preferable that the positive electrode active material further contains a lithium transition metal oxide together with the carbon material.

(正極活物質)
正極活物質としては、炭素材料が好ましい。この炭素材料としては、カーボンナノチューブ、導電性高分子、又は多孔性の炭素材料を使用することがより好ましく、さらに好ましくは活性炭である。
正極活物質の総量に対する炭素材料の含有率は、50質量%以上であることが好ましく、より好ましくは70質量%以上である。正極活物質の総量に対する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)
A carbon material is preferable as the positive electrode active material. As the carbon material, it is more preferable to use a carbon nanotube, a conductive polymer, or a porous carbon material, and more preferably activated carbon.
The content of the carbon material with respect to the total amount of the positive electrode active material is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more. The content of the carbon material with respect to the total amount of the positive electrode active material can be 100% by mass, but from the viewpoint of obtaining a good effect by the combined use of other materials, for example, it is 90% by mass or less or 80% by mass or less. Is preferable.

活性炭を正極活物質として用いる場合、活性炭の種類及びその原料には特に制限はない。しかし、高い入出力特性と、高いエネルギー密度とを両立させるために、活性炭の細孔を最適に制御することが好ましい。具体的には、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV(cc/g)とするとき、
(1)高い入出力特性のためには、0.3<V≦0.8、及び0.5≦V≦1.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が1,500m/g以上3,000m/g以下である活性炭(以下、活性炭1ともいう。)が好ましく、また、
(2)高いエネルギー密度を得るためには、0.8<V≦2.5、及び0.8<V≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が2,300m/g以上4,000m/g以下である活性炭(以下、活性炭2ともいう。)が好ましい。
When activated carbon is used as the positive electrode active material, there are no particular restrictions on the type of activated carbon and its raw material. However, it is preferable to optimally control the pores of the activated carbon in order to achieve both high input / output characteristics and high energy density. Specifically, the amount of mesopores derived from pores with a diameter of 20 Å or more and 500 Å or less calculated by the BJH method is V 1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores with a diameter of less than 20 Å calculated by the MP method. When is V 2 (cc / g),
(1) For high input / output characteristics, 0.3 <V 1 ≤ 0.8 and 0.5 ≤ V 2 ≤ 1.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 1. Activated carbon having a temperature of 500 m 2 / g or more and 3,000 m 2 / g or less (hereinafter, also referred to as activated carbon 1) is preferable.
(2) In order to obtain a high energy density, 0.8 <V 1 ≤ 2.5 and 0.8 <V 2 ≤ 3.0 are satisfied, and the specific surface area measured by the BET method is 2, Activated carbon having a thickness of 300 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less (hereinafter, also referred to as activated carbon 2) is preferable.

本発明における活物質のBET比表面積及びメソ孔量、マイクロ孔量、平均細孔径は、それぞれ以下の方法によって求められる値である。試料を200℃で一昼夜真空乾燥し、窒素を吸着質として吸脱着の等温線の測定を行なう。ここで得られる吸着側の等温線を用いて、BET比表面積はBET多点法又はBET1点法により、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法により、それぞれ算出される。
BJH法は一般的にメソ孔の解析に用いられる計算方法で、Barrett,Joyner, Halendaらにより提唱されたものである(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)。
平均細孔径とは、液体窒素温度下で、各相対圧力下における窒素ガスの各平衡吸着量を測定して得られる、試料の質量あたりの全細孔容積を上記BET比表面積で除して求めたものを指す。
以下、(1)活性炭1及び(2)活性炭2について、個別に順次説明していく。
The BET specific surface area, mesopore amount, micropore amount, and average pore diameter of the active material in the present invention are values obtained by the following methods, respectively. The sample is vacuum-dried at 200 ° C. for a whole day and night, and the isotherms of adsorption and desorption are measured using nitrogen as an adsorbent. Using the isotherms on the adsorption side obtained here, the BET specific surface area is calculated by the BET multipoint method or the BET single point method, the mesopore amount is calculated by the BJH method, and the micropore amount is calculated by the MP method.
The BJH method is a calculation method generally used for analysis of mesopores, and has been proposed by Barrett, Joiner, Hallenda et al. (Non-Patent Document 1).
The MP method means a method for obtaining the micropore volume, the micropore area, and the distribution of micropores by using the "t-plot method" (Non-Patent Document 2). S. It is a method devised by Mikhair, Brunauer, and Bodor (Non-Patent Document 3).
The average pore diameter is obtained by dividing the total pore volume per mass of the sample obtained by measuring each equilibrium adsorption amount of nitrogen gas under each relative pressure under the liquid nitrogen temperature by the BET specific surface area. Refers to the thing.
Hereinafter, (1) activated carbon 1 and (2) activated carbon 2 will be described individually in sequence.

(活性炭1)
活性炭1のメソ孔量Vは、正極材料を蓄電素子に組み込んだときの入出力特性を大きくする点で、0.3cc/gより大きい値であることが好ましい。一方で、正極の嵩密度の低下を抑える点から、0.8cc/g以下であることが好ましい。前記Vは、より好ましくは0.35cc/g以上0.7cc/g以下、さらに好ましくは0.4cc/g以上0.6cc/g以下である。
活性炭1のマイクロ孔量Vは、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.5cc/g以上であることが好ましい。一方で、活性炭の嵩を抑え、電極としての密度を増加させ、単位体積当たりの容量を増加させるという点から、1.0cc/g以下であることが好ましい。前記Vは、より好ましくは0.6cc/g以上1.0cc/g以下、さらに好ましくは0.8cc/g以上1.0cc/g以下である。
マイクロ孔量Vに対するメソ孔量Vの比(V/V)は、0.3≦V/V≦0.9の範囲であることが好ましい。すなわち、高容量を維持しながら出力特性の低下を抑えることができる程度に、マイクロ孔量に対するメソ孔量の割合を大きくするという点から、V/Vが0.3以上であることが好ましい。一方で、高出力特性を維持しながら容量の低下を抑えることができる程度に、メソ孔量に対するマイクロ孔量の割合を大きくするという点から、V/Vは0.9以下であることが好ましい。より好ましいV/Vの範囲は0.4≦V/V≦0.7、さらに好ましいV/Vの範囲は0.55≦V/V≦0.7である。
(Activated carbon 1)
The mesopore amount V1 of the activated carbon 1 is preferably a value larger than 0.3 cc / g in terms of increasing the input / output characteristics when the positive electrode material is incorporated into the power storage element. On the other hand, it is preferably 0.8 cc / g or less from the viewpoint of suppressing a decrease in the bulk density of the positive electrode. The V 1 is more preferably 0.35 cc / g or more and 0.7 cc / g or less, and further preferably 0.4 cc / g or more and 0.6 cc / g or less.
The micropore amount V2 of the activated carbon 1 is preferably 0.5 cc / g or more in order to increase the specific surface area and the capacity of the activated carbon. On the other hand, it is preferably 1.0 cc / g or less from the viewpoint of suppressing the bulk of the activated carbon, increasing the density as an electrode, and increasing the capacity per unit volume. The V 2 is more preferably 0.6 cc / g or more and 1.0 cc / g or less, and further preferably 0.8 cc / g or more and 1.0 cc / g or less.
The ratio of the mesopore amount V 1 to the micropore amount V 2 (V 1 / V 2 ) is preferably in the range of 0.3 ≤ V 1 / V 2 ≤ 0.9. That is, V 1 / V 2 should be 0.3 or more from the viewpoint of increasing the ratio of the mesopore amount to the micropore amount to the extent that the deterioration of the output characteristics can be suppressed while maintaining the high capacity. preferable. On the other hand, V 1 / V 2 should be 0.9 or less from the viewpoint of increasing the ratio of the amount of micropores to the amount of mesopores to the extent that the decrease in capacitance can be suppressed while maintaining high output characteristics. Is preferable. The more preferred range of V 1 / V 2 is 0.4 ≤ V 1 / V 2 ≤ 0.7, and the more preferred range of V 1 / V 2 is 0.55 ≤ V 1 / V 2 ≤ 0.7.

活性炭1の平均細孔径は、得られる蓄電素子の出力を最大にする点から、17Å以上であることが好ましく、18Å以上であることがより好ましく、20Å以上であることが最も好ましい。また容量を最大にする点から、活性炭1の平均細孔径は25Å以下であることが好ましい。
活性炭1のBET比表面積は、1,500m/g以上3,000m/g以下であることが好ましく、1,500m/g以上2,500m/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が1,500m/g以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、他方、BET比表面積が3,000m/g以下の場合には、電極の強度を保つために結着剤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。
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.
The BET specific surface area of the activated carbon 1 is preferably 1,500 m 2 / g or more and 3,000 m 2 / g or less, and more preferably 1,500 m 2 / g or more and 2,500 m 2 / g or less. When the BET specific surface area is 1,500 m 2 / g or more, good energy density is likely to be 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.

活性炭1の平均粒子径は、2~20μmであることが好ましい。
前記平均粒子径が2μm以上であると、活物質層の密度が高いために電極体積当たりの容量が高くなる傾向がある。ここで、平均粒子径が小さいと耐久性が低いという欠点を招来する場合があるが、平均粒子径が2μm以上であればそのような欠点が生じ難い。一方で、平均粒子径が20μm以下であると、高速充放電には適合し易くなる傾向がある。前記平均粒子径は、より好ましくは2~15μmであり、さらに好ましくは3~10μmである。
The average particle size of the 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 due to the high density of the active material layer. 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 easy to adapt to high-speed charging / discharging. The average particle size is more preferably 2 to 15 μm, still more preferably 3 to 10 μm.

[活性炭2]
活性炭2のメソ孔量Vは、正極材料を蓄電素子に組み込んだときの出力特性を大きくする観点から、0.8cc/gより大きい値であることが好ましい一方、蓄電素子の容量の低下を抑える観点から、2.5cc/g以下であることが好ましい。前記Vは、より好ましくは1.00cc/g以上2.0cc/g以下、さらに好ましくは、1.2cc/g以上1.8cc/g以下である。
他方、活性炭2のマイクロ孔量Vは、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.8cc/gより大きい値であることが好ましい一方、活性炭の電極としての密度を増加させ、単位体積当たりの容量を増加させるという観点から、3.0cc/g以下であることが好ましい。前記Vは、より好ましくは1.0cc/gより大きく2.5cc/g以下、さらに好ましくは1.5cc/g以上2.5cc/g以下である。
[Activated carbon 2]
The mesopore amount V1 of the activated carbon 2 is preferably a value larger than 0.8 cc / g from the viewpoint of increasing the output characteristics when the positive electrode material is incorporated into the power storage element, while reducing the capacity of the power storage element. From the viewpoint of suppressing, it is preferably 2.5 cc / g or less. The V 1 is more preferably 1.00 cc / g or more and 2.0 cc / g or less, and further preferably 1.2 cc / g or more and 1.8 cc / g or less.
On the other hand, the micropore amount 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, while increasing the density of the activated carbon as an electrode. It is preferably 3.0 cc / g or less from the viewpoint of increasing the capacity per unit volume. The V 2 is more preferably larger 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、3,000m/g以上4,000m/g以下であることが好ましく、3,200m/g以上3,800m/g以下であることがより好ましい。BET比表面積が3,000m/g以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、他方、BET比表面積が4,000m/g以下の場合には、電極の強度を保つために結着剤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。
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い。より好ましくは3μm以上10μm以下である。
The activated carbon 2 having the above-mentioned mesopore amount and micropore amount has a higher BET specific surface area than the activated carbon used for a conventional electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor. The specific value of the BET specific surface area of the activated carbon 2 is preferably 3,000 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less, and 3,200 m 2 / g or more and 3,800 m 2 / g or less. Is more preferable. When the BET specific surface area is 3,000 m 2 / g or more, good energy density is likely to be obtained, while when the BET specific surface area is 4,000 m 2 / g or less, in order to maintain the strength of the electrode. Since it is not necessary to add a large amount of binder, the performance per electrode volume is improved.
The average particle size of the activated carbon 2 is preferably 2 μm or more and 20 μm or less. More preferably, it is 3 μm or more and 10 μm or less.

[活性炭の使用態様]
活性炭1及び2は、それぞれ、1種の活性炭であってもよいし、2種以上の活性炭の混合物であって前記した各々の特性値を混合物全体として示すものであってもよい。
前記の活性炭1及び2は、これらのうちのいずれか一方を選択して使用してもよいし、両者を混合して使用してもよい。
正極活物質は、活性炭1及び2以外の材料(例えば、前記特定のV及び/若しくはVを有さない活性炭、又は活性炭以外の材料(例えば、リチウムと遷移金族との複合酸化物(「リチウム遷移金族酸化物」ともいう。)、導電性高分子等)を含んでもよい。
[Usage of activated carbon]
Activated carbons 1 and 2 may be one type of activated carbon, respectively, or may be a mixture of two or more types of activated carbon, and each of the above-mentioned characteristic values may be shown as a whole mixture.
The activated carbons 1 and 2 may be used by selecting one of them, or a mixture of the two may be used.
The positive electrode active material is a material other than activated carbons 1 and 2 (for example, activated carbon without the specific V 1 and / or V 2 or a material other than activated carbon (for example, a composite oxide of lithium and a transition metal family). It may also contain (also referred to as "lithium transition metal oxide"), a conductive polymer, etc.).

