TWI652846B - Non-aqueous lithium storage element - Google Patents

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TWI652846B
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梅津和照
岡田宣宏
平岡浩一
細木原睦士
末冨拓
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日商旭化成股份有限公司
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Abstract

本發明係提供一種可抑制正極中所殘存之鋰化合物之過度分解,抑制高電壓下之氣體產生,抑制高負載充放電循環中之電容降低的非水系鋰蓄電元件。本實施形態之非水系鋰蓄電元件係具有含有活性物質以外之鋰化合物之正極、負極、分隔件、及含有鋰離子之非水系電解液者,並且於上述正極表面之藉由SEM-EDX所獲得之元素分佈分析中,以亮度值之平均值作為基準進行二值化之氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率U1 為40%以上且99%以下。

Description

非水系鋰蓄電元件
本發明係關於一種非水系鋰蓄電元件。
近年來,就以保護地球環境及節省資源為目標之有效利用能源之觀點而言,風力發電之電力平滑化系統或深夜電力儲存系統、基於太陽光發電技術之家庭用分散型蓄電系統、電動汽車用之蓄電系統等受到關注。 該等蓄電系統所使用之電池之第一要求事項為能量密度較高。作為能夠應對此種要求之高能量密度電池之有力候補,業界正積極地推進鋰離子電池之開發。 第二要求事項為輸出特性較高。例如對於高效率引擎與蓄電系統之組合(例如油電混合車)或燃料電池與蓄電系統之組合(例如燃料電池電動汽車),於加速時要求蓄電系統之高輸出放電特性。 目前,作為高輸出蓄電裝置,開發出電雙層電容器、鎳氫電池等。 電雙層電容器中,電極中使用活性碳者具有0.5~1 kW/L左右之輸出特性。該電雙層電容器之耐久性(循環特性及高溫保存特性)亦較高,而認為於要求上述高輸出之領域中為最佳之裝置。然而,其能量密度僅為1~5 Wh/L左右。因此,必須進一步提高能量密度。 另一方面,目前油電混合車所採用之鎳氫電池具有與電雙層電容器同等之高輸出,且具有160 Wh/L左右之能量密度。然而,用以進一步提高其能量密度及輸出,並且提高耐久性之研究正在積極進行。 又,對於鋰離子電池,亦正在進行面向高輸出化之研究。例如,開發出一種於放電深度(表示將蓄電元件之放電電容之幾%放電之狀態的值)50%下可獲得超過3 kW/L之高輸出之鋰離子電池。然而,其能量密度為100 Wh/L以下,成為硬要抑制作為鋰離子電池之最大特徵之高能量密度之設計。關於其耐久性(循環特性及高溫保存特性),與電雙層電容器相比較差。因此,為了具有實用之耐久性,而僅可於放電深度在較0~100%之範圍更窄之範圍內使用。由於實際上可使用之電容進一步變小,故而積極進行用以進一步提高鋰離子電池之耐久性之研究。 如上所述,強烈要求兼具高能量密度、高輸出特性、及耐久性之蓄電元件之實用化。然而,上述現有之蓄電元件既有長處又有短處。因此,要求對該等技術要求進行補充之新的蓄電元件。作為有力候選之被稱為鋰離子電容器之蓄電元件受到關注,其開發正在積極進行。 鋰離子電容器係使用含有鋰鹽之非水系電解液的蓄電元件(以下,亦稱為「非水系鋰蓄電元件」)之一種,且係於正極中於約3 V以上之條件下藉由與電雙層電容器相同之利用陰離子之吸附、脫附所進行之非法拉第反應,於負極中藉由與鋰離子電池相同之利用鋰離子之吸藏、釋放所進行之法拉第反應,而進行充放電之蓄電元件。 若總結通常用於上述蓄電元件之電極材料與其特徵,則於將活性碳等材料用於電極,藉由活性碳表面之離子之吸附、脫離(非法拉第反應)而進行充放電之情形時,雖然實現高輸出及高耐久性,但能量密度會變低(例如設為1倍)。另一方面,於將氧化物或碳材料用於電極,藉由法拉第反應進行充放電之情形時,雖然能量密度會變高(例如設為使用活性碳之非法拉第反應之10倍),但於耐久性及輸出特性方面存在課題。 作為該等電極材料之組合,電雙層電容器係以將活性碳(能量密度1倍)用於正極及負極,正負極均藉由非法拉第反應進行充放電為特徵,且具有雖然具有高輸出及高耐久性但能量密度較低(正極1倍×負極1倍=1)之特徵。 鋰離子二次電池係以將鋰過渡金屬氧化物(能量密度10倍)用於正極,且將碳材料(能量密度10倍)用於負極,正負極均藉由法拉第反應進行充放電為特徵,雖然為高能量密度(正極10倍×負極10倍=100),但於輸出特性及耐久性方面存在課題。進而,為了滿足油電混合車等所要求之高耐久性,必須限制放電深度,對於鋰離子二次電池而言,僅能使用其能量之10~50%。 鋰離子電容器係以將活性碳(能量密度1倍)用於正極,且將碳材料(能量密度10倍)用於負極,於正極藉由非法拉第反應且於負極藉由法拉第反應進行充放電為特徵,並且兼具電雙層電容器及鋰離子二次電池之特徵的新穎之非對稱電容器。而且,具有如下特徵:為高輸出且高耐久性,並且具有高能量密度(正極1倍×負極10倍=10),無需如鋰離子二次電池般限制放電深度。 作為使用鋰離子電容器之用途,例如可列舉鐵道、建設機械、汽車用之蓄電元件等。對於該等用途,由於作動環境嚴酷,故而所使用之電容器要求優異之輸入輸出特性,並且同時要求高程度之安全性與高負載充放電循環特性。 關於上述中所說明之蓄電元件(尤其是鋰離子二次電池)之正極,進行有各種研究。 專利文獻1中提出有如下之鋰離子二次電池,其使用使正極中含有碳酸鋰之正極,且具有根據電池內壓上升而作動之電流斷路機構。專利文獻2中提出有如下之鋰離子二次電池,其將鋰錳酸等鋰複合氧化物用於正極,藉由使正極含有碳酸鋰而抑制錳之溶出。專利文獻3中提出有於正極將作為可氧化物之各種鋰化合物進行氧化,而使劣化之蓄電元件之電容恢復之方法。 然而,該等方法存在由正極中所殘存之鋰化合物之分解導致之電阻上升、及能量密度降低之問題,關於高負載充放電特性,存在進一步改善之餘地。 專利文獻4中提出有將電極體收納至金屬製外裝體中之鋰離子電容器。又,專利文獻5中提出有於金屬製外裝體安裝有能夠控制容器內壓之排氣閥之二次電池。 然而,通常之電池係使用非水系電解液,而於負極之表面源自還原反應之LiF等無機沈積物會形成覆膜。LiF等無機沈積物因正極被曝露在高電位下而與負極活性物質層內之鋰離子進行反應而生成氟離子等活性產物(例如,HF等)。因此,會與金屬製外裝體之內面、或排氣閥所產生之HF等進行反應,而視情形發生漏液,因此於蓄電元件之安全性上存在擔憂。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開平4-328278號公報 [專利文獻2]日本專利特開2001-167767號公報 [專利文獻3]日本專利特開2012-174437號公報 [專利文獻4]國際公開第2012/143995號 [專利文獻5]國際公開第2011/080988號 [非專利文獻] [非專利文獻1]E.P.Barrett, L.G.Joyner and P.Halenda, J.Am.Chem.Soc., 73, 373(1951) [非專利文獻2]B.C.Lippens, J.H.de Boer, J.Catalysis, 4319(1965) [非專利文獻3]R.S.Mikhail, S.Brunauer, E.E.Bodor, J.Colloid Interface Sci., 26, 45(1968)
[發明所欲解決之問題] 本發明係鑒於以上現狀而完成者。 本發明所欲解決之問題之一在於:抑制正極中所殘存之鋰化合物之過度分解,抑制高電壓下之氣體產生,抑制高負載充放電循環中之電容降低。於第二實施形態中,本發明所欲解決之問題之一在於:為高輸出,抑制過充電時之熱失控,抑制高負載充放電循環中之電阻上升,且抑制高電壓下之氣體產生。於將電極體收納至金屬製外裝體內,且具有至少1個能夠將外裝體內之壓力控制為低壓之閥之第三實施形態中,本發明所欲解決之問題之一在於:一面具有較高之輸入輸出特性,一面同時提供較高之安全性與高負載充放電循環特性。 [解決問題之技術手段] 上述課題係藉由以下之技術手段而解決。 即,本發明係如下所示者。 [1] 一種非水系鋰蓄電元件,其係具有含有活性物質以外之鋰化合物之正極、負極、分隔件、及含有鋰離子之非水系電解液者,且於上述正極表面之藉由SEM-EDX所獲得之元素分佈分析中,以亮度值之平均值作為基準進行二值化之氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率U1 為40%以上且99%以下。 [2] 如項目1記載之非水系鋰蓄電元件,其中於經BIB加工之正極剖面之藉由SEM-EDX所獲得之元素分佈分析中,以亮度值之平均值作為基準進行二值化之氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率U2 為10%以上且60%以下。 [3] 如項目1或2記載之非水系鋰蓄電元件,其中正極集電體及負極集電體為無貫通孔之金屬箔。 [4] 如項目1至3中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述鋰化合物為選自碳酸鋰、氫氧化鋰、氧化鋰中之1種以上。 [5] 如項目1至4中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述正極所含之鋰化合物之量為1質量%以上且50質量%以下。 [6] 如項目1至5中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中於上述正極之剖面之藉由顯微拉曼光譜測定所獲得之成像圖像中,碳酸根離子分佈分析占剖面積之面積比率S為1%以上且50%以下。 [7] 如項目1至6中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述鋰化合物為碳酸鋰。 [8] 如項目1至7中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其係包含: 電極積層體或電極捲繞體,其係包含含有活性物質以外之鋰化合物之正極、負極、及分隔件,且將上述正極與上述負極介隔上述分隔件進行積層或捲繞而成;及 非水系電解液,其含有鋰離子;者,且 上述正極之至少一個包含無孔狀之正極集電體,且於上述無孔狀之正極集電體之兩面塗佈有上述活性物質, 上述負極之至少一個包含無孔狀之負極集電體,且於上述無孔狀之負極集電體之兩面塗佈有能夠吸藏及釋放鋰離子之負極活性物質, 於上述電極積層體或電極捲繞體中,1個上述負極與至少2個上述正極對向, 上述電極積層體或電極捲繞體包含上述正極作為至少1層之最外層,且上述最外層之上述正極具有不與上述負極對向之正極活性物質層Cx 面, 將上述Cx 面所含之每單位面積之碳酸鹽量設為Cx1 (g/m2 )時,Cx1 為5.0以上且25.0以下,且 將上述Cx 面之背面之正極活性物質層設為Cy 面,且將上述Cy 面所含之每單位面積之碳酸鹽量設為Cy1 (g/m2 )時,Cy1 為0.1以上且15.0以下,且Cx1 >Cy1 。 [9] 如項目8記載之非水系鋰蓄電元件,其中將上述Cx 面所含之每單位面積之活性物質量設為Cx2 (g/m2 ),將上述Cy 面所含之每單位面積之活性物質量設為Cy2 (g/m2 )時,Cx2 /Cy2 為0.86以上且1.14以下。 [10] 如項目8或9記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述鋰化合物為碳酸鋰,且 於上述Cx 面之藉由顯微拉曼光譜測定所獲得之成像圖像中,將碳酸根離子分佈分析之面積比率設為Sx %時,Sx 為10以上且50以下。 [11] 如項目10記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述鋰化合物為碳酸鋰,且 於上述Cy 面之藉由顯微拉曼光譜測定所獲得之成像圖像中,將碳酸根離子分佈分析之面積比率設為Sy %時,Sy 為1以上且40以下,且Sy <Sx 。 [12] 如項目8~11中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中於上述Cy 面中包含下述式(1)~(3)所表示之1種以上之化合物: LiX1 -OR1 O-X2 Li 式(1) {式中,R1 為碳數1~4之伸烷基、或碳數1~4之鹵化伸烷基,且X1 及X2 分別獨立地為-(COO)n (此處,n為0或1)}; LiX1 -OR1 O-X2 R2 式(2) {式中,R1 為碳數1~4之伸烷基、或碳數1~4之鹵化伸烷基,R2 為氫、碳數1~10之烷基、碳數1~10之單或多羥基烷基、碳數2~10之烯基、碳數2~10之單或多羥基烯基、碳數3~6之環烷基、或者芳基,且X1 及X2 分別獨立地為-(COO)n (此處,n為0或1)}、及 R2 X1 -OR1 O-X2 R3 式(3) {式中,R1 為碳數1~4之伸烷基、或碳數1~4之鹵化伸烷基,R2 及R3 分別獨立地為氫、碳數1~10之烷基、碳數1~10之單或多羥基烷基、碳數2~10之烯基、碳數2~10之單或多羥基烯基、碳數3~6之環烷基、或者芳基,且X1 及X2 分別獨立地為-(COO)n (此處,n為0或1)},且 將上述Cy 面之每單位質量之上述式(1)~(3)所表示之化合物之合計含量設為Cy3 (mol/g)時,Cy3 為1.60×10-4 以上且300×10-4 以下。 [13] 如項目12記載之非水系鋰蓄電元件,其中將與上述Cy 面對向之負極活性物質層Ay 面所含有之上述式(1)~(3)所表示之化合物之合計含量設為Ay3 (mol/g)時,Cy3 /Ay3 為0.2以上且20以下。 [14] 如項目1~13中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其係於金屬製外裝體內包含將正極及負極介隔分隔件進行積層或捲繞而成之電極積層體或電極捲繞體、與含有鋰離子之非水系電解液者,且 上述外裝體具有至少1個能夠控制上述外裝體內之壓力的閥, 上述正極具有正極集電體、與存在於上述正極集電體之單面或兩面的正極活性物質層,且以上述正極活性物質層之總質量作為基準,包含1質量%以上且50質量%以下之量之鋰化合物, 上述正極活性物質層含有包含活性碳之正極活性物質, 上述負極具有負極集電體、與存在於上述負極集電體之單面或兩面的負極活性物質層, 上述負極活性物質層含有能夠吸藏及釋放鋰離子之負極活性物質, 將上述鋰化合物之平均粒徑設為G1 時,為0.1 μm≦G1 ≦10 μm,將上述正極活性物質之平均粒徑設為H1 時,為2 μm≦H1 ≦20 μm,且G1 <H1 。 [15] 如項目14記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述金屬製之外裝體為角型。 [16] 如項目14記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述金屬製之外裝體為圓筒型。 [17] 如項目14~16中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述非水電解液含有選自由碳酸乙二酯、碳酸丙二酯、碳酸丁二酯、碳酸伸乙烯酯、及氟化碳酸乙二酯所組成之群中之至少1種有機溶劑。 [18] 如項目14~17中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述非水系電解液含有LiPF6 及LiBF4 中之至少1種。 [19] 如項目14~18中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述非水系電解液中之LiN(SO2 F)2 之濃度以上述非水電解液之總量作為基準而為0.3 mol/L以上且1.5 mol/L以下。 [20] 如項目14~19中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中自上述分隔件表面之藉由XPS(X射線光電子光譜法)測定所獲得之原子之相對元素濃度計算之氟原子(原子%)除以碳原子(原子%)所獲得之值為1.0×10-2 以上且10×10-2 以下。 [21] 如項目14~20中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中於上述分隔件之表面之SEM觀察中,分隔件表面50 nm以上且500 nm以下之粒子狀物質為1.5個/μm2 以上且15個/μm2 以下。 [22] 如項目1~21中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述正極具有正極集電體、與設置於上述正極集電體之單面上或兩面上之含有正極活性物質之正極活性物質層,且上述正極活性物質層所含之上述正極活性物質係於將藉由BJH法算出之源自直徑20 Å以上且500 Å以下之細孔的中孔量設為V1 (cc/g),將藉由MP法算出之源自直徑未達20 Å之細孔的微孔量設為V2 (cc/g)時,滿足0.3<V1 ≦0.8、及0.5≦V2 ≦1.0,進而藉由BET法所測得之比表面積顯示1,500 m2 /g以上且3,000 m2 /g以下的活性碳。 [23] 如項目1~21中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述正極活性物質層所含之上述正極活性物質係藉由BJH法算出之源自直徑20 Å以上且500 Å以下之細孔的中孔量V1 (cc/g)滿足0.8<V1 ≦2.5,且藉由MP法算出之源自直徑未達20 Å之細孔的微孔量V2 (cc/g)滿足0.8<V2 ≦3.0,進而藉由BET法所測得之比表面積顯示為2,300 m2 /g以上且4,000 m2 /g以下的活性碳。 [24] 如項目1~23中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述負極包含負極活性物質,上述負極活性物質之每單位質量之鋰離子之摻雜量為530 mAh/g以上且2,500 mAh/g以下。 [25] 如項目1~24中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述負極活性物質之BET比表面積為100 m2 /g以上且1,500 m2 /g以下。 [26] 如項目1~23中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述負極包含負極活性物質,上述負極活性物質之每單位質量之鋰離子之摻雜量為50 mAh/g以上且700 mAh/g以下。 [27] 如項目1~23、及26中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述負極活性物質之BET比表面積為1 m2 /g以上且50 m2 /g以下。 [28] 如項目1~23、及26~27中任一項記載之非水系鋰蓄電元件,其中上述負極活性物質之平均粒徑為1 μm以上且10 μm以下。 [29] 一種蓄電模組,其使用如項目1~28中任一項記載之非水系鋰蓄電元件。 [30] 一種電力再生系統,其使用如項目1~29中任一項記載之非水系鋰蓄電元件。 [31] 一種電力負載平準化系統,其使用如項目1~29中任一項記載之非水系鋰蓄電元件。 [32] 一種不斷電電源系統,其使用如項目1~29中任一項記載之非水系鋰蓄電元件。 [33] 一種非接觸供電系統,其使用如項目1~29中任一項記載之非水系鋰蓄電元件。 [34] 一種能量採集系統,其使用如項目1~29中任一項記載之非水系鋰蓄電元件。 [35] 一種蓄電系統,其使用如項目1~29中任一項記載之非水系鋰蓄電元件。 [發明之效果] 根據本發明,於第一實施形態中,提供一種抑制正極中所殘存之鋰化合物之過度分解,抑制高電壓下之氣體產生,抑制高負載充放電循環中之電容降低之非水系鋰蓄電元件。於第二實施形態中,提供一種為高輸出,抑制過充電時之熱失控,抑制高負載充放電循環中之電阻上升,且抑制高電壓下之氣體產生之非水系鋰蓄電元件。於第三實施形態中,提供一種電極體被收納至金屬製外裝體內,具有至少一個能夠將外裝體內之壓力控制為低壓之閥,可一面具有較高之輸入輸出特性,一面同時提供較高之安全性與高負載充放電循環特性之非水系鋰蓄電元件。
以下,對本發明之實施形態(「第一實施形態」、「第二實施形態」、及「第三實施形態」等;以下,將該等總稱為「本實施形態」)詳細地進行說明,本發明並不限定於本實施形態。本實施形態之各數值範圍內之上限值及下限值可任意地組合而構成任意之數值範圍。 非水系鋰蓄電元件通常將正極、負極、分隔件、及電解液作為主要之構成要素。作為電解液,使用包含鋰離子之有機溶劑(以下,亦稱為「非水系電解液」)。 第一實施形態之非水系鋰蓄電元件係具有含有活性物質以外之鋰化合物之正極、負極、分隔件、及含有鋰離子之非水系電解液者,且於上述正極表面之藉由SEM-EDX所獲得之元素分佈分析中,以亮度值之平均值作為基準進行二值化之氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率U1 為40%以上且99%以下。第二實施形態之非水系鋰蓄電元件係包含: 電極積層體或電極捲繞體,其係包含含有活性物質以外之鋰化合物之正極、負極、及分隔件,且將上述正極與上述負極介隔上述分隔件進行積層或捲繞而成;及 非水系電解液,其含有鋰離子;者,且 於上述正極表面之藉由SEM-EDX所獲得之元素分佈分析中,以亮度值之平均值作為基準進行二值化之氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率U1 為40%以上且99%以下, 上述正極之至少一個包含無孔狀之正極集電體,且於上述無孔狀之正極集電體之兩面塗佈有上述活性物質, 上述負極之至少一個包含無孔狀之負極集電體,且於上述無孔狀之負極集電體之兩面塗佈有能夠吸藏及釋放鋰離子之負極活性物質, 於上述電極積層體或電極捲繞體中,1個上述負極與至少2個上述正極對向, 上述電極積層體或電極捲繞體包含上述正極作為至少1層之最外層,且上述最外層之上述正極具有不與上述負極對向之正極活性物質層Cx 面, 將上述Cx 面所含之每單位面積之碳酸鹽量設為Cx1 (g/m2 )時,Cx1 為5.0以上且25.0以下,且 將上述Cx 面之背面之正極活性物質層設為Cy 面,且將上述Cy 面所含之每單位面積之碳酸鹽量設為Cy1 (g/m2 )時,Cy1 為0.1以上且15.0以下,且Cx1 >Cy1 。 第三實施形態之非水系鋰蓄電元件係於金屬製外裝體內包含 電極積層體或電極捲繞體,其係將含有活性物質以外之鋰化合物之正極與負極介隔分隔件進行積層或捲繞而成;及 非水系電解液,其含有鋰離子;者,且 於上述正極表面之藉由SEM-EDX所獲得之元素分佈分析中,以亮度值之平均值作為基準進行二值化之氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率U1 為40%以上且99%以下, 上述外裝體具有至少1個能夠控制上述外裝體內之壓力的閥, 上述正極具有正極集電體、與存在於上述正極集電體之單面或兩面的正極活性物質層,且以上述正極活性物質層之總質量作為基準,包含1質量%以上且50質量%以下之量之鋰化合物, 上述正極活性物質層含有包含活性碳之正極活性物質, 上述負極具有負極集電體、與存在於上述負極集電體之單面或兩面的負極活性物質層, 上述負極活性物質層含有能夠吸藏及釋放鋰離子之負極活性物質, 將上述鋰化合物之平均粒徑設為G1 時,為0.1 μm≦G1 ≦10 μm,將上述正極活性物質之平均粒徑設為H1 時,為2 μm≦H1 ≦20 μm,且G1 <H1 。 圖1係第二實施形態之非水系鋰蓄電元件之厚度方向之剖面模式圖。於第二實施形態之非水系鋰蓄電元件之外裝體(8)中收納有將正極與負極介隔分隔件(6)進行積層或捲繞而成之電極積層體(7)或電極捲繞體(未圖示)。 電極積層體(7)或電極捲繞體(未圖示)係以如下方式構成:一個正極對抗於一個負極之一面,且另一個正極對向於同一負極之另一面。 至少1個正極包含無孔狀之正極集電體(3),且於無孔狀之正極集電體(3)之兩面塗佈有活性物質。電極積層體(7)之至少1層之最外層為正極,且作為最外層之正極具有未與負極對向之正極活性物質層Cx 面(1)。於電極捲繞體(未圖示)之情形時,正極活性物質層Cx 面(1)係捲繞體之露出面,且係未與負極對向之面。又,正極之與Cx 面相反側之面(所謂正極之背面)為正極活性物質層Cy 面(2)。 至少1個負極包含無孔狀之負極集電體(5),且於無孔狀之負極集電體(5)之兩面塗佈有能夠吸藏及釋放鋰離子之負極活性物質。