JP7340024B2 - Pre-dopant for power storage device and method for producing the same - Google Patents

Pre-dopant for power storage device and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイスに用いられるプリドープ剤に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pre-dopant used in electric storage devices such as lithium ion batteries, lithium ion capacitors and electric double layer capacitors.

リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイスにおいて、負極にリチウムイオンをプリドープして負極の電位を下げることにより、蓄電デバイスの高容量化を可能にすることが知られている。近年、集電体に複数の貫通孔を有する金属箔を用い、正極と負極とが多数積層した電極において金属リチウム箔を配置することにより電解液を介してリチウムイオンを負極にプリドープする方法が提案されている。また、近年、金属リチウム箔を用いないプリドープ方法も提案されている。 In electricity storage devices such as lithium-ion batteries, lithium-ion capacitors, and electric double layer capacitors, it is known that pre-doping the negative electrode with lithium ions to lower the potential of the negative electrode can increase the capacity of the electricity storage device. . In recent years, a method has been proposed in which a metal foil with a plurality of through-holes is used as a current collector, and lithium ions are pre-doped into the negative electrode via an electrolytic solution by arranging the metallic lithium foil in an electrode in which a large number of positive and negative electrodes are stacked. It is In recent years, a pre-doping method that does not use a metallic lithium foil has also been proposed.

特許文献1には、複数の貫通孔を備える電極集電体と、前記電極集電体に設けられる電極合材層と、を備える電極と、前記電極集電体に接続され、前記電極合材層にイオンを供給するイオン供給源とを有し、前記電極集電体には、所定の貫通孔開口率を備える第1領域と、前記第1領域よりも貫通孔開口率の大きな第2領域とが設けられ、前記第1領域は前記電極集電体の縁部であり、前記第2領域は前記電極集電体の中央部であることを特徴とする蓄電デバイスが記載されている。そして、前記蓄電デバイス内にはリチウム極が組み込まれ、前記リチウム極にはイオン供給源としての金属リチウム箔が圧着されたリチウム極集電体を有しており、電解液を注入することによりリチウム極から負極に対してリチウムイオンをプリドープすることが記載されている。これによれば、電解液の浸透状態を調整することができ、電極に対して均一にイオンをドーピングすることが可能になるとされている。しかしながら、特許文献1に記載のプリドープ方法では、集電体に複数の貫通孔を有する金属箔と金属リチウム箔とを使用するため製造コストが高くなり、さらに蓄電デバイスの体積エネルギー密度が低下してしまうという問題があった。 In Patent Document 1, an electrode comprising an electrode current collector having a plurality of through holes and an electrode mixture layer provided on the electrode current collector; an ion supply source for supplying ions to the layer, and the electrode current collector includes a first region having a predetermined through-hole opening ratio and a second region having a through-hole opening ratio larger than that of the first region. is provided, the first region is the edge portion of the electrode current collector, and the second region is the central portion of the electrode current collector. A lithium electrode is incorporated in the electricity storage device, and the lithium electrode has a lithium electrode current collector to which a metallic lithium foil is crimped as an ion supply source. Pre-doping lithium ions from the electrode to the negative electrode is described. According to this, it is possible to adjust the permeation state of the electrolytic solution, and it is possible to uniformly dope ions to the electrode. However, in the pre-doping method described in Patent Document 1, a metal foil having a plurality of through-holes and a metal lithium foil are used for the current collector, which increases the production cost and further reduces the volumetric energy density of the electricity storage device. There was a problem of hoarding.

特許文献2には、式:LiMe(4.5≦a≦6.5、0.5≦b≦1.5、3.5≦c≦4.5、Me:Co、Mn、Fe、Alの群から選ばれる1種以上)で表されるリチウム金属複合酸化物を有することを特徴とするリチウムイオンキャパシタに用いられるプリドープ剤及びこれを用いたリチウムイオンキャパシタ用正極等が記載されている。これによれば、前記リチウム金属複合酸化物は高電圧下で分解してリチウムを放出するが、不可逆容量が大きいため、充電時に多くのリチウムを放出しておきながら、放電時にはリチウムをほとんど吸収せず、多くのリチウムを負極にドープし得る材料であることが記載されている。また、特許文献2には、前記リチウム金属複合化酸化物に加えて、更に、炭素材料を有するプリドープ剤も記載されている。前記リチウム金属複合酸化物と前期炭素材料の接触面積が増加することで、導電性のよい炭素材料を通じて、リチウム金属複合化酸化物に効果的に電子が供給されやすくなる。これにより、リチウム金属複合酸化物の分解反応が活発に行われ、リチウム金属複合酸化物から多量のリチウムを放出することができると記載されている。しかしながら、特定の組成を有し、X線回折測定における回折ピークの半値幅が一定範囲にあるリチウム鉄酸化物とすることで、不可逆容量の大きいプリドープ剤が得られることについての記載はなかった。また、特許文献2では、初回充電時の正極電位は、4.3V(Li参照電極基準)以上、更には4.5V(Li参照電極基準)以上であることが好ましいとされており、一般的な電解液では酸化分解してしまうため、リチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスの性能劣化が早くなってしまうという問題があり、改善が望まれていた。In Patent Document 2, the formula: Li a Me b O c (4.5 ≤ a ≤ 6.5, 0.5 ≤ b ≤ 1.5, 3.5 ≤ c ≤ 4.5, Me: Co, Mn , Fe, and one or more selected from the group of Al). It is According to this, the lithium metal composite oxide decomposes under high voltage to release lithium, but because of its large irreversible capacity, it releases a large amount of lithium during charging and absorbs little lithium during discharging. However, it is described that it is a material capable of doping a large amount of lithium into the negative electrode. In addition to the lithium metal composite oxide, Patent Document 2 also describes a pre-dopant containing a carbon material. By increasing the contact area between the lithium metal composite oxide and the carbon material, electrons can be effectively supplied to the lithium metal composite oxide through the highly conductive carbon material. It is described that, as a result, the decomposition reaction of the lithium metal composite oxide is actively performed, and a large amount of lithium can be released from the lithium metal composite oxide. However, there is no description that a pre-dopant having a large irreversible capacity can be obtained by using a lithium iron oxide having a specific composition and a half width of a diffraction peak in X-ray diffraction measurement. In addition, in Patent Document 2, the positive electrode potential at the time of the initial charge is preferably 4.3 V (Li reference electrode standard) or more, and further preferably 4.5 V (Li reference electrode standard) or more. Since a weak electrolytic solution is oxidatively decomposed, there is a problem that the performance deterioration of an electricity storage device such as a lithium ion capacitor is accelerated, and an improvement has been desired.

特許文献3には、LiMnOを基本組成とするリチウムマンガン系酸化物と炭素材料とを複合化してなるプリドープ剤、並びに正極活物質を有する正極と、負極と、電解質とを有する電池に、初回充電を行うことで、前記正極活物質及び前記プリドープ剤から放出されたリチウムイオンを前記負極活物質に吸蔵させるとともに前期プリドープ剤からマンガン酸化物を生成させることを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法であって、前記初回充電時の正極電位は4.5V(Li対極基準)以上であるリチウムイオン二次電池の製造方法が記載されている。これによれば、炭素材料とリチウムマンガン系酸化物とを複合化することで、リチウムマンガン系酸化物への導電パスが多く形成されて、充電時にリチウムマンガン系酸化物が分解されやすくなることが記載されている。特許文献3に記載のプリドープ剤は大きな不可逆容量を有しているとされている。しかしながら、初回充電時の正極電位は4.5V(Li対極基準)以上であることから、一般的な電解液では酸化分解してしまうため、リチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイスの性能劣化が早くなってしまうという問題があり、改善が望まれていた。Patent Document 3 discloses a pre-dopant obtained by combining a lithium-manganese-based oxide having a basic composition of Li 6 MnO 4 and a carbon material, and a battery having a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolyte. A lithium ion secondary characterized by causing lithium ions released from the positive electrode active material and the pre-dopant to be occluded in the negative electrode active material and to generate manganese oxide from the pre-dopant by performing an initial charge. It describes a method for manufacturing a lithium ion secondary battery in which the positive electrode potential at the initial charge is 4.5 V (Li counter electrode standard) or higher. According to this, by combining the carbon material and the lithium manganese oxide, many conductive paths to the lithium manganese oxide are formed, and the lithium manganese oxide is easily decomposed during charging. Are listed. The pre-dopant described in Patent Document 3 is said to have a large irreversible capacity. However, since the positive electrode potential at the time of the first charge is 4.5 V (Li counter electrode reference) or more, it is oxidized and decomposed in a general electrolytic solution, so the performance deterioration of an electricity storage device such as a lithium ion capacitor is accelerated. There was a problem that it was stored, and improvement was desired.

特許第5220510号Patent No. 5220510 特開2016-12620JP 2016-12620 特許第6217990号Patent No. 6217990

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、蓄電デバイスの体積エネルギー密度の低下を抑制するとともに、製造コストを下げることが可能となり、より低い充電電圧でリチウムイオンをプリドープすることができるため電解液の分解を抑制することができ、充電深度が高く、放電容量の高い蓄電デバイスとして好適に用いることのできる不可逆容量の大きい蓄電デバイス用プリドープ剤を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to suppress the decrease in the volume energy density of the electricity storage device, reduce the manufacturing cost, and pre-dope lithium ions at a lower charging voltage. It is an object of the present invention to provide a pre-dopant for an electricity storage device having a large irreversible capacity, which can be suitably used as an electricity storage device having a high charge depth and a high discharge capacity by suppressing the decomposition of the electrolytic solution. be.

上記課題は、下記式(1)で表されるリチウム鉄酸化物からなり、X線回析測定において、回折角(2θ)が23.6±0.5°の回折ピークの半値幅が0.06~0.17°であることを特徴とする蓄電デバイス用プリドープ剤を提供することによって解決される。
LixFeOy (1)
[式(1)中、xは3.5≦x≦4.7を満たし、yは3.25≦y≦3.85を満たす。]
The above object is to obtain a lithium iron oxide represented by the following formula (1), which has a diffraction angle (2θ) of 23.6±0.5° and a half width of 0.5° in X-ray diffraction measurement. The problem is solved by providing a pre-dopant for electric storage devices characterized by a temperature of 06 to 0.17°.
LixFeOy (1)
[In formula (1), x satisfies 3.5≦x≦4.7, and y satisfies 3.25≦y≦3.85. ]

このとき、結晶構造の空間群がP b c a であり、結晶格子定数a及びcが、それぞれ9.140Å≦a≦9.205Å、9.180Å≦c≦9.220Åを満たし、格子体積Vが773Å≦V≦781Åを満たすことが好適である。At this time, the space group of the crystal structure is Pbca, the crystal lattice constants a and c satisfy 9.140 Å ≤ a ≤ 9.205 Å and 9.180 Å ≤ c ≤ 9.220 Å, respectively, and the lattice volume V satisfies 773 Å 3 ≤ V ≤ 781 Å 3 .