リチウム遷移金属酸化物としては、例えば、LiCoO、LiNiO、LiNi(1-y)(MはCo、Mn、Al、Fe、Mg、及びTiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、yは0.2<y<0.97を満たす。)、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiMnO、α-LiFeO、LiVO、LiCrO、LiFePO、Li(PO、LiMn、LiMn(2-y)(MはCo、Mn、Al、Fe、Mg、及びTiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であり、yは0.2<y<0.97を満たす。)、LiNiCoAl(1-a-b)(a及びbは0.2<a<0.97、0.2<b<0.97を満たす。)、LiNiCoMn(1-c-d)(c及びdは0.2<c<0.97、0.2<d<0.97を満たす。)(xは0≦x≦1を満たし、zは0≦z≦3を満たす)等が挙げられる。 Examples of the lithium transition metal oxide include Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x Ny M (1-y) O 2 (M is a group consisting of Co, Mn, Al, Fe, Mg, and Ti). At least one element selected from the above, y satisfies 0.2 <y <0.97), Li x Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li x MnO 2 , α. -Li x FeO 2 , Li x VO 2 , Li x CrO 2 , Li x FePO 4 , Li z V 2 (PO 4 ) 3 , Li x Mn 2 O 4 , Li x My Mn (2- y ) O 4 (M is at least one element selected from the group consisting of Co, Mn, Al, Fe, Mg, and Ti, and y satisfies 0.2 <y <0.97.), Li x Ni a Co. b Al (1-ab) O 2 (a and b satisfy 0.2 <a <0.97, 0.2 <b <0.97), Li x Ni c Co d Mn (1- ). cd) O 2 (c and d satisfy 0.2 <c <0.97, 0.2 <d <0.97.) (X satisfies 0 ≦ x ≦ 1, z satisfies 0 ≦ z. ≤ 3) and the like.

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%以上がさらに好ましく、100質量%であることが最も好ましい。
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%以下であることがさらに好ましい。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。
In an exemplary embodiment, the content of activated carbon 1, the content of activated carbon 2, or the total content of activated carbons 1 and 2 is preferably more than 50% by mass, and 70% by mass or more, respectively, of the total positive electrode active material. More preferably, 90% by mass or more is further preferable, and 100% by mass is most preferable.
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, 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、正極活物質以外に、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な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からなる群から選択される1種以上が、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 in addition to 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.
The lithium compound can be decomposed at the positive electrode in the lithium doping step described later to release lithium ions, and from the viewpoint that it can release lithium ions, lithium carbonate, lithium oxide, lithium hydroxide, lithium fluoride, lithium chloride, and sucrose. One or more selected from the group consisting of lithium, lithium iodide, lithium hydroxide, lithium oxalate, and lithium acetate are preferably used. Among them, one or more selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium oxide, and lithium hydroxide is more preferable, and lithium carbonate is further preferable from the viewpoint that it can be handled in the air and has low hygroscopicity. preferable. 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, so that the electrolytic solution has excellent 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]
正極前駆体の正極活物質層におけるリチウム化合物は、粒子状であることが好ましい。正極前駆体の正極活物質層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。この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以下であることがさらに好ましく、10μm以下であることが最も好ましい。他方、この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以上であることがさらに好ましい。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。
[Lithium compound of positive electrode precursor]
The lithium compound in the positive electrode active material layer of the positive electrode precursor is preferably in the form of particles. The average particle size of the lithium compound contained in the positive electrode active material layer of 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 this lithium compound 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 this lithium compound 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 the oxidation reaction of the lithium compound can be ensured.

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. 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, to impart an appropriate degree of porosity to the positive electrode, and to combine both of 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]
正極の正極活物質層における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。
正極の正極活物質層におけるリチウム化合物の量は、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。
[Lithium compound of positive electrode]
When the average particle size of the lithium compound in the positive electrode active material layer of 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. 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 the fluorine ions can be efficiently performed.
The amount of the lithium compound in the positive electrode active material layer of the positive electrode is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, and 2.5% by mass or more and 25% by mass or less, based on the total mass of the positive electrode active material layer in the positive electrode. 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 the amount 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 hindered 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.

(正極活物質層のその他の成分)
本実施形態の正極及び正極前駆体の正極活物質層には、必要に応じて、正極活物質及びリチウム化合物の他に、例えば、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤、pH調整剤等の任意成分を含んでいてもよい。
(Other components of the positive electrode active material layer)
In the positive electrode active material layer of the positive electrode and the positive electrode precursor of the present embodiment, in addition to the positive electrode active material and the lithium compound, for example, a conductive filler, a binder, a dispersion stabilizer, a pH adjuster, etc. It may contain any component of.

(正極活物質層の厚さ)
正極活物質層の厚さは、正極集電体の片面当たり10μm以上200μm以下であることが好ましい。この正極活物質層の厚さは、より好ましくは片面当たり20μm以上100μm以下であり、さらに好ましくは30μm以上80μm以下である。この厚さが10μm以上であれば、十分な充放電容量を発現することができる。他方、この厚さが200μm以下であれば、電極内のイオン拡散抵抗を低く維持することができる。そのため、十分な出力特性が得られるとともに、セル体積を縮小することができ、したがってエネルギー密度を高めることができる。なお、集電体が貫通孔や凹凸を有する場合における正極活物質層の厚さとは、集電体の貫通孔や凹凸を有していない部分の片面当たりの厚さの平均値をいう。
(Thickness of positive electrode active material layer)
The thickness of the positive electrode active material layer is preferably 10 μm or more and 200 μm or less per one side of the positive electrode current collector. The thickness of the positive electrode active material layer is more preferably 20 μm or more and 100 μm or less, and further preferably 30 μm or more and 80 μm or less per one side. When this thickness is 10 μm or more, a sufficient charge / discharge capacity can be developed. On the other hand, when this thickness is 200 μm or less, the ion diffusion resistance in the electrode can be kept low. Therefore, sufficient output characteristics can be obtained, the cell volume can be reduced, and therefore the energy density can be increased. The thickness of the positive electrode active material layer when the current collector has through holes or irregularities means the average value of the thickness per surface of the portion of the current collector that does not have through holes or irregularities.

(正極活物質層の嵩密度)
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。
(Bulk density of positive electrode active material layer)
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。本実施の形態の非水系リチウム型蓄電素子における正極集電体としては、アルミニウム箔が特に好ましい。
この金属箔は、凹凸、貫通孔等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。ここで、正極集電体のうち少なくとも正極活物質層が存在する領域が無孔状であれば足り、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、なくてもよい。
正極集電体の厚さは、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 power storage device of the present embodiment.
This metal foil may be a normal metal foil having no irregularities, through holes, etc., or a metal foil having irregularities subjected to embossing, chemical etching, electrolytic precipitation, blasting, etc., or expanded metal, A metal foil having through holes such as punching metal and etching foil may be used.
From the viewpoint of ease of electrode production and high electron conductivity, the positive electrode current collector in this embodiment is preferably non-porous. Here, it is sufficient if at least the region where the positive electrode active material layer is present in the positive electrode current collector is non-porous, and there are holes in the surplus portion of the positive electrode current collector where the positive electrode active material layer is not coated. It may or may not be present.
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.

金属箔の表面には、例えば黒鉛、鱗片状黒鉛、カーボンナノチューブ、グラフェン、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、気相成長炭素繊維等の導電性材料を含むアンカー層を設けることが好ましい。アンカー層を設けることで、正極集電体と正極活物質層との間の電気伝導が向上し、低抵抗化できる。アンカー層の厚さは、正極集電体の片面当たり0.1μm以上5μm以下であることが好ましい。 It is preferable to provide an anchor layer containing a conductive material such as graphite, scaly graphite, carbon nanotube, graphene, Ketjen black, acetylene black, and vapor-grown carbon fiber on the surface of the metal foil. By providing the anchor layer, the electrical conduction between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer is improved, and the resistance can be lowered. The thickness of the anchor layer is preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less per one side of the positive electrode current collector.

[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されて、正極前駆体、負極及びセパレータを有する電極積層体が形成され、又はセパレータを介して積層したうえで捲回されて、正極前駆体、負極及びセパレータを有する電極捲回体が形成される。
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又は両面に、有機又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又は無機の微粒子が含まれていてもよい。
セパレータの厚さは5μm以上35μm以下が好ましい。5μm以上の厚さとすることにより、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以下の厚さとすることにより、蓄電素子の出力特性が高くなる傾向があるため好ましい。
有機又は無機の微粒子からなる膜の厚さは、1μm以上10μm以下が好ましい。この膜の1μm以上の厚さとすることにより、セパレータ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以下の厚さとすることにより、蓄電素子の出力特性が高くなる傾向があるため好ましい。
[Separator]
The positive electrode precursor and the negative electrode are laminated via a separator to form an electrode laminate having a positive electrode precursor, a negative electrode and a separator, or are laminated via a separator and then wound to form a positive electrode precursor, a negative electrode and a negative electrode. And an electrode winding body having a separator is formed.
As the separator, a polyethylene microporous film used for a lithium ion secondary battery, a polypropylene microporous film, a cellulose non-woven paper used for 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, it is preferable to set the thickness to 35 μm or less because the output characteristics of the power storage element tend to be high.
The thickness of the film made of organic or inorganic fine particles is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. When the thickness of this film is 1 μm or more, self-discharge due to micro short circuit inside the separator tends to be small, which is preferable. On the other hand, when the thickness is 10 μm or less, the output characteristics of the power storage element tend to be high, which is preferable.

[電解液]
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子における電解液は、リチウムイオンを含む非水系電解液である。すなわちこの非水系電解液は、リチウムイオンを与えるリチウム塩及び非水溶媒を含み、さらにその他の添加剤を含んでいてもよい。
[Electrolytic solution]
The electrolytic solution in the non-aqueous lithium-type power storage element of the present embodiment is a non-aqueous electrolytic solution containing lithium ions. That is, this non-aqueous electrolyte solution contains a lithium salt that gives lithium ions and a non-aqueous solvent, and may further contain other additives.

(リチウム塩)
本実施形態における非水系電解液に含まれるリチウム塩としては、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等が挙げられる。これらは、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、リチウム塩はLiPF及びLiN(SOF)から選択される1種以上を含むことが好ましい。
非水系電解液中のリチウム塩濃度は、0.5mol/L以上であることが好ましく、0.5~2.0mol/Lの範囲がより好ましい。リチウム塩濃度が0.5mol/L以上であれば、陰イオンが十分に存在するので非水系リチウム型蓄電素子の容量を十分高くできる。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、及び非水系電解液の粘度が高くなり過ぎることを防止でき、伝導度が低下し難く、出力特性も低下し難いため好ましい。
(Lithium salt)
Examples of the lithium salt contained in the non-aqueous electrolyte solution in the present embodiment include (LiN (SO 2 F) 2 ), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , and 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 and the like can be mentioned. These can be used alone or in combination of two or more. It is preferable that the lithium salt contains at least one selected from LiPF 6 and LiN (SO 2 F) 2 because it can exhibit high conductivity.
The lithium salt concentration in the non-aqueous electrolyte solution is preferably 0.5 mol / L or more, more preferably 0.5 to 2.0 mol / L. When the lithium salt concentration is 0.5 mol / L or more, anions are sufficiently present, so that the capacity of the non-aqueous lithium storage element can be sufficiently increased. When the lithium salt concentration is 2.0 mol / L or less, it is possible to prevent undissolved lithium salt from precipitating in the non-aqueous electrolyte solution and the viscosity of the non-aqueous electrolyte solution from becoming too high, resulting in a decrease in conductivity. It is preferable because it is difficult to do and the output characteristics are not easily deteriorated.

(非水溶媒)
本実施形態における非水系電解液は、非水溶媒として、好ましくは、環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含有する。非水系電解液が環状カーボネート及び鎖状カーボネートを含有することは、所望の濃度のリチウム塩を溶解させる点、及び高いリチウムイオン伝導度を発現する点で有利である。
環状カーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等に代表されるアルキレンカーボネート化合物が挙げられる。アルキレンカーボネート化合物は、典型的には非置換である。
鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート等に代表されるジアルキルカーボネート化合物が挙げられる。ジアルキルカーボネート化合物は典型的には非置換である。
環状カーボネート及び鎖状カーボネートの合計含有量は、非水系電解液の合計質量を基準として、好ましくは50質量%以上、より好ましくは65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。環状カーボネート及び鎖状カーボネートの合計含有量が50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。環状カーボネート及び鎖状カーボネートの合計濃度が95質量%以下であれば、非水系電解液が、後述する添加剤をさらに含有することができる。
(Non-aqueous solvent)
The non-aqueous electrolyte solution in the present embodiment preferably contains a cyclic carbonate and a chain carbonate as the non-aqueous solvent. It is advantageous that the non-aqueous electrolyte solution contains a cyclic carbonate and a chain carbonate in that it dissolves a lithium salt having a desired concentration and that it exhibits high lithium ion conductivity.
Examples of the cyclic carbonate include alkylene carbonate compounds typified by ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and the like. The alkylene carbonate compound is typically unsubstituted.
Examples of the chain carbonate include dialkyl carbonate compounds typified by dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate and the like. Dialkyl carbonate compounds are typically unsubstituted.
The total content of the cyclic carbonate and the chain carbonate is preferably 50% by mass or more, more preferably 65% by mass or more, preferably 95% by mass or less, more preferably more preferably, based on the total mass of the non-aqueous electrolyte solution. It is 90% by mass or less. When the total content of the cyclic carbonate and the chain carbonate is 50% by mass or more, it is possible to dissolve a lithium salt having a desired concentration, and high lithium ion conductivity can be exhibited. When the total concentration of the cyclic carbonate and the chain carbonate is 95% by mass or less, the non-aqueous electrolytic solution can further contain the additive described later.