負極之負極活性物質層Ay 面(4)係視需要介隔分隔件(6)與正極活性物質層Cy 面(2)對向。 <正極> 於本實施形態中,正極具有正極集電體、與存在於其單面或兩面之正極活性物質層。第二實施形態中之正極之至少一個具有無孔狀之正極集電體、與設置於其兩面上之含有正極活性物質之正極活性物質層。 於本案說明書中,所謂「無孔狀之正極集電體」意指至少於塗敷有正極活性物質層之區域,不具有鋰離子通過正極集電體而使鋰離子於正極之表背面均勻化之程度之孔的正極集電體。因此,於發揮本案發明之效果之範圍內,並不排除具有極小孔徑或極微量之孔的正極集電體、及於未塗敷有正極活性物質層之區域具有孔之正極集電體。於第二實施形態中,正極集電體中至少塗敷有正極活性物質層之區域係無孔狀,正極集電體中未塗敷正極活性物質之剩餘部分可有孔亦可無孔。 本實施形態中之正極較佳為包含活性物質以外之鋰化合物作為組裝蓄電元件前之正極前驅體。如下所述,於本實施形態中,較佳為於組裝蓄電元件時對負極預摻雜鋰離子。作為本實施形態中之預摻雜方法,較佳為於使用包含鋰化合物之正極前驅體、負極、分隔件、外裝體、及非水系電解液而組裝蓄電元件後,對正極前驅體與負極之間施加電壓。形成於正極前驅體之正極集電體上之正極活性物質層較佳為含有鋰化合物。 本案說明書中,將鋰摻雜前之正極狀態定義為「正極前驅體」,將鋰摻雜後之正極狀態定義為「正極」。 [正極活性物質層] 正極活性物質層較佳為含有包含碳材料之正極活性物質,除此以外,亦可視需要而包含導電性填料、黏結劑、分散穩定劑等任意成分。 正極前驅體之正極活性物質層較佳為含有鋰化合物。 [正極活性物質] 作為正極活性物質,較佳為包含碳材料。作為該碳材料,更佳為使用奈米碳管、導電性高分子、或多孔性之碳材料,進而較佳為活性碳。正極活性物質可將1種以上之材料混合而使用,亦可含有碳材料以外之材料(例如鋰與過渡金屬之複合氧化物等)。 相對於正極活性物質之總量之碳材料之含有率較佳為50質量%以上,更佳為70質量%以上。碳材料之含有率可為100質量%,但就良好地獲得由與其他材料併用帶來之效果之觀點而言,例如較佳為90質量%以下,亦可為80質量%以下。 於使用活性碳作為正極活性物質之情形時,活性碳之種類及其原料並無特別限制。但是,為了兼顧較高之輸入輸出特性、與較高之能量密度,較佳為將活性碳之細孔控制為最佳。具體而言,於將藉由BJH法算出之源自直徑20 Å以上且500 Å以下之細孔之中孔量設為V1 (cc/g),且將藉由MP法算出之源自直徑未達20 Å之細孔之微孔量設為V2 (cc/g)時, 較佳為(1)為了獲得較高之輸入輸出特性而滿足0.3<V1 ≦0.8、及0.5≦V2 ≦1.0,且藉由BET法所測得之比表面積為1,500 m2 /g以上且3,000 m2 /g以下之活性碳(以下亦稱為活性碳1); 較佳為(2)為了獲得較高之能量密度,較佳為滿足0.8<V1 ≦2.5、及0.8<V2 ≦3.0,且藉由BET法所測得之比表面積為2,300 m2 /g以上且4,000 m2 /g以下之活性碳(以下亦稱為活性碳2)。 以下,對於上述(1)活性碳1及上述(2)活性碳2,個別地依序進行說明。 (活性碳1) 活性碳1之中孔量V1 就增大將正極材料組入至蓄電元件時之輸入輸出特性之方面而言,較佳為大於0.3 cc/g之值。就抑制正極之鬆密度之降低之方面而言,較佳為0.8 cc/g以下。V1 更佳為0.35 cc/g以上且0.7 cc/g以下,進而較佳為0.4 cc/g以上且0.6 cc/g以下。 為了增大活性碳之比表面積而使電容增加,活性碳1之微孔量V2 較佳為0.5 cc/g以上。就抑制活性碳之體積,使作為電極之密度增加,而使每單位體積之電容增加之方面而言,活性碳1之微孔量V2 較佳為1.0 cc/g以下。V2 更佳為0.6 cc/g以上且1.0 cc/g以下,進而較佳為0.8 cc/g以上且1.0 cc/g以下。 活性碳1之中孔量V1 相對於微孔量V2 之比(V1 /V2 )較佳為0.3≦V1 /V2 ≦0.9之範圍。即,就以能夠維持高電容並且抑制輸出特性降低之程度增大中孔量相對於微孔量之比例之方面而言,V1 /V2 較佳為0.3以上。就以能夠維持高輸出特性並且抑制電容降低之程度增大微孔量相對於中孔量之比例之方面而言,V1 /V2 較佳為0.9以下。更佳之V1 /V2 之範圍為0.4≦V1 /V2 ≦0.7,進而較佳之V1 /V2 之範圍為0.55≦V1 /V2 ≦0.7。 再者,關於上述之V1 之上限值與下限值、及V2 之上限值與下限值,可分別任意地組合。本說明書中,其以外之構成必要條件彼此之上限值與下限值之組合亦相同。 就使所獲得之蓄電元件之輸出成為最大之方面而言,活性碳1之平均細孔徑較佳為17 Å以上,更佳為18 Å以上,最佳為20 Å以上。就使電容成為最大之方面而言,活性碳1之平均細孔徑較佳為25 Å以下。 活性碳1之BET比表面積較佳為1,500m2 /g以上且3,000 m2 /g以下,更佳為1,500 m2 /g以上且2,500 m2 /g以下。於BET比表面積為1,500 m2 /g以上之情形時,容易獲得良好之能量密度,另一方面,於BET比表面積為3,000 m2 /g以下之情形時,無需為了保持電極之強度而大量地加入黏合劑,因此相對於電極體積之性能變高。 具有如上述之特徵之活性碳1例如可使用以下所說明之原料及處理方法而獲得。 於本實施形態中,用作活性碳1之原料的碳源並無特別限定。例如可列舉:木材、木粉、椰子殼、紙漿製造時之副產物、甘蔗渣、赤糖蜜等植物系原料;泥煤、褐煤、褐炭、瀝青煤、無煙煤、石油蒸餾殘渣成分、石油瀝青、焦炭、煤焦油等化石系原料;酚樹脂、氯乙烯樹脂、乙酸乙烯酯樹脂、三聚氰胺樹脂、脲樹脂、間苯二酚樹脂、賽璐珞、環氧樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚醯胺樹脂等各種合成樹脂;聚丁烯、聚丁二烯、聚氯戊二烯等合成橡膠;其他之合成木材、合成紙漿等、及該等之碳化物。該等原料中,就量產應對及成本之觀點而言,較佳為椰子殼、木粉等植物系原料、及此等之碳化物,尤佳為椰子殼碳化物。 作為用以將該等原料製成活性碳1的碳化及活化之方式,例如可採用:固定床方式、移動床方式、流動床方式、漿料方式、旋轉窯方式等已知方式。 作為該等原料之碳化方法,可列舉:使用氮氣、二氧化碳、氦氣、氬氣、氙氣、氖氣、一氧化碳、燃燒排氣等惰性氣體、或以該等惰性氣體作為主成分之與其他氣體之混合氣體,於400~700℃(較佳為450~600℃)左右之溫度下煅燒30分鐘~10小時左右之方法。 作為藉由碳化方法而獲得之碳化物之活化方法,較佳為採用使用水蒸汽、二氧化碳、氧氣等活化氣體進行煅燒之氣體活化法。其中,較佳為使用水蒸汽或二氧化碳作為活化氣體之方法。 於該活化方法中,較佳為一面以0.5~3.0 kg/h(較佳為0.7~2.0 kg/h)之比例供給活化氣體,一面以3~12小時(較佳為5~11小時、進而較佳為6~10小時)將碳化物升溫至800~1,000℃而進行活化。 進而,亦可於碳化物之活化處理前,預先將碳化物進行1次活化。於該1次活化中,通常可較佳地採用如下方法:使用水蒸汽、二氧化碳、氧氣等活化氣體,將碳材料於未達900℃之溫度下進行煅燒而進行氣體活化。 藉由將碳化方法中之煅燒溫度及煅燒時間、與活化方法中之活化氣體供給量、升溫速度及最高活化溫度適當加以組合,可製造出可於本實施形態中使用之具有上述特徵之活性碳1。 活性碳1之平均粒徑較佳為2~20 μm。 若平均粒徑為2 μm以上,則由於活性物質層之密度較高,故而有相對於電極體積之電容變高之傾向。此處,若平均粒徑較小,則有產生耐久性較低之缺點之情形,但若平均粒徑為2 μm以上,則難以產生此種缺點。若平均粒徑為20 μm以下,則有變得容易適於高速充放電之傾向。平均粒徑更佳為2~15 μm,進而較佳為3~10 μm。 (活性碳2) 就增大將正極材料組入至蓄電元件時之輸出特性之觀點而言,活性碳2之中孔量V1 較佳為大於0.8 cc/g之值,就抑制蓄電元件之電容之降低之觀點而言,較佳為2.5 cc/g以下。V1 更佳為1.00 cc/g以上且2.0 cc/g以下,進而較佳為1.2 cc/g以上且1.8 cc/g以下。 另一方面,為了增大活性碳之比表面積而使電容增加,活性碳2之微孔量V2 較佳為大於0.8 cc/g之值,就使活性碳之作為電極之密度增加,而使每單位體積之電容增加之觀點而言,較佳為3.0 cc/g以下。V2 更佳為大於1.0 cc/g且為2.5 cc/g以下,進而較佳為1.5 cc/g以上且2.5 cc/g以下。 具有上述之中孔量及微孔量的活性碳2係BET比表面積高於先前作為電雙層電容器或鋰離子電容器用而使用之活性碳者。作為活性碳2之BET比表面積之具體值,較佳為2,300 m2 /g以上且4,000 m2 /g以下,更佳為3,200 m2 /g以上且3,800 m2 /g以下。於BET比表面積為2,300 m2 /g以上之情形時,容易獲得良好之能量密度,於BET比表面積為4,000 m2 /g以下之情形時,無需為了保持電極之強度而大量地添加黏合劑,因此相對於電極體積之性能變高。 具有如上所述之特徵的活性碳2可使用例如以下所說明之原料及處理方法而獲得。 作為可用作活性碳2之原料之碳質材料,只要為通常可用作活性碳原料之碳源,則無特別限定,例如可列舉:木材、木粉、椰子殼等植物系原料;石油瀝青、焦炭等化石系原料;酚樹脂、呋喃樹脂、氯乙烯樹脂、乙酸乙烯酯樹脂、三聚氰胺樹脂、脲樹脂、間苯二酚樹脂等各種合成樹脂等。該等原料之中,酚樹脂、及呋喃樹脂適合製作高比表面積之活性碳,故而尤佳。 作為將該等原料進行碳化之方式、或者活化處理時之加熱方法,例如可列舉:固定床方式、移動床方式、流動床方式、漿料方式、旋轉窯方式等公知方式。關於加熱時之環境,可使用氮氣、二氧化碳、氦氣、氬氣等惰性氣體、或以該等惰性氣體為主成分且與其他氣體混合而成之氣體。通常為於碳化溫度為400~700℃左右下進行0.5~10小時左右煅燒之方法。 作為碳化物之活化方法,有使用水蒸汽、二氧化碳、氧氣等活化氣體而進行煅燒之氣體活化法;及於與鹼金屬化合物混合後進行加熱處理之鹼金屬活化法。對於製作高比表面積之活性碳而言,較佳為鹼金屬活化法。 於該活化方法中,以碳化物與KOH、NaOH等鹼金屬化合物之質量比成為1:1以上(鹼金屬化合物之量為與碳化物相同之量或高於其之量)之方式進行混合後,於惰性氣體環境下於600~900℃之範圍內進行0.5~5小時加熱,其後藉由酸及水將鹼金屬化合物洗淨除去,進而進行乾燥。 為了增多微孔量且不增多中孔量,於活化時使碳化物之量更多而與KOH進行混合即可。為了增多微孔量及中孔量之兩者,使KOH之量更多即可。為了主要增多中孔量,較佳為於鹼活化處理後進行水蒸汽活化。 活性碳2之平均粒徑較佳為2 μm以上且20 μm以下,更佳為3 μm以上且10 μm以下。 (活性碳之使用態樣) 活性碳1及2可分別為1種之活性碳,亦可為2種以上之活性碳之混合物且混合物整體顯示出上述特性值者。 上述之活性碳1及2可選擇該等中之任一者而使用,亦可將兩者混合而使用。 正極活性物質亦可含有活性碳1及2以外之材料(例如不具有上述特定之V1 及/或V2 之活性碳、或活性碳以外之材料(例如鋰與過渡金屬之複合氧化物等))。於例示之態樣中,活性碳1之含量、或活性碳2之含量、或活性碳1及2之合計含量較佳為分別高於全部正極活性物質之50質量%,更佳為70質量%以上,進而較佳為90質量%以上,最佳為100質量%。 正極活性物質層中之正極活性物質之含有比率以正極前驅體中之正極活性物質層之總質量作為基準,較佳為35質量%以上且95質量%以下。作為正極活性物質之含有比率之上限,更佳為45質量%以上,進而較佳為55質量%以上。作為正極活性物質之含有比率之下限,更佳為90質量%以下,進而較佳為85質量%以下。藉由設為該範圍之含有比率,發揮出適宜之充放電特性。 (鋰化合物) 於本說明書中,鋰化合物意指含有鋰之物質,但於蓄電元件之充放電時於電極中參與法拉第反應或非法拉第反應之活性物質除外。 作為本實施形態中之鋰化合物,可較佳地使用選自碳酸鋰、氧化鋰、氫氧化鋰、氟化鋰、氯化鋰、溴化鋰、碘化鋰、氮化鋰、草酸鋰、及乙酸鋰中之1種以上。其中,更適宜為碳酸鋰、氧化鋰、及氫氧化鋰,就能夠於空氣中使用且吸濕性較低之觀點而言,進而適宜為使用碳酸鋰。此種鋰化合物由於藉由施加電壓會分解,而作為向負極之鋰摻雜之摻雜劑源發揮機能,並且於正極活性物質層中形成空孔,故而可形成電解液之保持性優異且離子傳導性優異之正極。除鋰化合物外,亦可使用1種以上之選自碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銣、及碳酸銫中之鹼金屬碳酸鹽。作為非水系電解液,於使用預先溶解有下述之LiPF6 等鋰鹽之電解液之情形時,亦可單獨使用鹼金屬碳酸鹽。正極前驅體中所含之鋰化合物可含有1種鋰化合物,亦可包含2種以上之鋰化合物,亦可將鋰化合物與其他鹼金屬碳酸鹽混合而使用。 於本實施形態中,正極前驅體只要含有至少1種鋰化合物即可,除鋰化合物以外,亦可包含選自由下述式: M2 O等氧化物、 MOH等氫氧化物、 MF、及MCl等鹵化物、 M2 (CO2 )2 等草酸鹽、以及 RCOOM等羧酸鹽 (式中,R為H、烷基、或芳基,M為選自Na、K、Rb、及Cs中之1種以上)所組成之群中之1種以上。 正極前驅體亦可包含1種以上之選自BeCO3 、MgCO3 、CaCO3 、SrCO3 、BaCO3 中之鹼土金屬碳酸鹽、以及鹼土金屬氧化物、鹼土金屬氫氧化物、鹼土金屬鹵化物、鹼土金屬草酸鹽、及鹼土金屬羧酸鹽。 鋰化合物之微粒子化可利用各種方法進行。例如可使用球磨機、珠磨機、環輥磨機、噴射磨機、棒磨機等粉碎機。 正極含有正極活性物質以外之鋰化合物。將正極所含有之正極活性物質以外之鋰化合物之平均粒徑設為G1 時,為0.1 μm≦G1 ≦10 μm,較佳為0.5 μm≦G1 ≦5 μm。於G1 為0.1 μm以上之情形時,藉由吸附高負載充放電循環中所生成之氟離子而高負載充放電循環特性提高。於G1 為10 μm以下之情形時,與高負載充放電循環中所生成之氟離子之反應面積增加,因此可高效率地吸附氟離子。 正極中所含之鋰化合物之量以正極活性物質層之總質量作為基準,較佳為1質量%以上且50質量%以下,進而較佳為1.5質量%以上且20質量%以下。若鋰化合物之量為1質量%以上,則存在充分量之吸附高負載充放電循環中所生成之氟離子的碳酸鋰,因此高負載充放電循環特性提高。若鋰化合物之量為50質量%以下,則可提高非水系鋰蓄電元件之能量密度。 正極活性物質層中之鋰化合物之含有比率以正極前驅體中之正極活性物質層之總質量作為基準,較佳為10質量%以上且60質量%以下,更佳為20質量%以上且50質量%以下。藉由設為該範圍之含有比率,可作為向負極之摻雜劑源而發揮適宜之功能,並且對正極賦予適當程度之多孔性,兩者相互作用而可提供高負載充放電效率優異之蓄電元件,故而較佳。 正極中所含有之鋰化合物若被曝露於約4.0 V以上之高電位下,則會緩慢地分解並氣化,所產生之氣體會抑制電解液中之離子擴散,因此會成為電阻上升之原因。因此,較佳為於鋰化合物之表面形成包含含氟化合物之覆膜,而抑制鋰化合物之反應。 包含含氟化合物之覆膜之形成方法並無特別限定,可列舉:使會於高電位下分解之含氟化合物含於電解液中,對非水系鋰型蓄電元件施加含氟化合物之分解電位以上之高電壓之方法;及施加分解溫度以上之溫度之方法等。 被覆於鋰化合物表面之氟化合物之被覆率(正極表面SEM-EDX圖像中之氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率U1 )較佳為40%以上且99%以下。若U1 為40%以上,則可抑制鋰化合物之分解。若U1 為99%以下,則可將正極附近保持為鹼性,因此高負載循環特性優異。 作為被覆率之測定方法,係藉由算出於正極表面之藉由SEM-EDX所獲得之元素分佈分析中,以亮度值之平均值作為基準進行二值化之氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率而求出。 SEM-EDX之元素分佈分析之測定條件並無特別限定,像素數較佳為128×128像素~512×512像素之範圍,且較佳為以於分佈分析圖中無達到最大亮度值之像素,且亮度值之平均值處於最大亮度值之40%~60%之範圍內之方式對亮度及對比度進行調整。 於正極剖面之藉由SEM-EDX所獲得之元素分佈分析中,以亮度值之平均值作為基準進行二值化之氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率U2 較佳為10%以上且60%以下。若U2 為10%以上,則可抑制鋰化合物之分解。若U2 為60%以下,則為鋰化合物之未氟化至內部之狀態,因此可將正極附近保持為鹼性,而高負載充放電循環特性優異。 關於正極,於上述正極剖面之藉由顯微拉曼光譜測定所獲得之成像圖像中,碳酸根離子分佈分析占剖面積之面積比率較佳為1%以上且50%以下。若碳酸根離子分佈分析之面積比率為1%以上,則實現高速率循環時之較高耐久性。若碳酸根離子分佈分析之面積比率為50%以下,則可提高非水系鋰蓄電元件之能量密度,並且實現高溫保存時之較高耐久性。 於正極活性物質層不包含鋰化合物之情形時,若非水系鋰蓄電元件被曝露於過電壓環境下,則非水系電解液之氧化分解急遽地進行,而於急遽之氣體產生之同時產生較大之反應熱,從而視情形,非水系鋰蓄電元件會發生熱失控。 另一方面,於正極活性物質層含有鋰化合物之情形時,鋰化合物會於較非水系電解液之分解電位低之電位下緩慢地分解並產生氣體。即,藉由利用鋰化合物之分解反應而抑制正極之電位上升之效果、及利用平穩之氣體產生而使非水系鋰蓄電元件之內壓緩慢地上升之效果,可使下述之外裝體或設置於外裝體上之排氣閥於平穩之條件下進行開封,因此可抑制非水系鋰蓄電元件之熱失控。 然而,鋰化合物由於基本上沒有電子傳導性,故而若於正極活性物質中鋰化合物過量地存在,則會成為電阻上升之原因。因此,於第二實施形態中,藉由將正極設置於電極積層體之最外層,並使最外層正極之未與負極對向之正極活性物質層Cx 面含有大量之鋰化合物,而可兼顧非水系鋰蓄電元件之高輸出化與抑制過充電下之熱失控之效果。 將Cx 面所含之每單位面積之碳酸鹽量設為Cx1 (g/m2 )時,Cx1 為5.0以上且25.0以下,將Cx 面之背面之正極活性物質層設為Cy 面,將Cy 面所含之每單位面積之碳酸鹽量設為Cy1 (g/m2 )時,Cy1 較佳為0.1以上且15.0以下,且Cx1 >Cy1 。 若Cx1 為5.0以上,則可抑制過充電下之熱失控。若Cx1 為25.0以下,則不包含過量之鋰化合物,因此可提高能量密度。若Cy1 為0.1以上,則可捕捉高負載充放電循環中所生成之氟離子,因此循環耐久性提高。若Cy1 為15.0以下、及Cx1 >Cy1 ,則可提高Cy 面之正極活性物質間之電子傳導,因此可實現高輸出化。 關於抑制過充電時之熱失控之效果,只要於電極積層體之最外層存在未與負極對向之正極活性物質層Cx 面即可,因此只要電極積層體之最外層之全部、或一部分存在具有Cx 面之正極即可,可最外層之一部分為負極,亦可電極積層體由分隔件等覆蓋。 作為增加Cx 面之鋰化合物量之方法,並無特別限制,可列舉:將於正極集電體之正面及背面包含鋰化合物之正極前驅體設置於電極積層體之最外層,於鋰摻雜時使與負極對向之正極活性物質層Cy 面之鋰化合物進行反應之方法;於製作正極前驅體時,將於正極集電體之一面塗佈有包含大量鋰化合物之塗敷液之面設為Cx 面之方法等。 將Cx 面所含之每單位面積之活性物質量設為Cx2 (g/m2 ),將Cy 面所含之每單位面積之活性物質量設為Cy2 (g/m2 )時,Cx2 /Cy2 較佳為0.86以上且1.14以下。於第二實施形態中,Cx2 /Cy2 係與Cx1 /Cy1 相反者。因此,若Cx2 /Cy2 為0.86以上,則可提高Cx 面所含之鋰化合物與活性物質之電子傳導,而於過充電時高效率地使鋰化合物分解,藉此可抑制熱失控。若Cx2 /Cy2 為1.14以下,則可實現高能量密度化。 藉由顯微拉曼光譜測定,可對正極活性物質層所含之鋰化合物之分散狀態進行評價。若鋰化合物為碳酸鹽,則於Cx 面之藉由顯微拉曼光譜測定所獲得之成像圖像中,將碳酸根離子分佈分析之面積比率設為Sx %時,Sx 較佳為10以上且50以下。若Sx 為10以上,則Cx 面所含之鋰化合物全部分散,藉此可使過充電時之鋰化合物高效率地進行分解反應。若Sx 為50以下,則可確保鋰化合物與正極活性物質之電子傳導,因此可使鋰化合物高效率地進行分解反應。 若鋰化合物為碳酸鹽,則於Cy 面之藉由顯微拉曼光譜測定所獲得之成像圖像中,將碳酸根離子分佈分析之面積比率設為Sy %時,Sy 較佳為1以上且40以下,且Sy <Sx 。若Sy 為1以上,則可捕捉高負載充放電循環中所生成之氟離子,因此循環耐久性提高。若Sy 為40以下、及Sy <Sx ,則可提高Cy 面之正極活性物質間之電子傳導,因此可實現高輸出化。 較佳為第二實施形態之正極活性物質層Cy 面包含下述式(1)~(3)所表示之1種以上之化合物: LiX1 -OR1 O-X2 Li 式(1) {式中,R1 為碳數1~4之伸烷基、或碳數1~4之鹵化伸烷基,且X1 及X2 分別獨立地為-(COO)n (此處,n為0或1)}; LiX1 -OR1 O-X2 R2 式(2) {式中,R1 為碳數1~4之伸烷基、或碳數1~4之鹵化伸烷基,R2 為氫、碳數1~10之烷基、碳數1~10之單或多羥基烷基、碳數2~10之烯基、碳數2~10之單或多羥基烯基、碳數3~6之環烷基、或者芳基,且X1 及X2 分別獨立地為-(COO)n (此處,n為0或1)};及 R2 X1 -OR1 O-X2 R3 式(3) {式中,R1 為碳數1~4之伸烷基、碳數1~4之鹵化伸烷基,R2 及R3 分別獨立地為氫、碳數1~10之烷基、碳數1~10之單或多羥基烷基、碳數2~10之烯基、碳數2~10之單或多羥基烯基、碳數3~6之環烷基、或者芳基,且X1 及X2 分別獨立地為-(COO)n (此處,n為0或1)}。 將正極物質層Cy 面之每單位質量之式(1)~(3)所表示之化合物之合計含量設為Cy3 (mol/g)時,Cy3 較佳為1.60×10-4 以上且300×10-4 以下,更佳為5.0×10-4 mol/g以上且150×10-4 mol/g以下。 藉由使Cy 面包含鋰化合物,可抑制高負載充放電循環中之電阻上升,然而,鋰化合物若被曝露於高溫高電壓環境下,則會緩慢地分解而產生氣體。因此,藉由使式(1)~(3)所表示之化合物含於Cy 面中,可抑制高溫高電壓環境下之鋰化合物之分解。若Cy3 為1.60×10-4 以上,則高溫耐久性優異。若Cy3 為300×10-4 以下,則輸出特性優異。 式(1)之尤佳之化合物係LiOC2 H4 OLi、LiOC3 H6 OLi、LiOC2 H4 OCOOLi、LiOCOOC3 H6 OLi、LiOCOOC2 H4 OCOOLi及LiOCOOC3 H6 OCOOLi所表示之化合物。 式(2)之尤佳之化合物係LiOC2 H4 OH、LiOC3 H6 OH、LiOC2 H4 OCOOH、LiOC3 H6 OCOOH、LiOCOOC2 H4 OCOOH、LiOCOOC3 H6 OCOOH、LiOC2 H4 OCH3 、LiOC3 H6 OCH3 、LiOC2 H4 OCOOCH3 、LiOC3 H6 OCOOCH3 、LiOCOOC2 H4 OCOOCH3 、LiOCOOC3 H6 OCOOCH3 、LiOC2 H4 OC2 H5 、LiOC3 H6 OC2 H5 、LiOC2 H4 OCOOC2 H5 、LiOC3 H6 OCOOC2 H5 、LiOCOOC2 H4 OCOOC2 H5 、LiOCOOC3 H6 OCOOC2 H5 所表示之化合物。 式(3)之尤佳之化合物係HOC2 H4 OH、HOC3 H6 OH、HOC2 H4 OCOOH、HOC3 H6 OCOOH、HOCOOC2 H4 OCOOH、HOCOOC3 H6 OCOOH、HOC2 H4 OCH3 、HOC3 H6 OCH3 、HOC2 H4 OCOOCH3 、HOC3 H6 OCOOCH3 、HOCOOC2 H4 OCOOCH3 、HOCOOC3 H6 OCOOCH3 、HOC2 H4 OC2 H5 、HOC3 H6 OC2 H5 、HOC2 H4 OCOOC2 H5 、HOC3 H6 OCOOC2 H5 、HOCOOC2 H4 OCOOC2 H5 、HOCOOC3 H6 OCOOC2 H5 、CH3 OC2 H4 OCH3 、CH3 OC3 H6 OCH3 、CH3 OC2 H4 OCOOCH3 、CH3 OC3 H6 OCOOCH3 、CH3 OCOOC2 H4 OCOOCH3 、CH3 OCOOC3 H6 OCOOCH3 、CH3 OC2 H4 OC2 H5 、CH3 OC3 H6 OC2 H5 、CH3 OC2 H4 OCOOC2 H5 、CH3 OC3 H6 OCOOC2 H5 、CH3 OCOOC2 H4 OCOOC2 H5 、CH3 OCOOC3 H6 OCOOC2 H5 、C2 H5 OC2 H4 OC2 H5 、C2 H5 OC3 H6 OC2 H5 、C2 H5 OC2 H4 OCOOC2 H5 、C2 H5 OC3 H6 OCOOC2 H5 、C2 H5 OCOOC2 H4 OCOOC2 H5 、C2 H5 OCOOC3 H6 OCOOC2 H5 所表示之化合物。 