また、このとき、前記プリドープ剤と正極活物質を含む蓄電デバイス用正極が好適な実施態様であり、前記プリドープ剤の含有量が、前記プリドープ剤と前記正極活物質の合計重量に対して1~60重量%である正極が好適な実施態様である。また、前記正極を構成要素とする蓄電デバイスも好適な実施態様である。 Further, at this time, a positive electrode for an electricity storage device containing the pre-dopant and a positive electrode active material is a preferred embodiment, and the content of the pre-dopant is 1 to 1 with respect to the total weight of the pre-dopant and the positive electrode active material. A positive electrode that is 60% by weight is a preferred embodiment. An electricity storage device having the positive electrode as a component is also a preferred embodiment.

また、上記課題は、鉄原料、リチウム原料及び炭素原料を混合して焼成することにより得られるリチウム鉄酸化物からなる蓄電デバイス用プリドープ剤の製造方法であって、前記鉄原料、リチウム原料及び炭素原料を混合し、無酸素雰囲気中、650~1000℃で2~100時間焼成し、得られた粉末状生成物を粉砕してリチウム鉄酸化物を得る蓄電デバイス用プリドープ剤の製造方法を提供することによっても解決される。 Further, the above-described problem is a method for producing a pre-dopant for an electric storage device, which is composed of a lithium iron oxide obtained by mixing and firing an iron raw material, a lithium raw material, and a carbon raw material, wherein the iron raw material, the lithium raw material, and the carbon Provided is a method for producing a pre-dopant for an electric storage device, comprising mixing raw materials, firing in an oxygen-free atmosphere at 650 to 1000° C. for 2 to 100 hours, and pulverizing the resulting powdery product to obtain lithium iron oxide. is also solved by

本発明により、特定の組成を有するリチウム鉄酸化物であって、X線回析測定において、回折角(2θ)が23.6±0.5°の回折ピークの半値幅が一定範囲にあり、不可逆容量の大きい蓄電デバイス用プリドープ剤を提供することができる。これにより、金属リチウム箔を使用することなくプリドープを行うことができるため、蓄電デバイスの体積エネルギー密度の低下を抑制するとともに、製造コストを下げることが可能となる。また、より低い充電電圧でリチウムイオンをプリドープすることができるため電解液の分解を抑制することができ、充電深度が高く、放電容量の高い蓄電デバイスとして好適に用いることができる。 According to the present invention, a lithium iron oxide having a specific composition, in X-ray diffraction measurement, the half width of the diffraction peak at a diffraction angle (2θ) of 23.6 ± 0.5 ° is within a certain range, A pre-dopant for an electricity storage device having a large irreversible capacity can be provided. As a result, pre-doping can be performed without using a metallic lithium foil, so that a decrease in the volume energy density of the electricity storage device can be suppressed and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since lithium ions can be pre-doped at a lower charging voltage, the decomposition of the electrolytic solution can be suppressed, and it can be suitably used as an electricity storage device with a high charge depth and a high discharge capacity.

本発明の蓄電デバイス用プリドープ剤(以下、「プリドープ剤」と略記することがある)は、下記式(1)で表されるリチウム鉄酸化物からなり、X線回析測定において、回折角(2θ)が23.6±0.5°の回折ピークの半値幅が0.06~0.17°であることを特徴とするものである。
LixFeOy (1)
[式(1)中、xは3.5≦x≦4.7を満たし、yは3.25≦y≦3.85を満たす。]
The pre-dopant for an electricity storage device of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as "pre-dopant") is composed of a lithium iron oxide represented by the following formula (1), and has a diffraction angle ( 2θ) is 23.6±0.5°, and the half width of the diffraction peak is 0.06 to 0.17°.
LixFeOy (1)
[In formula (1), x satisfies 3.5≦x≦4.7, and y satisfies 3.25≦y≦3.85. ]

本発明者らが鋭意検討を行った結果、特定の組成を有するリチウム鉄酸化物であって、X線回析測定において、回折角(2θ)が23.6±0.5°の回折ピークの半値幅が0.06~0.17°であることにより、不可逆容量の大きい蓄電デバイス用プリドープ剤が得られることが明らかとなった。これにより、低い充電電圧でもプリドープ処理を行うことができ、電解液の分解を抑制することができる。電解液の分解を抑制する観点から、プリドープ処理として行われる初回充電電圧は3.0~4.2Vであることが好ましい。また、本発明のプリドープ剤は不可逆容量が大きいため、正極へ適用する際にプリドープ剤の使用量を少なくすることが可能である。したがって、正極活物質の比率を増やすことができ、蓄電デバイスを高容量化することができる。 As a result of extensive studies by the present inventors, it was found that a lithium iron oxide having a specific composition has a diffraction peak with a diffraction angle (2θ) of 23.6 ± 0.5° in X-ray diffraction measurement. It has been clarified that a pre-dopant for an electricity storage device having a large irreversible capacity can be obtained by setting the half-value width to 0.06 to 0.17°. As a result, the pre-doping process can be performed even at a low charging voltage, and decomposition of the electrolytic solution can be suppressed. From the viewpoint of suppressing decomposition of the electrolytic solution, the initial charging voltage for pre-doping is preferably 3.0 to 4.2V. Moreover, since the pre-dopant of the present invention has a large irreversible capacity, it is possible to reduce the amount of the pre-dopant used when applying it to the positive electrode. Therefore, the ratio of the positive electrode active material can be increased, and the capacity of the electricity storage device can be increased.

本発明のプリドープ剤は、上記式(1)で表されるリチウム鉄酸化物からなり、xは3.5≦x≦4.7を満たし、yは3.25≦y≦3.85を満たすものである。上記式(1)で表されるリチウム鉄酸化物において、組成比xはLi/Fe(モル比)と同義である。xが3.5未満の場合、リチウムの量が少ないため、負極にドープされるリチウムが不足し、十分な不可逆容量が得られないおそれがある。xは3.7以上であることが好ましく、3.8以上であることがより好ましく、3.9以上であることが更に好ましい。xが4.7を超える場合、結晶格子が収縮し、リチウムが放出されにくくなり、充電容量の低下にともなって不可逆容量が小さいプリドープ剤となるおそれがある。xは4.6以下であることが好ましく、4.5以下であることがより好ましく、4.3以下であることが更に好ましい。また、yが3.25未満の場合、未反応のリチウム、鉄原料がそれぞれ残存するおそれがある。yは3.3以上であることが好ましく、3.4以上であることがより好ましく、3.45以上であることが更に好ましい。yが3.85を超える場合、リチウム鉄酸化物中の鉄が高酸化状態となり、充電容量が低下するおそれがある。yは3.8以下であることが好ましく、3.75以下であることがより好ましく、3.65以下であることが更に好ましい。 The pre-dopant of the present invention comprises a lithium iron oxide represented by the above formula (1), where x satisfies 3.5≦x≦4.7 and y satisfies 3.25≦y≦3.85. It is. In the lithium iron oxide represented by the above formula (1), the composition ratio x is synonymous with Li/Fe (molar ratio). When x is less than 3.5, the amount of lithium is small, so the amount of lithium doped into the negative electrode may be insufficient, and sufficient irreversible capacity may not be obtained. x is preferably 3.7 or more, more preferably 3.8 or more, and even more preferably 3.9 or more. If x exceeds 4.7, the crystal lattice shrinks, lithium is less likely to be released, and the pre-dopant may have a small irreversible capacity as the charge capacity decreases. x is preferably 4.6 or less, more preferably 4.5 or less, and even more preferably 4.3 or less. If y is less than 3.25, unreacted lithium and iron raw materials may remain. y is preferably 3.3 or more, more preferably 3.4 or more, and even more preferably 3.45 or more. If y exceeds 3.85, the iron in the lithium iron oxide will be in a highly oxidized state, possibly reducing the charge capacity. y is preferably 3.8 or less, more preferably 3.75 or less, and even more preferably 3.65 or less.

後述する実施例と比較例との対比から明らかなように、上記式(1)で表されるリチウム鉄酸化物が特定の組成比を有する場合であっても、X線回析測定において、回折角(2θ)が23.6±0.5°の回折ピークの半値幅が0.06~0.17°の範囲を満たさない比較例5では不可逆容量の小さいプリドープ剤となることが確認された。また、比較例5のプリドープ剤を用いて作製された蓄電デバイスでは、充電深度が低く、放電容量も低いことが確認された。これに対し、前記半値幅が0.06~0.17°の範囲にある実施例1~5では、不可逆容量が大きく、これを用いて作製された蓄電デバイスは充電深度が高く、放電容量も高いことが確認された。したがって、X線回析測定において、前記半値幅が0.06~0.17°である構成を採用する意義が大きく、本発明のプリドープ剤により、製造コストを下げることが可能となり、より低い充電電圧でリチウムイオンをプリドープすることができるため電解液の分解を抑制することができ、充電深度が高く、放電容量の高い蓄電デバイスを提供することができる。前記半値幅が0.06°未満の場合、得られる粉末状生成物が固くなり、粉砕が困難となるおそれがある。加えて、粉砕後の粒子も粗大で、電極への塗工が困難となるおそれがある。前記半値幅は0.07°以上であることが好ましく、0.12°以上であることがより好ましく、0.13°以上であることが更に好ましい。前記半値幅が0.17°を超える場合、多形のリチウム鉄酸化物が生成しており、不可逆容量が小さくなるおそれがある。前記半値幅は0.16°以下であることが好ましく、0.15°以下であることがより好ましく、0.14°以下であることが更に好ましい。 As is clear from the comparison between Examples and Comparative Examples to be described later, even when the lithium iron oxide represented by the above formula (1) has a specific composition ratio, X-ray diffraction measurement shows no diffraction. It was confirmed that Comparative Example 5, in which the half-value width of the diffraction peak with a folding angle (2θ) of 23.6±0.5° did not satisfy the range of 0.06 to 0.17°, was a pre-dopant with a small irreversible capacity. . In addition, it was confirmed that the power storage device manufactured using the pre-dopant of Comparative Example 5 had a low charge depth and a low discharge capacity. On the other hand, in Examples 1 to 5 in which the half-value width is in the range of 0.06 to 0.17°, the irreversible capacity is large, and the electric storage device manufactured using this has a high charge depth and a high discharge capacity. confirmed to be high. Therefore, in X-ray diffraction measurement, there is great significance in adopting a configuration in which the half-value width is 0.06 to 0.17°, and the pre-dopant of the present invention makes it possible to reduce manufacturing costs and lower charging. Since lithium ions can be pre-doped with voltage, decomposition of the electrolytic solution can be suppressed, and an electricity storage device with a high charge depth and a high discharge capacity can be provided. If the half width is less than 0.06°, the resulting powdery product may be hard and difficult to pulverize. In addition, the particles after pulverization are also coarse, which may make it difficult to apply to electrodes. The half width is preferably 0.07° or more, more preferably 0.12° or more, and even more preferably 0.13° or more. If the half width exceeds 0.17°, a polymorphic lithium iron oxide is produced, which may reduce the irreversible capacity. The half width is preferably 0.16° or less, more preferably 0.15° or less, and even more preferably 0.14° or less.