(添加剤)
本実施形態における非水系電解液は、さら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、環状酸無水物等が挙げられる。これらは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 electrolytic solution in the present embodiment may further contain an additive. The additive is not particularly limited, and examples thereof include sultone compounds, cyclic phosphazene, acyclic fluorinated ether, fluorinated cyclic carbonate, cyclic carbonate ester, cyclic carboxylic acid ester, and cyclic acid anhydride. These can be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.

スルトン化合物としては、例えば、下記一般式(1)~(3)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 (1) to (3). These sultone compounds may be used alone or in combination of two or more.

Figure 0007042589000001
{式(1)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 0007042589000002
{式(2)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 0007042589000003
{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 0007042589000001
{In the formula (1), 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 are different even if they are the same as each other. May; and n is an integer from 0 to 3. }
Figure 0007042589000002
{In formula (2), 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 are different even if they are the same as each other. May; and n is an integer from 0 to 3. }
Figure 0007042589000003
{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 are different even if they are the same as each other. You may. }

本実施形態では、抵抗への悪影響が少なく、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(1)で表されるスルトン化合物としては、好ましくは、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、及び2,4-ペンタンスルトンが挙げられ;式(2)で表されるスルトン化合物としては、好ましくは、1,3-プロペンスルトン、及び1,4-ブテンスルトンが挙げられ;式(3)で表されるスルトン化合物としては、好ましくは、1,5,2,4-ジオキサジチエパン2,2,4,4-テトラオキシドが挙げられ;その他のスルトン化合物としては、好ましくは、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)が挙げられ、これら群から選択される少なくとも1種がより好ましい。
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に含まれるスルトン化合物の合計含有量は、非水系電解液の合計質量を基準として、0.5質量%~15質量%であることが好ましく、より好ましくは1質量%以上10質量%以下であり、さらに好ましくは3質量%以上8質量%以下である。
In the present embodiment, the sultone compound represented by the formula (1) is preferably 1. Examples thereof include 3-propane sultone, 2,4-butane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-butane sultone, and 2,4-pentane sultone; the sultone compound represented by the formula (2) is preferably preferred. Examples thereof include 1,3-propen sultone and 1,4-buten sultone; the sultone compound represented by the formula (3) is preferably 1,5,2,4-dioxadithiepan 2,2. Examples include 4,4-tetraoxide; other sultone compounds are preferably methylenebis (benzenesulfonic acid), methylenebis (phenylmethanesulfonic acid), methylenebis (ethanesulfonic acid), methylenebis (2,4,6). Trimethylbenzene sulfonic acid) and methylenebis (2-trifluoromethylbenzene sulfonic acid), and at least one selected from these groups is more preferable.
The total content of the sulton compound contained in the non-aqueous electrolyte solution of the non-aqueous lithium-type power storage element in the present embodiment shall be 0.5% by mass to 15% by mass based on the total mass of the non-aqueous electrolyte solution. Is more preferable, and more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, and further preferably 3% by mass or more and 8% by mass or less.

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、及び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、これらの群から選択される少なくとも1種が好ましい。
非水系電解液における環状ホスファゼンの含有率は、非水系電解液の合計質量を基準として、0.5質量%~20質量%であることが好ましく、より好ましくは2質量%以上15質量%以下であり、さらに好ましくは4質量%以上12質量%以下である。
非環状含フッ素エーテルとしては、例えばHCFCFOCHCFCFH、CFCFHCFOCHCFCFH、HCFCFCHOCHCFCFH、及びCFCFHCFOCHCFCFHCF等が挙げられ、これらの中でも、電気化学的安定性の観点から、HCFCFOCHCFCFHが好ましい。
非環状含フッ素エーテルの含有量は、非水系電解液の合計質量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下であることがさらに好ましい。
Examples of the cyclic phosphazene include ethoxypentafluorocyclotriphosphazene, diethoxytetrafluorocyclotriphosphazene, and phenoxypentafluorocyclotriphosphazene, and at least one selected from these groups is preferable.
The content of cyclic phosphazene in the non-aqueous electrolyte solution is preferably 0.5% by mass to 20% by mass, more preferably 2% by mass or more and 15% by mass or less, based on the total mass of the non-aqueous electrolyte solution. Yes, more preferably 4% by mass or more and 12% by mass or less.
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, and CF 3 CFHCF 2 OCH 2 CF 2 CFHCF 3 and the like can be mentioned, and among these, HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H is preferable from the viewpoint of electrochemical stability.
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 mass of the non-aqueous electrolyte solution.

含フッ素環状カーボネートとしては、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)からなる群から選択される少なくとも一種が好ましい。
含フッ素環状カーボネートの含有量は、非水系電解液の合計質量を基準として、0.5質量%以上10質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることがさらに好ましい。
環状炭酸エステルとしては、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、非水系電解液の合計質量を基準として、0.5質量%以上10質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることがさらに好ましい。
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、及びイプシロンカプロラクトン等を挙げることができ、これらの群から選択される少なくとも1種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は、リチウムイオン解離度の向上に由来する電池特性を向上させる点で、特に好ましい。
環状カルボン酸エステルの含有量は、非水系電解液の合計質量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下であることがさらに好ましい。
As the fluorine-containing cyclic carbonate, at least one selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate (FEC) and difluoroethylene carbonate (dFEC) is preferable from the viewpoint of compatibility with other non-aqueous solvents.
The content of the fluorine-containing 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 mass of the non-aqueous electrolytic solution.
As 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 mass of the non-aqueous electrolyte solution.
Examples of the cyclic carboxylic acid ester include gamma-butyrolactone, gamma-valerolactone, gamma caprolactone, and epsilon caprolactone, and it is preferable to use at least one selected from these groups. Among them, gamma-butyrolactone is particularly preferable in that it improves the battery characteristics derived from the improvement of 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 mass of the non-aqueous electrolyte solution.

環状酸無水物としては、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なる群から選択される少なくとも1種が好ましい。中でも工業的な入手のし易さによって非水系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、非水系電解液の合計質量を基準として、0.5質量%以上15質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下であることがさらに好ましい。環状酸無水物の含有量が0.5質量%以上であれば、負極上に良質な被膜を形成することができ、負極上における非水系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非水系リチウム型蓄電素子が得られる。環状酸無水物の含有量が10質量%以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。
As the cyclic acid anhydride, at least one selected from the group consisting of succinic anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, and itaconic anhydride is preferable. Among them, it is preferable to select from succinic anhydride and maleic anhydride because the production cost of the non-aqueous electrolyte solution can be suppressed due to the industrial availability and the solubility in the non-aqueous electrolyte solution is easy.
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 mass 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 non-aqueous electrolyte solution on the negative electrode, it is durable at high temperatures. A non-aqueous lithium-type power storage element having high properties can be obtained. When the content of the cyclic acid anhydride is 10% by mass or less, the solubility of the electrolyte salt can be kept good, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution can be kept high, and therefore high input / output characteristics can be obtained. It becomes possible to express.

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

<非水系リチウム型蓄電素子の製造方法>
[組立工程 電極体の作製]
本願明細書において、電極体とは、正極前駆体、セパレータ、及び負極がこの順に積層された構造を少なくとも1つ含む電極積層体、又は正極前駆体、セパレータ、及び負極がこの順に積層されて捲回された電極捲回体を意味する。
ある実施形態の組立工程では、例えば、枚葉の形状にカットした正極前駆体及び負極を、セパレータを介して積層してなる積層体に、正極端子及び負極端子を接続することにより、電極積層体である電極体が作製される。別の実施形態では、正極前駆体及び負極を、セパレータを介して積層及び捲回した捲回体に、正極端子及び負極端子を接続することにより、電極捲回体である電極体が作製される。電極捲回体の形状は円筒型であっても、扁平型であってもよい。
正極端子及び負極端子を接続する方法は特に限定されないが、抵抗溶接、超音波溶接等の方法を用いることができる。
<Manufacturing method of non-aqueous lithium-type power storage element>
[Assembly process: Fabrication of electrode body]
In the present specification, the electrode body is an electrode laminate including at least one structure in which a positive electrode precursor, a separator, and a negative electrode are laminated in this order, or a positive electrode precursor, a separator, and a negative electrode are laminated in this order and rolled up. It means a rotated electrode winding body.
In the assembly process of a certain embodiment, for example, an electrode laminate is formed by connecting a positive electrode terminal and a negative electrode terminal to a laminate obtained by laminating a positive electrode precursor and a negative electrode cut into a single-wafer shape via a separator. The electrode body is manufactured. In another embodiment, an electrode body which is an electrode winding body is manufactured by connecting a positive electrode terminal and a negative electrode terminal to a winding body in which a positive electrode precursor and a negative electrode are laminated and wound via a separator. .. The shape of the electrode winding body may be cylindrical or flat.
The method of connecting the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is not particularly limited, but a method such as resistance welding or ultrasonic welding can be used.

端子を接続した電極体(電極積層体、又は電極捲回体)をさらに乾燥して、残存溶媒を除去することが好ましい。乾燥方法は限定されないが、真空乾燥等により実施することができる。残存溶媒は、正極活物質層又は負極活物質層の合計質量当たり、1.5質量%以下であることが好ましい。残存溶媒が1.5質量%より多いと、系内に溶媒が残存し、自己放電特性を悪化させるため好ましくない。
乾燥した電極体は、好ましくは露点-40℃以下のドライ環境下にて、金属缶又はラミネートフィルムに代表される外装体の中に収納し、非水系電解液を注液するための開口部を1方だけ残して封止することが好ましい。露点が-40℃より高いと、電極体に水分が付着してしまい、系内に水が残存し、自己放電特性を悪化させるため好ましくない。外装体の封止方法は特に限定されないが、ヒートシール、インパルスシールなどの方法を用いることができる。
It is preferable to further dry the electrode body (electrode laminated body or electrode winding body) to which the terminals are connected to remove the residual solvent. The drying method is not limited, but it can be carried out by vacuum drying or the like. The residual solvent is preferably 1.5% by mass or less based on the total 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 are deteriorated, which is not preferable.
The dried electrode body is housed in an exterior body typified by a metal can or a laminated film, preferably in a dry environment with a dew point of -40 ° C. or lower, and an opening for injecting a non-aqueous electrolytic solution is provided. It is preferable to seal by leaving only one side. If the dew point is higher than -40 ° C, water adheres to the electrode body, water remains in the system, and the self-discharge characteristics are deteriorated, which is not preferable. The method for sealing the exterior body is not particularly limited, but a method such as heat sealing or impulse sealing can be used.

本実施形態における非水系リチウム型蓄電素子は、典型的には、以下の注液、含浸封止工程、リチウムドープ工程、及びエージング工程を順次に行うことにより、製造することができる。エージング工程後に、さらにガス抜き工程を行ってもよい。 The non-aqueous lithium-type power storage element according to the present embodiment can be typically manufactured by sequentially performing the following liquid injection, impregnation sealing step, lithium doping step, and aging step. After the aging step, a degassing step may be further performed.

[注液、含浸、及び封止工程]
組立工程後に、電極体が収納された外装体内に、非水系電解液を注液する。
注液後に、さらに含浸を行い、正極、負極、及びセパレータを非水系電解液で十分に浸すことが望ましい。正極、負極、及びセパレータのうちの少なくとも一部に電解液が浸っていない状態では、後述するリチウムドープ工程において、リチウム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する、耐久性が低下する等の不都合が生じる場合がある。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。
注液後、好ましくは含浸後に、外装体が開口した状態の電極体を減圧しながら封止することにより、外装体を密閉することができる。
[Liquid injection, impregnation, and sealing process]
After the assembly process, a non-aqueous electrolyte solution is injected into the exterior body in which the electrode body is housed.
After pouring, it is desirable to further impregnate and sufficiently immerse the positive electrode, negative electrode, and separator with a non-aqueous electrolyte solution. When the electrolytic solution is not immersed in at least a part of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, the lithium doping proceeds non-uniformly in the lithium doping step described later, so that the resistance of the obtained non-aqueous lithium storage element increases. However, inconveniences such as deterioration of durability may occur. The method of impregnation is not particularly limited, but for example, the electrode body after injection is installed in a decompression chamber with the outer body open, the inside of the chamber is decompressed using a vacuum pump, and the atmospheric pressure is again reduced. It is possible to use a method of returning to.
After pouring, preferably after impregnation, the outer body can be sealed by sealing the electrode body with the outer body open while reducing the pressure.

[リチウムドープ工程]
リチウムドープ工程では、正極前駆体と負極との間に電圧を印加して、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をプレドープする工程である。
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;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, a voltage is applied between the positive electrode precursor and the negative electrode to decompose the lithium compound in the positive electrode precursor to release lithium ions, and the lithium ions are reduced at the negative electrode to reduce the negative electrode active material. This is a step of pre-doping the layer with lithium ions.
In the lithium doping step, gas such as CO 2 is generated due to the 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; with an appropriate gas discharge means such as a gas vent valve and a gas permeable film installed in the part of the exterior body in advance. A method of applying a voltage; etc. can be mentioned.