作為用以使式(1)~(3)所表示之化合物含於正極活性物質層內之方法,例如可列舉:對正極活性物質層混合上述化合物之方法;使上述化合物吸附於正極活性物質層之方法;使上述化合物電化學地析出至正極活性物質層之方法等。其中,較佳為如下方法:預先使非水系電解液中含有能夠分解而生成該等上述化合物之前驅體,利用製作蓄電元件時之上述前驅體之分解反應,而使上述化合物沈積於正極活性物質層內。 作為形成式(1)~(3)所表示之化合物之前驅體,較佳為使用選自由碳酸乙二酯、碳酸丙二酯、碳酸丁二酯、碳酸伸乙烯酯、及氟化碳酸乙二酯所組成之群中之至少1種有機溶劑,進而較佳為使用碳酸乙二酯、及碳酸丙二酯。 進而,於與Cy 面對向之負極活性物質層Ay 面包含式(1)~(3)所表示之化合物,且將該等化合物之負極活性物質層Ay 面之每單位質量之合計含量設為Ay3 (mol/g)時,Cy3 /Ay3 較佳為0.2以上且20以下。若Cy3 /Ay3 為0.2以上,則可抑制Cy 面中之鋰化合物之分解,而高溫耐久性。若Cy3 /Ay3 為20以下,則輸出特性優異。 (正極活性物質層之其他成分) 正極活性物質層除正極活性物質及鋰化合物以外,可視需要亦含有導電性填料、黏結劑、分散穩定劑等任意成分。 作為導電性填料,可列舉導電性高於正極活性物質之導電性碳質材料。作為此種導電性填料,例如較佳為科琴黑、乙炔黑、氣相生長碳纖維、石墨、奈米碳管、該等之混合物等。 正極活性物質層中之導電性填料之混合量相對於正極活性物質100質量份,較佳為0~20質量份,進而較佳為1~15質量份之範圍。就高輸入之觀點而言,正極活性物質層較佳為包含導電性填料。若正極活性物質層中之導電性填料之混合量為20質量份以下,則正極活性物質層中之正極活性物質之含有比率變多,而可確保相對於正極活性物質層體積之能量密度。 作為黏結劑,並無特別限定,例如可使用PVdF(聚偏二氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、聚醯亞胺、乳膠、苯乙烯-丁二烯共聚物、氟橡膠、丙烯酸系共聚物等。關於黏結劑之使用量,相對於正極活性物質100質量份,較佳為1質量份以上且30質量份以下,更佳為3質量份以上且27質量份以下,進而較佳為5質量份以上且25質量份以下。若黏結劑之量為1質量%以上,則顯示出充分之電極強度。若黏結劑之量為30質量份以下,則不會阻礙離子對正極活性物質之出入及擴散,而顯示出較高之輸入輸出特性。 作為分散穩定劑,並無特別限定,例如可使用:PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)、PVA(聚乙烯醇)、纖維素衍生物等。關於黏結劑之使用量,相對於正極活性物質100質量份,較佳為0質量份以上且10質量份以下。若分散穩定劑之量為10質量份以下,則不會阻礙離子對正極活性物質之出入及擴散,顯示出較高之輸入輸出特性。 [正極集電體] 作為構成正極集電體之材料,只要為電子傳導性較高且由向電解液之溶出及與電解質或離子之反應等所引起之劣化難以產生之材料,則並無特別限制,較佳為金屬箔。作為本實施形態之非水系鋰蓄電元件中之正極集電體,尤佳為鋁箔。 於第一實施形態中,金屬箔可為不具有凹凸或貫通孔之通常之金屬箔,亦可為實施過壓紋加工、化學蝕刻、電解析出法、噴擊加工等之具有凹凸之金屬箔,亦可為多孔金屬網(expand metal)、穿孔金屬、蝕刻箔等具有貫通孔之金屬箔。 於第二實施形態中,金屬箔只要作為不具有凹凸或貫通孔之通常之金屬箔,或上述所定義之「無孔狀之正極集電體」而使用,則亦可為實施過壓紋加工、化學蝕刻、電解析出法、噴擊加工等之具有凹凸之金屬箔、或多孔金屬網、穿孔金屬、蝕刻箔等具有貫通孔之金屬箔。 正極集電體之厚度只要能夠充分地保持正極之形狀及強度,則並無特別限制,例如較佳為1~100 μm。再者,於正極集電體具有孔或凹凸之情形時,係基於不存在孔或凹凸之部分而測定正極集電體之厚度。 [正極前驅體之製造] 本實施形態之非水系鋰蓄電元件之成為正極之正極前驅體可藉由已知之鋰離子電池、電雙層電容器等中之電極之製造技術而進行製造。例如可藉由將正極活性物質及鋰化合物、以及視需要使用之其他之任意成分分散或溶解至水或有機溶劑中,而製備漿料狀之塗敷液,將該塗敷液塗敷至正極集電體上之單面或兩面而形成塗膜,並將其加以乾燥,而獲得正極前驅體。亦可對所獲得之正極前驅體進行加壓,而調整正極活性物質層之膜厚或鬆密度。或者,亦可為如下方法:不使用溶劑,將正極活性物質及鋰化合物、以及視需要使用之其他之任意成分以乾式加以混合,並對所獲得之混合物進行加壓成型後,使用導電性接著劑而貼附於正極集電體。 正極前驅體之塗敷液亦可將包含正極活性物質之各種材料粉末之一部分或者全部進行乾摻,繼而追加水或有機溶劑及/或於該等中溶解或分散有黏結劑或分散穩定劑之液狀或者漿料狀之物質而進行製備。或者,亦可向於水或有機溶劑中溶解或分散有黏結劑或分散穩定劑之液狀或漿料狀之物質中追加包含正極活性物質之各種材料粉末而進行製備。作為進行乾摻之方法,例如亦可使用球磨機等,將正極活性物質及鋰化合物、以及視需要之導電性填料加以預混合,而進行用以對導電性較低之鋰化合物塗佈導電材之預混合。藉此,於下述之鋰摻雜時於正極前驅體中鋰化合物變得容易分解。於將水用於上述塗敷液之溶劑之情形時,由於亦有因添加鋰化合物而塗敷液成為鹼性之情形,故而視需要亦可添加pH值調整劑。 正極前驅體之塗敷液之製備方法並無特別限定,可適宜地使用:勻相分散機或多軸分散機、行星式混合機、薄膜回轉型高速混合機等分散機等。為了獲得良好之分散狀態之塗敷液,較佳為以周速1 m/s以上且50 m/s以下進行分散。若周速為1 m/s以上,則各種材料會良好地溶解或分散,故而較佳。若周速為50 m/s以下,則各種材料難以因由分散產生之熱或剪切力而破壞,而難以產生再凝集,故而較佳。 關於塗敷液之分散度,利用粒度計所測得之粒度較佳為0.1 μm以上且100 μm以下。作為分散度之上限,更佳為粒度為80 μm以下,進而較佳為粒度為50 μm以下。若粒度為0.1 μm以上,則於製作塗敷液時不會過度地將材料弄碎,故而較佳。若粒度為100 μm以下,則噴出塗敷液時之堵塞或塗膜之條紋產生等較少,而可穩定地進行塗敷。 正極前驅體之塗敷液之黏度(ηb)較佳為1,000 mPa・s以上且20,000 mPa・s以下,更佳為1,500 mPa・s以上且10,000 mPa・s以下,進而較佳為1,700 mPa・s以上且5,000 mPa・s以下。若黏度(ηb)為1,000 mPa・s以上,則會抑制形成塗膜時之滴液,可良好地控制塗膜寬度及厚度。若黏度(ηb)為20,000 mPa・s以下,則使用塗敷機時之塗敷液之流道中之壓力損失較少而可穩定地進行塗敷,且可控制為所需之塗膜厚度以下。 塗敷液之TI值(觸變指數值)較佳為1.1以上,更佳為1.2以上,進而較佳為1.5以上。若TI值為1.1以上,則可良好地控制塗膜寬度及厚度。 正極前驅體之塗膜之形成方法並無特別限定,可適宜地使用模嘴塗佈機或刮刀塗佈機、刮塗機、凹版塗敷機等塗敷機。塗膜可塗敷單層而形成,亦可塗敷多層而形成。於塗敷多層之情形時,亦可以塗膜各層內之鋰化合物之含量不同之方式調整塗敷液組成。塗敷速度較佳為0.1 m/min以上且100 m/min以下,更佳為0.5 m/min以上且70 m/min以下,進而較佳為1 m/min以上且50 m/min以下。若塗敷速度為0.1 m/min以上,則可穩定地進行塗敷。若塗敷速度為100 m/min以下,則可充分地確保塗敷精度。 正極前驅體之塗膜之乾燥方法並無特別限定,可適宜地採用熱風乾燥或紅外線(IR)乾燥等乾燥方法。塗膜之乾燥可於單一溫度進行乾燥,亦可多階段地改變溫度而進行乾燥。亦可將複數種乾燥方法組合而乾燥塗膜。乾燥溫度較佳為25℃以上且200℃以下,更佳為40℃以上且180℃以下,進而較佳為50℃以上且160℃以下。若乾燥溫度為25℃以上,則可使塗膜中之溶劑充分地揮發。若乾燥溫度為200℃以下,則可抑制因急速之溶劑揮發引起之塗膜皸裂破裂或因遷移引起之黏結劑之偏集存在、正極集電體或正極活性物質層之氧化。 正極前驅體之加壓方法並無特別限定,可較佳地使用油壓加壓機、真空加壓機等加壓機。正極活性物質層之膜厚、鬆密度及電極強度可藉由下述之加壓壓力、間隙、及加壓部之表面溫度而進行調整。加壓壓力較佳為0.5 kN/cm以上且20 kN/cm以下,更佳為1 kN/cm以上且10 kN/cm以下,進而較佳為2 kN/cm以上且7 kN/cm以下。若加壓壓力為0.5 kN/cm以上,則可使電極強度充分地變高。若加壓壓力為20 kN/cm以下,則正極前驅體產生彎曲或皺褶之情況較少,而可調整至所需之正極活性物質層膜厚或鬆密度。加壓輥彼此之間隙可以成為所需之正極活性物質層之膜厚或鬆密度之方式根據乾燥後之正極前驅體膜厚而設定任意之值。加壓速度可設定為正極前驅體難以產生彎曲或皺褶之任意速度。加壓部之表面溫度可為室溫,亦可視需要而進行加熱。關於進行加熱之情形時之加壓部之表面溫度之下限,較佳為所使用之黏結劑之熔點-60℃以上,更佳為熔點45℃以上,進而較佳為熔點30℃以上。關於進行加熱之情形時之加熱部之表面溫度之上限,較佳為所使用之黏結劑之熔點+50℃以下,更佳為熔點30℃以下,進而較佳為熔點20℃以下。例如,於黏結劑使用PVdF(聚偏二氟乙烯:熔點150℃)之情形時,較佳為加熱至90℃以上且200℃以下,更佳為加熱至105℃以上且180℃以下,進而較佳為加熱至120℃以上且170℃以下。於將苯乙烯-丁二烯共聚物(熔點100℃)用於黏結劑之情形時,較佳為加溫至40℃以上且150℃以下,更佳為加溫至55℃以上且130℃以下,進而較佳為加溫至70℃以上且120℃以下。 黏結劑之熔點可根據DSC(Differential Scanning Calorimetry,示差掃描熱量分析)之吸熱波峰位置而求出。例如,使用PerkinElmer公司製造之示差掃描熱量計「DSC7」,將試樣樹脂10 mg設置於測定單元,於氮氣環境中以10℃/分鐘之升溫速度自溫度30℃升溫至250℃,升溫過程中之吸熱波峰溫度成為熔點。 亦可一邊改變加壓壓力、間隙、速度、及加壓部之表面溫度之條件,一邊實施複數次加壓。 正極活性物質層之厚度較佳為正極集電體之每一單面為20 μm以上且200 μm以下,更佳為25 μm以上且100 μm以下,進而較佳為30 μm以上且80 μm以下。若正極活性物質層之厚度為20 μm以上,則可顯示出充分之充放電電容。若正極活性物質層之厚度為200 μm以下,則可將電極內之離子擴散阻力維持為較低。因此,可獲得充分之輸入輸出特性,並且縮小單元體積(cell volume),因此可提高能量密度。再者,集電體具有貫通孔或凹凸之情形時之正極活性物質層之所謂厚度,係指集電體之無貫通孔或凹凸之部分之每一單面之厚度之平均值。 下述之鋰摻雜後之正極中之正極活性物質層之鬆密度較佳為0.50 g/cm3 以上,更佳為0.55 g/cm3 以上且1.3 g/cm3 以下之範圍。若正極活性物質層之鬆密度為0.50 g/cm3 以上,則可顯示出較高之能量密度,可達成蓄電元件之小型化。若鬆密度為1.3 g/cm3 以下,則正極活性物質層內之空孔中之電解液之擴散變得充分,而可獲得較高之輸出特性。 <負極> 於本實施形態中,負極具有負極集電體、與存在於其單面或兩面之負極活性物質層。 於第二實施形態中,所謂「無孔狀之負極集電體」,意指於至少塗敷有負極活性物質層之區域中,不具有鋰離子會通過負極集電體而於負極之正面及背面鋰離子進行均勻化之程度之孔的負極集電體。因此,於發揮本案發明之效果之範圍內,亦不排除具有極小徑或微量之孔之負極集電體、或於未塗敷有負極活性物質層之區域具有孔之負極集電體。於本實施形態中,負極集電體中至少塗敷有負極活性物質層之區域為無孔狀,負極集電體中未塗敷負極活性物質之剩餘部分可有孔亦可無孔。 [負極活性物質層] 負極活性物質層包含能夠吸藏及釋放鋰離子之負極活性物質。除此以外,亦可視需要而包含導電性填料、黏結劑、分散穩定劑等任意成分。 [負極活性物質] 負極活性物質可使用能夠吸藏及釋放鋰離子之物質。具體而言,可例示:碳材料、鈦氧化物、矽、矽氧化物、矽合金、矽化合物、錫及錫化合物等。碳材料相對於負極活性物質之總量的含有率較佳為50質量%以上,更佳為70質量%以上。碳材料之含有率可為100質量%,但就良好地獲得由與其他材料併用所帶來之效果之觀點而言,例如較佳為90質量%以下,亦可為80質量%以下。 較佳為對負極活性物質中摻雜鋰離子。於本說明書中,作為摻雜至負極活性物質中之鋰離子,主要包括3種形態。 作為第一形態,係於製作非水系鋰蓄電元件之前,負極活性物質中作為設計值而預先吸藏之鋰離子。 作為第二形態,係於製作非水系鋰蓄電元件並出貨時之負極活性物質中所吸藏之鋰離子。 作為第三形態,係於製作非水系鋰蓄電元件並出貨時之負極活性物質中所吸藏之鋰離子。 藉由預先對負極活性物質摻雜鋰離子,變得能夠將所獲得之非水系鋰蓄電元件之電容及工作電壓控制為良好。 作為碳材料,例如可列舉:難石墨化碳材料;易石墨化碳材料;碳黑;碳奈米粒子;活性碳;人造石墨;天然石墨;石墨化中間相碳微球;石墨晶鬚;多并苯系物質等非晶碳質材料;對石油系瀝青、煤系瀝青、中間相碳微球、焦炭、合成樹脂(例如酚樹脂等)等碳前驅體進行熱處理所獲得之碳質材料;糠醇樹脂或酚醛清漆樹脂之熱分解物;富勒烯;碳奈米角;及該等之複合碳材料。 作為碳材料,並無特別限定,可較佳地使用活性碳、碳黑、鑄模多孔質碳、高比表面積石墨、碳奈米粒子等。 該等中,就降低負極之電阻之觀點而言,較佳為可藉由對1種以上之碳材料於使其與石油系之瀝青或煤系之瀝青共存之狀態下進行熱處理而獲得之瀝青複合碳材料。於進行熱處理前,亦可於高於瀝青之熔點的溫度下將碳材料與瀝青加以混合。熱處理溫度只要為所使用之瀝青揮發或熱分解而產生之成分會成為碳質材料之溫度即可。作為進行熱處理之環境,較佳為非氧化性環境。 瀝青複合碳材之較佳例係下述之瀝青複合碳材料1a及2a。可選擇使用該等中之任何者,或者亦可將該等兩者併用。 瀝青複合碳材料1a可於使1種以上之BET比表面積為100 m2 /g以上且3000 m2 /g以下之碳材料與石油系之瀝青或煤系之瀝青共存之狀態進行熱處理而獲得。 碳材料並無特別限定,可較佳地使用活性碳或碳黑、鑄模多孔質碳、高比表面積石墨、碳奈米粒子等。 (複合碳材料1a) 複合碳材料1a係使用1種以上之BET比表面積為100 m2 /g以上且3000 m2 /g以下之碳材料作為基材之複合碳材料。基材並無特別限定,可適宜地使用活性碳或碳黑、鑄模多孔質碳、高比表面積石墨、碳奈米粒子等。 複合碳材料1a中之碳質材料相對於基材之質量比率較佳為10%以上且200%以下,更佳為12%以上且180%以下,進而較佳為15%以上且160%以下,尤佳為18%以上且150%以下。若碳質材料之質量比率為10%以上,則可用碳質材料適度地填滿基材所具有之微孔,而鋰離子之充放電效率提高,因此可顯示出良好之循環耐久性。若碳質材料之質量比率為200%以下,則由於可適度地保持細孔,而鋰離子之擴散變得良好,故而可顯示出較高之輸入輸出特性。 複合碳材料1a之每單位質量之鋰離子之摻雜量較佳為530 mAh/g以上且2,500 mAh/g以下,更佳為620 mAh/g以上且2,100 mAh/g以下,進而較佳為760 mAh/g以上且1,700 mAh/g以下,尤佳為840 mAh/g以上且1,500 mAh/g以下。 藉由摻雜鋰離子,負極電位變低。因此,於將含有摻雜有鋰離子之複合碳材料1a的負極與正極加以組合之情形時,非水系鋰蓄電元件之電壓變高,並且正極之利用電容變大。因此,所獲得之非水系鋰型蓄電元件之電容及能量密度變高。 若摻雜量為530 mAh/g以上,則對於複合碳材料1a中之一旦插入鋰離子便無法脫離之不可逆之位點亦可良好地摻雜鋰離子,進而可減少相對於所需鋰量之複合碳材料1a。因此,可使負極膜厚變薄,而獲得較高之能量密度。摻雜量越多,負極電位越降低,而輸入輸出特性、能量密度、及耐久性提高。 若摻雜量為2,500 mAh/g以下,則無產生鋰金屬之析出等副作用之虞。 以下,作為複合碳材料1a之較佳例,對使用活性碳作為基材之複合碳材料1a進行說明。 複合碳材料1a較佳為於將藉由BJH法算出之源自直徑20 Å以上且500 Å以下之細孔之中孔量設為Vm1 (cc/g),且將藉由MP法算出之源自直徑未達20 Å之細孔之微孔量設為Vm2 (cc/g)時,0.010≦Vm1 ≦0.300,0.001≦Vm2 ≦0.650。 中孔量Vm1 更佳為0.010≦Vm1 ≦0.225,進而較佳為0.010≦Vm1 ≦0.200。微孔量Vm2 更佳為0.001≦Vm2 ≦0.200,進而較佳為0.001≦Vm2 ≦0.150,尤佳為0.001≦Vm2 ≦0.100。 若中孔量Vm1 為0.300 cc/g以下,則可增大BET比表面積,而可提高鋰離子之摻雜量,除此以外亦可提高負極之鬆密度。其結果為,可使負極薄膜化。若微孔量Vm2 為0.650 cc/g以下,則可維持針對鋰離子之較高之充放電效率。另一方面,若中孔量Vm1 及微孔量Vm2 為下限以上(0.010≦Vm1 ,0.001≦Vm2 ),則獲得較高之輸入輸出特性。 複合碳材料1a之BET比表面積較佳為100 m2 /g以上且1,500 m2 /g以下,更佳為150 m2 /g以上且1,100 m2 /g以下,進而較佳為180 m2 /g以上且550 m2 /g以下。若該BET比表面積為100 m2 /g以上,則可適度地保持細孔,因此鋰離子之擴散變得良好,而可顯示出較高之輸入輸出特性。由於可提高鋰離子之摻雜量,故而可使負極薄膜化。藉由BET比表面積為1,500 m2 /g以下,而鋰離子之充放電效率提高,因此循環耐久性受損之情況減少。 就為較高之輸入輸出特性之方面而言,複合碳材料1a之平均細孔徑較佳為20 Å以上,更佳為25 Å以上,進而較佳為30 Å以上。就為高能量密度之方面而言,平均細孔徑較佳為65 Å以下,更佳為60 Å以下。 複合碳材料1a之平均粒徑較佳為1 μm以上且10 μm以下。關於下限,更佳為2 μm以上,進而較佳為2.5 μm以上。關於上限,更佳為6 μm以下,進而較佳為4 μm以下。若平均粒徑為1 μm以上且10 μm以下,則保持良好之耐久性。 複合碳材料1a之氫原子/碳原子之原子數比(H/C)較佳為0.05以上且0.35以下,更佳為0.05以上且0.15以下。於H/C為0.35以下之情形時,覆著於活性碳表面之碳質材料之結構(典型而言,多環芳香族系共軛結構)良好地發達,電容(能量密度)及充放電效率變高。於H/C為0.05以上之情形時,過度之碳化被抑制,因此獲得良好之能量密度。再者,H/C係利用元素分析裝置進行測定。 複合碳材料1a具有源自基材之活性碳之非晶結構,但同時具有主要源自所覆著之碳質材料的結晶結構。若採用X射線廣角繞射法,則複合碳材料A較佳為(002)面之面間隔d002為3.60 Å以上且4.00 Å以下,由該波峰之半高寬所獲得之c軸方向之微晶尺寸Lc為8.0 Å以上且20.0 Å以下者,更佳為d002為3.60 Å以上且3.75 Å以下,由該波峰之半高寬所獲得之c軸方向之微晶尺寸Lc為11.0 Å以上且16.0 Å以下者。 作為用作複合碳材料1a之基材之活性碳,只要所獲得之複合碳材料1a發揮所需之特性,則無特別限制。例如可使用:由石油系、煤系、植物系、高分子系等之各種原材料所獲得之市售品。尤佳為使用平均粒徑為1 μm以上且15 μm以下之活性碳粉末。平均粒徑更佳為2 μm以上且10 μm以下。 為了獲得具有本實施形態中所規定之細孔分佈範圍的複合碳材料1a,重要的是基材所使用之活性碳之細孔分佈。 關於活性碳,於將藉由BJH法算出之源自直徑20 Å以上且500 Å以下之細孔之中孔量設為V1 (cc/g),將藉由MP法算出之源自直徑未達20 Å之細孔之微孔量設為V2 (cc/g)時,較佳為0.050≦V1 ≦0.500,0.005≦V2 ≦1.000,且0.2≦V1/V2 ≦20.0。 中孔量V1 更佳為0.050≦V1 ≦0.350,進而較佳為0.100≦V1 ≦0.300。微孔量V2 更佳為0.005≦V2 ≦0.850,進而較佳為0.100≦V2 ≦0.800。中孔量/微孔量之比率更佳為0.22≦V1 /V2 ≦15.0,進而較佳為0.25≦V1 /V2 ≦10.0。於活性碳之中孔量V1 為0.500以下之情形及微孔量V2 為1.000以下之情形時,為了獲得上述本實施形態中之複合碳材料1a之細孔結構,覆著適量之碳質材料即可,因此變得容易控制細孔結構。於活性碳之中孔量V1 為0.050以上之情形及微孔量V2 為0.005以上之情形、V1 /V2 為0.2以上之情形及V1 /V2 為20.0以下之情形時,均容易地獲得細孔結構。 用作複合碳材料1a之原料的所謂碳質材料前驅體,可藉由進行熱處理而對活性碳覆著碳質材料的固體、液體、或能夠溶解於溶劑中之有機材料。作為該碳質材料前驅體,例如可列舉:瀝青、中間相碳微球、焦炭、合成樹脂(例如酚樹脂等)等。該等碳質材料前驅體中,就製造成本而言,較佳為使用廉價之瀝青。瀝青大致分為石油系瀝青與煤系瀝青。作為石油系瀝青,例如例示:原油之蒸餾殘渣、流動性接觸分解殘渣(澄清油等)、源自熱裂解之沈底油、石腦油裂解時所獲得之乙烯焦油等。 於使用瀝青之情形時,藉由將瀝青於與活性碳之共存下進行熱處理,於活性碳之表面使瀝青之揮發成分或熱分解成分進行熱反應而對該活性碳覆著碳質材料,從而獲得複合碳材料1a。於該情形時,於200~500℃左右之溫度下,瀝青之揮發成分或熱分解成分向活性碳細孔內之覆著會進行,於400℃以上之溫度下,該覆著成分成為碳質材料之反應會進行。熱處理時之波峰溫度(最高到達溫度)係根據所獲得之複合碳材料1a之特性、熱反應類型、熱反應環境等而適當決定,較佳為400℃以上,更佳為450℃~1,000℃,進而較佳為500~800℃左右。熱處理時之維持波峰溫度之時間較佳為30分鐘~10小時,更佳為1小時~7小時,進而較佳為2小時~5小時。例如於500~800℃左右之波峰溫度下持續2小時~5小時進行熱處理之情形時,認為覆著於活性碳表面之碳質材料係成為多環芳香族系烴。 所使用之瀝青之軟化點較佳為30℃以上且250℃以下,進而較佳為60℃以上且130℃以下。軟化點為30℃以上之瀝青不會妨礙操作性,能夠精度良好地裝料。軟化點為250℃以下之瀝青大量含有相對低分子之化合物,因此若使用瀝青,則變得能夠覆著活性碳內之較細之細孔。 作為用以製造複合碳材料1a之具體方法,例如可列舉如下方法:於包含自碳質材料前驅體揮發之烴氣體的惰性環境中對活性碳進行熱處理,而以氣相覆著碳質材料。亦可採用將活性碳與碳質材料前驅體預先混合並進行熱處理之方法、或將溶解於溶劑之碳質材料前驅體塗佈至活性碳上並使之乾燥後進行熱處理之方法。 複合碳材料1a中之碳質材料相對於活性碳之質量比率較佳為10%以上且100%以下,更佳為15%以上且80%以下。若碳質材料之質量比率為10%以上,則可利用碳質材料適度地填埋活性碳所具有之微孔,而鋰離子之充放電效率提高,因此難以損害循環耐久性。若碳質材料之質量比率為100%以下,則適度地保持複合碳材料1a之細孔而維持比表面積較大。因此,可提高鋰離子之摻雜量,結果即使將負極進行薄膜化,亦可維持高輸入輸出密度且高耐久性。 (複合碳材料2a) 複合碳材料2a係使用1種以上之BET比表面積為0.5 m2 /g以上且80 m2 /g以下之碳材料作為基材之複合碳材料。基材並無特別限定,可適宜地使用:天然石墨、人造石墨、低結晶石墨、硬碳、軟碳、碳黑等。 複合碳材料2a之BET比表面積較佳為1 m2 /g以上且50 m2 /g以下,更佳為1.5 m2 /g以上且40 m2 /g以下,進而較佳為2 m2 /g以上且25 m2 /g以下。若該BET比表面積為1 m2 /g以上,則可充分地確保與鋰離子之反應場所,因此可顯示出較高之輸入輸出特性。若BET比表面積為50 m2 /g以下,則鋰離子之充放電效率提高,且充放電中之非水系電解液之分解反應得到抑制,因此可顯示出較高之循環耐久性。 複合碳材料2a之平均粒徑較佳為1 μm以上且10 μm以下,更佳為2 μm以上且8 μm以下,進而較佳為3 μm以上且6 μm以下。若平均粒徑為1 μm以上,則鋰離子之充放電效率可提高,因此可顯示出較高之循環耐久性。若平均粒徑為10 μm以下,則複合碳材料2a與非水系電解液之反應面積增加,因此可顯示出較高之輸入輸出特性。 複合碳材料2a中之碳質材料相對於基材之質量比率較佳為1%以上且30%以下,更佳為1.2%以上且25%以下,進而較佳為1.5%以上且20%以下。