本発明のプリドープ剤において、結晶構造の空間群がP b c a であり、結晶格子定数a及びcが、それぞれ9.140Å≦a≦9.205Å、9.180Å≦c≦9.220Åを満たし、格子体積Vが773Å≦V≦781Åを満たすことが好ましい。本発明者らの検討により、前記結晶格子定数a及びcと、Li/Fe(モル比)との間に相関があることが確認された。すなわち、Li/Fe(モル比)の値が小さくなると前記結晶格子定数a及びcが拡張して格子体積が大きくなり、リチウムが放出され易くなると本発明者らは推察している。前記結晶格子定数aが9.140Å未満の場合、格子体積Vが小さくなるため、リチウムが放出されにくくなるおそれがある。前記結晶格子定数aは9.140Å以上であることが好ましく、9.150Å以上であることがより好ましく、9.165Å以上であることが更に好ましい。一方、前記結晶格子定数aが9.205Åを超える場合、リチウムの量が少なくなるため、負極にドープされるリチウムが不足し、十分な不可逆容量が得られないおそれがある。前記結晶格子定数aは9.205Å以下であることが好ましく、9.195Å以下であることがより好ましく、9.185Å以下であることが更に好ましい。前記結晶格子定数cが9.180Å未満の場合、格子体積Vが小さくなるため、リチウムが放出されにくくなるおそれがある。前記結晶格子定数cは9.180Å以上であることが好ましく、9.190Å以上であることがより好ましく、9.195Å以上であることが更に好ましい。一方、前記結晶格子定数cが9.220Åを超える場合、リチウムの量が少ないため、負極にドープされるリチウムが不足し、十分な不可逆容量が得られないおそれがある。前記結晶格子定数cは9.220Å以下であることが好ましく、9.213Å以下であることがより好ましく、9.205Å以下であることが更に好ましい。前記格子体積Vが773Å未満の場合、格子体積Vが小さいためリチウムが放出されにくくなるおそれがある。前記格子体積Vは773Å以上であることが好ましく、774Å以上であることがより好ましく、776Å以上であることが更に好ましい。前記格子体積Vが781Åを超える場合、リチウムの量が少ないため、負極にドープされるリチウムが不足し、十分な不可逆容量が得られないおそれがある。前記格子体積Vは781Å以下であることが好ましく、780Å以下であることがより好ましく、778Å以下であることが更に好ましい。In the pre-dopant of the present invention, the space group of the crystal structure is Pbca, and the crystal lattice constants a and c satisfy 9.140 Å ≤ a ≤ 9.205 Å and 9.180 Å ≤ c ≤ 9.220 Å, respectively. , the lattice volume V satisfies 773 Å 3 ≤ V ≤ 781 Å 3 . A study by the present inventors confirmed that there is a correlation between the crystal lattice constants a and c and Li/Fe (molar ratio). That is, the present inventors presume that when the value of Li/Fe (molar ratio) decreases, the crystal lattice constants a and c expand to increase the lattice volume, thereby facilitating the release of lithium. If the crystal lattice constant a is less than 9.140 Å, the lattice volume V becomes small, which may make it difficult to release lithium. The crystal lattice constant a is preferably 9.140 Å or more, more preferably 9.150 Å or more, and even more preferably 9.165 Å or more. On the other hand, if the crystal lattice constant a exceeds 9.205 Å, the amount of lithium decreases, so that lithium doped into the negative electrode may be insufficient, and sufficient irreversible capacity may not be obtained. The crystal lattice constant a is preferably 9.205 Å or less, more preferably 9.195 Å or less, even more preferably 9.185 Å or less. If the crystal lattice constant c is less than 9.180 Å, the lattice volume V becomes small, which may make it difficult to release lithium. The crystal lattice constant c is preferably 9.180 Å or more, more preferably 9.190 Å or more, and even more preferably 9.195 Å or more. On the other hand, when the crystal lattice constant c exceeds 9.220 Å, the amount of lithium doped into the negative electrode is insufficient, so that sufficient irreversible capacity may not be obtained. The crystal lattice constant c is preferably 9.220 Å or less, more preferably 9.213 Å or less, and even more preferably 9.205 Å or less. When the lattice volume V is less than 773 Å 3 , lithium may be difficult to be released because the lattice volume V is small. The lattice volume V is preferably 773 Å 3 or more, more preferably 774 Å 3 or more, and even more preferably 776 Å 3 or more. If the lattice volume V exceeds 781 Å 3 , the amount of lithium is so small that the lithium doped into the negative electrode may be insufficient and sufficient irreversible capacity may not be obtained. The lattice volume V is preferably 781 Å 3 or less, more preferably 780 Å 3 or less, and even more preferably 778 Å 3 or less.

本発明のプリドープ剤において、体積抵抗率は9.0×10~3.0×10Ω・cmであることが好ましい。前記体積抵抗率が9.0×10Ω・cm未満の場合、蓄電デバイス系内において、プリドープ剤へ優先的に電子が移動するため、プリドープ剤近傍の正極活物質のみしか利用されず、局所的な反応となることで容量が低下するおそれがある。前記体積抵抗率は9.0×10Ω・cm以上であることが好ましく、2.0×10Ω・cm以上であることがより好ましく、5.0×10Ω・cm以上であることが更に好ましい。前記体積抵抗率が3.0×10Ω・cmを超える場合、電子の移動が妨げられ、プリドープ剤から十分にリチウムが放出されず、不可逆容量が小さくなるおそれがある。前記体積抵抗率は3.0×10Ω・cm以下であることが好ましく、1.0×10Ω・cm以下であることがより好ましく、2.0×10Ω・cm以下であることが更に好ましい。The pre-dopant of the present invention preferably has a volume resistivity of 9.0×10 4 to 3.0×10 7 Ω·cm. When the volume resistivity is less than 9.0 × 10 4 Ω·cm, electrons preferentially move to the pre-dopant in the electricity storage device system, so only the positive electrode active material in the vicinity of the pre-dopant is used, and the local There is a risk that the capacity will decrease due to a negative reaction. The volume resistivity is preferably 9.0×10 4 Ω·cm or more, more preferably 2.0×10 5 Ω·cm or more, and 5.0×10 5 Ω·cm or more. is more preferred. If the volume resistivity exceeds 3.0×10 7 Ω·cm, the movement of electrons is hindered, lithium is not sufficiently released from the pre-dopant, and the irreversible capacity may decrease. The volume resistivity is preferably 3.0×10 7 Ωcm or less, more preferably 1.0×10 7 Ωcm or less, and 2.0×10 6 Ωcm or less. is more preferred.

本発明のプリドープ剤において、比表面積は2~10m/gであることが好ましい。前記比表面積が2m/g未満の場合、反応面積が小さく、プリドープ剤から十分にリチウムが放出されず、充電容量が低下し、不可逆容量が減少するおそれがある。前記比表面積は2m/g以上であることが好ましく、3m/g以上であることがより好ましく、4.3m/g以上であることが更に好ましい。前記比表面積が10m/g以上の場合、副反応を引き起こすおそれがある。前記比表面積は9m/g以下であることが好ましく、8m/g以下であることがより好ましく、7m/g以下であることが更に好ましい。The pre-dopant of the present invention preferably has a specific surface area of 2 to 10 m 2 /g. When the specific surface area is less than 2 m 2 /g, the reaction area is small, lithium is not sufficiently released from the pre-dopant, and the charge capacity may decrease and the irreversible capacity may decrease. The specific surface area is preferably 2 m 2 /g or more, more preferably 3 m 2 /g or more, and even more preferably 4.3 m 2 /g or more. If the specific surface area is 10 m 2 /g or more, side reactions may occur. The specific surface area is preferably 9 m 2 /g or less, more preferably 8 m 2 /g or less, even more preferably 7 m 2 /g or less.

本発明のプリドープ剤の製造方法としては特に限定されない。鉄原料、リチウム原料及び炭素原料を混合して焼成することにより得られるリチウム鉄酸化物からなる蓄電デバイス用プリドープ剤の製造方法であって、前記鉄原料、リチウム原料及び炭素原料を混合し(以下、「混合工程」と略記することがある)、無酸素雰囲気中、650~1000℃で2~100時間焼成し(以下、「焼成工程」と略記することがある)、得られた粉末状生成物を粉砕してリチウム鉄酸化物を好適に得ることができる。 The method for producing the pre-dopant of the present invention is not particularly limited. A method for producing a pre-dopant for an electric storage device comprising a lithium iron oxide obtained by mixing and firing an iron raw material, a lithium raw material and a carbon raw material, wherein the iron raw material, the lithium raw material and the carbon raw material are mixed (hereinafter , sometimes abbreviated as “mixing step”), calcined at 650 to 1000 ° C. for 2 to 100 hours in an oxygen-free atmosphere (hereinafter sometimes abbreviated as “firing step”), and the resulting powdery product Lithium iron oxide can be preferably obtained by pulverizing the material.