[エージング工程]
リチウムドープ工程後に、エージング工程を行うことが好ましい。エージング工程では、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。この固体高分子被膜は、SEI(SolidElectrolyte Interphase)として機能すると考えられる。
エージングの方法としては、特に制限されないが、例えば高温環境下で電解液中の溶媒を反応させる方法等を用いることができる。
[Aging process]
It is preferable to perform an aging step after the lithium doping step. In the aging step, the solvent in the electrolytic solution is decomposed at the negative electrode, and a lithium ion-permeable solid polymer film is formed on the surface of the negative electrode. This solid polymer coating is considered to function as SEI (Solid Electrolyte Interphase).
The aging method is not particularly limited, but for example, a method of reacting the solvent in the electrolytic solution in a high temperature environment or the like can be used.

[ガス抜き工程]
エージング工程後に、さらにガス抜きを行い、電解液、正極、及び負極中に残存しているガスを確実に除去することが好ましい。電解液、正極、及び負極の少なくとも一部にガスが残存している状態では、イオン伝導が阻害されるため、得られる非水系リチウム型蓄電素子の抵抗が上昇してしまう。
ガス抜きの方法としては、特に制限されないが、例えば、外装体を開口した状態で電極積層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。ガス抜き後、外装体をシールすることにより外装体を密閉し、非水系リチウム型蓄電素子を作製することができる。
[Degassing process]
After the aging step, it is preferable to further degas to surely remove the gas remaining in the electrolytic solution, the positive electrode, and the negative electrode. In a state where gas remains in at least a part of the electrolytic solution, the positive electrode, and the negative electrode, ion conduction is inhibited, so that the resistance of the obtained non-aqueous lithium storage element increases.
The method of degassing is not particularly limited, but for example, a method of installing the electrode laminate in the decompression chamber with the exterior body open and depressurizing the inside of the chamber using a vacuum pump can be used. .. After degassing, the exterior body is sealed to seal the exterior body, and a non-aqueous lithium power storage element can be manufactured.

[非水系リチウム型蓄電素子の特性]
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、常温においても高温においても内部抵抗が低く、充放電サイクルを繰り返した場合の容量維持率が高く、リチウムの析出が抑制されている。さらに、高充電状態で高温環境下に長期間保存した場合の発生ガス量が少なく、内部抵抗の上昇率が抑制されている。
[Characteristics of non-aqueous lithium-type power storage element]
The non-aqueous lithium storage element of the present embodiment has low internal resistance at both normal temperature and high temperature, has a high capacity retention rate when the charge / discharge cycle is repeated, and suppresses lithium precipitation. Furthermore, the amount of gas generated when stored in a high-temperature environment for a long period of time in a highly charged state is small, and the rate of increase in internal resistance is suppressed.

<非水系リチウム型蓄電素子の用途>
本実施形態に係る複数個の非水系リチウム型蓄電素子は、これを直列又は並列に接続することにより蓄電モジュールを作製することができる。また、本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子及び蓄電モジュールは、高い入出力特性と高温での安全性とを両立することができるので、電力回生アシストシステム、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、電動パワーステアリングシステム、非常用電源システム、インホイールモーターシステム、アイドリングストップシステム、急速充電システム、スマートグリッドシステム等に使用されることができる。
<Applications for non-aqueous lithium-type power storage elements>
A plurality of non-aqueous lithium-type power storage elements according to the present embodiment can be connected in series or in parallel to form a power storage module. Further, since the non-aqueous lithium type power storage element and the power storage module of the present embodiment can achieve both high input / output characteristics and safety at high temperature, a power regeneration assist system, a power load leveling system, and a power failure-free power supply can be achieved. It can be used in systems, contactless power supply systems, energy harvest systems, power storage systems, electric power steering systems, emergency power supply systems, in-wheel motor systems, idling stop systems, quick charging systems, smart grid systems and the like.

蓄電システムは太陽光発電又は風力発電等の自然発電に、電力負荷平準化システムはマイクログリッド等に、無停電電源システムは工場の生産設備等に、それぞれ好適に利用される。非接触給電システムにおいて、非水系リチウム型蓄電素子は、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のために、エナジーハーベストシステムにおいて、非水系リチウム型蓄電素子は、振動発電等で発電した電力を使用するために、それぞれ好適に利用される。 The power storage system is preferably used for natural power generation such as solar power generation or wind power generation, the power load leveling system is preferably used for microgrids, etc., and the power failure-free power supply system is preferably used for production equipment in factories. In the non-contact power supply system, the non-aqueous lithium energy storage element is used for leveling voltage fluctuations such as microwave power transmission or electric field resonance and for storing energy. In the energy harvest system, the non-aqueous lithium energy storage element is used for vibration power generation. In order to use the electric power generated by the above, each is suitably used.

蓄電システムにおいては、セルスタックとして、複数個の非水系リチウム型蓄電素子が直列又は並列に接続されるか、又は非水系リチウム型蓄電素子と、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池、又は燃料電池とが、直列又は並列に接続される。
また、本実施形態に係る非水系リチウム型蓄電素子は、高い入出力特性と高温での安全性とを両立することができるので、例えば、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、電動バイク等の乗り物に搭載されることができる。上記で説明された電力回生アシストシステム、電動パワーステアリングシステム、非常用電源システム、インホイールモーターシステム、アイドリングストップシステム、又はこれらの組み合わせが、乗り物に好適に搭載される。
In a power storage system, a plurality of non-aqueous lithium-type power storage elements are connected in series or in parallel as a cell stack, or a non-water-based lithium power storage element and a lead battery, a nickel hydrogen battery, a lithium ion secondary battery, etc. Alternatively, the fuel cell is connected in series or in parallel.
Further, the non-aqueous lithium power storage element according to the present embodiment can achieve both high input / output characteristics and safety at high temperatures, and therefore, for example, an electric vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a hybrid vehicle, an electric motorcycle, etc. Can be mounted on vehicles. The power regeneration assist system, the electric power steering system, the emergency power supply system, the in-wheel motor system, the idling stop system, or a combination thereof described above are suitably mounted on the vehicle.

以下、実施例及び比較例を示して本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例及び比較例により何ら限定されるものではない。
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples and Comparative Examples.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.

<負極活物質>
(1)第1負極活物質
(1-1)炭素材料1-1の調製
市販の人造黒鉛200g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:80℃)80gを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置した。これを窒素雰囲気下、1,100℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持して熱反応させた。次いで、自然冷却により60℃まで冷却した後、電気炉から取り出すことにより、炭素材料1-1を得た。
(1-2)炭素材料1-2
市販の高比表面積黒鉛を炭素材料1-2とした。
(1-3)炭素材料1-3の調製
市販の天然黒鉛200g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:80℃)80gを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置した。これを窒素雰囲気下、1100℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持した熱反応させた。次いで、自然冷却により60℃まで冷却した後、電気炉から取り出すことにより、炭素材料1-3を得た。
(1-4)炭素材料1-4
市販の天然黒鉛を炭素材料1-4とした。
(1-5)炭素材料1-5
市販の人造黒鉛を炭素材料1-5とした。
<Negative electrode active material>
(1) Preparation of 1st negative electrode active material (1-1) Carbon material 1-1 Stainless steel containing 200 g of commercially available artificial graphite in a cage made of stainless steel mesh and 80 g of coal-based pitch (softening point: 80 ° C.). They were placed on a stainless steel bat and both were installed in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm). This was heated to 1,100 ° C. in a nitrogen atmosphere in 8 hours and kept at the same temperature for 4 hours for thermal reaction. Then, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, the carbon material 1-1 was obtained by taking it out from the electric furnace.
(1-2) Carbon material 1-2
Commercially available high specific surface area graphite was used as carbon material 1-2.
(1-3) Preparation of carbon material 1-3 200 g of commercially available natural graphite was placed in a stainless steel mesh cage and placed on a stainless steel bat containing 80 g of coal-based pitch (softening point: 80 ° C.), and both were placed. Was installed in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm). This was heated to 1100 ° C. in a nitrogen atmosphere in 8 hours and kept at the same temperature for 4 hours for thermal reaction. Then, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, the carbon material 1-3 was obtained by taking it out from the electric furnace.
(1-4) Carbon material 1-4
Commercially available natural graphite was used as carbon material 1-4.
(1-5) Carbon material 1-5
Commercially available artificial graphite was used as carbon material 1-5.

(2)第2負極活物質
(2-1)炭素材料2-1の調製
市販のカーボンブラック200g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:80℃)200gを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置した。これを窒素雰囲気下、900℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持して熱反応させた。次いで、自然冷却により60℃まで冷却した後、電気炉から取り出すことにより、炭素材料2-1を得た。
(2-2)炭素材料2-2の調製
市販のハードカーボン200g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:80℃)80gを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置した。これを窒素雰囲気下、900℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持して熱反応させた。次いで、自然冷却により60℃まで冷却した後、電気炉から取り出すことにより、炭素材料2-2を得た。
(2) Preparation of second negative electrode active material (2-1) carbon material 2-1 Stainless steel containing 200 g of commercially available carbon black in a cage made of stainless steel mesh and 200 g of coal-based pitch (softening point: 80 ° C.). They were placed on a stainless steel bat and both were installed in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm). This was heated to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere in 8 hours and kept at the same temperature for 4 hours for thermal reaction. Then, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, the carbon material 2-1 was obtained by taking it out from an electric furnace.
(2-2) Preparation of carbon material 2-2 200 g of commercially available hard carbon is placed in a stainless steel mesh cage and placed on a stainless steel bat containing 80 g of coal-based pitch (softening point: 80 ° C.), and both are placed. Was installed in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm). This was heated to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere in 8 hours and kept at the same temperature for 4 hours for thermal reaction. Then, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, the carbon material 2-2 was obtained by taking it out from the electric furnace.

(2-3)炭素材料2-3
市販のソフトカーボンを炭素材料2-3とした。
(2-4)炭素材料2-4の調製
市販のヤシ殻活性炭200g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:80℃)200gを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置した。これを窒素雰囲気下、660℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持して熱反応させた。次いで、自然冷却により60℃まで冷却した後、電気炉から取り出すことにより、炭素材料2-4を得た。
(2-5)炭素材料2-5
市販のハードカーボンを炭素材料2-5とした。
(2-3) Carbon material 2-3
Commercially available soft carbon was used as carbon material 2-3.
(2-4) Preparation of carbon material 2-4 200 g of commercially available coconut shell activated carbon is placed in a stainless steel mesh cage, and placed on a stainless steel bat containing 200 g of coal-based pitch (softening point: 80 ° C.). Both were installed in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm). This was heated to 660 ° C. in a nitrogen atmosphere in 8 hours and kept at the same temperature for 4 hours for thermal reaction. Then, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, the carbon material 2-4 was obtained by taking it out from the electric furnace.
(2-5) Carbon material 2-5
Commercially available hard carbon was used as carbon material 2-5.

(3)第3負極活物質
(3-1)ケイ素複合材料3-1の調製
平均粒子径0.9μmの市販のケイ素を100gステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)30gを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置した。これを窒素雰囲気下、1,000℃まで15時間で昇温し、同温度で6時間保持して熱反応させた。次いで、自然冷却により60℃まで冷却した後、電気炉から取り出すことにより、ケイ素複合材料3-1を得た。
(3) Third Negative Electrode Active Material (3-1) Preparation of Silicon Composite Material 3-1 Commercially available silicon with an average particle diameter of 0.9 μm was placed in a 100 g stainless steel mesh cage, and a coal-based pitch (softening point: 50) was placed. It was placed on a stainless steel bat containing 30 g (° C.), and both were installed in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm). This was heated to 1,000 ° C. in a nitrogen atmosphere in 15 hours and kept at the same temperature for 6 hours for thermal reaction. Then, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, it was taken out from an electric furnace to obtain a silicon composite material 3-1.

以上で得られた負極活物質について、下記の表1にまとめた。

Figure 0007042589000004
The negative electrode active materials obtained above are summarized in Table 1 below.
Figure 0007042589000004

<正極前駆体の製造>
(1)正極活物質の調製
破砕されたヤシ殻炭化物を小型炭化炉内へ入れ、窒素雰囲気下、500℃で3時間炭化処理して炭化物を得た。得られた炭化物を賦活炉内へ入れ、予熱炉で加温した水蒸気を1kg/hで賦活炉内へ導入し、900℃まで8時間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。得られた賦活された活性炭を10時間通水洗浄した後に水切りし、115℃に保持された電気乾燥機内で10時間乾燥した後に、ボールミルで1時間粉砕を行うことにより、活性炭1を得た。
(2)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。
以上の操作により、-196℃で熱変性を防止しつつ、脆性破壊することにより、炭酸リチウムを粉砕した。
この粉砕後の炭酸リチウムについて平均粒子径を測定したところ、2.0μmであった。
<Manufacturing of positive electrode precursor>
(1) Preparation of positive electrode active material The crushed coconut shell carbide was placed in a small carbonization furnace and carbonized at 500 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain carbonized material. The obtained carbide was put into an activation furnace, steam heated in the preheating furnace was introduced into the activation furnace at 1 kg / h, and the temperature was raised to 900 ° C. over 8 hours for activation. The activated carbonized material was taken out and cooled in a nitrogen atmosphere to obtain activated activated carbon. The obtained activated activated carbon was washed with water for 10 hours, drained, dried in an electric dryer maintained at 115 ° C. for 10 hours, and then pulverized with a ball mill for 1 hour to obtain activated carbon 1.
(2) Crushing of lithium carbonate 200 g of lithium carbonate having an average particle diameter of 53 μm was cooled to -196 ° C. with liquid nitrogen using a crusher (liquid nitrogen bead mill LNM) manufactured by IMEX, and then dry ice beads were used. The mixture was crushed at a peripheral speed of 10.0 m / s for 9 minutes.
By the above operation, lithium carbonate was pulverized by brittle fracture while preventing thermal denaturation at -196 ° C.
The average particle size of the pulverized lithium carbonate was measured and found to be 2.0 μm.