若碳質材料之質量比率為1%以上,則可藉由碳質材料而充分地增加與鋰離子之反應位點,且鋰離子之脫溶劑化亦變得容易,因此可顯示出較高之輸入輸出特性。若碳質材料之質量比率為20%以下,則可良好地保持碳質材料與基材之間之鋰離子之固體內擴散,因此可顯示出較高之輸入輸出特性。又,由於可提高鋰離子之充放電效率,故而可顯示出較高之循環耐久性。 複合碳材料2a之每單位質量之鋰離子之摻雜量較佳為50 mAh/g以上且700 mAh/g以下,更佳為70 mAh/g以上且650 mAh/g以下,進而較佳為90 mAh/g以上且600 mAh/g以下,尤佳為100 mAh/g以上且550 mAh/g以下。 藉由摻雜鋰離子而負極電位變低。因此,於將包含摻雜有鋰離子之複合碳材料2a之負極與正極加以組合之情形時,非水系鋰蓄電元件之電壓變高,並且正極之利用電容變大。因此,所獲得之非水系鋰蓄電元件之電容及能量密度變高。 若摻雜量為50 mAh/g以上,則對於複合碳材料2a中之一旦插入鋰離子便無法脫離之不可逆之位點亦良好地摻雜鋰離子,因此獲得較高之能量密度。摻雜量越多,負極電位越降低,輸入輸出特性、能量密度、及耐久性越提高。 若摻雜量為700 mAh/g以下,則無產生鋰金屬之析出等副作用之虞。 本實施形態之出貨時及使用後之非水系鋰蓄電元件中之負極活性物質之鋰離子之摻雜量(mAh/g)例如可藉由如下方式得知。 首先,利用碳酸甲酯乙酯或碳酸二甲酯將負極活性物質層洗淨並加以風乾後,利用包含甲醇及異丙醇之混合溶劑進行萃取,而獲得萃取液、與萃取後之負極活性物質層。該萃取典型而言係於氬氣箱內於環境溫度23℃下進行。 使用例如ICP-MS(感應耦合電漿質譜分析儀)等,分別對藉由上述方式而獲得之萃取液、與萃取後之負極活性物質層中所含之鋰量進行定量,求出其合計,藉此可得知負極活性物質中之鋰離子之摻雜量。將所獲得之值除以供於萃取之負極活性物質量而算出鋰離子之摻雜量(mAh/g)即可。 以下,作為複合碳材料2a之較佳例,對使用石墨材料作為基材之複合碳材料2a進行說明。 複合碳材料2a之平均粒徑較佳為1 μm以上且10 μm以下,更佳為2 μm以上且8 μm以下,進而較佳為3 μm以上且6 μm以下。若平均粒徑為1 μm以上,則鋰離子之充放電效率可提高,因此可顯示出較高之循環耐久性。若平均粒徑為10 μm以下,則複合碳材料2a與非水系電解液之反應面積增加,因此可顯示出較高之輸入輸出特性。 複合碳材料2a之BET比表面積較佳為1 m2 /g以上且20 m2 /g以下,更佳為1 m2 /g以上且15 m2 /g以下。若該BET比表面積為1 m2 /g以上,則可充分地確保與鋰離子之反應場所,因此可顯示出較高之輸入輸出特性。若BET比表面積為20 m2 /g以下,則鋰離子之充放電效率提高,且充放電中之非水系電解液之分解反應得到抑制,因此可顯示出較高之循環耐久性。 作為用作基材之石墨材料,只要所獲得之複合碳材料2a發揮出所需之特性,則無特別限制。例如可使用:人造石墨、天然石墨、石墨化中間相碳微球、石墨晶鬚等。石墨材料之平均粒徑較佳為1 μm以上且10 μm以下,更佳為2 μm以上且8 μm以下。 用作複合碳材料2a之原料的碳質材料前驅體係可藉由進行熱處理而對石墨材料複合碳質材料的固體、液體、或能夠溶解於溶劑中之有機材料。作為該碳質材料前驅體,例如可列舉:瀝青、中間相碳微球、焦炭、合成樹脂(例如酚樹脂等)等。該等碳質材料前驅體中,就製造成本而言,較佳為使用廉價之瀝青。瀝青大致分為石油系瀝青與煤系瀝青。作為石油系瀝青,例如可例示:原油之蒸餾殘渣、流動性接觸分解殘渣(澄清油等)、源自熱裂解之沈底油、石腦油裂解時所獲得之乙烯焦油等。 複合碳材料2a中之碳質材料相對於石墨材料之質量比率較佳為1%以上且10%以下,更佳為1.2%以上且8%以下,進而較佳為1.5%以上且6%以下,尤佳為2%以上且5%以下。若碳質材料之質量比率為1%以上,則利用該碳質材料可充分地增加與鋰離子之反應位點,且鋰離子之脫溶劑化亦變得容易,因此可顯示出較高之輸入輸出特性。若碳質材料之質量比率為20%以下,則可良好地保持碳質材料與石墨材料之間之鋰離子之固體內擴散,因此可顯示出較高之輸入輸出特性。又,由於可提高鋰離子之充放電效率,故而可顯示出較高之循環耐久性。 (負極活性物質層之其他成分) 負極活性物質層除了負極活性物質以外,視需要亦可含有導電性填料、黏結劑、分散穩定劑等任意成分。 導電性填料之種類並無特別限定,例如例示:乙炔黑、科琴黑、氣相生長碳纖維等。導電性填料之使用量相對於負極活性物質100質量份,較佳為0質量份以上且30質量份以下,更佳為0質量份以上且20質量份以下,進而較佳為0質量份以上且15質量份以下。 作為黏結劑,並無特別限定,例如可使用PVdF(聚偏二氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、聚醯亞胺、乳膠、苯乙烯-丁二烯共聚物、氟橡膠、丙烯酸系共聚物等。黏結劑之使用量相對於負極活性物質100質量份,較佳為1質量份以上且30質量份以下,更佳為2質量份以上且27質量份以下,進而較佳為3質量份以上且25質量份以下。若黏結劑之量為1質量%以上,則顯示出充分之電極強度。若黏結劑之量為30質量份以下,則不會阻礙鋰離子對負極活性物質之出入,而顯示出較高之輸入輸出特性。 作為分散穩定劑,並無特別限定,例如可使用:PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)、PVA(聚乙烯醇)、纖維素衍生物等。黏結劑之使用量相對於負極活性物質100質量份,較佳為0質量份以上且10質量份以下。若分散穩定劑之量為10質量份以下,則不會阻礙鋰離子對負極活性物質之出入,而顯示出較高之輸入輸出特性。 [負極集電體] 作為構成負極集電體之材料,較佳為電子傳導性較高且由向電解液之溶出及與電解質或離子之反應等引起之劣化難以產生之金屬箔。作為此種金屬箔,並無特別限制,例如可列舉:鋁箔、銅箔、鎳箔、不鏽鋼箔等。作為本實施形態之非水系鋰蓄電元件中之負極集電體,較佳為銅箔。 第一實施形態中之金屬箔可為不具有凹凸或貫通孔之通常之金屬箔,亦可為實施過壓紋加工、化學蝕刻、電解析出法、噴擊加工等之具有凹凸之金屬箔,亦可為多孔金屬網、穿孔金屬、蝕刻箔等具有貫通孔之金屬箔。 第二實施形態中之金屬箔只要作為不具有凹凸或貫通孔之通常之金屬箔,或上述所定義之「無孔狀之負極集電體」而使用,則亦可為實施有壓紋加工、化學蝕刻、電解析出法、噴擊加工等之具有凹凸之金屬箔、或者多孔金屬網、穿孔金屬、蝕刻箔等具有貫通孔之金屬箔。 負極集電體之厚度只要可充分地保持負極之形狀及強度,並無特別限制,例如較佳為1~100 μm。 [負極之製造] 負極可藉由於負極集電體之單面上或兩面上形成負極活性物質層而進行製造。於典型之態樣中,負極活性物質層係固著於負極集電體。 負極可藉由已知之鋰離子電池、電雙層電容器等中之電極之製造技術進行製造。例如可藉由使含有負極活性物質之各種材料分散或溶解於水或有機溶劑中而製備漿料狀之塗敷液,並將該塗敷液塗敷至負極集電體上之單面或兩面而形成塗膜,將其加以乾燥,而獲得負極。亦可對所獲得之負極進行加壓,而調整負極活性物質層之膜厚或鬆密度。或者,亦可採用如下方法:不使用溶劑,將含有負極活性物質之各種材料以乾式加以混合,並對所獲得之混合物進行加壓成型後,使用導電性接著劑而貼附於負極集電體。 塗敷液之調整亦可將含有負極活性物質之各種材料粉末之一部分或者全部進行乾摻,繼而追加水或有機溶劑、及/或於該等中溶解或分散有黏結劑或者分散穩定劑之液狀或漿料狀之物質而進行調整。亦可向於水或有機溶劑中溶解或分散有黏結劑或分散穩定劑之液狀或漿料狀之物質中,追加含有負極活性物質之各種材料粉末而調整。塗敷液之調整並無特別限定,可適宜地使用勻相分散機或多軸分散機、行星式混合機、薄膜回轉型高速混合機等分散機等。為了獲得良好之分散狀態之塗敷液,較佳為以周速1 m/s以上且50 m/s以下進行分散。若周速為1 m/s以上,則各種材料良好地溶解或分散,故而較佳。若周速為50 m/s以下,則各種材料難以因由分散產生之熱或剪切力而破壞,而難以產生再凝集,故而較佳。 塗敷液之黏度(ηb)較佳為1,000 mPa・s以上且20,000 mPa・s以下,更佳為1,500 mPa・s以上且10,000 mPa・s以下,進而較佳為1,700 mPa・s以上且5,000 mPa・s以下。若黏度(ηb)為1,000 mPa・s以上,則抑制塗膜形成時之滴液,而可良好地控制塗膜寬度及厚度。若黏度(ηb)為20,000 mPa・s以下,則使用塗敷機時之塗敷液於流道中之壓力損失較少而可穩定地進行塗敷,又可控制為所需之塗膜厚度以下。 塗敷液之TI值(觸變指數值)較佳為1.1以上,更佳為1.2以上,進而較佳為1.5以上。若TI值為1.1以上,則可良好地控制塗膜寬度及厚度。 塗膜之形成方法並無特別限定,可適宜地使用模嘴塗佈機或刮刀塗佈機、刮塗機、凹版塗敷機等塗敷機。塗膜可塗敷單層而形成,亦可塗敷多層而形成。塗敷速度較佳為0.1 m/min以上且100 m/min以下,更佳為0.5 m/min以上且70 m/min以下,進而較佳為1 m/min以上且50 m/min以下。若塗敷速度為0.1 m/min以上,則可穩定地塗敷。若塗敷速度為100 m/min以下,則可充分地確保塗敷精度。 塗膜之乾燥方法並無特別限定,可適宜地使用熱風乾燥或紅外線(IR)乾燥等乾燥方法。塗膜之乾燥可於單一溫度下進行乾燥,亦可多階段地改變溫度而進行乾燥。亦可將複數種乾燥方法組合而進行乾燥。乾燥溫度較佳為25℃以上且200℃以下,更佳為40℃以上且180℃以下,進而較佳為50℃以上且160℃以下。若乾燥溫度為25℃以上,則可使塗膜中之溶劑充分地揮發。若乾燥溫度為200℃以下,則可抑制因急速之溶劑揮發引起之塗膜皸裂破裂或因遷移引起之黏結劑之偏集存在、負極集電體或負極活性物質層之氧化。 負極之加壓方法並無特別限定,可適宜地使用油壓加壓機、真空加壓機等加壓機。負極活性物質層之膜厚、鬆密度及電極強度可藉由下述之加壓壓力、間隙、及加壓部之表面溫度進行調整。加壓壓力較佳為0.5 kN/cm以上且20 kN/cm以下,更佳為1 kN/cm以上且10 kN/cm以下,進而較佳為2 kN/cm以上且7 kN/cm以下。若加壓壓力為0.5 kN/cm以上,則可使電極強度充分地變高。若加壓壓力為20 kN/cm以下,則負極不會產生彎曲或皺褶,而可調整至所需之負極活性物質層膜厚或鬆密度。加壓輥彼此之間隙可以成為所需之負極活性物質層之膜厚或鬆密度之方式根據乾燥後之負極膜厚而設定任意之值。加壓速度可設定為負極難以產生彎曲或皺褶之任意速度。加壓部之表面溫度可為室溫,亦可視需要進行加熱。關於進行加熱之情形時之加壓部之表面溫度之下限,較佳為所使用之黏結劑之熔點-60℃以上,更佳為熔點45℃以上,進而較佳為熔點30℃以上。關於進行加熱之情形時之加壓部之表面溫度之上限,較佳為所使用之黏結劑之熔點+50℃以下,更佳為熔點30℃以下,進而較佳為熔點20℃以下。例如於黏結劑使用PVdF(聚偏二氟乙烯:熔點150℃)之情形時,較佳為加熱至90℃以上且200℃以下,更佳為加熱至105℃以上且180℃以下,進而較佳為加熱至120℃以上且170℃以下。於將苯乙烯-丁二烯共聚物(熔點100℃)用於黏結劑之情形時,較佳為加溫至40℃以上且150℃以下,更佳為加溫至55℃以上且130℃以下,進而較佳為加溫至70℃以上且120℃以下。 黏結劑之熔點可根據DSC(Differential Scanning Calorimetry,示差掃描熱量分析)之吸熱波峰位置而求出。例如,使用PerkinElmer公司製造之示差掃描熱量計「DSC7」,將試樣樹脂10 mg設置於測定單元,於氮氣環境中以10℃/分鐘之升溫速度自溫度30℃升溫至250℃,升溫過程中之吸熱波峰溫度成為熔點。 亦可一邊改變加壓壓力、間隙、速度、及加壓部之表面溫度之條件一邊實施複數次加壓。 負極活性物質層之厚度較佳為每一單面為5 μm以上且100 μm以下。負極活性物質層之厚度之下限更佳為7 μm以上,進而較佳為10 μm以上。負極活性物質層之厚度之上限更佳為80 μm以下,進而較佳為60 μm以下。若負極活性物質層之厚度為5 μm以上,則於塗敷負極活性物質層時難以產生條紋等而塗敷性優異。若負極活性物質層之厚度為100 μm以下,則可藉由縮小單元體積而顯示出較高之能量密度。再者,所謂集電體具有貫通孔或凹凸之情形時之負極活性物質層之厚度,係指集電體之無貫通孔或凹凸之部分之每一單面之厚度的平均值。 負極活性物質層之鬆密度較佳為0.30 g/cm3 以上且1.8 g/cm3 以下,更佳為0.40 g/cm3 以上且1.5 g/cm3 以下,進而較佳為0.45 g/cm3 以上且1.3 g/cm3 以下。若鬆密度為0.30 g/cm3 以上,則可顯示出充分之強度,並且可顯示出負極活性物質間之充分之導電性。若鬆密度為1.8 g/cm3 以下,則可於負極活性物質層內確保離子能夠充分地進行擴散之空孔。 BET比表面積及中孔量、微孔量係分別藉由以下之方法所求出之值。將試樣於200℃下進行一晝夜真空乾燥,將氮氣作為吸附質而進行吸脫附之等溫線之測定。使用此處所獲得之吸附側之等溫線,BET比表面積係藉由BET多點法或BET一點法而算出,中孔量係藉由BJH法而算出,微孔量係藉由MP法而算出。 BJH法係中孔之分析通常使用之計算方法,係由Barrett、Joyner、Halenda等人所提出(非專利文獻1)。 所謂MP法,係指應用「t-作圖法」(非專利文獻2)而求出微孔容積、微孔面積、及微孔之分佈的方法,且係M. Mikhail, Brunauer、Bodor所設計之方法(非專利文獻3)。 <分隔件> 正極前驅體及負極係介隔分隔件進行積層或捲繞而形成具有正極前驅體、負極及分隔件之電極積層體或電極捲繞體。 作為分隔件,可使用鋰離子二次電池所使用之聚乙烯製之微多孔膜或者聚丙烯製之微多孔膜、或電雙層電容器所使用之纖維素製之不織紙等。於該等分隔件之單面或兩面亦可積層有包含有機或無機之微粒子的膜。於分隔件之內部亦可包含有機或無機之微粒子。 分隔件之厚度較佳為5 μm以上且35 μm以下。藉由設為5 μm以上之厚度,而有由內部之微短路引起之自放電變小之傾向,故而較佳。藉由設為35 μm以下之厚度,而有蓄電元件之輸出特性變高之傾向,故而較佳。 包含有機或無機之微粒子之膜較佳為1 μm以上且10 μm以下。藉由設為1 μm以上之厚度,而有由內部之微短路引起之自放電變小之傾向,故而較佳。藉由設為10 μm以下之厚度,而有蓄電元件之輸出特性變高之傾向,故而較佳。 <外裝體> 於本實施形態中,作為外裝體,可使用金屬罐、層壓膜等。 作為層壓膜,較佳為將金屬箔與樹脂膜積層而成之膜,可例示包含外層樹脂膜/金屬箔/內裝樹脂膜之3層構成者。外層樹脂膜係用以防止金屬箔因接觸等而受到損傷之情況者,可適宜地使用尼龍或聚酯等樹脂。金屬箔係用以防止水分及氣體之透過者,可適宜地使用銅、鋁、不鏽鋼等之箔。內裝樹脂膜係用以保護金屬箔不受其內部所收納之電解液影響,並且於外裝體之熱密封時進行熔融封口者,可適宜地使用聚烯烴、酸改性聚烯烴等。 第三實施形態中之外裝體具有至少一個能夠將外裝體內之壓力控制為低壓之閥。作為第三實施形態之非水系鋰蓄電元件所使用之外裝體,係使用金屬製外裝體。使用金屬製外裝體係於耐衝擊性、耐振動性及散熱性較高之方面上有利。作為構成外裝體之金屬,並無特別限定,例如可使用鐵、鋁等金屬材料,就所獲得之非水系鋰蓄電元件之輕量化之觀點而言,較佳為鋁。作為外裝體之形狀,就使剩餘體積變得最小之觀點而言,於電極體為積層體或者扁平形狀之捲繞體之情形時,較佳為角型,於圓筒形狀之捲繞體之情形時,較佳為圓筒型。 <排氣閥> 作為第三本實施形態之非水系鋰蓄電元件所使用之能夠將外裝體內之壓力控制為低壓之閥、即排氣閥,並無特別限定,可列舉:藉由彈力預先將閥關閉,於規定壓力下使閥開始打開之構造之閥;用環狀體按住閥膜,並將環狀體雷射熔接於金屬製外裝體之金屬蓋之閥;及將耐溶劑性之彈性體作為閥體之安全閥等。將附帶排氣閥之金屬製蓋安裝於非水系鋰蓄電元件時,可於非水系電解液之注液及含浸後在真空密封時進行安裝,亦可於鋰摻雜後進行安裝。 作為排氣閥之作動壓,外裝體之內壓較佳為0.01 MPa以上且0.15 MPa以下,更佳為0.05 MPa以上且0.1 MPa以下。若為0.01 MPa以上,則不會因振動等外力而作動,會因由外裝體內所產生之氣體引起之內壓上升而作動,因此可有選擇地僅將氣體成分釋放至外部。若為0.15 MPa以下,則外裝體不會因內壓而變形,並可於開封時降低對周圍之物理性衝擊。 <非水系電解液> 本實施形態中之電解液係非水系電解液。即,該電解液包含下述之非水溶劑。非水系電解液係以非水系電解液之總量作為基準而含有0.5 mol/L以上之鋰鹽。即,非水系電解液包含鋰離子作為電解質。 關於本實施形態之非水系電解液,作為鋰鹽,例如可單獨使用(LiN(SO2 F)2 )、LiN(SO2 CF3 )2 、LiN(SO2 C2 F5 )2 、LiN(SO2 CF3 )(SO2 C2 F5 )、LiN(SO2 CF3 )(SO2 C2 F4 H)、LiC(SO2 F)3 、LiC(SO2 CF3 )3 、LiC(SO2 C2 F5 )3 、LiCF3 SO3 、LiC4 F9 SO3 、LiPF6 、LiBF4 等,亦可將2種以上混合而使用。含有LiPF6 及/或LiN(SO2 F)2 時由於可顯示出較高之傳導度,故而較佳。 本實施形態中之非水系電解液包含至少1種以上之鋰鹽即可,除上述鋰鹽以外,亦可含有選自由鈉鹽、鉀鹽、銣鹽、及銫鹽所組成之群中之鹼金屬鹽;以及/或選自由鈹鹽、鎂鹽、鈣鹽、鍶鹽、及鋇鹽所組成之群中之鹼土金屬鹽。 於非水系電解液含有鋰以外之上述鹼金屬鹽之情形時,由於斯托克斯半徑小於鋰離子之鈉離子、鉀離子、銣離子、及銫離子具有較高之離子傳導度,故而可獲得低電阻之非水系鋰蓄電元件。於非水系電解液含有鋰以外之上述鹼土金屬鹽之情形時,由於鈹離子、鎂離子、鈣離子、鍶離子、及鋇離子為2價之陽離子,故而可獲得高電容之非水系鋰蓄電元件。 作為使鋰鹽以外之上述鹼金屬鹽、及/或鹼土金屬鹽含於非水系電解液中之方法,並無特別限定,例如可列舉:使鋰鹽、與鋰鹽以外之鹼金屬鹽及/或鹼土金屬鹽預先溶解於非水系電解液中之方法; 使選自由M2 O等氧化物、 MOH等氫氧化物、 MF、及MCl等鹵化物、 M2 (CO2 )2 等草酸鹽、以及 RCOOM等羧酸鹽 (式中,R為H、烷基、或芳基,M為選自Na、K、Rb、及Cs中之1種以上)所組成之群中之1種以上含於正極前驅體中,於下述之鋰摻雜進行分解之方法; 使選自由選自BeCO3 、MgCO3 、CaCO3 、SrCO3 、或BaCO3 中之鹼土金屬碳酸鹽、以及 鹼土金屬氧化物、鹼土金屬氫氧化物、鹼土金屬鹵化物、鹼土金屬草酸鹽、及鹼土金屬羧酸鹽 所組成之群中之1種以上含於正極前驅體中,於下述之鋰摻雜中進行分解之方法等。 非水系電解液中之鋰鹽濃度較佳為0.5 mol/L以上,更佳為0.5~2.0 mol/L。若鋰鹽濃度為0.5 mol/L以上,則充分地存在陰離子,因此可使蓄電元件之電容充分高。於鋰鹽濃度為2.0 mol/L以下之情形時,可防止未溶解之鋰鹽析出至非水系電解液中;及電解液之黏度變得過高,而傳導度及輸出特性難以降低,故而較佳。 於非水系電解液中含有鋰鹽以外之上述鹼金屬鹽、及/或鹼土金屬鹽之情形時,該等鹽之合計濃度較佳為0.5 mol/L以上,更佳為0.5~2.0 mol/L。 本實施形態之非水系電解液較佳為含有環狀碳酸酯及鏈狀碳酸酯作為非水溶劑。非水系電解液含有環狀碳酸酯及鏈狀碳酸酯於溶解所需濃度之鋰鹽之方面、及顯示出較高之鋰離子傳導度之方面有利。作為環狀碳酸酯,例如可列舉:碳酸乙二酯、碳酸丙二酯、碳酸丁二酯等所代表之碳酸烷二酯化合物。碳酸烷二酯化合物典型而言為未經取代。作為鏈狀碳酸酯,可列舉:碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲酯乙酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯等所代表之碳酸二烷基酯化合物。碳酸二烷基酯化合物典型而言為未經取代。 環狀碳酸酯及鏈狀碳酸酯之合計含量以非水系電解液之總質量作為基準,較佳為50質量%以上,更佳為65質量%以上,且較佳為95質量%以下,更佳為90質量%以下。若環狀碳酸酯及鏈狀碳酸酯之合計含量為50質量%以上,則能夠溶解所需濃度之鋰鹽,可顯示出較高之鋰離子傳導度。若環狀碳酸酯及鏈狀碳酸酯之合計含量為95質量%以下,則電解液可進而含有下述之添加劑。 本實施形態之非水系電解液亦可進而含有添加劑。作為添加劑,並無特別限制,例如可單獨使用磺內酯化合物、環狀磷腈、非環狀含氟醚、含氟環狀碳酸酯、環狀碳酸酯、環狀羧酸酯、及環狀酸酐等,或亦可將2種以上混合而使用。 於本實施形態中,就對電阻之不良影響較少之觀點、及抑制非水系電解液於高溫下之分解而抑制氣體產生之觀點而言,添加劑較佳為飽和環狀磺內酯化合物。作為飽和環狀磺內酯化合物,較佳為1,3-丙烷磺內酯、2,4-丁烷磺內酯、1,4-丁烷磺內酯、1,3-丁烷磺內酯或2,4-戊烷磺內酯,作為不飽和環狀磺內酯化合物,較佳為1,3-丙烯磺內酯或1,4-丁烯磺內酯,作為其他磺內酯化合物,可列舉:亞甲基雙(苯磺酸)、亞甲基雙(苯甲磺酸)、亞甲基雙(乙磺酸)、亞甲基雙(2,4,6,-三甲基苯磺酸)、及亞甲基雙(2-三氟甲基苯磺酸)。飽和環狀磺內酯化合物較佳為選擇選自該等中之至少1種以上。 本實施形態之非水系鋰型蓄電元件之非水系電解液中之磺內酯化合物之總含量以非水系電解液之總質量作為基準,較佳為0.1質量%~15質量%。若非水系電解液中之磺內酯化合物之總含量為0.1質量%以上,則會抑制高溫下之電解液之分解而變得能夠抑制氣體產生。若總含量為15質量%以下,則可抑制電解液之離子傳導度之降低,而可保持較高之輸入輸出特性。就兼顧較高之輸入輸出特性與耐久性之觀點而言,非水系鋰型蓄電元件之非水系電解液中所存在之磺內酯化合物之含量較佳為0.5質量%以上且10質量%以下,進而較佳為1質量%以上且5質量%以下。 作為環狀磷腈,例如可列舉:乙氧基五氟環三磷腈、二乙氧基四氟環三磷腈、苯氧基五氟環三磷腈等,較佳為選自該等中之1種以上。 非水系電解液中之環狀磷腈之含有率以非水系電解液之總量作為基準,較佳為0.5質量%~20質量%。若環狀磷腈之含有率為0.5質量%以上,則會抑制高溫下之電解液之分解而變得能夠抑制氣體產生。若環狀磷腈之含有率為20質量%以下,則可抑制電解液之離子傳導度之降低,而可保持較高之輸入輸出特性。基於以上原因,環狀磷腈之含有率較佳為2質量%以上且15質量%以下,進而較佳為4質量%以上且12質量%以下。 再者,該等環狀磷腈可單獨使用,或亦可將2種以上混合而使用。 作為非環狀含氟醚,例如可列舉:HCF2 CF2 OCH2 CF2 CF2 H、CF3 CFHCF2 OCH2 CF2 CF2 H、HCF2 CF2 CH2 OCH2 CF2 CF2 H、CF3 CFHCF2 OCH2 CF2 CFHCF3 等,其中,就電化學穩定性之觀點而言,較佳為HCF2 CF2 OCH2 CF2 CF2 H。 非環狀含氟醚之含量以非水系電解液之總量作為基準,較佳為0.5質量%以上且15質量%以下,進而較佳為1質量%以上且10質量%以下。若非環狀含氟醚之含量為0.5質量%以上,則非水系電解液對氧化分解之穩定性提高,而獲得高溫時耐久性較高之蓄電元件。若非環狀含氟醚之含量為15質量%以下,則可良好地保持電解質鹽之溶解度,且可較高地維持非水系電解液之離子傳導度,因此變得能夠顯示出高程度之輸入輸出特性。 再者,非環狀含氟醚可單獨使用,亦可將2種以上混合而使用。 關於含氟環狀碳酸酯,就與其他非水溶劑之相溶性之觀點而言,較佳為選用氟化碳酸乙二酯(FEC)及二氟化碳酸乙二酯(dFEC)。 含有氟原子之環狀碳酸酯之含量以非水系電解液之總量作為基準,較佳為0.5質量%以上且10質量%以下,進而較佳為1質量%以上且5質量%以下。若含有氟原子之環狀碳酸酯之含量為0.5質量%以上,則可於負極上形成優質之覆膜,而抑制負極上之電解液之還原分解,藉此獲得高溫下之耐久性較高之蓄電元件。若含有氟原子之環狀碳酸酯之含量為10質量%以下,則良好地保持電解質鹽之溶解度,且可較高地維持非水系電解液之離子傳導度,因此變得能夠顯示出高程度之輸入輸出特性。 再者,上述之含有氟原子之環狀碳酸酯可單獨使用,亦可將2種以上混合而使用。 關於環狀碳酸酯,較佳為碳酸伸乙烯酯。 環狀碳酸酯之含量以非水系電解液之總量作為基準,較佳為0.5質量%以上且10質量%以下,進而較佳為1質量%以上且5質量%以下。若環狀碳酸酯之含量為0.5質量%以上,則可於負極上形成優質之覆膜,而抑制負極上之電解液之還原分解,藉此獲得高溫時耐久性較高之蓄電元件。若環狀碳酸酯之含量為10質量%以下,則良好地保持電解質鹽之溶解度,且可較高地維持非水系電解液之離子傳導度,因此變得能夠顯示出高程度之輸入輸出特性。 作為環狀羧酸酯,例如可列舉:γ-丁內酯、γ-戊內酯、γ-己內酯、ε-己內酯等,較佳為使用選自該等中之1種以上。其中,就源於鋰離子解離度提高而電池特性提高之方面而言,尤佳為γ-丁內酯。 