前記鉄原料、リチウム原料及び炭素原料を混合し、特定の温度で特定の時間焼成することにより、本発明のリチウム鉄酸化物からなる蓄電デバイス用プリドープ剤が得られることが本発明者らの検討により確認された。特に、鉄原料とリチウム原料とを反応させてリチウム鉄酸化物を生成する際に、炭素原料を一定量配合させることが重要である。後述する実施例と比較例との対比から明らかなように、炭素原料を使用しなかった比較例5では、不可逆容量の小さいプリドープ剤となり、当該比較例5のプリドープ剤を用いて作製された蓄電デバイスでは、充電深度が低く、放電容量も低いことを確認している。 The present inventors have studied that the pre-dopant for an electricity storage device comprising the lithium iron oxide of the present invention can be obtained by mixing the iron raw material, the lithium raw material and the carbon raw material and firing the mixture at a specific temperature for a specific time. Confirmed by In particular, when the iron raw material and the lithium raw material are reacted to produce lithium iron oxide, it is important to mix a certain amount of the carbon raw material. As is clear from the comparison between Examples and Comparative Examples to be described later, in Comparative Example 5 in which no carbon raw material was used, the pre-dopant had a small irreversible capacity. In the device, we have confirmed that the charge depth is low and the discharge capacity is also low.

本発明で用いられる鉄原料としては特に限定されず、酸化水酸化鉄(III)、酸化鉄(II)、酸化鉄(III)、硫酸第一鉄(II)、硫酸第二鉄(III)、水酸化鉄(II)、水酸化鉄(III)などが好適に使用される。 The iron raw material used in the present invention is not particularly limited, and includes iron oxide hydroxide (III), iron oxide (II), iron oxide (III), ferrous sulfate (II), ferric sulfate (III), Iron (II) hydroxide, iron (III) hydroxide and the like are preferably used.

本発明で用いられるリチウム原料としては特に限定されず、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、硝酸リチウム、酸化リチウムなどが好適に使用される。これらは水和物であっても無水物であっても構わない。中でも、水酸化リチウムがより好適に用いられる。 The lithium raw material used in the present invention is not particularly limited, and lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium acetate, lithium nitrate, lithium oxide and the like are preferably used. These may be hydrates or anhydrides. Among them, lithium hydroxide is more preferably used.

本発明で用いられる炭素原料としては特に限定されず、活性炭、アセチレンブラック、ポリビニルアルコール、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、グラフェンなどが好適に使用される。前記炭素原料の配合量は、前記鉄原料、前記リチウム原料及び前記炭素原料の合計重量に対して1~50重量%であることが好ましい。前記炭素原料の配合量が1重量%未満の場合、リチウムと鉄の反応が不均一となり、多形のリチウム鉄酸化物が生成し、不可逆容量が小さくなる。また、得られた粉末状生成物の粉砕が困難になる。前記炭素原料の配合量は5重量%以上が好ましい。また、前記炭素原料の配合量が50重量%を超える場合は、製造コストがかかってしまうため好ましくない。前記炭素原料の配合量は30重量%以下がより好ましい。 The carbon raw material used in the present invention is not particularly limited, and activated carbon, acetylene black, polyvinyl alcohol, carbon nanotubes, carbon nanofibers, graphene, and the like are preferably used. The blending amount of the carbon raw material is preferably 1 to 50% by weight with respect to the total weight of the iron raw material, the lithium raw material and the carbon raw material. If the content of the carbon raw material is less than 1% by weight, the reaction between lithium and iron becomes non-uniform, producing a polymorphic lithium iron oxide and reducing the irreversible capacity. Also, it becomes difficult to pulverize the obtained powdery product. The blending amount of the carbon raw material is preferably 5% by weight or more. Moreover, if the amount of the carbon raw material to be blended exceeds 50% by weight, the manufacturing cost increases, which is not preferable. More preferably, the blending amount of the carbon raw material is 30% by weight or less.

前記混合工程では、前記鉄原料、前記リチウム原料及び前記炭素原料が混合される。乾式法により混合してもよいし、湿式法により混合しても構わないが、乾式法により混合することが好ましい。中でも、前記鉄原料、前記リチウム原料及び前記炭素原料を粉体状態で混合することが好適な実施態様である。 In the mixing step, the iron raw material, the lithium raw material, and the carbon raw material are mixed. Mixing may be performed by a dry method or by a wet method, but mixing by a dry method is preferable. Among them, it is a preferred embodiment to mix the iron raw material, the lithium raw material and the carbon raw material in a powder state.

前記焼成工程では、無酸素雰囲気中、例えば、不活性ガス雰囲気、水素ガス雰囲気、水素-不活性ガス雰囲気中で焼成することが好ましく、不活性ガスとして窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトンなどが好適に使用される。また、前記焼成工程における焼成温度は650~1000℃であることが好ましい。焼成温度が650℃未満の場合、未反応の原料が残存するため、上記式(1)で表されるリチウム鉄酸化物が得られないおそれがある。また、回折角(2θ)が23.6±0.5°の回折ピークの半値幅が0.06~0.17°の範囲を満たさないリチウム鉄酸化物となるおそれがある。焼成温度は680℃以上であることがより好ましく、725℃以上であることが更に好ましく、775℃以上であることが特に好ましい。焼成温度が1000℃を超える場合、得られる粉末状生成物が固くなり、粉砕が困難となるおそれがある。また、粉砕後の粒子が粗大になり、電極への塗工が困難となるおそれがある。また、回折角(2θ)が23.6±0.5°の回折ピークの半値幅が0.06~0.17°の範囲を満たさないリチウム鉄酸化物となるおそれがある。焼成温度は950℃以下であることがより好ましく、900℃以下であることが更に好ましく、880℃以下であることが特に好ましい。 In the firing step, firing is preferably performed in an oxygen-free atmosphere, for example, an inert gas atmosphere, a hydrogen gas atmosphere, or a hydrogen-inert gas atmosphere. Examples of inert gases include nitrogen, argon, helium, neon, and krypton. preferably used. Moreover, the firing temperature in the firing step is preferably 650 to 1000°C. If the firing temperature is lower than 650° C., unreacted raw materials remain, so there is a possibility that the lithium iron oxide represented by the above formula (1) cannot be obtained. Further, there is a possibility that the lithium iron oxide does not satisfy the range of 0.06 to 0.17° in the half width of the diffraction peak with the diffraction angle (2θ) of 23.6±0.5°. The firing temperature is more preferably 680° C. or higher, still more preferably 725° C. or higher, and particularly preferably 775° C. or higher. If the firing temperature exceeds 1000° C., the resulting powdery product may become hard and difficult to pulverize. In addition, the particles after pulverization become coarse, which may make it difficult to apply the powder to the electrode. Further, there is a possibility that the lithium iron oxide does not satisfy the range of 0.06 to 0.17° in the half width of the diffraction peak with the diffraction angle (2θ) of 23.6±0.5°. The firing temperature is more preferably 950° C. or lower, still more preferably 900° C. or lower, and particularly preferably 880° C. or lower.

前記焼成工程における焼成時間としては、2~100時間であることが好ましい。焼成時間が2時間未満の場合、未反応の原料が残存するため、上記式(1)で表されるリチウム鉄酸化物が得られないおそれがある。また、回折角(2θ)が23.6±0.5°の回折ピークの半値幅が0.06~0.17°の範囲を満たさないリチウム鉄酸化物となるおそれがある。焼成時間は2時間以上であることが好ましく、10時間以上であることがより好ましく、24時間以上であることが更に好ましく、48時間以上であることが特に好ましく、60時間以上であることが最も好ましい。一方、焼成時間が100時間を超える場合、生産性が低下するおそれがある。焼成時間は90時間以下であることがより好ましい。 The firing time in the firing step is preferably 2 to 100 hours. If the firing time is less than 2 hours, unreacted raw materials remain, and the lithium iron oxide represented by the above formula (1) may not be obtained. Further, there is a possibility that the lithium iron oxide does not satisfy the range of 0.06 to 0.17° in the half width of the diffraction peak with the diffraction angle (2θ) of 23.6±0.5°. The firing time is preferably 2 hours or longer, more preferably 10 hours or longer, still more preferably 24 hours or longer, particularly preferably 48 hours or longer, and most preferably 60 hours or longer. preferable. On the other hand, if the baking time exceeds 100 hours, productivity may decrease. More preferably, the firing time is 90 hours or less.

上述のようにして得られるリチウム鉄酸化物を本発明の蓄電デバイス用プリドープ剤として用いることにより、金属リチウム箔を使用することなくプリドープを行うことができるため、蓄電デバイスの体積エネルギー密度の低下を抑制するとともに、製造コストを下げることが可能となり、充電深度が高く、放電容量の高い蓄電デバイスを提供することができる。中でも、本発明のプリドープ剤と正極活物質とからなる蓄電デバイス用正極が好適な実施態様である。正極活物質としては、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタに使用される材料を用いることができ、例えば、Ni,Co,Mn,Alから選択される遷移金属元素を含む層状岩塩型リチウム酸化物;Ni,Co,Mn,Ti,Fe,Cr,Zn,Cuから選択される遷移金属元素を含むスピネル型リチウム酸化物;LiFePOで表されるオリビン型リチウムリン酸化合物;活性炭、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラフェンシート等の炭素系材料を好適に用いることができる。前記層状岩塩型リチウム酸化物としては、LiNiO、LiCoO、LiMnO、Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O、Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O、Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O、Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O、Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)Oなどが挙げられ、前記スピネル型リチウム酸化物としては、LiMn、LiMn1.5Ni0.5などが挙げられる。By using the lithium iron oxide obtained as described above as a pre-dopant for an electricity storage device of the present invention, pre-doping can be performed without using a metallic lithium foil, so that the volume energy density of the electricity storage device does not decrease. It is possible to reduce the manufacturing cost and provide an electricity storage device with a high charge depth and a high discharge capacity. Among them, a positive electrode for an electricity storage device comprising the pre-dopant of the present invention and a positive electrode active material is a preferred embodiment. As the positive electrode active material, materials used in lithium ion batteries and lithium ion capacitors can be used. , Co, Mn, Ti, Fe, Cr, Zn, and Cu; spinel-type lithium oxides containing transition metal elements selected from the group consisting of: LiFePO4 ; olivine-type lithium phosphate compounds; , graphene sheets, and other carbon-based materials can be suitably used. Examples of the layered rock salt type lithium oxide include LiNiO 2 , LiCoO 2 , Li 2 MnO 3 , Li(Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 )O 2 , Li(Ni 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 ) O2 , Li( Ni0.6Co0.2Mn0.2 ) O2 , Li ( Ni0.8Co0.1Mn0.1 ) O2 , Li( Ni0.8Co 0.15Al 0.05 )O 2 and the like, and the spinel-type lithium oxides include LiMn 2 O 4 and LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 .