(3)正極塗工液の調製
正極活物質として上記で得た活性炭1を、リチウム化合物として上記で得た炭酸リチウムを、それぞれ用いて下記方法で正極塗工液を製造した。
活性炭1を59.5質量部、炭酸リチウムを28.0質量部、導電性フィラーとしてケッチェンブラックを3.0質量部、結着剤として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、並びに溶媒としてNMP(N-メチルピロリドン)を混合し、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17.0m/sの条件で分散することにより、正極塗工液を得た。
(4)正極前駆体の調製
上記正極塗工液を、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℃で乾燥した後、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℃の条件でプレスすることにより、正極前駆体を得た。
(3) Preparation of Positive Electrode Coating Liquid A positive electrode coating liquid was produced by the following method using the activated carbon 1 obtained above as the positive electrode active material and the lithium carbonate obtained above as the lithium compound.
59.5 parts by mass of activated carbon 1, 28.0 parts by mass of lithium carbonate, 3.0 parts by mass of Ketjen Black as a conductive filler, 1.5 parts by mass of PVP (polyvinylpyrrolidone) as a binder, and PVDF. (Polyfluoride vinylidene) is mixed with 8.0 parts by mass and NMP (N-methylpyrrolidone) as a solvent, and a thin film swirl type high-speed mixer fill mix manufactured by PRIMIX is used, and the peripheral speed is 17.0 m / s. A positive coating solution was obtained by dispersing in.
(4) Preparation of positive electrode precursor The above positive electrode coating solution was applied to 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, and a drying temperature of 100 was applied. After drying at ° C., a positive electrode precursor was obtained by pressing with 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.

<実施例1>
(1)負極塗工液の調製
第1負極活物質として炭素材料1-1を99質量部、第2負極活物質として炭素材料2-1を1質量部、導電性フィラーとしてアセチレンブラックを12質量部、及び結着剤としてPVdF(ポリフッ化ビニリデン)を8質量部、並びに固形分の質量比が23.0%になるように溶媒としてNMP(N-メチル-2-ピロリドン)を混合した。得られた混合物を、PRIMIX社製の薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス(登録商標)」を用い、冷却水によって撹拌容器内を5℃程度に保ちながら、周速15m/sの条件で5分間分散することにより、負極塗工液を得た。
得られた負極塗工液の粘度(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2,300mPa・s、TI値は4.2であった。
<Example 1>
(1) Preparation of Negative Electrode Coating Liquid 99 parts by mass of carbon material 1-1 as the first negative electrode active material, 1 part by mass of carbon material 2-1 as the second negative electrode active material, and 12 parts by mass of acetylene black as the conductive filler. 8 parts by mass of PVdF (polyvinylidene fluoride) as a binder and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) as a solvent were mixed so that the mass ratio of the solid content was 23.0%. The obtained mixture was mixed with a thin film swirl type high-speed mixer "Fillmix (registered trademark)" manufactured by PRIMIX Co., Ltd. for 5 minutes under the condition of a peripheral speed of 15 m / s while keeping the inside of the stirring vessel at about 5 ° C. with cooling water. By dispersing, a negative electrode coating liquid was obtained.
The viscosity (ηb) and TI value of the obtained negative electrode coating liquid were measured using an E-type viscometer TVE-35H manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. As a result, the viscosity (ηb) was 2,300 mPa · s, and the TI value was 4.2.

(2)負極の製造
東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて、厚さ10μmの電解銅箔の両面に、負極塗工液を塗工速度1m/sの条件で塗工し、乾燥温度120℃で乾燥した。次いで、ロールプレス機を用いて圧力5kN/cm、プレス部の表面温度25℃の条件でプレスすることにより、負極を製造した。得られたプレス後の負極の全厚を、小野計器社製膜厚計Linear Gauge Sensor GS-551を用いて、負極の任意の10か所で測定し、平均値を求めた。得られた平均厚さ及び質量から算出した負極の負極活物質層のかさ密度は1.02g/ccであった。
(2) Manufacture of negative electrode Using a die coater manufactured by Toray Engineering Co., Ltd., a negative electrode coating liquid was applied to both sides of an electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm at a coating speed of 1 m / s, and a drying temperature of 120 ° C. It was dried in. Next, a negative electrode was manufactured by pressing with a roll press machine under the conditions of a pressure of 5 kN / cm and a surface temperature of the pressed portion of 25 ° C. The total thickness of the obtained negative electrode after pressing was measured at any 10 points on the negative electrode using a film thickness meter Linear Gauge Sensor GS-551 manufactured by Ono Keiki Co., Ltd., and an average value was obtained. The bulk density of the negative electrode active material layer of the negative electrode calculated from the obtained average thickness and mass was 1.02 g / cc.

(3)剥離強度測定
負極を、幅25mm、長さ120mm(100mmが負極活物質層、残りの20mmは負極活物質層が塗布されていない未塗工部である。)に切り取った。幅24mmのセロテープ(登録商標)(ニチバン製、CT405AP-24、粘着力(JIS Z 0237:2009)3.93N/10mm)を100mmの長さに切り取り、負極活物質層に貼り付けた。テンシロン(株式会社エーアンドデイ製 STB-1225S)を用い、下部クリップジョウ(jaw)側に負極集電体の未塗工部、上部クリップジョウ側にセロテープの端部を挟み、以下の条件で剥離強度(180°引き剥がし力)を測定した。セロテープを負極活物質層に貼り付けてから、3分以内に剥離強度の測定を開始した。
環境温度:25℃
ストローク:100mm
速度:50mm/min
データ取得:25~65mmの積分平均荷重
測定を合計3個のサンプルで行ったところ、その平均値は1.88N/cmであった。
(3) Measurement of peel strength The negative electrode was cut into a width of 25 mm and a length of 120 mm (100 mm is the negative electrode active material layer, and the remaining 20 mm is the uncoated part to which the negative electrode active material layer is not applied). A cellophane tape (registered trademark) having a width of 24 mm (manufactured by Nichiban, CT405AP-24, adhesive strength (JIS Z 0237: 2009) 3.93N / 10 mm) was cut to a length of 100 mm and attached to the negative electrode active material layer. Using Tencilon (STB-1225S manufactured by A & D Co., Ltd.), sandwich the uncoated part of the negative electrode current collector on the lower clip jaw (jaw) side and the end of the cellophane tape on the upper clip jaw side, and peel strength (peeling strength (under the following conditions). 180 ° peeling force) was measured. The measurement of the peel strength was started within 3 minutes after the cellophane tape was attached to the negative electrode active material layer.
Environmental temperature: 25 ° C
Stroke: 100 mm
Speed: 50mm / min
Data acquisition: When the integrated average load measurement of 25 to 65 mm was performed with a total of 3 samples, the average value was 1.88 N / cm.

(4)負極の細孔分布解析
上記で得られた負極の負極活物質層をスパチュラで集電体から削り取り、測定サンプルとし、負極活物質層の質量Maを測定した。
ユアサアイオニクス社製の細孔分布測定装置(AUTOSORB-1 AS-1-MP)を用いて、負極活物質層の細孔分布を測定した。その結果、BET比表面積は負極活物質の質量を基準として、4.3m/gであった。また、BJH法により解析すると、Vm1/(Vm1+Vm2)=0.55であり、直径20nm以上50nm以下の領域に1つのピークを有することが分かった。
(4) Analysis of Pore Distribution of Negative Electrode The negative electrode active material layer of the negative electrode obtained above was scraped from the current collector with a spatula and used as a measurement sample, and the mass Ma of the negative electrode active material layer was measured.
The pore distribution of the negative electrode active material layer 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 4.3 m 2 / g based on the mass of the negative electrode active material. Further, when analyzed by the BJH method, it was found that V m1 / (V m1 + V m2 ) = 0.55, and one peak was found in a region having a diameter of 20 nm or more and 50 nm or less.

(5)負極活物質層表面のラマンマッピング
/Iのマッピングは、レニショー社の顕微ラマン分光装置inVia Reflexを用いて実施した。励起光のレーザーの波長は532nmとし、100倍対物レンズを用いて、試料位置で約0.1mWのパワーとなるように集光した。
負極活物質層表面において40μm×40μmの範囲を1μm間隔で点走査し、各測定点のラマンスペクトルを得た。
スパイクノイズ除去には、レニショー社の解析ソフトである、WiREに付属のCosmic ray removalを用いた。ノイズ除去のための主成分分析には、レニショー社の解析ソフトである、WiREに付属のNoise filterを用い、スコアが大きい12成分まででスペクトルを再構築した。
ラマンスペクトルで1,000cm-1から1,800cm-1に直線のベースラインを引き、1,350±15cm-1に観測されるDバンドのピーク高さ(I)と、1,585±15cm-1に現れるGバンドのピーク高さ(I)とを算出して、1,600点のI/Iのマッピングデータを得た。
(5-1)A1の算出
A1(ラマン分光法により得られる該負極活物質層表面のラマンマッピングにおいて、1,350±15cm-1に現れるDバンドのピーク強度Iと、1,585±15cm-1に現れるGバンドのピーク強度Iとの比I/Iが0.5以上1.3以下であるマッピング面積の、マッピング全体面積に対する割合)は、各測定位置で得られた1,600点のI/Iのうち、0.5以上1.3以下である点数を数え、全体の測定点数である1,600で除することによって算出した。実施例1の負極活物質におけるA1は、53%であった。
(5-2)A2の算出
A2(ラマン分光法により得られる該負極活物質層表面のラマンマッピングにおいて、1,350±15cm-1に現れるDバンドのピーク強度Iと、1,585±15cm-1に現れるGバンドのピーク強度Iとの比I/Iが1.0以上1.3以下であるマッピング面積のマッピング全体面積に対する割合)は、各測定位置で得られた1,600点のI/Iのうち1.0以上1.3以下である点数を数え、全体の測定点数である1,600で除することによって算出した。実施例1の負極活物質におけるA2は、3.2%であった。
(5) Raman mapping on the surface of the negative electrode active material layer ID / IG mapping was performed using a micro-Raman spectroscope in Via Reflex manufactured by Renishaw. The wavelength of the laser of the excitation light was 532 nm, and the light was focused using a 100x objective lens so as to have a power of about 0.1 mW at the sample position.
On the surface of the negative electrode active material layer, a range of 40 μm × 40 μm was point-scanned at 1 μm intervals to obtain Raman spectra at each measurement point.
For the spike noise reduction, Cosmic ray remote attached to WiRE, which is Renishaw's analysis software, was used. For the principal component analysis for noise removal, the Noise filter attached to WiRE, which is the analysis software of Renishaw, was used, and the spectrum was reconstructed up to 12 components having a large score.
A straight line baseline is drawn from 1,000 cm -1 to 1,800 cm -1 in the Raman spectrum, and the peak height (ID) of the D band observed at 1,350 ± 15 cm -1 and 1,585 ± 15 cm. The peak height (IG) of the G band appearing at -1 was calculated, and 1,600 points of ID / IG mapping data were obtained.
(5-1) Calculation of A1 A1 (Raman mapping of the surface of the negative electrode active material layer obtained by Raman spectroscopy, the peak intensity ID of the D band appearing at 1,350 ± 15 cm -1 , and 1,585 ± 15 cm. The ratio of the mapping area in which the ratio ID / IG to the peak intensity IG of the G band appearing in -1 is 0.5 or more and 1.3 or less with respect to the total mapping area) is 1 obtained at each measurement position. , 600 points of ID / IG , calculated by counting the points of 0.5 or more and 1.3 or less and dividing by 1,600, which is the total number of measurement points. The A1 in the negative electrode active material of Example 1 was 53%.
(5-2) Calculation of A2 A2 (In Raman mapping of the surface of the negative electrode active material layer obtained by Raman spectroscopy, the peak intensity ID of the D band appearing at 1,350 ± 15 cm -1 and 1,585 ± 15 cm. The ratio of the G band appearing in -1 to the peak intensity IG and the ratio of the mapping area where the ID / IG is 1.0 or more and 1.3 or less to the total mapping area) is 1, which is obtained at each measurement position. It was calculated by counting the points of 1.0 or more and 1.3 or less out of 600 points of ID / IG and dividing by 1,600 which is the total number of measurement points. The A2 in the negative electrode active material of Example 1 was 3.2%.