環狀羧酸酯之含量以非水系電解液之總量作為基準,較佳為0.5質量%以上且15質量%以下,進而較佳為1質量%以上且5質量%以下。若環狀酸酐之含量為0.5質量%以上,則可形成負極上之優質之覆膜,而抑制負極上之電解液之還原分解,藉此獲得高溫時耐久性較高之蓄電元件。若環狀羧酸酯之含量為15質量%以下,則良好地保持電解質鹽之溶解度,且可較高地維持非水系電解液之離子傳導度,因此變得能夠顯示出高程度之輸入輸出特性。 再者,上述之環狀羧酸酯可單獨使用,亦可將2種以上混合而使用。 關於環狀酸酐,較佳為選自琥珀酸酐、順丁烯二酸酐、甲基順丁烯二酸酐、及衣康酸酐中之1種以上。其中,就藉由工業上之易獲得性而抑制電解液之製造成本之方面、容易溶解至非水系電解液中之方面等而言,較佳為選自琥珀酸酐及順丁烯二酸酐之中。 環狀酸酐之含量以非水系電解液之總量作為基準,較佳為0.5質量%以上且15質量%以下,進而較佳為1質量%以上且10質量%以下。若環狀酸酐之含量為0.5質量%以上,則可於負極上形成優質之覆膜,而抑制負極上之電解液之還原分解,藉此獲得高溫時耐久性較高之蓄電元件。若環狀酸酐之含量為10質量%以下,則良好地保持電解質鹽之溶解度,且可較高地維持非水系電解液之離子傳導度,因此變得能夠顯示出高程度之輸入輸出特性。 再者,上述之環狀酸酐可單獨使用,亦可將2種以上混合而使用。 <非水系鋰蓄電元件之製造方法> [組裝] 組裝中所獲得之電極積層體可藉由將切割成單片形狀之正極前驅體及負極介隔分隔件進行積層而獲得積層體,將正極端子及負極端子連接至所獲得之積層體而進行製造。電極捲繞體可藉由將正極前驅體及負極介隔分隔件進行積層及捲繞而獲得捲繞體,將正極端子及負極端子連接至所獲得之捲繞體而進行製造。電極捲繞體之形狀可為圓筒型,亦可為扁平型。 正極端子及負極端子之連接之方法並無特別限定,可使用電阻熔接或超音波熔接等方法。 連接有端子之電極積層體或電極捲繞體較佳為藉由進行乾燥而將殘存溶劑除去。乾燥方法並無限定,可藉由真空乾燥等進行乾燥。殘存溶劑相對於正極活性物質層或負極活性物質層之重量,較佳為1.5質量%以下。若殘存溶劑為1.5%以下,則殘存於系統內之溶劑較少,而自放電特性提高,故而較佳。 較佳為乾燥之電極積層體或電極捲繞體於較佳為露點-40℃以下之乾燥環境下收納至金屬罐或層壓膜所代表之外裝體中,並於僅留有1個開口部之狀態下進行密封。若為露點-40℃以下,則水分難以附著於電極積層體或電極捲繞體,而殘存於系內之水較少,而自放電特性提高,故而較佳。外裝體之密封方法並無特別限定,可使用熱密封或脈衝密封等方法。 [注液、含浸、密封] 組裝後,對收納至外裝體中之電極積層體注入非水系電解液。於注液後,進而進行含浸,較理想為利用非水系電解液充分地浸漬正極、負極、及分隔件。於正極、負極、及分隔件中之至少一部分未浸漬電解液之狀態下,於下述之鋰摻雜操作中,摻雜不均勻地進行,因此所獲得之非水系鋰蓄電元件之電阻上升,或耐久性降低。作為含浸之方法,並無特別限制,例如可使用:將注液後之非水系鋰型蓄電元件於外裝體開口之狀態下設置於減壓腔室中,使用真空泵將腔室內設為減壓狀態,再次恢復至大氣壓之方法等。於含浸後,藉由一邊將外裝體開口之狀態之非水系鋰蓄電元件進行減壓一邊進行密封,而將其密閉。 [鋰摻雜] 於鋰摻雜中,作為較佳之操作,藉由對正極前驅體與負極之間施加電壓而使鋰化合物分解,使正極前驅體中之鋰化合物分解而釋放鋰離子,並於負極中將鋰離子還原,而對負極活性物質層預摻雜鋰離子。 於該鋰摻雜中,隨著正極前驅體中之鋰化合物之氧化分解而產生CO2 等氣體。因此,於施加電壓時,較佳為採用將所產生之氣體釋放至外裝體之外部之方法。作為該方法,例如可列舉:於使外裝體之一部分開口之狀態下施加電壓之方法;於預先對上述外裝體之一部分設置有排氣閥、氣體透過膜等適宜之氣體釋放機構之狀態下施加電壓之方法等。 [老化] 於鋰摻雜結束後,較佳為對非水系鋰蓄電元件進行老化。藉由老化而電解液中之溶劑於負極中分解,而負極表面形成鋰離子透過性之固體高分子覆膜。 作為老化之方法,並無特別限制,例如可使用於高溫環境下使電解液中之溶劑進行反應之方法等。 [排氣] 於老化結束後進而進行排氣,較佳為確實地除去電解液、正極、及負極中所殘存之氣體。於電解液、正極、及負極之至少一部分殘存有氣體之狀態下,由於離子傳導受到阻礙,故而導致所獲得之非水系鋰型蓄電元件之電阻上升。 作為排氣之方法,並無特別限制,例如可使用:於外裝體開口之狀態下將非水系鋰蓄電元件設置於減壓腔室中,使用真空泵將腔室內設為減壓狀態之方法等。 [蓄電元件之特性評價] (靜電電容) 本說明書中,所謂靜電電容Fa(F)係藉由以下之方法所獲得之值: 首先,將與非水系鋰型蓄電元件對應之單元(cell)於設定為25℃之恆溫槽內,以2 C之電流值進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而進行合計30分鐘之施加3.8 V之恆定電壓之恆定電壓充電。其後,將以2 C之電流值實施恆定電流放電直至2.2 V時之電容設為Q(C)。使用此處所獲得之Q及電壓變化ΔEx (V),根據靜電電容Fa=Q/ΔEx =Q/(3.8-2.2)而算出之值。 此處所謂電流之放電速率(亦稱為「C速率」)係指放電時之電流相對於放電電容之相對比率,一般而言,於自上限電壓進行恆定電流放電直至下限電壓時,將以1小時完成放電之電流值稱為1C。於本說明書中,自上限電壓3.8 V進行恆定電流放電直至下限電壓2.2 V時,將以1小時完成放電之電流值設為1C。 (內部電阻) 本說明書中,所謂內部電阻Ra(Ω)分別係指藉由以下之方法所獲得之值: 首先,將非水系鋰型蓄電元件於設定為25℃之恆溫槽內,以20 C之電流值對進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而進行合計30分鐘之施加3.8 V之恆定電壓之恆定電壓充電。繼而,將取樣間隔設為0.1秒,以20 C之電流值進行恆定電流放電直至2.2 V,而獲得放電曲線(時間-電壓)。於該放電曲線中,由放電時間2秒及4秒之時刻之電壓值,藉由線性近似進行外插,將所獲得之放電時間=0秒時的電壓設為Eo時,由降低電壓ΔE=3.8-Eo作為Ra=ΔE/(20C之電流值)而算出之值。 [高負載充放電循環試驗] 於本說明書中,高負載充放電循環試驗後之電阻變化率及電容維持率係藉由以下之方法進行測定。 (高負載充放電循環後之電阻變化率) 首先,將與非水系鋰蓄電元件對應之單元於設定為25℃之恆溫槽內,以200 C或300 C之電流值進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而以200 C或300 C之電流值進行恆定電流放電直至達到2.2 V。將該高負載充放電循環反覆進行60000次,依據上述內部電阻之測定方法對高負載充放電循環後之內部電阻Rb進行測定。將Rb/Ra設為高負載充放電循環後之電阻變化率。高負載充放電循環試驗後之電阻變化率Rb/Ra較佳為2.0以下,更佳為1.5以下,進而較佳為1.2以下。若高負載充放電循環試驗後之電阻變化率為上述之上限值以下,則即便反覆進行充放電,亦維持裝置之特性。因此,可長期穩定地獲得優異之輸出特性電,而實現裝置之長壽命化。 (高負載充放電循環後之電容維持率) 將高負載充放電循環反覆進行60000次後,利用上述之方法進行靜電電容測定,藉此求出Fb,與試驗開始前之靜電電容Fa進行比較,藉此求出相對於試驗開始前之高負載充放電循環試驗後之電容維持率。此時,若Fb/Fa為1.01以上,則即便為例如長時間進行過充放電之蓄電元件,亦可提取充分電容之能量,因此可延長蓄電元件之更換週期,故而較佳。 (高溫保存試驗後之氣體產生量) 本說明書中,高溫保存試驗時之氣體產生量係藉由以下之方法進行測定: 首先,將與非水系鋰蓄電元件對應之單元於設定為25℃之恆溫槽內,以100 C之電流值進行恆定電流充電直至4.0 V,繼而進行施加4.0 V之恆定電壓之恆定電壓充電10分鐘。其後,將單元保存於60℃環境下,每隔2週自60℃環境中取出,利用上述之充電操作將單元電壓充電至4.0 V後,再次將單元保存於60℃環境下。將該操作反覆進行,藉由阿基米德法對保存開始前之單元體積Va、保存試驗2個月後之單元體積Vb進行測定。作為利用阿基米德法之體積測定所使用之溶劑,並無特別限定,較佳為使用導電度為10 μS/cm以下,且於浸漬有非水系鋰蓄電元件之情形時電解難以發生之溶劑。例如適宜為使用純水、氟系惰性液體。尤其是就具有較高之比重且具有優異之電氣絕緣性之觀點而言,適宜為使用氟系惰性液體、例如Fluorinert(註冊商標,日本3M股份有限公司)FC-40、FC-43等。將Vb-Va設為於單元電壓4.0 V及環境溫度60℃下保存了2個月時所產生之氣體量。根據靜電電容Fa進行規格化所獲得之值B=(Vb-Va)/Fa係高溫保存試驗中之規格化產生氣體量。 將針對高溫保存試驗後之單元,使用與常溫內部電阻同樣之測定方法所獲得之電阻值設為高溫保存試驗後之內部電阻Rc。 關於條件(a),於長期曝露於高溫環境下之情形時,就表現出對大電流而言充分之充電電容與放電電容之觀點而言,Rc/Ra較佳為3.0以下,更佳為1.5以下,進而較佳為1.2以下。若Rc/Ra為上述之上限值以下,則可長期穩定地獲得優異之輸出特性,因此實現裝置之長壽命化。 關於條件(b),就抑制因所產生之氣體而使元件之特性降低之觀點而言,於單元電壓4.0 V及環境溫度60℃下保存了2個月時所產生之氣體量以25℃下所測得之值計,較佳為30×10-3 cc/F以下,更佳為15×10-3 cc/F以下,進而較佳為5×10-3 cc/F以下。若於上述之條件下所產生之氣體量為上述之上限值以下,則即便將裝置長期曝露於高溫下之情形時,因氣體產生而導致單元膨脹之可能性亦較低。因此,可獲得具有充分之安全性及耐久性之蓄電元件。 [過充電試驗] 本說明書中,過充電試驗係藉由以下之方法進行測定: 首先,將熱電偶貼附於與非水系鋰蓄電元件對應之單元之負極端子、正極端子、及外裝體之中央部,於已設定為25℃之防爆規格之恆溫槽內,以20 C之電流值進行恆定電流充電直至達到4.0 V,繼而進行施加4.0 V之恆定電壓之恆定電壓充電10分鐘。其後,以20 C之電流值繼續充電直至單元電壓達到8.0 V,或者充電電容達到自4.0 V直至2.0 V之放電電容之2倍(設為2×Fa/3600(Ah))。過充電試驗中之電壓及溫度之取樣時間較佳為1秒鐘間隔以下。充電結束後,對負極端子之最高到達溫度、及非水系鋰蓄電元件之狀態進行觀察。 使用以下之評價基準進行評價。 著火:非水系鋰蓄電元件燃燒之狀態 破裂:非水系鋰蓄電元件之外裝體之一部分或全部破損,電極積層體之一部分或全部自外裝體飛出之狀態 開裂:非水系鋰蓄電元件之外裝體之一部分破損,電極積層體殘留於外裝體內部之狀態、或者非水系電解液自外裝體之破損部位流出至外部之狀態 未變化:外裝體沒有損傷之狀態、或者因氣體產生而外裝體膨脹之狀態 [漏液及腐蝕確認] 自外裝體或排氣閥之漏液確認係藉由以下之方法而確認。 首先,將與非水系鋰蓄電元件對應之單元於已設定為80℃之恆溫槽內保管1年,其後,利用目測確認外裝體及排氣閥以確認電解液有無漏液。將外裝體進行拆解,對外裝體內面進行觀察,利用目測確認有無腐蝕。 <電極中之鋰化合物之鑑定方法> 正極中所含之鋰化合物之鑑定方法並無特別限定,例如可藉由下述之方法進行鑑定。於鋰化合物之鑑定中,較佳為將以下所記載之複數種分析方法加以組合而進行鑑定。 於測定以下所記載之SEM-EDX、拉曼光譜、XPS時,較佳為於氬氣箱中將非水系鋰型蓄電元件進行拆解並取出正極,將附著於正極表面之電解質洗淨後進行測定。關於將正極進行洗淨之溶劑,只要可將附著於正極表面之電解質沖掉即可,因此可適宜地利用碳酸二甲酯、碳酸甲酯乙酯、碳酸二乙酯等碳酸酯溶劑。作為洗淨方法,例如可列舉如下方法:使正極浸漬於正極重量之50~100倍之碳酸二乙酯溶劑中10分鐘以上,其後更換溶劑再次浸漬正極,將正極自碳酸二乙酯中取出,進行真空乾燥後,實施SEM-EDX、拉曼光譜、XPS之分析。作為真空乾燥之條件,可使用如下條件:於溫度:0~200℃、壓力:0~20 kPa、時間:1~40小時之範圍內正極中之碳酸二乙酯之殘存量成為1質量%以下。關於碳酸二乙酯之殘存量,可對下述之蒸餾水洗淨、液量調整後之水之GC/MS進行測定,基於預先製作之校準曲線而進行定量。 關於下述之離子層析法,可藉由對利用蒸餾水將正極洗淨後之水進行分析而鑑定陰離子。 於利用上述分析方法而無法鑑定鋰化合物之情形時,亦可藉由使用作為其他分析方法之7 Li-固態NMR、XRD(X射線繞射)、TOF-SIMS(飛行時間型二次離子質譜分析)、AES(歐傑電子能譜)、TPD/MS(程式溫控脫附質譜分析)、DSC(示差掃描熱量分析)等而鑑定鋰化合物。 [掃描型電子顯微鏡-能量分散型X射線分析(SEM-EDX)] 含有氧之鋰化合物及正極活性物質可根據將觀察倍率設為1000倍~4000倍而測得之正極表面之SEM-EDX圖像之氧分佈分析加以判別。作為SEM-EDX圖像之測定例,可將加速電壓設為10 kV、發射電流設為1 μA、測定像素數設為256×256個像素、累計次數設為50次而進行測定。為了防止試樣之帶電,亦可藉由真空蒸鍍或濺鍍等方法,用金、鉑、鋨等對試樣進行表面處理。關於SEM-EDX圖像之測定方法,較佳為以於分佈分析圖中無達到最大亮度值之像素,亮度值之平均值處於最大亮度值之40%~60%之範圍內之方式調整亮度及對比度。對於所獲得之氧分佈分析,將含有面積50%以上之以亮度值之平均值作為基準進行二值化之明部的粒子設為鋰化合物。 [顯微拉曼光譜] 包含碳酸根離子之鋰化合物及正極活性物質可根據將觀察倍率設為1000倍~4000倍而測得之正極表面之拉曼成像加以判別。作為測定條件之例,可於將激發光設為532 nm、激發光強度設為1%、物鏡之長作動設為50倍、繞射光柵設為1800 gr/mm、分佈分析方式設為點掃描(狹縫65 mm、合併5 pix)、步距1 mm、每1點之曝光時間設為3秒、累計次數設為1次、有雜波濾波器之條件下進行測定。針對所測得之拉曼光譜,於1071~1104 cm-1 之範圍內設定直線之基準線,將與基準線相比為正之值作為碳酸根離子之波峰而算出面積,將頻率進行累計,此時自上述碳酸根離子之頻率分佈減去相對於將雜波成分利用高斯型函數進行近似之碳酸根離子波峰面積的頻率。 [X射線光電子光譜法(XPS)] 可藉由利用XPS對鋰之電子狀態進行分析,而可判別鋰之結合狀態。作為測定條件之例,可於將X射線源設為單色化AlKα、X射線束直徑設為100 μmf(25 W、15 kV)、通能設為細部掃描:58.70 eV、有電荷中和、掃描數設為細部掃描:10次(碳、氧)20次(氟)30次(磷)40次(鋰)50次(矽)、能階設為細部掃描:0.25 eV之條件下進行測定。較佳為於XPS之測定前利用濺鍍將正極之表面進行清潔。作為濺鍍之條件,例如可於加速電壓1.0 kV、2 mm×2 mm之範圍、1分鐘(以SiO2 換算為1.25 nm/min)之條件對正極之表面進行清潔。針對所獲得之XPS光譜,可將Li1s之鍵結能50~54 eV之波峰歸屬於LiO2 或Li-C鍵,將55~60 eV之波峰歸屬於LiF、Li2 CO3 、Lix POy Fz (x、y、z為1~6之整數),將C1s之鍵結能285 eV之波峰歸屬於C-C鍵,將286 eV之波峰歸屬於C-O鍵,將288 eV之波峰歸屬於COO,將290~292 eV之波峰歸屬於CO3 2- 、C-F鍵,將O1s之鍵結能527~530 eV之波峰歸屬於O2- (Li2 O),將531~532 eV之波峰歸屬於CO、CO3 、OH、POx (x為1~4之整數)、SiOx (x為1~4之整數),將533 eV之波峰歸屬於C-O、SiOx (x為1~4之整數),將F1s之鍵結能685 eV之波峰歸屬於LiF,將687 eV之波峰歸屬於C-F鍵、Lix POy Fz (x、y、z為1~6之整數)、PF6 - ;關於P2p之鍵結能,可將133 eV之波峰歸屬於POx (x為1~4之整數),將134~136 eV之波峰歸屬於PFx (x為1~6之整數),將Si2p之鍵結能99 eV之波峰歸屬於Si、矽化物,將101~107 eV之波峰歸屬於Six Oy (x、y為任意之整數)。針對所獲得之光譜,於波峰重合之情形時,較佳為假設高斯函數或勞侖茲函數進行波峰分離,而將光譜進行歸屬。根據上述中所獲得之電子狀態之測定結果及存在元素比之結果,可鑑定所存在之鋰化合物。 [離子層析法] 可藉由利用離子層析法對正極之蒸餾水洗淨液進行分析,而鑑定溶出至水中之陰離子種。作為所使用之管柱,可使用離子交換型、離子排除型、及逆相離子對型。作為檢測器,可使用導電度檢測器、紫外可見光吸光光度檢測器、電化學檢測器等,可使用在檢測器之前設置抑制器的抑制器方式、或不配置抑制器而將導電度較低之溶液用於溶離液之無抑制器方式。亦可將質譜儀或帶電粒子檢測與檢測器進行組合而進行測定,因此較佳為根據由SEM-EDX、拉曼光譜、XPS等之分析結果所鑑定出之鋰化合物,而組合適當之管柱、檢測器等。 若所使用之管柱或溶離液等條件固定,則樣品之保持時間根據每種離子種類成分而固定,又,波峰之響應之大小根據每種離子種而異,與濃度成比例。變得能夠藉由預先測定已確保溯源性之已知濃度之標準液,而進行離子種成分之定性與定量。 <鹼金屬元素之定量方法 ICP-MS> 針對正極,使用濃硝酸、濃鹽酸、王水等強酸進行酸分解,將所獲得之溶液以成為2%~3%之酸濃度之方式利用純水加以稀釋。關於酸分解,亦可適當進行加熱、加壓而將其分解。藉由ICP-MS對所獲得之稀釋液進行分析,較佳為此時預先添加已知量之元素作為內部標準。於測定對象之鹼金屬元素成為測定上限濃度以上之情形時,較佳為於維持稀釋液之酸濃度之情況下進一步加以稀釋。針對所獲得之測定結果,可基於使用化學分析用之標準液而預先製作之校準曲線,而對各元素進行定量。 <鋰化合物之定量方法> 將本實施形態中之正極中所含之鋰化合物之定量方法記載於以下。可將正極利用有機溶劑洗淨,其後利用蒸餾水洗淨,根據利用蒸餾水進行洗淨前後之正極重量變化而定量鋰化合物。所測定之正極之面積並無特別限制,就減輕測定之偏差之觀點而言,較佳為5 cm2 以上且200 cm2 以下,進而較佳為25 cm2 以上且150 cm2 以下。若面積為5 cm2 以上,則確保測定之再現性。若面積為200 cm2 以下,則樣品之操作性優異。關於利用有機溶劑所進行之洗淨,由於只要能夠除去正極表面所沈積之電解液分解物即可,故而有機溶劑並無特別限定,藉由使用鋰化合物之溶解度為2%以下之有機溶劑,會抑制鋰化合物之溶出,故而較佳。適宜地使用例如甲醇、丙酮等極性溶劑。 正極之洗淨方法係將正極於相對於正極之重量為50~100倍之甲醇溶液中充分地浸漬3天以上。此時,較佳為實施對容器封蓋等對策以阻止甲醇揮發。其後,將正極自甲醇中取出,進行真空乾燥(設為於溫度:100~200℃、壓力:0~10kPa、時間:5~20小時之範圍內正極中之甲醇之殘存量成為1質量%以下之條件;關於甲醇之殘存量,可測定下述之蒸餾水洗淨後之水之GC/MS,並基於預先製作之校準曲線進行定量),將此時之正極之重量設為M0 (g)。繼而,使正極於正極之重量之100倍(100 M0 (g))之蒸餾水中充分地浸漬3天以上。此時,較佳為實施對容器封蓋等對策以阻止蒸餾水揮發。於浸漬3天以上之後,自蒸餾水中取出正極(於測定上述之離子層析圖之情形時,以蒸餾水之量成為100 M0 (g)之方式調整液量),與上述之甲醇洗淨同樣地進行真空乾燥。將此時之正極之重量設為M1 (g),繼而為了測定所獲得之正極之集電體之重量,使用刮勺、刷子、毛刷等而除去集電體上之正極活性物質層。若將所獲得之正極集電體之重量設為M2 (g),則正極中所含之鋰化合物之質量%Z可根據(4)式而算出。 [數1] Z=100×[1-(M1 -M2 )/(M0 -M2 )] (4) <鋰化合物及活性物質量之定量方法 Cx1 、Cy1 及Cx2 、Cy2 之算出> 將第二實施形態中之正極活性物質層中所含之鋰化合物及活性物質量之定量方法記載於以下。 於氬氣箱中將非水系鋰蓄電元件拆解並取出電極積層體。將配置至電極積層體之最外層之正極切出,並利用有機溶劑將正極洗淨。此時,於積層有單片電極之電極積層體之情形時,只要將最外層之正極切出即可,於電極積層體為捲繞體之情形時,只要將未與負極對向之包含正極活性物質層之正極切出即可。作為有機溶劑,只要可將沈積在正極表面之電解液分解物除去即可,並無特別限定,藉由使用鋰化合物之溶解度為2%以下之有機溶劑而抑制鋰化合物之溶出。作為此種有機溶劑,例如可較佳地使用甲醇、乙醇、丙酮、乙酸甲酯等極性溶劑。所測定之正極之面積並無特別限制,就減輕測定之偏差之觀點而言,較佳為5 cm2 以上且200 cm2 以下,進而較佳為25 cm2 以上且150 cm2 以下。若面積為5 cm2 以上,則確保測定之再現性。若面積為200 cm2 以下,則樣品之操作性優異。 正極之洗淨方法係將正極於相對於正極之重量為50~100倍之乙醇溶液中充分地浸漬3天以上。於浸漬期間,較佳為例如對容器封蓋以阻止乙醇揮發。於浸漬3天以上之後,將正極自乙醇中取出,並進行真空乾燥。真空乾燥之條件係設為如下條件:於溫度:100~200℃、壓力:0~10kPa、時間:5~20小時之範圍內正極中之乙醇之殘存量成為1質量%以下。關於乙醇之殘存量,可測定下述之蒸餾水洗淨後之水之GC/MS,基於預先製作之校準曲線而進行定量。 將乾燥後所獲得之正極切成兩半,將一者設為正極Cx0 ,將另一者設為正極Cy0 ,將面積分別設為X(m2 )及Y(m2 )。使用刮勺、刷子、毛刷等而除去正極Cx0 之Cy 面之正極活性物質層、及正極Cy0 之Cx 面之正極活性物質層後,將正極Cx0 之重量設為M0x (g),將正極Cy0 之重量設為M0y (g)。繼而,將正極Cx0 及正極Cy0 於各自重量之100~150倍之蒸餾水中充分地浸漬3天以上。於浸漬期間,較佳為對容器封蓋以阻止蒸餾水揮發。浸漬3天以上之後,自蒸餾水中將正極Cx0 及正極Cy0 取出,以與上述之乙醇洗淨相同之方式進行真空乾燥。 將真空乾燥後之正極Cx0 及正極Cy0 之重量分別設為M1x (g)及M1y (g)。繼而,為了對所獲得之正極Cx0 及正極Cy0 之集電體之重量進行測定,而使用刮勺、刷子、毛刷等除去殘留於正極Cx0 及正極Cy0 之正極活性物質層。若將所獲得之正極Cx0 及正極Cy0 之正極集電體之重量分別設為M2x (g)及M2y (g),則正極Cx0 之鋰化合物量Cx1 (g/m2 )及正極Cy0 之鋰化合物量Cy1 (g/m2 )可根據下述(5)式算出。 Cx1 =(M0x -M1x )/X、及 Cy1 =(M0y -M1y )/Y (5) 正極活性物質層之Cx 面所含之每單位面積之活性物質量Cx2 (g/m2 )及正極活性物質層之Cy 面所含之每單位面積之活性物質量Cy2 (g/m2 )可根據下式(6)而算出。 Cx2 =(M1x -M2x )/X、及 Cy2 =(M1y -M2y )/Y (6) 再者,於正極活性物質層中包含複數種鋰化合物之情形時; 於除鋰化合物以外,亦包含M2 O等氧化物、MOH等氫氧化物、MF或MCl等鹵化物、M2 (CO2 )2 等草酸鹽、RCOOM等羧酸鹽之情形時(式中,R為H、烷基、或芳基,M為選自Na、K、Rb、及Cs中之1種以上);以及 於正極活性物質層包含選自BeCO3 、MgCO3 、CaCO3 、SrCO3 、及BaCO3 中之鹼土金屬碳酸鹽、或鹼土金屬氧化物、鹼土金屬氫氧化物、鹼土金屬鹵化物、鹼土金屬草酸鹽、鹼土金屬羧酸鹽之情形時; 將該等之總量以鋰化合物量之形式算出。 [實施例] 以下,表示實施例及比較例以使本發明之特徵進一步明確。然而,本發明不受以下之實施例任何限定。 以下,對第一實施形態之實施例及比較例具體地進行說明。 <實施例1> <正極活性物質之製備> [活性碳1a1 之製備例] 將已破碎之椰子殼碳化物於小型碳化爐中,於氮氣中,於500℃下碳化處理3小時,而獲得碳化物。將所獲得之碳化物放入活化爐內,將1 kg/h之水蒸汽於利用預熱爐進行加溫之狀態下導入至上述活化爐內,以8小時升溫至900℃而進行活化。取出活化後之碳化物,並於氮氣環境下進行冷卻,而獲得經活化之活性碳。將所獲得之活性碳進行12小時流水洗淨後進行脫水。其後,藉由在保持於125℃之電氣乾燥機內乾燥10小時後,利用球磨機粉碎1小時而獲得活性碳1a1 。 針對該活性碳1a1 ,使用島津製作所公司製造之雷射繞射式粒度分佈測定裝置(SALD-2000J)測定平均粒徑,結果為12.7 μm。又,使用Yuasa-ionics公司製造之細孔分佈測定裝置(AUTOSORB-1 AS-1-MP)測定細孔分佈。其結果為,BET比表面積為2330m2 /g,中孔量(V1 )為0.52 cc/g,微孔量(V2 )為0.88 cc/g,且V1 /V2 =0.59。 [活性碳2a1 之製備例] 針對酚樹脂,於氮氣環境下,於煅燒爐中,於600℃下碳化處理2小時後,利用球磨機進行粉碎,並進行分級,而獲得平均粒徑7 μm之碳化物。