前記正極において、前記プリドープ剤の含有量が、前記プリドープ剤と前記正極活物質の合計重量に対して1~60重量%であることが好ましい。前記プリドープ剤の含有量が1重量%未満の場合、不可逆容量が小さく、黒鉛、けい素等の負極の電位を下げることができないおそれがあり、前記プリドープ剤の含有量は5重量%以上であることがより好ましく、10重量%以上であることが更に好ましい。一方、前記プリドープ剤の含有量が60重量%を超える場合、正極活物質の含有率低下にともなうエネルギー密度が減少するおそれがあり、前記プリドープ剤の含有量は55重量%以下であることがより好ましい。 In the positive electrode, the content of the pre-dopant is preferably 1 to 60% by weight with respect to the total weight of the pre-dopant and the positive electrode active material. If the content of the pre-dopant is less than 1% by weight, the irreversible capacity is small, and the potential of the negative electrode made of graphite, silicon, etc. may not be lowered, and the content of the pre-dopant is 5% by weight or more. is more preferable, and 10% by weight or more is even more preferable. On the other hand, when the content of the pre-dopant exceeds 60% by weight, the energy density may decrease due to the decrease in the content of the positive electrode active material, and the content of the pre-dopant is preferably 55% by weight or less. preferable.

本発明において、前記正極を構成要素とする蓄電デバイスがより好適な実施態様である。蓄電デバイスにおける負極としては、黒鉛、活性炭等の炭素系材料、けい素、一酸化けい素等のけい素系材料、スズ、アルミ、ゲルマニウム等の金属材料、硫黄を好適に用いることができる。また、蓄電デバイスにおける電解質としては、LiPF、LiBF、LiClO等のリチウム塩を有機溶媒に溶解させた電解液(液体電解質)や、固体電解質等を好適に用いることができる。蓄電デバイスの種類としては特に限定されず、リチウムイオン電池、全固体電池、リチウムイオンキャパシタ及び電気二重層キャパシタからなる群から選択される少なくとも1種の蓄電デバイスが好適である。中でも、リチウムイオン電池及びリチウムイオンキャパシタからなる群から選択される少なくとも1種の蓄電デバイスがより好適である。リチウムイオンキャパシタの中でも、負極に黒鉛を使用する黒鉛系リチウムイオンキャパシタがより好適な実施態様である。In the present invention, an electricity storage device having the positive electrode as a component is a more preferred embodiment. Carbon-based materials such as graphite and activated carbon, silicon-based materials such as silicon and silicon monoxide, metal materials such as tin, aluminum and germanium, and sulfur can be suitably used as the negative electrode in the electricity storage device. Further, as the electrolyte in the electricity storage device, an electrolytic solution (liquid electrolyte) obtained by dissolving a lithium salt such as LiPF 6 , LiBF 4 or LiClO 4 in an organic solvent (liquid electrolyte), a solid electrolyte, or the like can be suitably used. The type of power storage device is not particularly limited, and at least one power storage device selected from the group consisting of lithium ion batteries, all-solid batteries, lithium ion capacitors, and electric double layer capacitors is suitable. Among them, at least one electricity storage device selected from the group consisting of lithium ion batteries and lithium ion capacitors is more preferable. Among lithium ion capacitors, a graphite-based lithium ion capacitor using graphite for the negative electrode is a more preferable embodiment.

[プリドープ剤(LFO)の作製]
(実施例1)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)176g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)31gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、850℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、実施例1のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=3.72(モル比))を得た。
[Preparation of pre-dopant (LFO)]
(Example 1)
Iron hydroxide oxide (III) (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 100 g, lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 176 g and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 31 g were dry mixed using a mixer. A powdery product was obtained by firing the obtained mixture at 850° C. for 72 hours in a nitrogen atmosphere using a firing furnace. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=3.72 (molar ratio)) which is the pre-dopant of Example 1.

(実施例2)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)180g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)31gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、850℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、実施例2のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=3.84(モル比))を得た。
(Example 2)
100 g of iron hydroxide (III) oxide (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 180 g of lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 31 g were dry mixed using a mixer. A powdery product was obtained by firing the obtained mixture at 850° C. for 72 hours in a nitrogen atmosphere using a firing furnace. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=3.84 (molar ratio)) as a pre-dopant of Example 2.

(実施例3)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)198g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)33gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、850℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、実施例3のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=4.19(モル比))を得た。
(Example 3)
100 g of iron hydroxide oxide (III) (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 198 g of lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 33 g were dry mixed using a mixer. A powdery product was obtained by firing the obtained mixture at 850° C. for 72 hours in a nitrogen atmosphere using a firing furnace. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=4.19 (molar ratio)) as a pre-dopant of Example 3.

(実施例4)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)207g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)34gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、850℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、実施例4のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=4.39(モル比))を得た。
(Example 4)
Iron hydroxide oxide (III) (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 100 g, lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 207 g and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 34 g were dry mixed using a mixer. A powdery product was obtained by firing the obtained mixture at 850° C. for 72 hours in a nitrogen atmosphere using a firing furnace. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=4.39 (molar ratio)) as a pre-dopant of Example 4.

(実施例5)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)216g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)35gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、850℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、実施例5のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=4.58(モル比))を得た。
(Example 5)
100 g of iron hydroxide (III) oxide (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 216 g of lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 35 g were dry mixed using a mixer. A powdery product was obtained by firing the obtained mixture at 850° C. for 72 hours in a nitrogen atmosphere using a firing furnace. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=4.58 (molar ratio)) as a pre-dopant of Example 5.

(実施例6)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)198g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)33gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、900℃、10時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、実施例6のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=4.19(モル比))を得た。
(Example 6)
Iron hydroxide oxide (III) (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 100 g, lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 198 g and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 33 g were dry mixed using a mixer. The resulting mixture was fired in a nitrogen atmosphere at 900° C. for 10 hours using a firing furnace to obtain a powdery product. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=4.19 (molar ratio)) as a pre-dopant of Example 6.

(実施例7)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)198g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)33gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、950℃、5時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、実施例7のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=4.19(モル比))を得た。
(Example 7)
Iron hydroxide oxide (III) (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 100 g, lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 198 g and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 33 g were dry mixed using a mixer. A powdery product was obtained by firing the obtained mixture at 950° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere using a firing furnace. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=4.19 (molar ratio)) as a pre-dopant of Example 7.

(実施例8)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)198g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)33gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、800℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、実施例8のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=4.19(モル比))を得た。
(Example 8)
Iron hydroxide oxide (III) (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 100 g, lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 198 g and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 33 g were dry mixed using a mixer. The obtained mixture was fired in a nitrogen atmosphere at 800° C. for 72 hours using a firing furnace to obtain a powdery product. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=4.19 (molar ratio)) as a pre-dopant of Example 8.

(実施例9)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)198g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)33gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、750℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、実施例9のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=4.19(モル比))を得た。
(Example 9)
Iron hydroxide oxide (III) (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 100 g, lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 198 g and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 33 g were dry mixed using a mixer. The obtained mixture was fired in a nitrogen atmosphere at 750° C. for 72 hours using a firing furnace to obtain a powdery product. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=4.19 (molar ratio)) as a pre-dopant of Example 9.

(実施例10)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)198g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)33gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、700℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、実施例10のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=4.19(モル比))を得た。
(Example 10)
Iron hydroxide oxide (III) (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 100 g, lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 198 g and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 33 g were dry mixed using a mixer. A powdery product was obtained by firing the obtained mixture at 700° C. for 72 hours in a nitrogen atmosphere using a firing furnace. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=4.19 (molar ratio)) as a pre-dopant of Example 10.

(比較例1)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)152g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)28gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、850℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、比較例1のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=3.21(モル比))を得た。
(Comparative example 1)
100 g of iron hydroxide (III) oxide (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 152 g of lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 28 g were dry mixed using a mixer. A powdery product was obtained by firing the obtained mixture at 850° C. for 72 hours in a nitrogen atmosphere using a firing furnace. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=3.21 (molar ratio)) as a pre-dopant of Comparative Example 1.

(比較例2)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)229g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)37gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、850℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、比較例2のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=4.85(モル比))を得た。
(Comparative example 2)
100 g of iron hydroxide (III) oxide (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 229 g of lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 37 g were dry mixed using a mixer. A powdery product was obtained by firing the obtained mixture at 850° C. for 72 hours in a nitrogen atmosphere using a firing furnace. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=4.85 (molar ratio)) as a pre-dopant of Comparative Example 2.

(比較例3)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)239g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)38gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、850℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、比較例3のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=5.06(モル比))を得た。
(Comparative Example 3)
100 g of iron hydroxide (III) oxide (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 239 g of lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 38 g were dry mixed using a mixer. A powdery product was obtained by firing the obtained mixture at 850° C. for 72 hours in a nitrogen atmosphere using a firing furnace. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=5.06 (molar ratio)) as a pre-dopant of Comparative Example 3.

(比較例4)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g、水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)289g及び活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)43gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、850℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、比較例4のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=6.12(モル比))を得た。
(Comparative Example 4)
100 g of iron hydroxide (III) oxide (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 289 g of lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and activated carbon ("Kuraray Coal" manufactured by Kuraray Co., Ltd.) 43 g were dry mixed using a mixer. A powdery product was obtained by firing the obtained mixture at 850° C. for 72 hours in a nitrogen atmosphere using a firing furnace. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=6.12 (molar ratio)) as a pre-dopant of Comparative Example 4.

(比較例5)
酸化水酸化鉄(III)(富士フイルム和光純薬株式会社製)100g及び水酸化リチウム・一水和物(富士フイルム和光純薬株式会社製)198gを混合機を用いて乾式混合した。得られた混合物を焼成炉を用いて窒素雰囲気中、850℃、72時間焼成することにより、粉末状生成物を得た。次いで、得られた粉末状生成物を粉砕することにより、比較例5のプリドープ剤であるリチウム鉄酸化物(Li/Fe=4.19(モル比))を得た。
(Comparative Example 5)
100 g of iron oxide hydroxide (III) (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 198 g of lithium hydroxide monohydrate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were dry mixed using a mixer. A powdery product was obtained by firing the obtained mixture at 850° C. for 72 hours in a nitrogen atmosphere using a firing furnace. Then, the obtained powdery product was pulverized to obtain a lithium iron oxide (Li/Fe=4.19 (molar ratio)) as a pre-dopant of Comparative Example 5.

[プリドープ剤の評価]
(組成分析)
ICP発光分光分析法により、株式会社日立ハイテクサイエンス製のプラズマ発光分析装置「SPECTRO ARCOS」を用いて、実施例及び比較例で得られた各プリドープ剤について、Li/Feのモル比を測定した。結果を表1に示す。
[Evaluation of pre-dopant]
(composition analysis)
The Li/Fe molar ratio of each pre-dopant obtained in Examples and Comparative Examples was measured by ICP emission spectrometry using a plasma emission spectrometer "SPECTRO ARCOS" manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd. Table 1 shows the results.