(6)電解液の調製
有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC)=33:67(体積比)の混合溶媒を用い、LiPFの濃度が1.2mol/Lとなるように電解質塩を溶解して非水系電解液を得た。
(7)非水系リチウム型蓄電素子の作製
得られた両面正極前駆体を、正極活物質層が10.0cm×10.0cm(100cm)の大きさになるように20枚切り出した。続いて、両面負極を、負極活物質層が10.1cm×10.1cm(102cm)の大きさになるよう21枚切り出した。また、10.3cm×10.3cm(106cm)のポリエチレン製のセパレータ(旭化成製、厚さ10μm)を40枚用意した。これらについて、負極を最外層に配置し、正極前駆体、セパレータ、負極、セパレータ、の順に、セパレータを挟んで正極活物質層と負極活物質層とが対向するよう積層し、電極体を得た。得られた電極体に正極端子及び負極端子を超音波溶接し、アルミラミネート包材で形成された容器に入れ、電極端子部を含む3辺をヒートシールによりシールした。
アルミラミネート包材の中に収納された電極体に、大気圧下、温度25℃、露点-40℃以下のドライエアー環境下にて、非水系電解液を約70g注入した。続いて、電極積層体及び非水系電解液を収納しているアルミラミネート包材を減圧チャンバーの中に入れ、大気圧から-87kPaまで減圧した後、大気圧に戻し、5分間静置した。その後、チャンバー内の包材を大気圧から-87kPaまで減圧した後、大気圧に戻す工程を4回繰り返した後、15分間静置した。さらに、チャンバー内の包材を大気圧から-91kPaまで減圧した後、大気圧に戻した。同様に包材を減圧し、大気圧に戻す工程を合計7回繰り返した(大気圧から、それぞれ-95,-96,-97,-81,-97,-97,-97kPaまで減圧した)。以上の工程により、非水系電解液を電極積層体に含浸させた。
その後、非水系電解液を含浸させた電極積層体を減圧シール機に入れ、-95kPaに減圧した状態で、180℃で10秒間、0.1MPaの圧力でシールすることによりアルミラミネート包材を封止した。
(6) Preparation of Electrolyte A mixed solvent of ethylene carbonate (EC): ethylmethyl carbonate (EMC) = 33: 67 (volume ratio) was used as an organic solvent so that the concentration of LiPF 6 was 1.2 mol / L. An electrolyte salt was dissolved in the solution to obtain a non-aqueous electrolyte solution.
(7) Preparation of Non-Aqueous Lithium Storage Element The obtained double-sided positive electrode precursor was cut out into 20 sheets so that the positive electrode active material layer had a size of 10.0 cm × 10.0 cm (100 cm 2 ). Subsequently, 21 double-sided negative electrodes were cut out so that the negative electrode active material layer had a size of 10.1 cm × 10.1 cm (102 cm 2 ). In addition, 40 polyethylene separators (manufactured by Asahi Kasei, thickness 10 μm) of 10.3 cm × 10.3 cm (106 cm 2 ) were prepared. Regarding these, the negative electrode was arranged on the outermost layer, and the positive electrode precursor, the separator, the negative electrode, and the separator were laminated in this order so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer faced each other with the separator interposed therebetween to obtain an electrode body. .. The positive electrode terminal and the negative electrode terminal were ultrasonically welded to the obtained electrode body, placed in a container made of an aluminum laminated packaging material, and the three sides including the electrode terminal portion were sealed by heat sealing.
Approximately 70 g of a non-aqueous electrolyte solution was injected into the electrode body housed in the aluminum laminated packaging material under atmospheric pressure, a temperature of 25 ° C., and a dry air environment with a dew point of −40 ° C. or lower. Subsequently, the aluminum laminate packaging material containing the electrode laminate and the non-aqueous electrolyte solution was placed in a decompression chamber, the pressure was reduced from atmospheric pressure to −87 kPa, the pressure was returned to atmospheric pressure, and the mixture was allowed to stand for 5 minutes. Then, the packaging material in the chamber was depressurized from atmospheric 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 packaging material in the chamber was depressurized from atmospheric pressure to −91 kPa, and then returned to atmospheric pressure. Similarly, the process of depressurizing the packaging material and returning it to atmospheric pressure was repeated a total of 7 times (reduced pressure from atmospheric pressure to -95, -96, -97, -81, -97, -97, -97 kPa, respectively). By the above steps, the electrode laminate was impregnated with the non-aqueous electrolyte solution.
After that, the electrode laminate impregnated with the non-aqueous electrolyte solution 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. I stopped.

(8)リチウムドープ工程
封止後に得られた電極体を、温度40℃、露点-40℃以下のドライボックス内に入れた。アルミラミネート包材の余剰部を切断して開封し、電流値500mA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10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。リチウムドープ終了後、富士インパルス社製のヒートシール機(FA-300)を用いてアルミラミネートを封止した。
(9)エージング工程
リチウムドープ後の電極体をドライボックスから取り出し、25℃環境下、100mAで電圧3.8Vに到達するまで定電流放電を行った後、3.8Vでの定電流放電を1時間行うことにより、電圧を3.8Vに調整した。続いて、電極体を60℃の恒温槽に48時間保管した。
(10)ガス抜き工程
エージング後の電極体を、温度25℃、露点-40℃のドライエアー環境下でアルミラミネート包材の一部を開封した。続いて、減圧チャンバーの中に電極体を入れ、ダイヤフラムポンプ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、減圧シール機に電極体を入れ、-90kPaに減圧した後、200℃で10秒間、0.1MPaの圧力でシールすることによりアルミラミネート包材を封止し、非水系リチウム型蓄電素子を作製した。
(8) Lithium Dope Step The electrode body obtained after sealing was placed in a dry box having a temperature of 40 ° C. and a dew point of −40 ° C. or lower. Initially, the surplus part of the aluminum laminate packaging material is cut and opened, and constant current charging is performed until the voltage reaches 4.5V at a current value of 500mA, and then 4.5V constant voltage charging is continued for 10 hours. Charging was performed and the negative electrode was lithium-doped. After the lithium doping was completed, the aluminum laminate was sealed using a heat sealing machine (FA-300) manufactured by Fuji Impulse.
(9) Aging step The electrode body after lithium doping is taken out from the dry box, and a constant current discharge is performed at 100 mA at 100 mA until the voltage reaches 3.8 V, and then a constant current discharge at 3.8 V is performed. The voltage was adjusted to 3.8V by the time. Subsequently, the electrode body was stored in a constant temperature bath at 60 ° C. for 48 hours.
(10) Degassing Step The aging electrode body was partially opened in a dry air environment with a temperature of 25 ° C and a dew point of −40 ° C. Subsequently, the electrode body was placed in the decompression chamber, the pressure was reduced from atmospheric pressure to −80 kPa for 3 minutes using a diaphragm pump, and then the pressure was returned to atmospheric pressure over 3 minutes, and the process was repeated a total of 3 times. After that, the electrode body was placed in a vacuum sealing machine, the pressure was reduced to -90 kPa, and then the aluminum laminated packaging material was sealed by sealing at 200 ° C. for 10 seconds at a pressure of 0.1 MPa to form a non-aqueous lithium-type power storage element. Made.

(11)非水系リチウム型蓄電素子の評価
(11-1)エネルギー密度
得られた蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、20Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電を行い、次いで、3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分行った。2.2Vまで2Cの電流値で定電流放電を施した際の容量をQとし、F=Q/(3.8-2.2)により算出した静電容量Faを算出した。
得られた蓄電素子を解体し、内部に収納された電極積層体を取り出し、正極活物質層および負極活物質層が存在する領域(正極および負極の未塗工部を除いた領域)の外寸長さ(l)、外寸幅(w)、及び厚さ(t)から求められるV(=l×w×t)を用いて、エネルギー密度(Wh/L)=F×(3.8-2.2)/7200/Vを計算すると、16.1Wh/Lと算出された。
ここで電流の放電レート(「Cレート」とも呼ばれる)とは、放電容量に対する放電時の電流の相対的な比率であり、一般に、上限電圧から下限電圧まで定電流放電を行う際、1時間で放電が完了する電流値のことを1Cという。本明細書では、上限電圧4.0Vから下限電圧2.2Vまで定電流放電を行う際に1時間で放電が完了する電流値のことを1Cとする。
(11) Evaluation of non-aqueous lithium-type power storage element (11-1) Energy density With respect to the obtained power storage element, a charging / discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Co., Ltd. is placed in a constant temperature bath set at 25 ° C. ) Was used to perform constant current charging until the current value of 20C reached 3.8V, and then constant voltage charging to which a constant voltage of 3.8V was applied was performed for a total of 30 minutes. Capacitance Fa calculated by F = Q / (3.8-2.2) was calculated, where Q was the capacitance when constant current discharge was performed with a current value of 2C up to 2.2V.
The obtained power storage element is disassembled, the electrode laminate housed inside is taken out, and the outer dimensions of the region where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer exist (the region excluding the unpainted portion of the positive electrode and the negative electrode). Energy density (Wh / L) = using V 1 (= l 1 × w 1 × t 1 ) obtained from the length (l 1 ), the outer dimension width (w 1 ), and the thickness (t 1 ). When F × (3.8 2 -2.2 2 ) / 7200 / V 1 was calculated, it was calculated as 16.1 Wh / L.
Here, the current discharge rate (also referred to as "C rate") is the relative ratio of the current at the time of discharge to the discharge capacity, and generally, when performing constant current discharge from the upper limit voltage to the lower limit voltage, it takes 1 hour. The current value at which the discharge is completed is called 1C. In the present specification, 1C is a current value at which discharge is completed in 1 hour when constant current discharge is performed from an upper limit voltage of 4.0 V to a lower limit voltage of 2.2 V.

(11-2)常温内部抵抗Raの測定
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福島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分間行った。続いて、サンプリング間隔を0.05秒とし、20Cの電流値で2.2Vまで定電流放電を行って、放電カーブ(時間-電圧)を得た。この放電カーブにおいて、放電時間1秒及び2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た放電時間=0秒における電圧をEoとしたときに、降下電圧ΔE=4.0-EoからRa=ΔE/(20Cの電流値)として算出される常温内部抵抗Raを求めたところ、0.98mΩであった。
(11-2) Measurement of room temperature internal resistance Ra For a non-aqueous lithium-type power storage element, use a charging / discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Limited in a constant temperature bath set at 25 ° C. Constant current charging was performed until 3.8V was reached at a current value of 20C, and then constant voltage charging was performed for a total of 30 minutes by applying a constant voltage of 3.8V. Subsequently, the sampling interval was set to 0.05 seconds, and constant current discharge was performed up to 2.2 V at a current value of 20 C to obtain a discharge curve (time-voltage). In this discharge curve, the voltage drop ΔE = 4.0 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 1 second and 2 seconds is taken as Eo. When the room temperature internal resistance Ra calculated as Ra = ΔE / (current value of 20C) was obtained from −Eo, it was 0.98 mΩ.

(11-3)低温内部抵抗Rbの測定
非水系リチウム型蓄電素子について、-30℃に設定した恒温槽内に2時間静置した後、恒温槽温度を-30℃に保ったまま、富士通テレコムネットワークス福島株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、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時間行った。続いて、10C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としたときに、降下電圧ΔE=4.0-EoからRb=ΔE/(10C(電流値A))として算出される低温内部抵抗Rbを求めたところ、28.3mΩであった。
(11-3) Measurement of low-temperature internal resistance Rb After allowing the non-aqueous lithium-type power storage element to stand in a constant temperature bath set at -30 ° C for 2 hours, Fujitsu Telecom keeps the constant temperature bath temperature at -30 ° C. Using a charging / discharging device (5V, 360A) manufactured by Networks Fukushima Co., Ltd., constant current charging is performed with a current value of 1.0C until 3.8V is reached, and then a constant voltage of 3.8V is applied. Voltage charging was performed for a total of 2 hours. Subsequently, a constant current discharge was performed up to 2.2 V with a current value of 10 C to obtain a discharge curve (time-voltage). In this discharge curve, the voltage drop ΔE = 4.0-, where Eo is the voltage at the discharge time = 0 seconds obtained by extrapolating from the voltage values at the discharge times of 2 seconds and 4 seconds. When the low-temperature internal resistance Rb calculated as Rb = ΔE / (10C (current value A)) was obtained from Eo, it was 28.3 mΩ.