將該碳化物與KOH以質量比1:5加以混合,於氮氣環境下,於煅燒爐中,於800℃下加熱1小時而進行活化。其後,於已調整至濃度2 mol/L之稀鹽酸中攪拌洗淨1小時後,利用蒸餾水進行煮沸洗淨直至pH值穩定於5~6之間之後,進行乾燥,藉此獲得活性碳2a1 。 針對該活性碳2a1 ,使用島津製作所公司製造之雷射繞射式粒度分佈測定裝置(SALD-2000J)測定平均粒徑,結果為7.0 μm。又,使用Yuasa-ionics公司製造之細孔分佈測定裝置(AUTOSORB-1 AS-1-MP)測定細孔分佈。其結果為,BET比表面積為3627 m2 /g,中孔量(V1 )為1.50 cc/g,微孔量(V2 )為2.28 cc/g,且V1 /V2 =0.66。 <碳酸鋰之粉碎> 將平均粒徑53 μm之碳酸鋰200 g於濕度80%、溫度60℃之高溫高濕槽(ESPEC公司製造,SML-2)中靜置5小時。其後,使用AIMEX公司製造之粉碎機(液氮珠磨機LNM),於液氮中冷卻至-196℃後,使用乾冰珠,以周速10.0 m/s粉碎20分鐘。於-196℃下防止熱改性,並進行脆性破壞,藉此獲得碳酸鋰1,對該碳酸鋰1測定平均粒徑,結果為2.5 μm。 <正極前驅體之製造> 使用活性碳2a1 作為正極活性物質,使用碳酸鋰1作為鋰化合物而製造正極前驅體。 將活性碳2a1 55.5質量份、碳酸鋰1 32.0質量份、科琴黑3.0質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)1.5質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)8.0質量份、以及NMP(N-甲基吡咯啶酮)進行混合,使用PRIMIX公司製造之薄膜回轉型高速混合機FILMIX,於周速17 m/s之條件下將該混合物進行分散而獲得塗敷液。使用東機產業公司之E型黏度計TVE-35H對所獲得之塗敷液之黏度(ηb)及TI值進行測定。其結果為,黏度(ηb)為2,300 mPa・s,TI值為3.2。又,使用YOSHIMITSU SEIKI公司製造之粒度計對所獲得之塗敷液之分散度進行測定。其結果為,粒度為32 μm。使用TORAY ENGINEERING公司製造之模嘴塗佈機,於塗敷速度1 m/s之條件下將塗敷液塗敷於厚度15 μm之鋁箔之單面或兩面,於乾燥溫度120℃下進行乾燥而獲得正極前驅體1(單面)及正極前驅體1(兩面)。使用輥壓機,於壓力6 kN/cm、加壓部之表面溫度25℃之條件下對所獲得之正極前驅體1(單面)及正極前驅體1(兩面)進行加壓。對於所獲得之正極前驅體1(單面)及正極前驅體1(兩面)之正極活性物質層之膜厚,使用小野計器公司製造之膜厚計Linear Gauge Sensor GS-551,於正極前驅體1之任意10處進行測定,自所測得之厚度之平均值減去鋁箔之厚度而求出。其結果為,正極活性物質層之每一單面之厚度為62 μm。 <負極活性物質之製備> 使用Yuasa-ionics公司製造之細孔分佈測定裝置(AUTOSORB-1 AS-1-MP),藉由上述之方法對市售之人造石墨之BET比表面積及細孔分佈進行測定。其結果為,BET比表面積為3.1 m2 /g,平均粒徑為4.8 μm。 將該人造石墨300 g放入不鏽鋼網製之籠中,並放置於加入有煤系瀝青(軟化點:50℃)30 g之不鏽鋼製槽上,將兩者設置於電爐(爐內有效尺寸300 mm×300 mm×300 mm)內,進行熱反應,藉此獲得複合多孔質碳材料2a。該熱處理係於氮氣環境下進行,採用以12小時升溫至1000℃,並於同溫度下保持5小時之方法。繼而藉由自然冷卻冷卻至60℃後,將複合碳材料2a自爐中取出。 針對所獲得之複合碳材料2a,利用與上述相同之方法測定BET比表面積及細孔分佈。其結果為,BET比表面積為6.1 m2 /g,平均粒徑為4.9 μm。又,於複合碳材料2a中,源自煤系瀝青之碳質材料相對於活性碳之質量比率為2.0%。 <負極之製造> 使用複合碳材料2a作為負極活性物質而製造負極。 將複合碳材料2a 84質量份、乙炔黑10質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)6質量份、以及NMP(N-甲基吡咯啶酮)進行混合,使用PRIMIX公司製造之薄膜回轉型高速混合機FILMIX,於周速17 m/s之條件下將該混合物進行分散而獲得塗敷液。使用東機產業公司之E型黏度計TVE-35H測定所獲得之塗敷液之黏度(ηb)及TI值。其結果為,黏度(ηb)為2,326 mPa・s,TI值為2.7。使用TORAY ENGINEERING公司製造之模嘴塗佈機,於塗敷速度2 m/s之條件下將塗敷液塗敷於厚度10 μm之電解銅箔之兩面,於乾燥溫度120℃下進行乾燥而獲得負極1。使用輥壓機,於壓力5 kN/cm、加壓部之表面溫度25℃之條件下對所獲得之負極1進行加壓。對於上述中所獲得之負極1之負極活性物質層之膜厚,使用小野計器公司製造之膜厚計Linear Gauge Sensor GS-551,於負極1之任意10處進行測定,自所測得之厚度之平均值減去銅箔之厚度而求出。其結果為,負極活性物質層之每一單面之厚度為30 μm。 [負極每單位重量之電容之測定] 將上述中所獲得之負極1切出1塊1.4 cm×2.0 cm(2.8 cm2 )之大小,使用刮勺、刷子、毛刷將塗敷於銅箔之兩面之負極活性物質層之其中一層除去而製成工作電極,使用金屬鋰分別作為相對電極及參考電極,使用使LiPF6 以1.0 mol/L之濃度溶解於碳酸乙二酯(EC)與碳酸甲酯乙酯(EMC)之體積比1:1混合溶劑中而成之非水系溶液作為電解液,於氬氣箱中製作電化學電池。 針對所獲得之電化學電池,使用Toyo System公司製造之充放電裝置(TOSCAT-3100U),按照下述之順序測定初期充電電容。 對於電化學電池,於溫度25℃下以電流值0.5 mA/cm2 進行恆定電流充電直至電壓值成為0.01 V後,進而進行恆定電壓充電直至電流值成為0.01 mA/cm2 。將該恆定電流充電及恆定電壓充電時之充電電容設為初次充電電容並進行評價,結果為0.74 mAh,負極1之每單位質量之電容(鋰離子之摻雜量)為545 mAh/g。 <電解液之製備> 使用碳酸乙二酯(EC):碳酸甲酯乙酯(EMC)=33:67(體積比)之混合溶劑作為有機溶劑,以相對於全部電解液,LiN(SO2 F)2 及LiPF6 之濃度比為75:25(莫耳比),且LiN(SO2 F)2 及LiPF6 之濃度和成為1.2 mol/L之方式溶解各自之電解質鹽,而獲得非水系電解液1。電解液1中之LiN(SO2 F)2 及LiPF6 之濃度分別為0.9 mol/L及0.3 mol/L。 <非水系鋰蓄電元件之製作> 對於所獲得之正極前驅體,以正極活性物質層成為10.0 cm×10.0 cm(100 cm2 )之大小之方式切出2塊正極前驅體1(單面),且切出19塊正極前驅體1(兩面)。繼而,對於負極1,以負極活性物質層成為10.1 cm×10.1 cm(102 cm2 )之大小切出20塊,並準備40塊10.3 cm×10.3 cm(106 cm2 )之聚乙烯製之分隔件(旭化成製造,厚度10 μm)。將該等以最外層成為正極前驅體1(單面)之方式且以正極前驅體、分隔件、負極之順序夾著分隔件以正極活性物質層與負極活性物質層對向之方式進行積層,而獲得電極積層體。將正極端子及負極端子超音波熔接於所獲得之電極積層體,放入至由鋁層壓包材形成之容器中,藉由熱密封將包含電極端子部之3邊進行密封。於溫度25℃、露點-40℃以下之乾燥空氣環境下,將非水系電解液約80 g於大氣壓下注入至已收納至鋁層壓包材中之電極積層體中,而製作合計2個非水系鋰蓄電元件。繼而,將非水系鋰蓄電元件放入至減壓腔室中,自大氣壓減壓至-87 kPa後,恢復至大氣壓,並靜置5分鐘。其後,將自大氣壓減壓至-87 kPa後,恢復至大氣壓之操作反覆進行4次後,靜置15分鐘。進而,自大氣壓減壓至-91 kPa後,恢復至大氣壓。同樣地將進行減壓後恢復至大氣壓之操作反覆進行合計7次(分別自大氣壓減壓至-95 kPa、-96 kPa、-97 kPa、-81 kPa、-97 kPa、-97 kPa、-97 kPa)。藉由以上之順序,使非水系電解液含浸至電極積層體中。 其後,藉由將非水系鋰蓄電元件放入至減壓密封機中,於已減壓至‑95 kPa之狀態下,於180℃下、0.1 MPa之壓力下密封10秒鐘,而將鋁層壓包材加以密封。 [鋰摻雜] 將所獲得之非水系鋰蓄電元件放入至溫度25℃、露點-60℃、氧濃度1 ppm之氬氣箱內。藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即,切斷非水系鋰蓄電元件之鋁層壓包材之剩餘部分而開封,使用Matsusada Precision公司製造之電源(P4LT18-0.2),以電流值50 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V之恆定電壓充電72小時。鋰摻雜結束後,使用FUJI IMPULSE公司製造之熱密封機(FA-300)將鋁層壓加以密封。 [老化] 將鋰摻雜後之非水系鋰蓄電元件自氬氣箱中取出,藉由在25℃環境下以50 mA進行恆定電流放電直至達到電壓3.0 V後,進行3.0 V恆定電流放電1小時,而將電壓調整至3.0 V。繼而,將非水系鋰蓄電元件於60℃之恆溫槽內保管48小時。 [排氣] 於溫度25℃、露點-40℃之乾燥空氣環境下,將老化後之非水系鋰蓄電元件之鋁層壓包材之一部分進行開封。繼而,將非水系鋰蓄電元件放入至減壓腔室中,使用隔膜泵(KNF公司製造,N816.3KT.45.18),以3分鐘自大氣壓減壓至-80 kPa後,以3分鐘恢復至大氣壓,將該操作合計重複進行3次。其後,將非水系鋰蓄電元件放入至減壓密封機中,減壓至-90 kPa後,於200℃下以0.1 MPa之壓力密封10秒鐘,藉此將鋁層壓包材加以密封。 <非水系鋰蓄電元件之評價> [靜電電容Fa之測定] 針對所獲得之非水系鋰蓄電元件中之1個,於已設定為25℃之恆溫槽內,使用Fujitsu Telecom Networks Fukushima股份有限公司製造之充放電裝置(5 V,360 A),以2 C之電流值(1.5 A)進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而將施加3.8 V之恆定電壓之恆定電壓充電合計進行30分鐘。其後,以2 C之電流值(1.5 A)實施恆定電流放電直至2.2 V,將此時之電容設為Q[C],根據F=Q/(3.8-2.2)算出之靜電電容Fa為1767 F。 [內部電阻Ra之算出] 針對非水系鋰蓄電元件,於已設定為25℃之恆溫槽內,使用Fujitsu Telecom Networks Fukushima股份有限公司製造之充放電裝置(5 V,360 A),以20 C之電流值(10 A)進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而將施加3.8 V之恆定電壓之恆定電壓充電合計進行30分鐘。其後將取樣時間設為0.1秒,以20 C之電流值(10 A)進行恆定電流放電直至2.2 V,而獲得放電曲線(時間-電壓)。於該放電曲線中,將由放電時間2秒及4秒之時刻之電壓值藉由線性近似進行外插而獲得之放電時間=0秒之電壓設為Eo,根據降低電壓ΔE=3.8-Eo、及R=ΔE/(電流值20 C)而算出內部電阻Ra,結果為0.54 mΩ。 [高溫保存試驗] 針對非水系鋰蓄電元件,於已設定為25℃之恆溫槽內,使用FUJITSU TELECOM NETWORKS股份有限公司製造之充放電裝置(5 V,360 A),以100 C之電流值進行恆定電流充電直至達到4.0 V,繼而將施加4.0 V之恆定電壓之恆定電壓充電合計進行10分鐘。其後,將單元保存至60℃環境下,每隔2週自60℃環境中取出,利用同樣之充電操作將單元電壓充電至4.0 V後,再次將單元於60℃環境下進行保存。將該操作反覆實施2個月,將Fluorinert(註冊商標,日本3M股份有限公司)FC-40作為測定溶劑,於25℃環境下藉由阿基米德法對保存試驗開始前之單元體積Va、保存試驗2個月後之單元體積Vb進行測定。利用靜電電容Fa將根據Vb-Va所求出之氣體產生量進行規格化所獲得之值B為1.22×10-3 cc/F。 對於高溫保存試驗後之非水系鋰蓄電元件,算出內部電阻Rb,結果為0.58 mΩ,且Rb/Ra之值為1.07。 [高負載充放電循環試驗] 針對非水系鋰蓄電元件,於已設定為25℃之恆溫槽內,使用Fujitsu Telecom Networks Fukushima股份有限公司製造之充放電裝置(5 V,360 A),以200 C之電流值(150 A)進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而以300 C之電流值進行恆定電流放電直至達到2.2 V,將該充放電操作不停頓地重複進行60000次。循環結束後,以20 C之電流值(15 A)充電至4.5 V,其後繼續進行恆定電壓充電1小時。其後測定靜電電容Fb,結果為1851 F,且Fb/Fa=1.05。 <U1 、U2 之算出> [正極試樣之製備] 將上述中所獲得之剩餘之非水系鋰蓄電元件於露點溫度-72℃之氬氣箱中進行拆解,將於兩面塗敷有正極活性物質層之正極切出10 cm×5 cm之大小,並浸漬於30 g之碳酸二乙酯溶劑中,偶爾利用鑷子挪動正極,進行10分鐘洗淨。繼而取出正極,於氬氣箱中進行5分鐘風乾,將正極浸漬於新準備之30 g之碳酸二乙酯溶劑中,藉由與上述相同之方法洗淨10分鐘。將正極自氬氣箱中取出,使用真空乾燥機(大和科學製造,DP33),於溫度25℃、壓力1 kPa之條件下進行20小時乾燥,而獲得正極試樣1。 [正極表面SEM及EDX測定] 自正極試樣1切出1 cm×1 cm之小片,於10 Pa之真空中,藉由濺鍍對表面塗佈金。繼而於以下所示之條件下,於大氣曝露下測定正極表面之SEM、及EDX。 (SEM-EDX測定條件) ・測定裝置:Hitachi High-Technologies製造,電解發射型掃描型電子顯微鏡 FE-SEM S-4700 ・加速電壓:10 kV ・發射電流:1 μA ・測定倍率:2000倍 ・電子束入射角度:90° ・X射線取出角度:30° ・空載時間:15% ・分佈分析元素:C、O、F ・測定像素數:256×256個像素 ・測定時間:60 sec. ・累計次數:50次 ・以分佈分析圖中無達到最大亮度之像素,且亮度值之平均值處於最大亮度值之40%~60%之範圍內之方式調整亮度及對比度。 (SEM-EDX之分析) 對於所獲得之氧分佈分析及氟分佈分析,使用圖像分析軟體(Image J),以亮度值之平均值作為基準進行二值化。此時之氧分佈分析之面積相對於全部圖像為15.5%,氟分佈分析之面積為31.5%。進行二值化所得之氧分佈分析與氟分佈分析重合之面積相對於全圖像為14.0%,若將氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率設為U1 (%),則 根據U1 =100×14.0/15.1,U1 為90.3%。 [正極剖面SEM及EDX測定] 自正極試樣1切出1 cm×1 cm之小片,使用日本電子製之SM-09020CP,並使用氬氣,於加速電壓4 kV、光束直徑500 μm之條件下製作與正極試樣1之面方向垂直之剖面。其後,藉由上述方法而測定正極剖面SEM及EDX。 針對所獲得之正極剖面之SEM-EDX,以與上述相同之方式將氧分佈分析及氟分佈分析進行二值化,算出氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率U2 ,結果為40.1%。 [正極剖面之顯微拉曼測定] 針對上述經BIB(寬離子束)加工之正極試樣1,於以下之條件下測定顯微拉曼。 ・測定裝置:Renishaw製造 inVia Reflex ・觀察倍率:2000倍 ・激發光:532 nm ・功率:於試樣位置以成為0.7 mW之方式進行聚光 ・激發光強度:1% ・物鏡:長作動距離50倍 ・繞射光柵:1800 gr/mm ・每1點之曝光時間:3秒 ・累計次數:1次 ・有雜波濾波器 於正極剖面之厚度方向上對90 μm之範圍,於與厚度方向垂直之方向上對30 μm之範圍,以1 μm間隔進行點掃描,而獲得各測定點之拉曼光譜。針對所獲得之拉曼光譜中於1086 cm-1 處所觀測到之碳酸根離子之波峰,自1071 cm-1 劃直線之基準線至1104 cm-1 ,將較基準線出現於正區域之面積與較基準線出現於負區域之面積分別以波峰面積之形式算出。使較基準線出現於負區域之面積之符號成為負值。繪製該碳酸根離子之波峰面積之空間分佈,而獲得碳酸根離子之成像圖像。 碳酸根離子分佈分析之面積比率係以下述方式算出。於各測定位置所獲得之2700點之拉曼光譜中,於1071、1104 cm-1 之位置設定直線之基準線,將高於基準線之部分之面積設為正,將低於基準線之部分之面積設為負,設為面積(a)。製作該面積(a)之分佈分析資料。繼而,將面積(a)之最大值至最小值分割為100個區間數,而製作柱狀圖1。其次,於柱狀圖1中,針對產生最大度數之面積值之負側之部分,使用高斯函數,藉由最小平方法進行擬合,藉此將雜波成分利用高斯函數進行近似。自原柱狀圖1減去該擬合之高斯函數的差量成為CO3 2- 之波峰面積之柱狀圖2。於該柱狀圖2中,對於產生最大頻率之面積(b)以上之累積頻率,求出CO3 2- 離子之分佈分析度數,結果為272。藉由將其除以整體之度數2700,而算出碳酸根離子分佈分析之面積比率S,結果求出為10.1%。 <鋰化合物之定量> 將上述中所獲得之正極試樣1切出5 cm×5 cm之大小(重量0.259 g),浸漬於20 g之甲醇中,對容器封蓋,於25℃環境下靜置3天。其後取出正極,於120℃、5 kPa之條件下真空乾燥10小時。此時之正極重量M0 為0.252 g,針對洗淨後之甲醇溶液,於預先製作有校準曲線之條件下測定GC/MS,確認到碳酸二乙酯之存在量未達1%。繼而,將正極含浸至25.20 g之蒸餾水中,對容器封蓋,並於45℃環境下靜置3天。靜置3天後之蒸餾水之重量為24.87 g,因此追加蒸餾水0.33 g。其後取出正極,於150℃、3 kPa之條件下真空乾燥12小時。此時之正極重量M1 為0.237 g,針對洗淨後之蒸餾水,於預先製作有校準曲線之條件下測定GC/MS,確認到甲醇之存在量未達1%。其後,使用刮勺、刷子、毛刷除去正極集電體上之活性物質層,測定正極集電體之重量M2 ,結果為0.099 g。依據(4)式,對正極中之碳酸鋰量Z進行定量,結果為9.8質量%。 <實施例2> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.6 V後,繼而繼續進行4.6 V恆定電壓充電40小時,除此以外,藉由與實施例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例3> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與實施例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例4> 對於碳酸鋰之粉碎,於液氮中冷卻至-196℃後,使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s進行10分鐘粉碎,除此以外,藉由與實施例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例5> 對於碳酸鋰之粉碎,於液氮中冷卻至-196℃後,使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s粉碎5分鐘,除此以外,藉由與實施例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例6> 對於碳酸鋰之粉碎,於液氮中冷卻至-196℃後,使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s進行3分鐘粉碎,除此以外,藉由與實施例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例7> 對於碳酸鋰之粉碎,於液氮中冷卻至-196℃後,使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s進行20分鐘粉碎,對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即於45℃環境下,以電流值200 mA進行恆定電流充電至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電20小時,除此以外,藉由與實施例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例8> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與實施例7相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例9> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電5小時,除此以外,藉由與實施例7相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例10> 對於碳酸鋰之粉碎,於液氮中冷卻至-196℃後,使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s粉碎5分鐘,除此以外,藉由與實施例7相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例11> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電2小時,除此以外,藉由與實施例10相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例12> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電6小時,除此以外,藉由與實施例10相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例13> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電1小時,除此以外,藉由與實施例10相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例14> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.2 V後,繼而繼續進行4.2 V恆定電壓充電1小時,除此以外,藉由與實施例10相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例1> 對於碳酸鋰之粉碎,於25℃環境下,使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s粉碎5分鐘,除此以外,藉由與實施例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例2> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.6 V後,繼而繼續進行4.6 V恆定電壓充電40小時,除此以外,藉由與比較例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例3> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與比較例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例4> 對於碳酸鋰之粉碎,於25℃環境下使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s進行2分鐘粉碎,除此以外,藉由與實施例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例5> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與比較例4相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例6> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與比較例4相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例7> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即於45℃環境下,以電流值200 mA進行恆定電流充電至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電20小時,除此以外,藉由與比較例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例8> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.6 V後,繼而繼續進行4.6 V恆定電壓充電40小時,除此以外,藉由與比較例7相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例9> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與比較例7相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例10> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即於0℃環境下,以電流值200 mA進行恆定電流充電至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電20小時,除此以外,藉由與比較例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例11> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.6 V後,繼而繼續進行4.6 V恆定電壓充電40小時,除此以外,藉由與比較例10相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例12> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與比較例10相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 將實施例1~14、比較例1~12之非水系鋰蓄電元件之評價結果示於表1。 [表1] <實施例15> <碳酸鋰之粉碎> 將平均粒徑53 μm之碳酸鋰200 g於濕度70%、溫度45℃之高溫高濕槽(ESPEC公司製造,SML-2)中靜置5小時。其後,使用AIMEX公司製造之粉碎機(液氮珠磨機LNM),於液氮中冷卻至-196℃後,使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s進行30分鐘粉碎。於-196℃下防止熱改性,進行脆性破壞,藉此獲得碳酸鋰2,對該碳酸鋰2測定平均粒徑,結果為4.5 μm。 <正極前驅體之製造> 使用活性碳1a1 作為正極活性物質,使用碳酸鋰2作為鋰化合物而製造正極前驅體。 將活性碳1a1 50.5質量份、碳酸鋰2 40.0質量份、科琴黑3.0質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)1.5質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)5.0質量份、以及NMP(N-甲基吡咯啶酮)進行混合,使用PRIMIX公司製造之薄膜回轉型高速混合機FILMIX,於周速17 m/s之條件下將該混合物進行分散而獲得塗敷液。使用東機產業公司之E型黏度計TVE-35H測定所獲得之塗敷液之黏度(ηb)及TI值。其結果為,黏度(ηb)為2,230 mPa・s,TI值為3.8。又,使用YOSHIMITSU SEIKI公司製造之粒度計測定所獲得之塗敷液之分散度。其結果為,粒度為42 μm。使用TORAY ENGINEERING公司製造之模嘴塗佈機,於塗敷速度1 m/s之條件下將塗敷液塗敷於厚度15 μm之鋁箔之單面或兩面,於乾燥溫度120℃下進行乾燥而獲得正極前驅體2(單面)及正極前驅體2(兩面)。使用輥壓機,於壓力6 kN/cm、加壓部之表面溫度25℃之條件下對所獲得之正極前驅體2(單面)及正極前驅體2(兩面)進行加壓。對於上述中所獲得之正極前驅體2(單面)及正極前驅體2(兩面)之正極活性物質層之膜厚,使用小野計器公司製造之膜厚計Linear Gauge Sensor GS-551,於正極前驅體2之任意10處進行測定,自所測得之厚度之平均值減去鋁箔之厚度而求出。其結果為,正極活性物質層之每一單面之厚度為62 μm。 <負極活性物質之製備> 使用Yuasa-ionics公司製造之細孔分佈測定裝置(AUTOSORB-1 AS-1-MP),並藉由上述之方法對市售之椰子殼活性碳之BET比表面積及細孔分佈進行測定。其結果為,BET比表面積為1,790 m2 /g,中孔量(V1 )為0.199 cc/g,微孔量(V2 )為0.698 cc/g且V1 /V2 =0.29,並且平均細孔徑為20.1 Å。 將該椰子殼活性碳300 g放入至不鏽鋼網製之籠中,並放置於加入有煤系瀝青(軟化點:50℃)540 g之不鏽鋼製槽上,將兩者設置於電爐(爐內有效尺寸300 mm×300 mm×300 mm)內,進行熱反應,藉此獲得複合多孔質碳材料1a。該熱處理係於氮氣環境下進行,採用以8小時升溫至600℃,並於同溫度下保持4小時之方法。繼而藉由自然冷卻冷卻至60℃後,將複合碳材料1a自爐中取出。 針對所獲得之複合碳材料1a,藉由與上述相同之方法測定BET比表面積及細孔分佈。其結果為,BET比表面積為262 m2 /g,中孔量(Vm1 )為0.186 cc/g,微孔量(Vm2 )為0.082 cc/g且Vm1 /Vm2 =2.27。又,於複合碳材料1a中,源自煤系瀝青之碳質材料相對於活性碳之質量比率為78%。 <負極之製造> 使用複合碳材料1a作為負極活性物質而製造負極。 將複合碳材料1a 84質量份、乙炔黑10質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)6質量份、以及NMP(N-甲基吡咯啶酮)進行混合,使用PRIMIX公司製造之薄膜回轉型高速混合機FILMIX,於周速17 m/s之條件下將該混合物進行分散而獲得塗敷液。使用東機產業公司之E型黏度計TVE-35H測定所獲得之塗敷液之黏度(ηb)及TI值。其結果為,黏度(ηb)為2,789 mPa・s,TI值為4.3。使用TORAY ENGINEERING公司製造之模嘴塗佈機,於塗敷速度2 m/s之條件下將塗敷液塗敷於厚度10 μm之電解銅箔之兩面,於乾燥溫度120℃下進行乾燥而獲得負極2。使用輥壓機,於壓力5 kN/cm、加壓部之表面溫度25℃之條件下對所獲得之負極2進行加壓。對於上述中所獲得之負極2之負極活性物質層之膜厚,使用小野計器公司製造之膜厚計Linear Gauge Sensor GS-551,於負極2之任意10處進行測定,自所測得之厚度之平均值減去銅箔之厚度而求出。其結果為,負極活性物質層之每一單面之厚度為40 μm。 [負極每單位重量之電容之測定] 將上述中所獲得之負極2切出1塊1.4 cm×2.0 cm(2.8 cm2 )之大小,使用刮勺、刷子、毛刷將塗敷於銅箔之兩面之負極活性物質層之單面之層除去而製成工作電極,使用金屬鋰分別作為相對電極及參考電極,使用使LiPF6 以1.0 mol/L之濃度溶解於碳酸乙二酯(EC)與碳酸甲酯乙酯(EMC)之體積比1:1混合溶劑中而成之非水系溶液作為電解液,於氬氣箱中製作電化學電池。 針對所獲得之電化學電池,使用Toyo System公司製造之充放電裝置(TOSCAT-3100U),按照下述之順序測定初期充電電容。 對於電化學電池,於溫度25℃下以電流值0.5 mA/cm2 進行恆定電流充電直至電壓值成為0.01 V後,進而進行恆定電壓充電直至電流值成為0.01 mA/cm2 。將該恆定電流充電及恆定電壓充電時之充電電容設為初次充電電容並進行評價,結果為1.6 mAh,負極2之每單位質量之電容(鋰離子之摻雜量)為1460 mAh/g。 <非水系鋰蓄電元件之製作> 使用正極前驅體2(單面)、正極前驅體2(兩面)、及負極2,除此以外,藉由與實施例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例16> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.6 V後,繼而繼續進行4.6 V恆定電壓充電40小時,除此以外,藉由與實施例15相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例17> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與實施例15相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例18> 對於碳酸鋰之粉碎,於液氮中冷卻至-196℃後,使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s進行10分鐘粉碎,除此以外,藉由與實施例15相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例19> 對於碳酸鋰之粉碎,於液氮中冷卻至-196℃後,使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s粉碎5分鐘,除此以外,藉由與實施例15相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例20> 對於碳酸鋰之粉碎,於液氮中冷卻至-196℃後,使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s進行3分鐘粉碎,除此以外,藉由與實施例15相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例21> 對於碳酸鋰之粉碎,於液氮中冷卻至-196℃後,使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s進行20分鐘粉碎,對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即於45℃環境下,以電流值200 mA進行恆定電流充電至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電20小時,除此以外,藉由與實施例15相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例22> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與實施例21相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例23> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電5小時,除此以外,藉由與實施例21相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例24> 對於碳酸鋰之粉碎,於液氮中冷卻至-196℃後,使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s粉碎5分鐘,除此以外,藉由與實施例21相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例25> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電2小時,除此以外,藉由與實施例24相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例26> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電6小時,除此以外,藉由與實施例24相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例27> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電1小時,除此以外,藉由與實施例24相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例28> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.2 V後,繼而繼續進行4.2 V恆定電壓充電1小時,除此以外,藉由與實施例24相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例13> 對於碳酸鋰之粉碎,於25℃環境下使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s粉碎5分鐘,除此以外,藉由與實施例15相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例14> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.6 V後,繼而繼續進行4.6 V恆定電壓充電40小時,除此以外,藉由與比較例13相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例15> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與比較例13相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例16> 對於碳酸鋰之粉碎,於25℃環境下使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s進行2分鐘粉碎,除此以外,藉由與實施例13相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例17> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與比較例16相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例18> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與比較例16相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例19> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即於45℃環境下,以電流值200 mA進行恆定電流充電至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電20小時,除此以外,藉由與比較例13相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例20> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.6 V後,繼而繼續進行4.6 V恆定電壓充電40小時,除此以外,藉由與比較例19相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例21> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與比較例19相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例22> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即於0℃環境下,以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電20小時,除此以外,藉由與比較例13相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例23> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.6 V後,繼而繼續進行4.6 V恆定電壓充電40小時,除此以外,藉由與比較例22相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例24> 對於非水系鋰蓄電元件之充電,藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值200 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電10小時,除此以外,藉由與比較例22相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 將實施例15~28、比較例13~24之非水系鋰蓄電元件之評價結果示於表2。 [表2] <實施例1~28、比較例1~24之評價> 認為藉由在-196℃之極低溫之條件將碳酸鋰粉碎,能夠在不受粉碎時之溫度上升之影響之情況下抑制碳酸鋰粒子表面產生缺陷。結果認為,可抑制碳酸鋰粒子之再凝集。進而,藉由預先於高露點環境下對碳酸鋰進行處理而會使碳酸鋰之表面活化,於碳酸鋰粒子之表面作為電解質之LiPF6 可高效率地分解,其結果為,所生成之氟化合物遍及各處地沈積於碳酸鋰粒子之表面,故而認為高溫保存特性及高負載充放電特性得到了改善。 <實施例29> 將平均粒徑73 μm之氫氧化鋰200 g於濕度50%、溫度45℃之高溫高濕槽(ESPEC公司製造,SML-2)中靜置30分鐘。其後,使用AIMEX公司製造之粉碎機(液氮珠磨機LNM),於液氮中冷卻至-196℃後,使用乾冰珠,以周速10.0 m/s進行60分鐘粉碎。於-196℃下防止熱改性,進行脆性破壞而獲得氫氧化鋰1,對該氫氧化鋰1測定平均粒徑,結果為3.5 μm。 使用所獲得之氫氧化鋰1,除此以外,藉由與實施例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。以與實施例1相同之方式對所獲得之非水系鋰蓄電元件進行評價,結果Fa為1704 F,Ra為0.63 mΩ,Fb為1763 F,Rb為0.69 mΩ,Fb/Fa為1.03,Rb/Ra為1.10,Z為10.8%,U1 為88.7%,U2 為34.8%,E為12.1%。 <比較例25> 關於氫氧化鋰之粉碎,於25℃環境下使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s粉碎5分鐘,而用作鋰化合物,除此以外,藉由與實施例29相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。以與實施例1相同之方式對所獲得之非水系鋰蓄電元件進行評價,結果Fa為824 F,Ra為2.43 mΩ,Fb為747 F,Rb為3.37 mΩ,Fb/Fa為0.91,Rb/Ra為1.39,Z為23.4%,U1 為32.7%,U2 為6.2%,E為25.2%。 <實施例30> 將平均粒徑83 μm之氧化鋰200 g於濕度50%、溫度45℃之高溫高濕槽(ESPEC公司製造,SML-2)中靜置30分鐘。其後,使用AIMEX公司製造之粉碎機(液氮珠磨機LNM),於液氮中冷卻至-196℃後,使用乾冰珠,以周速10.0 m/s進行120分鐘粉碎。於-196℃下防止熱改性,進行脆性破壞而獲得氧化鋰1,對該氧化鋰1測定平均粒徑,結果為5.2 μm。 使用所獲得之氧化鋰1,除此以外,藉由與實施例1相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。以與實施例1相同之方式對所獲得之非水系鋰蓄電元件進行評價,結果Fa為1721 F,Ra為0.59 mΩ,Fb為1772 F,Rb為0.66 mΩ,Fb/Fa為1.03,Rb/Ra為1.12,Z為11.3%,U1 為90.7%,U2 為39.8%,E為12.5%。 <比較例26> 關於氧化鋰之粉碎,於25℃環境下使用f1.0 mm之氧化鋯珠,以周速10.0 m/s粉碎5分鐘,而用作鋰化合物,除此以外,藉由與實施例30相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。以與實施例1相同之方式對所獲得之非水系鋰蓄電元件進行評價,結果Fa為872 F,Ra為2.78 mΩ,Fb為787F、Rb為4.11 mΩ,Fb/Fa為0.90,Rb/Ra為1.48,Z為24.1%,U1 為28.7%,U2 為4.5%,E為30.5%。 以下,對第二實施形態之實施例及比較例具體地進行說明。 <實施例31> <正極活性物質之製備> [活性碳1a2 之製備例] 將已破碎之椰子殼碳化物放入至小型碳化爐內,於氮氣環境中,於500℃下碳化處理3小時而獲得碳化物。將所獲得之碳化物放入活化爐內,將經預熱爐加溫之水蒸汽以1 kg/h導入至活化爐內,以8小時升溫至900℃而進行活化。取出活化後之碳化物,於氮氣環境下進行冷卻,而獲得經活化之活性碳。將所獲得之經活化之活性碳進行10小時流水洗淨後進行脫水,在保持於115℃之電氣乾燥機內乾燥10小時後,利用球磨機進行1小時粉碎,藉此獲得活性碳1a2 。 使用島津製作所公司製造之雷射繞射式粒度分佈測定裝置(SALD-2000J),對活性碳1a2 之平均粒徑進行測定,結果為4.2 μm。又,使用Yuasa-ionics公司製造之細孔分佈測定裝置(AUTOSORB-1 AS-1-MP),對活性碳1之細孔分佈進行測定。其結果為,BET比表面積為2360 m2 /g,中孔量(V1 )為0.52 cc/g,微孔量(V2 )為0.88 cc/g且V1 /V2 =0.59。 [活性碳2a2 之製備例] 將酚樹脂放入至煅燒爐內,於氮氣環境下,於600℃下碳化處理2小時後,利用球磨機進行粉碎,進行分級而獲得平均粒徑7 μm之碳化物。將所獲得之碳化物與KOH以質量比1:5加以混合,放入至煅燒爐內,於氮氣環境下,於800℃下加熱1小時而進行活化。取出活化後之碳化物,於已調整至濃度2 mol/L之稀鹽酸中進行1小時攪拌洗淨,利用蒸餾水進行煮沸洗淨直至pH值穩定於5~6之間之後,進行乾燥,藉此獲得活性碳2a2 。 使用島津製作所公司製造之雷射繞射式粒度分佈測定裝置(SALD-2000J),對活性碳2a2 之平均粒徑進行測定,結果為7.0 μm。又,使用Yuasa-ionics公司製造之細孔分佈測定裝置(AUTOSORB-1 AS-1-MP),對活性碳2a2 之細孔分佈進行測定。其結果為,BET比表面積為3627 m2 /g,中孔量(V1 )為1.50 cc/g,微孔量(V2 )為2.28 cc/g且V1 /V2 =0.66。 <正極前驅體之製造> 使用活性碳2a2 作為正極活性物質而製造正極前驅體。 將活性碳2a2 55.5質量份、平均粒徑2.5 μm之碳酸鋰32.0質量份、科琴黑3.0質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)1.5質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)8.0質量份、以及NMP(N-甲基吡咯啶酮)進行混合,使用PRIMIX公司製造之薄膜回轉型高速混合機FILMIX,於周速17 m/s之條件下將該混合物進行分散而獲得塗敷液1。 使用活性碳2a2 50.5質量份、平均粒徑2.5 μm之碳酸鋰38.0質量份、科琴黑2.7質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)1.4質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)7.4質量份,除此以外,利用與上述相同之方法獲得塗敷液2。 使用東機產業公司之E型黏度計TVE-35H,對塗敷液1及塗敷液2之黏度(ηb)及TI值進行測定,結果為,塗敷液1之黏度(ηb)為2,820 mPa・s,TI值為4.3,塗敷液2之黏度(ηb)為2,690 mPa・s,TI值為3.9。 又,使用YOSHIMITSU SEIKI公司製造之粒度計測定所獲得之塗敷液之分散度,結果為,塗敷液1之粒度為30 μm,塗敷液2之粒度為31 μm。 