(結晶格子定数、格子体積及び半値幅の算出)
Philips社製XRD装置「X’pert-PRO」を用い、CuのKα線で、実施例及び比較例で得られた各プリドープ剤についてのピーク位置及び半値幅の測定を行った。この時、内標準物質としてSi粉末(富士フイルム和光純薬株式会社製)を各プリドープ剤に対して重量比で2wt%となるように混合して測定した。結晶格子定数及び格子体積の精密化は、解析ソフト(HighScore Plus)を使用した。解析は、Si(111)のピークを基準にピーク位置の補正を行った後、LiFeO(ICSD:01-075-1253)を近似構造モデルとして、Rietveld法解析(<Phase fit> Default Rietveld)を行うことで、結晶格子定数及び格子体積Vを算出した。結果を表1に示す。
(Calculation of crystal lattice constant, lattice volume and half width)
Using an XRD apparatus "X'pert-PRO" manufactured by Philips, the peak position and half-value width of each pre-dopant obtained in Examples and Comparative Examples were measured with the Kα line of Cu. At this time, Si powder (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was mixed as an internal standard substance to each pre-dopant in a weight ratio of 2 wt % and measured. Analysis software (HighScore Plus) was used to refine the crystal lattice constant and lattice volume. The analysis was performed by Rietveld method analysis (<Phase fit> Default Rietveld using Li 5 FeO 4 (ICSD: 01-075-1253) as an approximate structural model after correcting the peak position based on the Si (111) peak. ) to calculate the crystal lattice constant and the lattice volume V. Table 1 shows the results.

(体積抵抗率の測定方法)
実施例及び比較例で得られた各プリドープ剤についての体積抵抗率を、高抵抗率計(株式会社三菱化学アナリテック製、ハイレスターUX)を用いて測定した。結果は5kN時の抵抗値を基に算出した。結果を表1に示す。
(Method for measuring volume resistivity)
The volume resistivity of each pre-dopant obtained in Examples and Comparative Examples was measured using a high resistivity meter (Hiresta UX, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.). The results were calculated based on the resistance value at 5 kN. Table 1 shows the results.

(比表面積の測定方法)
実施例及び比較例で得られた各プリドープ剤についての比表面積を、全自動比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、Macsorb HM model-1208)を用いて、BET法にて測定した。脱気工程は、150℃-20分の条件で行った。結果を表1に示す。
(Method for measuring specific surface area)
The specific surface area of each pre-dopant obtained in Examples and Comparative Examples was measured by the BET method using a fully automatic specific surface area measuring device (Macsorb HM model-1208 manufactured by Mountec Co., Ltd.). The degassing step was performed under the conditions of 150°C and 20 minutes. Table 1 shows the results.

[蓄電デバイスの評価]
(電気化学的評価用コイン型電池の作製)
実施例及び比較例で得られた各プリドープ剤が58wt%、導電助剤としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製「デンカブラック」)が30wt%、及び結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF、株式会社クレハ製「KFポリマー」)が12wt%含まれるように、N-メチルピロリドンに溶解してスラリーを調製した。上記スラリーを集電体であるエッチングアルミ箔(日本蓄電器工業株式会社製JCC-20CB)に塗付し、130℃で5分間乾燥させた。乾燥させたシートを打ち抜き機で打ち抜くことで、評価用電極(正極)を作製した。対極には、金属リチウムを用い、金属リチウム箔を打ち抜いたものを使用した。評価用電極と対極との間に、ポリプロピレン製セパレーターを挟んで電極を構成し、コイン型の電池容器に入れた。そして、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)が、容量比でEC:DEC=1:1で混合された混合溶媒中に、1MのLiPFを溶解させた電解液を注入した後、電池容器を封口することにより、電気化学的評価用コイン型電池を製造した。
[Evaluation of power storage device]
(Preparation of coin-type battery for electrochemical evaluation)
58 wt% of each pre-dopant obtained in Examples and Comparative Examples, 30 wt% of acetylene black (“Denka Black” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive aid, and polyvinylidene fluoride (PVDF, stock "KF Polymer" manufactured by Kureha Co., Ltd.) was dissolved in N-methylpyrrolidone to prepare a slurry. The above slurry was applied to an etched aluminum foil (JCC-20CB manufactured by Nippon Denki Kogyo Co., Ltd.) as a current collector and dried at 130° C. for 5 minutes. An evaluation electrode (positive electrode) was produced by punching out the dried sheet with a punching machine. Metallic lithium was used as the counter electrode, and a metal lithium foil punched out was used. A separator made of polypropylene was sandwiched between the electrode for evaluation and the counter electrode to form an electrode, which was placed in a coin-shaped battery container. Then, ethylene carbonate ( EC ) and diethyl carbonate (DEC) were mixed in a volume ratio of EC:DEC = 1:1. A coin cell for electrochemical evaluation was produced by sealing the container.

(充放電試験)
上記作製したコイン型電池を用いて、電流密度8.67mA/g(活物質重量あたり)で充電終止電圧4.0Vになるまで定電流充電を行い、次いで定電圧充電(終了条件:0.867mA/g(活物質重量あたり)の電流値)を行った。その後、3分間の休止工程を行った。次いで、電流密度8.67mA/g(活物質重量あたり)で電圧が2.3Vになるまで定電流放電を行った。得られた充電容量、放電容量及び不可逆容量の値を表1に示す。
(Charging and discharging test)
Using the coin-type battery produced above, constant current charging was performed at a current density of 8.67 mA / g (per weight of active material) until the charge termination voltage was 4.0 V, and then constant voltage charging (terminating condition: 0.867 mA /g (per weight of active material). A 3 minute rest step was then performed. Then, constant current discharge was performed at a current density of 8.67 mA/g (per active material weight) until the voltage reached 2.3V. Table 1 shows the obtained charge capacity, discharge capacity and irreversible capacity values.

Figure 0007340024000001
Figure 0007340024000001

(リチウムイオンキャパシタの作製及びプリドープ処理)
実施例及び比較例で得られたプリドープ剤を用いて、リチウムイオンキャパシタを作製し、プリドープ処理を行った。
(Preparation of lithium ion capacitor and pre-doping treatment)
Using the pre-dopants obtained in Examples and Comparative Examples, lithium ion capacitors were produced and pre-doped.

(作製例1)
(正極の作製)
まず、正極活物質として活性炭(株式会社クラレ製「クラレコール」)、プリドープ剤として実施例1のプリドープ剤、導電助剤としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製「デンカブラック」)、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF、株式会社クレハ製「KFポリマー」)をN-メチルピロリドンに溶解して正極塗料を作製した。
なお、このときのプリドープ剤の含有量については、以下の計算式で示すように、正極活物質とプリドープ剤の合計質量に対して30%になるように調整した。
プリドープ剤の含有量(%)=[プリドープ剤の質量/(正極活物質の質量+プリドープ剤の質量)]×100
さらに、正極活物質とプリドープ剤の合計/導電助剤/結着剤の質量比は、77/14/9になるように調整した。つまり、正極活物質/プリドープ剤/導電助剤/結着剤の質量比については、53.9/23.1/14/9になるように調整した。
最後に、作製した正極用塗料を集電体であるエッチングアルミ箔(日本蓄電器工業株式会社製「JCC-20CB」)に塗付し、130℃で5分間乾燥した後、3cm×4cmのサイズに切り抜くことによって正極を作製した。なお、この時の設計容量は2.3mAhとなっている。
(Production example 1)
(Preparation of positive electrode)
First, activated carbon (“Kuraray Coal” manufactured by Kuraray Co., Ltd.) as a positive electrode active material, the pre-dopant of Example 1 as a pre-dopant, acetylene black (“Denka Black” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive aid, and a binder. As a positive electrode paint, polyvinylidene fluoride (PVDF, “KF Polymer” manufactured by Kureha Co., Ltd.) was dissolved in N-methylpyrrolidone.
The content of the pre-dopant at this time was adjusted to be 30% with respect to the total mass of the positive electrode active material and the pre-dopant, as indicated by the following formula.
Pre-dopant content (%)=[mass of pre-dopant/(mass of positive electrode active material+mass of pre-dopant)]×100
Furthermore, the mass ratio of the sum of positive electrode active material and pre-dopant/conductive aid/binder was adjusted to 77/14/9. In other words, the mass ratio of the positive electrode active material/pre-dopant/conductive aid/binder was adjusted to 53.9/23.1/14/9.
Finally, the prepared positive electrode paint was applied to an etched aluminum foil (“JCC-20CB” manufactured by Nippon Capacitor Industry Co., Ltd.) as a current collector, dried at 130 ° C. for 5 minutes, and then reduced to a size of 3 cm × 4 cm. A positive electrode was produced by cutting. The design capacity at this time is 2.3 mAh.

(負極の作製)
負極には、球晶黒鉛電極(宝泉株式会社製「HS-LIB-N-Gr-001」、公称容量:1.6mAh/cm)を使用し、3.3cm×4.3cmのサイズに切り抜くことによって負極を作製した。なお、この時の設計容量は22.7mAhとなる。
(Preparation of negative electrode)
For the negative electrode, a spherulitic graphite electrode (“HS-LIB-N-Gr-001” manufactured by Hosen Co., Ltd., nominal capacity: 1.6 mAh/cm 2 ) was used, and the size was 3.3 cm × 4.3 cm. A negative electrode was produced by cutting. The design capacity at this time is 22.7 mAh.

(リチウムイオンキャパシタの作製)
上記にて作製した正極及び負極、セパレータ(日本高度紙工業株式会社製)を積層した後、アルミラミネートケースに収納した。
次に、電解液である1M LiPF in EC/DEC=1/1(キシダ化学株式会社製)を注液した後、真空封止することによって作製例1のリチウムイオンキャパシタを作製した。
なお、作製例1のリチウムイオンキャパシタの正極の電気容量は2.3mAh、負極の電気容量は22.7mAhであり、正負極の容量比(負極/正極)は9.9であった。
(Production of lithium ion capacitor)
After stacking the positive and negative electrodes prepared above and a separator (manufactured by Nippon Kodo Paper Industry Co., Ltd.), they were housed in an aluminum laminate case.
Next, after injecting 1M LiPF 6 in EC/DEC=1/1 (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) as an electrolytic solution, the lithium ion capacitor of Production Example 1 was produced by vacuum sealing.
In the lithium ion capacitor of Production Example 1, the positive electrode had an electric capacity of 2.3 mAh, the negative electrode had an electric capacity of 22.7 mAh, and the positive/negative electrode capacity ratio (negative electrode/positive electrode) was 9.9.