(11-3)高負荷充放電サイクル試験
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福島株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、200Cの電流値で4.2Vに到達するまで定電流充電し、続いて200Cの電流値で2.2Vに到達するまで定電流放電を行う充放電操作を休止なしの条件で60000回繰り返した。試験開始前の静電容量をFa(F)、試験終了後の内部抵抗をFc(F)としたとき、Fc/Fa=0.81であった。
また、高負荷充放電サイクル試験後の非水系リチウム型蓄電素子の電圧を2.2Vに調整した後、アルゴンボックス内で解体し、負極を取り出し、ルーペで観察し、リチウム析出を以下の基準で判定したところ、「B」判定であった。
(高負荷充放電サイクル試験後のリチウム析出の判定基準
析出リチウムの金属光沢が確認されない場合:「A」判定、良好
析出リチウムの金属光沢が確認されたが、リチウムの析出面積が負極の面積の50%以下であった場合:「B」判定、可
析出リチウムの金属光沢が確認され、リチウムの析出面積が負極の面積の50%を超えた場合:「C」判定、不良
(11-3) High-load charge / discharge cycle test For a non-aqueous lithium power storage element, use a charge / discharge device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Fukushima Co., Ltd. in a constant temperature bath set at 25 ° C. The charging / discharging operation of constant current charging until reaching 4.2 V at a current value of 200 C and then constant current discharging until reaching 2.2 V at a current value of 200 C was repeated 60,000 times without interruption. When the capacitance before the start of the test was Fa (F) and the internal resistance after the end of the test was Fc (F), Fc / Fa = 0.81.
After adjusting the voltage of the non-aqueous lithium storage element after the high load charge / discharge cycle test to 2.2V, disassemble it in the argon box, take out the negative electrode, observe it with a loupe, and check the lithium precipitation according to the following criteria. As a result of the judgment, it was a "B" judgment.
(Criteria for judging lithium precipitation after high load charge / discharge cycle test) When the metallic gloss of the precipitated lithium is not confirmed: "A" judgment, good The metallic gloss of the precipitated lithium is confirmed, but the deposited area of lithium is the area of the negative electrode. If it is 50% or less: "B" judgment, possible If the metallic luster of the deposited lithium is confirmed and the deposited area of lithium exceeds 50% of the area of the negative electrode: "C" judgment, defective

(11-4)高温高電圧保存試験
非水系リチウム型蓄電素子について、セル電圧4.2V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及び常温内部抵抗上昇率を、それぞれ以下の方法によって求めた。
(11-4-1)高温高電圧保存試験後の発生ガス量
先ず、非水系リチウム型蓄電素子を25℃に設定した恒温槽内で、100Cの電流値で4.2Vに到達するまで定電流充電し、続いて4.2Vの定電圧を印加する定電圧充電を10分間行った。その後、蓄電素子を60℃環境下に保存し、2週間毎に60℃環境下から取り出して、前述と同じ充電工程にてセル電圧を4.2Vに充電した後、再びセルを60℃環境下で保存した。この工程を繰り返して、蓄電素子を、セル電圧4.2V及び環境温度60℃において2か月間保存した。
その後、それぞれアルキメデス法によって測定した保存開始前のセル体積Va、及び2か月保存後のセル体積Vb、並びに静電容量Faを用いて、(Vb-Va)/Faにより求めたガス発生量は、4.91×10-3cc/Fであった。
(11-4-2)高温高電圧保存試験後の常温内部抵抗上昇率
セル電圧4.2V及び環境温度60℃において2か月間保存した後の蓄電素子について、前記(11-2)常温内部抵抗の測定と同じ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Rdとしたとき、このRdの、高温高電圧保存試験前の常温内部抵抗Raに対する上昇率をRd/Raにより算出したところ、1.81であった。
(11-4) High-temperature and high-voltage storage test For non-aqueous lithium-type power storage elements, the amount of gas generated when stored for 2 months at a cell voltage of 4.2 V and an environmental temperature of 60 ° C. and the rate of increase in internal resistance at room temperature are as follows. Obtained by the method of.
(11-4-1) Amount of gas generated after high-temperature and high-voltage storage test First, in a constant temperature bath in which the non-aqueous lithium storage element is set to 25 ° C, a constant current is reached at a current value of 100 C until it reaches 4.2 V. Charging was performed, and then constant voltage charging was performed for 10 minutes by applying a constant voltage of 4.2 V. After that, the power storage element is stored in a 60 ° C environment, taken out from the 60 ° C environment every two weeks, charged to 4.2 V in the cell voltage in the same charging process as described above, and then the cell is placed in the 60 ° C environment again. Saved in. By repeating this step, the power storage element was stored for 2 months at a cell voltage of 4.2 V and an environmental temperature of 60 ° C.
After that, using the cell volume Va before the start of storage measured by the Archimedes method, the cell volume Vb after storage for 2 months, and the capacitance Fa, the amount of gas generated by (Vb-Va) / Fa was calculated. It was 4.91 × 10 -3 cc / F.
(11-4-2) Rate of increase in internal resistance at room temperature after high-temperature and high-voltage storage test (11-2) Internal resistance at room temperature of the power storage element after storage at a cell voltage of 4.2 V and an environmental temperature of 60 ° C for 2 months. When the resistance value obtained by using the same measurement method as the above measurement is the normal temperature internal resistance Rd after the high temperature storage test, the rate of increase of this Rd with respect to the normal temperature internal resistance Ra before the high temperature high voltage storage test is calculated by Rd / Ra. As a result of calculation, it was 1.81.

<実施例2~34及び比較例1~10>
第1負極活物質及び第2負極活物質の種類及び使用量、並びに負極塗工液調製時の分散温度を、それぞれ、表2のとおりに変更した他は、実施例1と同様にして負極塗工液を調製し、これを用いて負極及び非水系リチウム型蓄電素子を製造し、各種の評価を行った。
比較例5では第2負極活物質を使用せず、比較例8では第2負極活物質を使用しなかった。
評価結果は表3及び4に示した。
<実施例35>
第1負極活物質を使用せず、表2に示した種類及び量の2種類の第2負極活物質を使用した他は、実施例1と同様にして負極塗工液を調製し、これを用いて負極及び非水系リチウム型蓄電素子を製造し、各種の評価を行った。
評価結果は表3及び4に示した。
<実施例36及び37>
表2に示した種類及び量の第1負極活物質及び第2負極活物質とともに、表2に示した種類及び量の第3負極活物質をさらに使用した他は、実施例1と同様にして負極塗工液を調製し、これを用いて負極及び非水系リチウム型蓄電素子を製造し、各種の評価を行った。
評価結果は表3及び4に示した。
<Examples 2 to 34 and Comparative Examples 1 to 10>
Negative electrode coating was performed in the same manner as in Example 1, except that the types and amounts of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material, and the dispersion temperature at the time of preparing the negative electrode coating liquid were changed as shown in Table 2, respectively. A working solution was prepared, and a negative electrode and a non-aqueous lithium-type power storage element were manufactured using the solution, and various evaluations were performed.
In Comparative Example 5, the second negative electrode active material was not used, and in Comparative Example 8, the second negative electrode active material was not used.
The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.
<Example 35>
A negative electrode coating solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the first negative electrode active material was not used and the two types and amounts of the second negative electrode active material shown in Table 2 were used. Negative electrodes and non-aqueous lithium-type power storage elements were manufactured using the materials, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.
<Examples 36 and 37>
The same as in Example 1 except that the type and amount of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material shown in Table 2 and the third negative electrode active material of the type and amount shown in Table 2 were further used. A negative electrode coating liquid was prepared, and a negative electrode and a non-aqueous lithium-type power storage element were manufactured using the negative electrode coating liquid, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

<実施例38>
表2に示した種類及び量の第1負極活物質及び第2負極活物質を使用した他は、実施例1と同様にして負極塗工液を調製し、これを用いて負極を製造した。この負極を用いて、下記の方法によって扁平型電極捲回体を有する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。結果は表3及び4に示した。
評価は、実施例1における方法に準じたが、ただし、エネルギー密度の算出時には、下記のとおり、扁平型電極捲回体の体積を用いたた。
<Example 38>
A negative electrode coating liquid was prepared in the same manner as in Example 1 except that the first negative electrode active material and the second negative electrode active material shown in Table 2 were used, and a negative electrode was manufactured using the negative electrode coating liquid. Using this negative electrode, a non-aqueous lithium storage element having a flat electrode winder was produced by the following method, and various evaluations were performed. The results are shown in Tables 3 and 4.
The evaluation was based on the method in Example 1, but when the energy density was calculated, the volume of the flat electrode winding body was used as shown below.

(1)非水系リチウム型蓄電素子の作製
両面塗工の正極前駆体を12.0cm×210.0cmの大きさに1枚切断し(正極活物質層の大きさが10.0cm×210.0cm、正極集電体上に正極活物質層が塗工されていない正極未塗工部が2.0cm×210.0cmである。)、両面塗工の負極を12.1×220.0cmの大きさに1枚切断し(負極活物質層の大きさが10.1cm×220.0cm、負極集電体上に負極活物質層が塗工されていない負極未塗工部が2.0cm×220.0cmである。)、切り出された正極前駆体及び負極を、ポリエチレン製のセパレータ2枚(旭化成株式会社製、厚さ10μm、12.4cm×225cmのサイズに切り出した)を介して、両面塗工の正極前駆体、セパレータ、両面塗工の負極、セパレータの順に重ねて捲回し、扁平型の電極捲回体を作製した。
得られた電極捲回体に端子を接続し、アルミニウムからなる金属製角形缶に挿入して封口した。前記金属製角形缶の開口部から電解液を注液し、その後着脱可能な逆止弁を取り付けた。得られた素子を、温度40℃、及び露点-40℃以下のドライボックス内に入れ、100kPaの圧力で加圧した状態で、電流値500mA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10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。
続けて実施例1と同様の条件でエージング工程を行い、上記逆止弁を取り外した後に実施例1と同様の条件でガス抜き工程を行い、開口部を封口することにより、非水系リチウム型蓄電素子を作製した。
(1) Fabrication of non-aqueous lithium-type power storage element One positive electrode precursor for double-sided coating is cut into a size of 12.0 cm × 210.0 cm (the size of the positive electrode active material layer is 10.0 cm × 210.0 cm). The uncoated portion of the positive electrode where the positive electrode active material layer is not coated on the positive electrode current collector is 2.0 cm × 210.0 cm.), The negative electrode of double-sided coating is 12.1 × 220.0 cm in size. One sheet is cut (the size of the negative electrode active material layer is 10.1 cm × 220.0 cm, and the negative electrode uncoated part where the negative electrode active material layer is not coated on the negative electrode current collector is 2.0 cm × 220. (0 cm), the cut-out positive electrode precursor and the negative electrode are coated on both sides via two polyethylene separators (manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., cut into a size of 10 μm, 12.4 cm × 225 cm). The positive electrode precursor of the work, the separator, the negative electrode of the double-sided coating, and the separator were wound in this order to prepare a flat electrode winder.
The terminal was connected to the obtained electrode winding body, inserted into a metal square can made of aluminum, and sealed. An electrolytic solution was injected through the opening of the metal square can, and then a removable check valve was attached. The obtained element is placed in a dry box having a temperature of 40 ° C. and a dew point of -40 ° C. or lower, and under pressure of 100 kPa, constant current charging is performed at a current value of 500 mA until the voltage reaches 4.5 V. After that, the initial charge was continuously performed by a method of continuing 4.5 V constant voltage charging for 10 hours, and the negative electrode was lithium-doped.
Subsequently, an aging step is performed under the same conditions as in Example 1, a degassing step is performed under the same conditions as in Example 1 after removing the check valve, and the opening is closed to store non-aqueous lithium-type electricity. The element was manufactured.

(2)エネルギー密度
得られた蓄電素子について、25℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置(5V,360A)を用いて、20Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電を行い、次いで、3.8Vの定電圧を印加する定電圧充電を合計で30分行った。2.2Vまで2Cの電流値で定電流放電を施した際の容量をQとし、F=Q/(3.8-2.2)により算出した静電容量Faを算出した。
得られた蓄電素子を解体し、内部に収納された扁平型の電極捲回体を取り出し、正極活物質層及び負極活物質層が存在する領域(正極及び負極の未塗工部を除いた領域)の外寸長さ(l)、外寸幅(w)、及び厚さ(t)から求められるV(=l×w×t)を用いて、エネルギー密度(Wh/L)=F×(3.8-2.2)/7200/Vを計算すると、20.4Wh/Lと算出された。
(2) Energy density With respect to the obtained power storage element, a charging / discharging device (5V, 360A) manufactured by Fujitsu Telecom Networks Limited was used in a constant temperature bath set at 25 ° C., and the current value was 3.8V at 20C. The constant current charge was performed until the value reached, and then the constant voltage charge of applying a constant voltage of 3.8 V was performed for a total of 30 minutes. Capacitance Fa calculated by F = Q / (3.8-2.2) was calculated, where Q was the capacitance when constant current discharge was performed with a current value of 2C up to 2.2V.
The obtained power storage element is disassembled, the flat electrode winding body housed inside is taken out, and the region where the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer exist (the region excluding the uncoated portion of the positive electrode and the negative electrode). ), V 1 (= l 1 × w 1 × t 1 ) obtained from the outer dimension length (l 1 ), outer dimension width (w 1 ), and thickness (t 1 ), and energy density (Wh). / L) = F × (3.8 2 -2.2 2 ) / 7200 / V 1 was calculated and calculated as 20.4 Wh / L.

<実施例39及び40>
第1負極活物質及び第2負極活物質の種類及び使用量を、それぞれ、表2のとおりに変更した他は、実施例1と同様にして負極塗工液を調製し、これを用いて実施例38と同様にして負極及び非水系リチウム型蓄電素子を製造し、各種の評価を行った。
評価結果は表3及び4に示した。
<Examples 39 and 40>
A negative electrode coating liquid was prepared in the same manner as in Example 1 except that the types and amounts of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material were changed as shown in Table 2, respectively, and carried out using this. A negative electrode and a non-aqueous lithium storage element were manufactured in the same manner as in Example 38, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

Figure 0007042589000005
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Figure 0007042589000010
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以上の実施例により、本実施形態の負極は、低抵抗かつ高負荷時の充放電サイクル特性、及び高温保存耐久性に優れる非水系リチウム型蓄電素子を提供できることが検証された。 From the above examples, it was verified that the negative electrode of the present embodiment can provide a non-aqueous lithium-type power storage element having low resistance, charge / discharge cycle characteristics at high load, and excellent high temperature storage durability.

本発明の負極は、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非水系リチウム型蓄電素子に好適に利用できる。
本発明の負極は、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に好適に適用することができる。本発明の負極は、特に、リチウムイオンキャパシタに適用したときに、本発明の効果が最大限に発揮されるため好ましい。
The negative electrode of the present invention can be suitably used for a non-aqueous lithium-type power storage element, for example, in an application for assisting an instantaneous power peak in a hybrid drive system of an automobile.
The negative electrode of the present invention can be suitably applied to, for example, a lithium ion capacitor or a lithium ion secondary battery. The negative electrode of the present invention is particularly preferable because the effect of the present invention is maximized when applied to a lithium ion capacitor.

Claims (41)

負極集電体と、前記負極集電体の片面又は両面にリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材材料からなる負極活物質を含む負極活物質層とを有する負極であって、
以下の(i)~(iv):
(i)前記負極活物質層が、炭素材料からなる第1負極活物質、及び炭素材料からなり、かつ前記第1負極活物質とは異なる第2負極活物質を含有する、
(ii)前記負極活物質層について、前記負極活物質の質量を基準としてBET法により算出した比表面積が4m/g以上75m/g以下である
(iii)ラマン分光法により得られる前記負極活物質層表面のラマンマッピングにおいて、1350±15cm-1に現れるDバンドのピーク強度Iと、1585±15cm-1に現れるGバンドのピーク強度Iとの比I/Iが0.5以上1.3以下であるマッピング面積の、マッピング全体面積に対する割合A1が、50%以上95%以下である、並びに、
(iv)前記I /I が1.0以上1.3以下であるマッピング面積の、マッピング全体面積に対する割合A2が、3%以上70%以下である、
のすべてを満たすことを特徴とする、負極。
A negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material made of a carbon material capable of storing and releasing lithium ions on one or both sides of the negative electrode current collector.
The following (i) to ( iv ):
(I) The negative electrode active material layer contains a first negative electrode active material made of a carbon material and a second negative electrode active material made of a carbon material and different from the first negative electrode active material.
(Ii) The specific surface area of the negative electrode active material layer calculated by the BET method based on the mass of the negative electrode active material is 4 m 2 / g or more and 75 m 2 / g or less .
(Iii) In the Raman mapping of the surface of the negative electrode active material layer obtained by Raman spectroscopy, the peak intensity ID of the D band appearing at 1350 ± 15 cm -1 and the peak intensity IG of the G band appearing at 1585 ± 15 cm -1 . The ratio A1 of the mapping area having the ratio ID / IG of 0.5 or more and 1.3 or less to the total mapping area is 50% or more and 95% or less , and
(Iv) The ratio A2 of the mapping area having the ID / IG of 1.0 or more and 1.3 or less to the total mapping area is 3% or more and 70% or less .
The negative electrode is characterized by satisfying all of the above.
前記A1が60%以上90%以下である、請求項1に記載の負極。 The negative electrode according to claim 1, wherein the A1 is 60% or more and 90% or less. 前記I/Iが1.0以上1.3以下であるマッピング面積の、マッピング全体面積に対する割合A2が、%以上50%以下である、請求項1又は2に記載の負極。 The negative electrode according to claim 1 or 2, wherein the ratio A2 of the mapping area having an ID / IG of 1.0 or more and 1.3 or less to the total mapping area is 4 % or more and 50 % or less. 前記負極活物質層は、前記負極活物質の質量を基準として、BJH法により算出した直径2nm以上50nm以下の細孔に由来する空孔量をVm1(cc/g)、直径20nm以上50nm以下の細孔に由来する空孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.6≦Vm1/(Vm1+Vm2)≦0.8を満たす、請求項1~3のいずれか1項に記載の負極。 In the negative electrode active material layer, the amount of pores derived from pores having a diameter of 2 nm or more and 50 nm or less calculated by the BJH method based on the mass of the negative electrode active material is V m1 (cc / g), and the diameter is 20 nm or more and 50 nm or less. 1 of any one of claims 1 to 3 satisfying 0.6 ≦ V m1 / (V m1 + V m2 ) ≦ 0.8 when the amount of pores derived from the pores of Negative electrode as described in the section. 前記負極活物質層は、窒素脱着時の等温線をBJH法で解析して得られる細孔分布曲線において、直径20nm以上50nm以下の領域に少なくとも1つのピークを有する、請求項1~4のいずれか1項に記載の負極。 Any of claims 1 to 4, wherein the negative electrode active material layer has at least one peak in a region having a diameter of 20 nm or more and 50 nm or less in a pore distribution curve obtained by analyzing an isotherm at the time of nitrogen desorption by the BJH method. The negative electrode according to item 1. 前記負極活物質層の剥離強度が0.40N/cm以上2.00N/cm以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の負極。 The negative electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the peel strength of the negative electrode active material layer is 0.40 N / cm or more and 2.00 N / cm or less. 前記第1負極活物質が、
(i)黒鉛系材料又は(ii)黒鉛系材料からなる基材と、炭素質材料前駆体とを複合させた黒鉛系複合材料であり、
前記第2負極活物質が、
(i)非晶質炭素材料又は(ii)非晶質炭素材料からなる基材と炭素質材料前駆体とを複合させた非晶質系炭素複合材料である、
請求項1~6のいずれか1項に記載の負極。
The first negative electrode active material is
It is a graphite-based composite material in which a base material made of (i) a graphite-based material or (ii) a graphite-based material and a carbonaceous material precursor are composited.
The second negative electrode active material is
(I) An amorphous carbon composite material in which a base material made of an amorphous carbon material or (ii) an amorphous carbon material and a carbonaceous material precursor are composited.
The negative electrode according to any one of claims 1 to 6.
前記第1負極活物質の質量が前記負極活物質層中に占める割合をM(質量%)とし、前記第2負極活物質の質量が前記負極活物質層中に占める割合をM(質量%)とするとき、M/(M+M)が0.01以上0.75以下である、請求項7に記載の負極。 The ratio of the mass of the first negative electrode active material to the negative electrode active material layer is M 1 (mass%), and the ratio of the mass of the second negative electrode active material to the negative electrode active material layer is M 2 (mass). %), The negative electrode according to claim 7, wherein M 2 / (M 1 + M 2 ) is 0.01 or more and 0.75 or less. 前記負極活物質層の嵩密度が0.6g/cc以上1.6g/cc以下である、請求項1~8のいずれか1項に記載の負極。 The negative electrode according to any one of claims 1 to 8, wherein the bulk density of the negative electrode active material layer is 0.6 g / cc or more and 1.6 g / cc or less. 前記負極活物質層の厚さが片面あたり10μm以上50μm以下である、請求項1~9のいずれか1項に記載の負極。 The negative electrode according to any one of claims 1 to 9, wherein the negative electrode active material layer has a thickness of 10 μm or more and 50 μm or less per surface. 前記負極集電体が穴あき銅箔である、請求項1~10のいずれか1項に記載の負極。 The negative electrode according to any one of claims 1 to 10, wherein the negative electrode current collector is a perforated copper foil. 前記負極集電体の表面が粗面化処理された無孔の銅箔である、請求項1~10のいずれか1項に記載の負極。 The negative electrode according to any one of claims 1 to 10, wherein the surface of the negative electrode current collector is a non-perforated copper foil whose surface has been roughened. 前記負極活物質層が、リチウムと合金を形成する合金系材料を含む、請求項1~12のいずれか1項に記載の負極。 The negative electrode according to any one of claims 1 to 12, wherein the negative electrode active material layer contains an alloy-based material that forms an alloy with lithium. 前記負極活物質層が、チタン酸リチウムを含む、請求項1~13のいずれか1項に記載の負極。 The negative electrode according to any one of claims 1 to 13, wherein the negative electrode active material layer contains lithium titanate. 前記負極集電体上に負極塗工液を塗工して負極活物質層を形成する工程を含み、
前記負極塗工液は、前記第1負極活物質と、前記第2負極活物質と、溶媒と、結着剤とを含み、前記負極塗工液中の前記溶媒を除く全成分の質量の、前記負極塗工液の全質量に対する割合W(質量%)が、10≦W≦70である、請求項1~14のいずれか1項に記載の負極の製造方法。
A step of applying a negative electrode coating liquid onto the negative electrode current collector to form a negative electrode active material layer is included.
The negative electrode coating liquid contains the first negative electrode active material, the second negative electrode active material, a solvent, and a binder, and has the mass of all the components in the negative electrode coating liquid excluding the solvent. The method for manufacturing a negative electrode according to any one of claims 1 to 14, wherein the ratio WT (mass%) of the negative electrode coating liquid to the total mass is 10 ≦ WT ≦ 70.
前記結着剤は、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、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリイミドのうちの少なくとも1つである、請求項15に記載の方法。 The method according to claim 15, wherein the binder is at least one of latex, styrene-butadiene copolymer, fluororubber, acrylic copolymer, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and polyimide. .. 前記負極集電体上に前記負極塗工液を多条塗工して前記負極活物質層を形成する、請求項15又は16に記載の方法。 The method according to claim 15 or 16, wherein the negative electrode coating liquid is multi-stripped on the negative electrode current collector to form the negative electrode active material layer. 前記負極集電体上に前記負極塗工液を間欠塗工して前記負極活物質層を形成する、請求項15~17のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 15 to 17, wherein the negative electrode coating liquid is intermittently applied onto the negative electrode current collector to form the negative electrode active material layer. 前記負極集電体上に前記負極塗工液を塗工した後、スリットする工程、及びその後プレスする工程をさらに含む、請求項15~18のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 15 to 18, further comprising a step of applying the negative electrode coating liquid onto the negative electrode current collector, then slitting, and then pressing. 前記負極集電体上に前記負極塗工液を塗工した後、遠赤外線又は近赤外線を用いて乾燥する工程をさらに含む、請求項15~19のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 15 to 19, further comprising a step of applying the negative electrode coating liquid on the negative electrode current collector and then drying using far infrared rays or near infrared rays. 前記負極集電体上に前記負極塗工液を塗工した後、80℃以上の熱風を用いて乾燥する工程をさらに含む、請求項15~19のいずれか1項に記載の方法。 The method according to any one of claims 15 to 19, further comprising a step of applying the negative electrode coating liquid onto the negative electrode current collector and then drying using hot air at 80 ° C. or higher. 請求項1~14のいずれか1項に記載の負極、並びに正極及びセパレータを含む、電極体。 An electrode body comprising the negative electrode according to any one of claims 1 to 14, as well as a positive electrode and a separator. 請求項1~14のいずれか1項に記載の負極、並びに正極、セパレータ、及びリチウムイオンを含む非水系電解液が、外装体内に入納されて成る、非水系リチウム型蓄電素子。 A non-aqueous lithium-type power storage element in which the negative electrode according to any one of claims 1 to 14, and the non-aqueous electrolyte solution containing the positive electrode, the separator, and lithium ions are stored and stored in the exterior body. 前記外装体が金属缶又はラミネートフィルムからなる、請求項23に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 The non-aqueous lithium power storage element according to claim 23, wherein the exterior body is made of a metal can or a laminated film. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、蓄電モジュール。 A power storage module comprising the non-aqueous lithium power storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、電力回生アシストシステム。 A power regeneration assist system comprising the non-aqueous lithium storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、電力負荷平準化システム。 A power load leveling system comprising the non-aqueous lithium storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、無停電電源システム。 An uninterruptible power supply system comprising the non-aqueous lithium power storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、非接触給電システム。 A non-contact power feeding system comprising the non-aqueous lithium power storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、エナジーハーベストシステム。 An energy harvesting system comprising the non-aqueous lithium storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、蓄電システム。 A power storage system comprising the non-aqueous lithium power storage element according to claim 23 or 24. 前記非水系リチウム型蓄電素子と、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池、又は燃料電池とが、直列又は並列に接続されてなる、請求項31に記載の蓄電システム。 The power storage system according to claim 31, wherein the non-aqueous lithium power storage element and a lead battery, a nickel hydrogen battery, a lithium ion secondary battery, or a fuel cell are connected in series or in parallel. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、太陽光発電蓄電システム。 A photovoltaic power storage system comprising the non-aqueous lithium power storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、電動パワーステアリングシステム。 An electric power steering system comprising the non-aqueous lithium storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、非常用電源システム。 An emergency power supply system comprising the non-aqueous lithium storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、インホイールモーターシステム。 An in-wheel motor system comprising the non-aqueous lithium storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、アイドリングストップシステム。 An idling stop system comprising the non-aqueous lithium storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、急速充電システム。 A fast charging system comprising the non-aqueous lithium storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、スマートグリッドシステム。 A smart grid system comprising the non-aqueous lithium storage element according to claim 23 or 24. 請求項23又は24に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、乗り物。 A vehicle comprising the non-aqueous lithium storage element according to claim 23 or 24. 電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、又は電動バイクである、請求項40に記載の乗り物。 The vehicle according to claim 40, which is an electric vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a hybrid vehicle, or an electric motorcycle.
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