(プリドープ処理)
次に、作製した作製例1のリチウムイオンキャパシタを、充放電測定装置(北斗電工株式会社製)を用いて、25℃の環境下において0.02mA/cmの電流密度で4.0Vまで定電流充電を行い、次いで定電圧充電(終了条件:0.002mA/cmの電流値)を行った。その後、3分間の休止工程を行った。次いで2.2Vまで放電することによってプリドープ処理を施した。
(pre-dope treatment)
Next, the produced lithium ion capacitor of Production Example 1 was measured at a current density of 0.02 mA/cm 2 in an environment of 25° C. up to 4.0 V using a charge/discharge measuring device (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.). Current charging was performed, and then constant voltage charging (end condition: current value of 0.002 mA/cm 2 ) was performed. A 3 minute rest step was then performed. Pre-doping was then performed by discharging to 2.2V.

(作製例2~5、9~13)
正極の作製において、プリドープ剤を表2に示すとおりに変更した以外は作製例1と同様にして、作製例2~5、9~13のリチウムイオンキャパシタを作製するとともにプリドープ処理を行った。
(Production Examples 2-5, 9-13)
In the production of the positive electrode, lithium ion capacitors of Production Examples 2 to 5 and 9 to 13 were produced and pre-doped in the same manner as in Production Example 1, except that the pre-dopant was changed as shown in Table 2.

(作製例6)
正極の作製において、実施例3のプリドープ剤を使用し、プリドープ剤の含有量について、正極活物質とプリドープ剤の合計質量に対して20%になるように調整した以外は作製例1と同様にして、作製例6のリチウムイオンキャパシタを作製するとともにプリドープ処理を行った。つまり、正極活物質/プリドープ剤/導電助剤/結着剤の質量比については、61.6/15.4/14/9になるように調整した。
(Production example 6)
The positive electrode was produced in the same manner as in Production Example 1, except that the pre-dopant of Example 3 was used and the content of the pre-dopant was adjusted to 20% of the total mass of the positive electrode active material and the pre-dopant. Then, a lithium ion capacitor of Production Example 6 was produced, and pre-doping was performed. That is, the mass ratio of the positive electrode active material/pre-dopant/conduction aid/binder was adjusted to 61.6/15.4/14/9.

(作製例7)
正極の作製において、実施例3のプリドープ剤を使用し、プリドープ剤の含有量について、正極活物質とプリドープ剤の合計質量に対して40%になるように調整した以外は作製例1と同様にして、作製例7のリチウムイオンキャパシタを作製するとともにプリドープ処理を行った。つまり、正極活物質/プリドープ剤/導電助剤/結着剤の質量比については、46.2/30.8/14/9になるように調整した。
(Production example 7)
The positive electrode was produced in the same manner as in Production Example 1, except that the pre-dopant of Example 3 was used and the content of the pre-dopant was adjusted to 40% of the total mass of the positive electrode active material and the pre-dopant. Then, a lithium ion capacitor of Production Example 7 was produced, and pre-doping was performed. That is, the mass ratio of the positive electrode active material/pre-dopant/conduction aid/binder was adjusted to 46.2/30.8/14/9.

(作製例8)
(負極の作製)
負極活物質としてけい素(富士フイルム和光純薬株式会社製)、導電助剤としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製「デンカブラック」)、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF、株式会社クレハ製「KFポリマー」)をN-メチルピロリドンに溶解して負極用塗料を作製した。なお、負極活物質/導電助剤/結着剤の質量比は、80/10/10になるように調整した。
次に、作製した負極用塗料を集電体である銅箔(福田金属箔粉工業株式会社製)に塗付し、130℃で5分間乾燥した後、3.3cm×4.3cmのサイズに切り抜くことによって負極を作製した。なお、この時の設計容量は22.7mAhとなる。
負極を上記電極に変更した以外は作製例3と同様にして、作製例8のリチウムイオンキャパシタを作製するとともにプリドープ処理を行った。
(Production example 8)
(Preparation of negative electrode)
Silicon (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a negative electrode active material, acetylene black ("Denka Black" manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive agent, polyvinylidene fluoride (PVDF, manufactured by Kureha Co., Ltd.) as a binder "KF Polymer") was dissolved in N-methylpyrrolidone to prepare a negative electrode paint. The mass ratio of the negative electrode active material/conduction aid/binder was adjusted to 80/10/10.
Next, the prepared negative electrode paint was applied to a copper foil (manufactured by Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd.) as a current collector, dried at 130 ° C. for 5 minutes, and then reduced to a size of 3.3 cm × 4.3 cm. A negative electrode was produced by cutting. The design capacity at this time is 22.7 mAh.
A lithium ion capacitor of Production Example 8 was produced in the same manner as in Production Example 3 except that the negative electrode was changed to the above electrode, and pre-doping treatment was performed.

(比較作製例1~5)
正極の作製において、プリドープ剤を表2に示すとおりに変更した以外は作製例1と同様にして、比較作製例1~5のリチウムイオンキャパシタを作製するとともにプリドープ処理を行った。
(Comparative production examples 1 to 5)
Lithium ion capacitors of Comparative Preparation Examples 1 to 5 were prepared and pre-doped in the same manner as in Preparation Example 1 except that the pre-dopant was changed as shown in Table 2 in the preparation of the positive electrode.

(リチウムイオン電池の作製及びプリドープ処理)
実施例及び比較例で得られたプリドープ剤を用いて、リチウムイオン電池を作製し、プリドープ処理を行った。
(Preparation of lithium ion battery and pre-doping treatment)
Using the pre-dopants obtained in Examples and Comparative Examples, lithium ion batteries were produced and subjected to pre-doping treatment.

(作製例14)
(正極の作製)
まず、正極活物質としてLi(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O(宝泉株式会社製)、プリドープ剤として実施例3のプリドープ剤、導電助剤としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製「デンカブラック」)、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF、株式会社クレハ製「KFポリマー」)をN-メチルピロリドンに溶解して正極塗料を作製した。
なお、このときのプリドープ剤の含有量については、以下の計算式で示すように、正極活物質とプリドープ剤の合計質量に対して12%になるように調整した。
プリドープ剤の含有量(%)=[プリドープ剤の質量/(正極活物質の質量+プリドープ剤の質量)]×100
さらに、正極活物質とプリドープ剤の合計/導電助剤/結着剤の質量比は、83/11/6になるように調整した。つまり、正極活物質/プリドープ剤/導電助剤/結着剤の質量比については、73/10/11/6になるように調整した。
最後に、作製した正極用塗料を集電体であるエッチングアルミ箔(日本蓄電器工業株式会社製「JCC-20CB」)に塗付し、130℃で5分間乾燥した後、3cm×4cmのサイズに切り抜くことによって正極を作製した。なお、この時の設計容量は8.2mAhとなっている。
(Production example 14)
(Preparation of positive electrode)
First, Li(Ni 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 )O 2 (manufactured by Hosen Co., Ltd.) as a positive electrode active material, the pre-dopant of Example 3 as a pre-dopant, and acetylene black (electrochemical "Denka Black" manufactured by Kogyo Co., Ltd.) and polyvinylidene fluoride (PVDF, "KF Polymer" manufactured by Kureha Co., Ltd.) as a binder were dissolved in N-methylpyrrolidone to prepare a positive electrode paint.
The content of the pre-dopant at this time was adjusted to be 12% with respect to the total mass of the positive electrode active material and the pre-dopant, as indicated by the following formula.
Pre-dopant content (%)=[mass of pre-dopant/(mass of positive electrode active material+mass of pre-dopant)]×100
Furthermore, the mass ratio of the sum of the positive electrode active material and the pre-dopant/the conductive aid/the binder was adjusted to 83/11/6. That is, the mass ratio of the positive electrode active material/pre-dopant/conduction aid/binder was adjusted to 73/10/11/6.
Finally, the prepared positive electrode paint was applied to an etched aluminum foil (“JCC-20CB” manufactured by Nippon Capacitor Industry Co., Ltd.) as a current collector, dried at 130 ° C. for 5 minutes, and then reduced to a size of 3 cm × 4 cm. A positive electrode was produced by cutting. The design capacity at this time is 8.2 mAh.

(負極の作製)
まず、負極活物質としてけい素(エルケム社製「silgrain e-si」、導電助剤としてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製「デンカブラック」)、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF、株式会社クレハ製「KFポリマー」)をN-メチルピロリドンに溶解して負極塗料を作製した。
なお、このときの負極活物質/導電助剤/結着剤の質量比は、50/25/25になるように調整した。
最後に、作製した負極用塗料を集電体である銅箔(福田金属箔工業株式会社製)に塗付し、130℃で5分間乾燥した後、3.3cm×4.3cmのサイズに切り抜くことによって負極を作製した。なお、この時の設計容量は12.7mAhとなる。
(Preparation of negative electrode)
First, silicon as a negative electrode active material (“silgrain e-si” manufactured by Elchem Co., Ltd.), acetylene black (“Denka Black” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF, Co., Ltd.) as a binder. Kureha's "KF Polymer") was dissolved in N-methylpyrrolidone to prepare a negative electrode paint.
The mass ratio of the negative electrode active material/conductive aid/binder was adjusted to 50/25/25.
Finally, the prepared negative electrode paint is applied to a copper foil (manufactured by Fukuda Metal Foil Industry Co., Ltd.) as a current collector, dried at 130 ° C. for 5 minutes, and then cut into a size of 3.3 cm × 4.3 cm. A negative electrode was thus produced. The design capacity at this time is 12.7 mAh.

(リチウムイオン電池の作製)
上記にて作製した正極及び負極、ポリエチレンセパレータを積層した後、アルミラミネートケースに収納した。
次に、電解液である1M LiPF in PC(キシダ化学株式会社製)を注液した後、真空封止することによって作製例14のリチウムイオン電池を作製した。
なお、作製例14のリチウムイオン電池の正極の電気容量は8.2mAh、負極の電気容量は12.7mAhであり、正負極の容量比(負極/正極)は1.5であった。
(Production of lithium ion battery)
After laminating the positive electrode, the negative electrode, and the polyethylene separator prepared above, they were housed in an aluminum laminate case.
Next, after injecting 1M LiPF 6 in PC (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) as an electrolytic solution, the lithium ion battery of Production Example 14 was produced by vacuum sealing.
In the lithium ion battery of Production Example 14, the positive electrode had an electric capacity of 8.2 mAh, the negative electrode had an electric capacity of 12.7 mAh, and the positive/negative electrode capacity ratio (negative electrode/positive electrode) was 1.5.

(プリドープ処理)
次に、作製した作製例14のリチウムイオン電池を、充放電測定装置(北斗電工株式会社製)を用いて、25℃の環境下において0.02mA/cmの電流密度で4.2Vまで定電流充電を行い、次いで定電圧充電(終了条件:0.002mA/cmの電流値)を行った。その後、3分間の休止工程を行った。次いで3.2Vまで放電することによってプリドープ処理を施した。
(pre-dope treatment)
Next, the prepared lithium ion battery of Preparation Example 14 was measured at a current density of 0.02 mA/cm 2 in an environment of 25° C. up to 4.2 V using a charge/discharge measuring device (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.). Current charging was performed, and then constant voltage charging (end condition: current value of 0.002 mA/cm 2 ) was performed. A 3 minute rest step was then performed. Then, pre-doping was performed by discharging to 3.2V.

(比較作製例6)
正極の作製において、プリドープ剤を表2に示すとおりに変更した以外は作製例14と同様にして、比較作製例6のリチウムイオン電池を作製するとともにプリドープ処理を行った。
(Comparative example 6)
A lithium ion battery of Comparative Preparation Example 6 was prepared in the same manner as in Preparation Example 14, except that the pre-dopant was changed as shown in Table 2, and pre-doping was performed.

(充電深度の測定)
プリドープ処理後の黒鉛又はけい素負極の充電深度の測定は、以下のようにして行った。上記作製例1~13、比較作製例1~5にて2.2Vまで放電した後のリチウムイオンキャパシタを解体し黒鉛又はけい素負極を取り出してこれを評価用電極とした。対極には金属リチウムを用い、評価用電極と対極との間に、ポリプロピレン製セパレーターを挟んで電極を構成し、コイン型の電池容器に電極を入れた。そして、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)が、容量比でEC:DEC=1:1で混合された混合溶媒中に、1MのLiPFを溶解させた電解液を電池容器に注入した後、電池容器を封口することにより、電気化学的評価用コイン型電池を製造した。電気化学的評価用コイン型電池を3.0Vまで充電することで充電深度を確認した。
ここで、充電深度とは、上記充電操作によって測定された充電容量が負極の設計容量(22.7mAh)の何%を充電できたかを示す値であり、以下の計算式によって算出される。
充電深度(%)=[充電容量(mAh)/負極設計容量22.7(mAh)]×100
(Measurement of charging depth)
The charging depth of the graphite or silicon negative electrode after pre-doping treatment was measured as follows. After discharging to 2.2 V in the above Preparation Examples 1 to 13 and Comparative Preparation Examples 1 to 5, the lithium ion capacitors were disassembled, and graphite or silicon negative electrodes were taken out and used as evaluation electrodes. Metallic lithium was used as the counter electrode, and a polypropylene separator was sandwiched between the electrode for evaluation and the counter electrode to form an electrode. The electrode was placed in a coin-shaped battery container. Then, an electrolytic solution prepared by dissolving 1M LiPF 6 in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed in a volume ratio of EC:DEC=1:1 was injected into the battery container. After that, the battery container was sealed to produce a coin-type battery for electrochemical evaluation. Charge depth was confirmed by charging a coin cell for electrochemical evaluation to 3.0V.
Here, the depth of charge is a value indicating what percentage of the design capacity (22.7 mAh) of the negative electrode was charged by the charge capacity measured by the above charging operation, and is calculated by the following formula.
Depth of charge (%) = [charge capacity (mAh)/negative electrode design capacity 22.7 (mAh)] x 100

(キャパシタ特性(放電容量)の評価)
上記作製例1~13、比較作製例1~5のリチウムイオンキャパシタについて、キャパシタ特性(放電容量)の評価を行った。具体的には、充放電測定装置(北斗電工株式会社製)を用いて、25℃の環境下において、2.2~3.8Vの範囲で充放電を行った。また、充放電レートは正極活物質重量あたり1Cで行った。なお、充放電レート1Cの際の電流密度は40mA/g(活物質重量あたり)であった。
(Evaluation of capacitor characteristics (discharge capacity))
Capacitor characteristics (discharge capacity) of the lithium ion capacitors of Production Examples 1 to 13 and Comparative Production Examples 1 to 5 were evaluated. Specifically, using a charge/discharge measuring device (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.), charge/discharge was performed in a range of 2.2 to 3.8 V in an environment of 25°C. Also, the charge/discharge rate was 1C per weight of the positive electrode active material. The current density at a charge/discharge rate of 1C was 40 mA/g (per active material weight).

(充電深度の測定)
プリドープ処理後のけい素負極の充電深度の測定は、以下のようにして行った。上記作製例14、比較作成例6にて3.2Vまで放電した後のリチウムイオン電池を解体しけい素負極を取り出してこれを評価用電極とした。対極には金属リチウムを用い、評価用電極と対極との間に、ポリプロピレン製セパレーターを挟んで電極を構成し、コイン型の電池容器に電極を入れた。そして、プロピレンカーボネート(PC)溶媒中に、1MのLiPFを溶解させた電解液を電池容器に注入した後、電池容器を封口することにより、電気化学的評価用コイン型電池を製造した。電気化学的評価用コイン型電池を3.0Vまで充電することで充電深度を確認した。
ここで、充電深度とは、上記充電操作によって測定された充電容量が負極の設計容量(12.7mAh)の何%を充電できたかを示す値であり、以下の計算式によって算出される。
充電深度(%)=[充電容量(mAh)/負極設計容量12.7(mAh)]×100
(Measurement of charging depth)
The charging depth of the silicon negative electrode after pre-doping was measured as follows. After discharging to 3.2 V in Preparation Example 14 and Comparative Preparation Example 6, the lithium ion battery was disassembled, and the silicon negative electrode was taken out and used as an evaluation electrode. Metallic lithium was used as the counter electrode, and a polypropylene separator was sandwiched between the electrode for evaluation and the counter electrode to form an electrode. The electrode was placed in a coin-shaped battery container. An electrolytic solution prepared by dissolving 1M LiPF 6 in a propylene carbonate (PC) solvent was poured into the battery container, and then the battery container was sealed to manufacture a coin-type battery for electrochemical evaluation. Charge depth was confirmed by charging a coin cell for electrochemical evaluation to 3.0V.
Here, the depth of charge is a value indicating what percentage of the design capacity (12.7 mAh) of the negative electrode was charged by the charge capacity measured by the above charging operation, and is calculated by the following formula.
Depth of charge (%) = [charge capacity (mAh)/negative electrode design capacity 12.7 (mAh)] x 100

(電池特性(放電容量)の評価)
上記作製例14、比較作成例6のリチウムイオン電池について、電池特性(放電容量)の評価を行った。具体的には、充放電測定装置(北斗電工株式会社製)を用いて、25℃の環境下において、3.2~4.2Vの範囲で充放電を行った。また、充放電レートは正極活物質重量あたり1Cで行った。なお、充放電レート1Cの際の電流密度は160mA/g(活物質重量あたり)であった。
(Evaluation of battery characteristics (discharge capacity))
The battery characteristics (discharge capacity) of the lithium ion batteries of Preparation Example 14 and Comparative Preparation Example 6 were evaluated. Specifically, using a charge/discharge measuring device (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.), charge/discharge was performed in the range of 3.2 to 4.2 V in an environment of 25°C. Also, the charge/discharge rate was 1C per weight of the positive electrode active material. The current density at a charge/discharge rate of 1C was 160 mA/g (per active material weight).

Figure 0007340024000002
Figure 0007340024000002

Claims (5)

下記式(1)で表されるリチウム鉄酸化物からなり、X線回析測定において、回折角(2θ)が23.6±0.5°の回折ピークの半値幅が0.06~0.17°であり、結晶構造の空間群がP b c a であり、結晶格子定数a及びcが、それぞれ9.140Å≦a≦9.205Å、9.180Å≦c≦9.220Åを満たし、格子体積Vが773Å ≦V≦781Å を満たすことを特徴とする蓄電デバイス用プリドープ剤。
LixFeOy (1)
[式(1)中、xは3.5≦x≦4.7を満たし、yは3.25≦y≦3.85を満たす。]
It is composed of a lithium iron oxide represented by the following formula (1), and in X-ray diffraction measurement, the half width of the diffraction peak at a diffraction angle (2θ) of 23.6±0.5° is 0.06 to 0.06. 17°, the space group of the crystal structure is Pbca, the crystal lattice constants a and c satisfy 9.140 Å ≤ a ≤ 9.205 Å and 9.180 Å ≤ c ≤ 9.220 Å, respectively; A pre-dopant for an electric storage device , wherein a lattice volume V satisfies 773 Å 3 ≤ V ≤ 781 Å 3 .
LixFeOy (1)
[In formula (1), x satisfies 3.5≦x≦4.7, and y satisfies 3.25≦y≦3.85. ]
請求項1に記載のプリドープ剤と正極活物質を含む蓄電デバイス用正極。 A positive electrode for an electricity storage device, comprising the pre-dopant according to claim 1 and a positive electrode active material. 前記プリドープ剤の含有量が、前記プリドープ剤と前記正極活物質の合計重量に対して1~60重量%である請求項に記載の正極。 3. The positive electrode according to claim 2 , wherein the content of said pre-dopant is 1 to 60% by weight with respect to the total weight of said pre-dopant and said positive electrode active material. 請求項又はに記載の正極を構成要素とする蓄電デバイス。 An electricity storage device comprising the positive electrode according to claim 2 or 3 as a component. 鉄原料、リチウム原料及び炭素原料を混合して焼成することにより得られるリチウム鉄酸化物からなる蓄電デバイス用プリドープ剤の製造方法であって、前記鉄原料、リチウム原料及び炭素原料を混合し、無酸素雰囲気中、650~1000℃で2~100時間焼成し、得られた粉末状生成物を粉砕してリチウム鉄酸化物を得る請求項1に記載の蓄電デバイス用プリドープ剤の製造方法。 A method for producing a pre-dopant for an electric storage device comprising a lithium iron oxide obtained by mixing and firing an iron raw material, a lithium raw material and a carbon raw material, wherein the iron raw material, the lithium raw material and the carbon raw material are mixed and 2. The method for producing a pre-dopant for an electric storage device according to claim 1 , wherein the pre-dopant for an electric storage device is obtained by firing in an oxygen atmosphere at 650 to 1000° C. for 2 to 100 hours and pulverizing the obtained powdery product to obtain a lithium iron oxide.
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