使用TORAY ENGINEERING公司製造之模嘴塗佈機,於塗敷速度1 m/s之條件下於厚度15 μm之鋁箔之單面塗敷塗敷液1,於另一面塗敷塗敷液2,於乾燥溫度120℃下進行乾燥而獲得正極前驅體3。 繼而,利用與上述相同之方法於厚度15 μm之鋁箔之兩面塗敷塗敷液1而獲得正極前驅體4。 使用輥壓機,於壓力6 kN/cm及加壓部之表面溫度25℃之條件下對所獲得之正極前驅體3及正極前驅體4進行加壓。使用小野計器公司製造之膜厚計Linear Gauge Sensor GS-551,於正極前驅體3及正極前驅體4之任意10處對經加壓之正極前驅體3及正極前驅體4之總厚進行測定。自所測得之總厚之平均值減去鋁箔之厚度而求出正極前驅體4之正極活性物質層之膜厚,結果為,正極活性物質層之膜厚(塗敷有塗敷液1之膜厚)每一單面為54 μm,正極前驅體3之塗敷有塗敷液2之正極活性物質層之膜厚每一單面為55 μm。 <負極之製造> 使用實施例1中所製作之複合多孔質碳材料2a作為負極活性物質而製造負極。 將複合多孔質碳材料2a 84質量份、乙炔黑10質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)6質量份、以及NMP(N-甲基吡咯啶酮)進行混合,使用PRIMIX公司製造之薄膜回轉型高速混合機FILMIX,於周速17 m/s之條件下將該混合物進行分散而獲得塗敷液。使用東機產業公司之E型黏度計TVE-35H測定所獲得之塗敷液之黏度(ηb)及TI值。其結果為,黏度(ηb)為2,310 mPa・s,TI值為2.9。 使用TORAY ENGINEERING公司製造之模嘴塗佈機,於塗敷速度2 m/s之條件下將塗敷液塗敷於厚度10 μm之電解銅箔之兩面,於乾燥溫度120℃下進行乾燥而獲得負極3。使用輥壓機,於壓力5 kN/cm、及加壓部之表面溫度25℃之條件下對所獲得之負極3進行加壓。 使用小野計器公司製造膜厚計Linear Gauge Sensor GS-551,於負極3之任意10處對經加壓之負極3之總厚進行測定。自所測得之總厚之平均值減去銅箔之厚度而求出負極3之負極活性物質層之膜厚。其結果為,負極活性物質層之膜厚每一單面為31 μm。 [負極每單位重量之電容之測定] 將所獲得之負極3切出1塊1.4 cm×2.0 cm(2.8 cm2 )之大小,使用刮勺、刷子、毛刷,除去塗敷於銅箔之兩面之負極活性物質層之單面之層而製成工作電極。使用金屬鋰分別作為相對電極及參考電極,使用使LiPF6 以1.0 mol/L之濃度溶解於碳酸乙二酯(EC)與碳酸甲酯乙酯(EMC)之體積比1:1混合溶劑中而成之非水系溶液作為電解液,於氬氣箱中製作電化學電池。 針對所獲得之電化學電池,使用Toyo System公司製造之充放電裝置(TOSCAT-3100U),按照下述之順序測定初期充電電容。 對於電化學電池,於溫度25℃下以電流值0.5 mA/cm2 進行恆定電流充電直至電壓值成為0.01 V後,進而進行恆定電壓充電直至電流值成為0.01 mA/cm2 。將該恆定電流充電及恆定電壓充電時之充電電容設為初次充電電容並進行評價,結果為0.74 mAh,負極3之每單位質量之電容(鋰離子之摻雜量)為545 mAh/g。 <非水系鋰蓄電元件之製作> 對於所獲得之正極前驅體3及正極前驅體4,以正極活性物質層成為10.0 cm×10.0 cm(100 cm2 )之大小之方式切出2塊正極前驅體3,且切出19塊正極前驅體4。繼而,對於負極3,以負極活性物質層成為10.1 cm×10.1 cm(102 cm2 )之大小之方式切出20塊。又,準備40塊10.3 cm×10.3 cm(106 cm2 )之聚乙烯製之分隔件(旭化成股份有限公司製造,厚度10 μm)。將該等以最外層成為正極前驅體3且塗敷有塗敷液2之正極活性物質層不與負極對向之方式配置於最外層的方式,且以正極前驅體3、分隔件、負極3、分隔件、正極前驅體4之順序夾著分隔件以正極活性物質層與負極活性物質層對向之方式進行積層而獲得電極積層體。將正極端子及負極端子超音波熔接於所獲得之電極積層體,放入至由鋁層壓包材所形成之容器中,藉由熱密封將包含電極端子部之三邊進行密封。 於溫度25℃、露點-40℃以下之乾燥空氣環境下,將非水系電解液1約70 g於大氣壓下注入至已收納至鋁層壓包材中之電極積層體中。將收納有電極積層體及非水系電解液之鋁層壓包材放入至減壓腔室中,自大氣壓減壓至-87 kPa後,恢復至大氣壓,並靜置5分鐘。其後,將對腔室內之包材自大氣壓減壓至-87 kPa後,恢復至大氣壓之操作反覆進行4次後,靜置15分鐘。進而,對腔室內之包材自大氣壓減壓至-91 kPa後,恢復至大氣壓。同樣地將進行減壓後恢復至大氣壓之操作反覆進行合計7次(分別自大氣壓減壓至-95 kPa、-96 kPa、-97 kPa、-81 kPa、-97 kPa、-97 kPa、 -97 kPa)。藉由以上之順序,使非水系電解液1含浸至電極積層體中。 其後,藉由將含浸有非水系電解液1之電極積層體放入至減壓密封機中,於已減壓至-95 kPa之狀態下,於180℃下以0.1 MPa之壓力密封10秒鐘,而將鋁層壓包材加以密封。 [鋰摻雜] 將密封後所獲得之電極積層體放入至溫度25℃、露點-60℃、氧濃度1 ppm之氬氣箱內。將鋁層壓包材之剩餘部分進行切割而開封,使用Matsusada Precision公司製造之電源(P4LT18-0.2),藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V之恆定電壓充電72小時。鋰摻雜結束後,使用FUJI IMPULSE公司製造之熱密封機(FA-300)將鋁層壓進行密封。 [老化] 將鋰摻雜後之電極積層體自氬氣箱中取出,藉由在25℃環境下以100 mA進行恆定電流放電直至達到電壓3.8 V後,進行3.8 V恆定電流放電1小時,而將電壓調整至3.8 V。繼而,將電極積層體於60℃之恆溫槽中保管48小時。 [排氣] 於溫度25℃、露點-40℃之乾燥空氣環境下將老化後之電極積層體之鋁層壓包材之一部分進行開封。繼而,將電極積層體放入至減壓腔室中,使用隔膜泵(KNF公司製造,N816.3KT.45.18),以3分鐘自大氣壓減壓至‑80 kPa後,以3分鐘恢復至大氣壓,將該操作合計重複進行3次。其後,藉由將電極積層體放入至減壓密封機中,減壓至-90 kPa後,於200℃下以0.1 MPa之壓力密封10秒鐘,而將鋁層壓包材加以密封,從而製作非水系鋰蓄電元件。藉由以上之順序,而製作4個非水系鋰蓄電元件。 <非水系鋰蓄電元件之評價> [靜電電容Fa之測定] 針對所獲得之非水系鋰蓄電元件中之1個,於已設定為25℃之恆溫槽內,使用Fujitsu Telecom Networks Fukushima股份有限公司製造之充放電裝置(5 V,360 A),以2 C之電流值(1.6 A)進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而將施加3.8 V之恆定電壓之恆定電壓充電合計進行30分鐘。其後,以2 C之電流值(1.6 A)實施恆定電流放電直至2.2 V,將此時之電容設為Q[C],根據F=Q/(3.8-2.2)算出之靜電電容Fa為1763 F。 [內部電阻Ra之測定] 針對非水系鋰蓄電元件,於已設定為25℃之恆溫槽內,使用Fujitsu Telecom Networks Fukushima股份有限公司製造之充放電裝置(5 V,360 A),以20 C之電流值(16 A)進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而將施加3.8 V之恆定電壓之恆定電壓充電合計進行30分鐘。其後將取樣時間設為0.1秒,以20 C之電流值(16 A)進行恆定電流放電直至2.2 V,而獲得放電曲線(時間-電壓)。於該放電曲線中,將由放電時間2秒及4秒之時刻之電壓值藉由線性近似進行外插而獲得之放電時間=0秒之電壓設為Eo,根據降低電壓ΔE=3.8-Eo、及R=ΔE/(電流值20 C)而算出內部電阻Ra,結果為0.57 mΩ。 [高負載充放電循環試驗] 針對非水系鋰蓄電元件,於已設定為25℃之恆溫槽內,使用Fujitsu Telecom Networks Fukushima股份有限公司製造之充放電裝置(5 V,360 A),以200 C之電流值(160 A)進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而以200 C之電流值進行恆定電流放電直至達到2.2 V,將該充放電操作不停頓地重複進行60000次。於循環結束後對內部電阻Rb進行測定,結果為0.63 mΩ,且Rb/Ra=1.11。 [高溫保存試驗] 針對所獲得之剩餘之非水系鋰蓄電元件之1個,於已設定為25℃之恆溫槽內,使用FUJITSU TELECOM NETWORKS股份有限公司製造之充放電裝置(5 V,360 A),以100 C之電流值(80A)進行恆定電流充電直至達到4.0 V,繼而將施加4.0 V之恆定電壓之恆定電壓充電合計進行10分鐘。其後,將單元保存至60℃環境下,每隔2週自60℃環境中取出,利用同樣之充電操作將單元電壓充電至4.0 V後,再次將單元於60℃環境下進行保存。將該操作反覆實施2個月,將Fluorinert(註冊商標,日本3M股份有限公司)FC-40作為測定溶劑,於25℃環境下藉由阿基米德法對保存試驗開始前之單元體積Va、保存試驗2個月後之單元體積Vb進行測定。利用靜電電容Fa將根據Vb-Va所求出之氣體產生量進行規格化所獲得之值B為1.51×10-3 cc/F。 [過充電試驗] 針對所獲得之剩餘之非水系鋰蓄電元件之1個,將熱電偶貼附於負極端子、正極端子、及外裝體之中央部,於已設定為25℃之防爆規格之恆溫槽內,使用高砂製作所製造之電源(ELZ-175),以20 C(16 A)之電流值進行恆定電流充電直至達到4.0 V,繼而進行施加4.0 V之恆定電壓之恆定電壓充電10分鐘。其後,將設定電壓設為8.0 V,以20 C(16 A)之電流值繼續充電3分鐘。將此時之過充電試驗中之電壓及溫度之取樣時間設為1秒鐘間隔。過充電試驗時之負極端子部之最大達到溫度為42℃,過充電試驗後之非水系鋰蓄電元件之狀態為開裂。 [Cx1 、Cy1 及Cx2 、Cy2 之算出] 將所獲得之剩餘之非水系鋰蓄電元件調整至電壓2.9 V,於露點溫度-72℃之氬氣箱中進行拆解,將配置於電極積層體之最外層之2塊正極(對應於鋰摻雜前之正極前驅體3)分別切成10 cm×10 cm之大小。將所獲得之正極浸漬於30 g之碳酸二乙酯溶劑中,偶爾利用鑷子挪動正極,進行10分鐘洗淨。繼而取出正極,於氬氣箱中進行5分鐘風乾,將正極浸漬於新準備之30 g之碳酸二乙酯溶劑中,藉由與上述相同之方法洗淨10分鐘。將經洗淨之正極自氬氣箱中取出,使用真空乾燥機(大和科學製造,DP33),於溫度25℃、壓力1 kPa之條件下進行20小時乾燥,而獲得2塊正極試樣2。 將所獲得之正極試樣2中之1塊浸漬於100 g之乙醇中,對容器封蓋,於25℃環境下靜置3天。其後取出正極試樣,於120℃、5 kPa之條件下真空乾燥10小時。針對洗淨後之乙醇溶液,於預先製作有校準曲線之條件下測定GC/MS,確認到碳酸二乙酯之存在量未達1%。繼而,將正極試樣2切割成5 cm×10 cm之大小,將一部分作為正極Cx0 ,將剩餘部分作為正極Cy0 ,使用刮勺、刷子、毛刷將正極Cx0 之Cy 面之正極活性物質層、及正極Cy0 之Cx 面之正極活性物質層除去。將正極活性物質層除去後之正極Cx0 之重量M0x 為0.431 g,正極Cy0 之重量M0y 為0.353 g。繼而,將正極Cx0 及正極Cy0 分別充分地浸漬於100 g之蒸餾水中,對容器封蓋,於45℃環境下靜置3天。其後取出正極,於150℃、3 kPa之條件下進行12小時真空乾燥。真空乾燥後之重量M1x 為0.343 g,重量M1y 為0.345 g。針對洗淨後之蒸餾水,於預先製作有校準曲線之條件下測定GC/MS,確認到乙醇之存在量未達1%。其後,使用刮勺、刷子、毛刷將正極Cx0 及正極Cy0 之正極活性物質層全部除去,對正極集電體之重量M2x 及M2y 進行測定,結果分別為0.200 g。根據(5)式及(6)式,Cx1 =17.6g/m2 、Cy1 =1.6g/m2 、Cx2 =28.6g/m2 、Cy2 =29.0g/m2 。根據所算出之Cx2 及Cy2 ,Cx2 /Cy2 =0.99。 [顯微拉曼光譜測定] 於氬氣箱中,於維持非大氣曝露之狀態下,自上述所獲得之剩餘之正極試樣2切出2塊1 cm×1 cm之小片,使用刮勺、刷子、毛刷將Cy 面之正極活性物質層除去,將所獲得者設為試樣Sx ,將除去了Cx 面之正極活性物質層者設為試樣Sy ,而作為顯微拉曼光譜測定用之樣品。 (測定) 碳酸根離子分佈分析係使用Renishaw公司之顯微拉曼光譜裝置inVia Reflex而實施。激發光之雷射之波長係設為532 nm,使用長作動距離之50倍物鏡,於試樣位置以成為約0.7 mW之功率之方式進行聚光。於正極剖面之厚度方向上對90 μm之範圍,於與厚度方向垂直之方向上對30 μm之範圍,以1 μm間隔進行點掃描,而獲得各測定點之拉曼光譜。針對拉曼光譜中於1086 cm-1 處所觀測到之基於碳酸根離子之波峰,自1071 cm-1 劃直線之基準線至1104 cm-1 ,將較基準線出現於正區域之面積與較基準線出現於負區域之面積分別以波峰面積之形式算出。使較基準線出現於負區域之面積之符號成為負值。繪製該碳酸根離子之波峰面積之空間分佈,而獲得碳酸根離子之成像圖像。 (碳酸根離子分佈分析之面積Sx 及Sy 之算出) 以下述方式算出碳酸根離子分佈分析之面積Sx 及Sy 。於試樣Sx 之表面之各測定位置所獲得之2700點之拉曼光譜中,於1071、1104 cm-1 之位置設定直線之基準線,將高於基準線之部分之面積設為正,將低於基準線之部分之面積設為負,而製作面積(a)之分佈分析資料。繼而,將面積(a)之最大值至最小值分割成100個區間數,而製作柱狀圖1,針對產生最大度數之面積值之負側之部分,使用高斯函數,藉由最小平方法進行擬合,藉此將雜波成分利用高斯函數進行近似。將自原柱狀圖1減去該擬合之高斯函數的差量設為CO3 2- 之波峰面積之柱狀圖2。於該柱狀圖2中,對於產生最大頻率之面積(b)以上之累積頻率,求出CO3 2- 離子之分佈分析度數,結果為921。藉由將其除以整體之度數2700,而算出碳酸根離子分佈分析之面積Sx ,結果為Sx =34.1%。同樣地算出試樣Sy 之碳酸根離子分佈分析之面積Sy ,結果為Sy =6.9%。 [Cy3 及Ay3 之算出] 於氬氣箱中,於維持非大氣曝露之狀態下,將剩餘之正極試樣2切割成10 cm×5 cm之大小,使用刮勺、刷子、或毛刷將Cx 面之正極活性物質層除去。利用30 g之碳酸二乙酯溶劑將所獲得之正極試樣2進行10分鐘洗淨,於維持非大氣曝露之狀態下,於側箱(side box)中進行真空乾燥。將乾燥後之正極電極體於維持非大氣曝露之狀態下自側箱轉移至氬氣箱中,利用重水進行浸漬萃取,而獲得正極電極體萃取液。萃取液之分析係藉由離子層析法(IC)及1 H-NMR而進行,根據下述(7)式,由所求出之正極電極體萃取液中之各化合物之濃度C(mol/ml)、萃取所使用之重水之體積D(ml)、及萃取所使用之正極之活性物質之質量E(g)求出沈積於正極電極體上之各化合物之正極活性物質每單位質量之存在量Cy3 (mol/g)。 Cy3 =C×D/E (7) 再者,萃取所使用之正極活性物質層之質量係藉由以下之方法求出。 使用刮勺、刷子、或毛刷,自重水萃取後所殘留之正極電極體之集電體剝取正極活性物質層,將該剝取之正極活性物質層進行水洗後,進行真空乾燥。藉由NMP將進行真空乾燥所得之正極活性物質層洗淨。繼而,將所獲得之正極活性物質層再次真空乾燥後,進行稱量,藉此調查萃取所使用之正極活性物質層之質量。 (1 H-NMR之測定) 將正極電極體萃取液放入至3 mmfNMR管(Shigemi股份有限公司製造之PN-002)中,並插入至5 mmfNMR管(日本精密科學股份有限公司製造N-5),該管中加入有添加有1,2,4,5-四氟苯之氘化氯仿,藉由雙管法進行1 H NMR測定。利用1,2,4,5-四氟苯之訊號7.1 ppm(m, 2H)進行規格化,求出所觀測到之各化合物之積分值。 又,將濃度已知之添加有二甲基亞碸之氘化氯仿放入至3 mmfNMR管(Shigemi股份有限公司製造之PN-002)中,並插入至與上述相同之5 mmfNMR管(日本精密科學股份有限公司製造N-5)中,該管中加入有添加有1,2,4,5-四氟苯之氘化氯仿,藉由雙管法進行1 H NMR測定。以與上述相同之方式,利用1,2,4,5-四氟苯之訊號7.1 ppm(m,2H)進行規格化,求出二甲基亞碸之訊號2.6 ppm(s, 6H)之積分值。由所使用之二甲基亞碸之濃度與積分值之關係求出正極電極體萃取液中之各化合物之濃度C。1 H NMR光譜之歸屬係如下所示。 (關於LiOCH2 CH2 OLi) LiOCH2 CH2 OLi之CH2 :3.7 ppm(s, 4H) CH3 OLi:3.3 ppm(s, 3H) CH3 CH2 OLi之CH3 :1.2 ppm(t, 3H) CH3 CH2 OLi之CH2 O:3.7 ppm(q, 2H)如上所述,LiOCH2 CH2 OLi之CH2 之訊號(3.7 ppm)由於與CH3 CH2 OLi之CH2 O之訊號(3.7 ppm)重合,故而將由CH3 CH2 OLi之CH3 之訊號(1.2 ppm)所算出之相當於CH3 CH2 OLi之CH2 O之部分除去,而算出LiOCH2 CH2 OLi量。 由藉由上述分析所求出之各化合物之萃取液中之濃度、及萃取所使用之重水之體積、萃取所使用之正極之活性物質質量,算出了Cy 面所含之LiOCH2 CH2 OLi之濃度Cy3 為89.9×10-4 mol/g。 藉由與上述相同之方法,算出了與Cy 面對向之負極活性物質層中所含之LiOCH2 CH2 OLi之濃度Ay3 為48.3×10-4 mol/g。 <實施例32> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例31相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例33> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例31相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例34> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.6 V後,繼而繼續進行4.6 V恆定電壓充電72小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例31相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例35> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.6 V後,繼而繼續進行4.6 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例34相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例36> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.6 V後,繼而繼續進行4.6 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例34相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例37> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電72小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例31相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例38> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例37相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例39> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.3 V後,繼而繼續進行4.3 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例37相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例40> 使用活性碳2a2 47.2質量份、平均粒徑2.5 μm之碳酸鋰42.0質量份、科琴黑2.5質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)1.3質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)7.0質量份,除此以外,藉由與實施例31相同之方法獲得塗敷液3。於厚度15 μm之鋁箔之單面塗敷塗敷液1,於另一面塗敷塗敷液3而製作正極前驅體5,使用正極前驅體5代替正極前驅體3,除此以外,藉由與實施例31相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例41> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例40相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例42> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例40相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例43> 使用活性碳2a2 68.0質量份、平均粒徑2.5 μm之碳酸鋰15.0質量份、科琴黑5.2質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)2.8質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)9.0質量份,除此以外,藉由與實施例31相同之方法獲得塗敷液4。於厚度15 μm之鋁箔之單面塗敷塗敷液1,於另一面塗敷塗敷液4而製作正極前驅體6,使用正極前驅體6代替正極前驅體3,除此以外,藉由與實施例31相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例44> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例43相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例45> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例43相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例46> 使用活性碳2a2 73.0質量份、平均粒徑2.5 μm之碳酸鋰10.0質量份、科琴黑5.2質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)2.8質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)9.0質量份,除此以外,藉由與實施例31相同之方法獲得塗敷液5。於厚度15 μm之鋁箔之單面塗敷塗敷液1,於另一面塗敷塗敷液5而製作正極前驅體7,使用正極前驅體7代替正極前驅體3,除此以外,藉由與實施例31相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例47> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例46相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例48> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電24小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例46相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例27> 使用活性碳2a2 78.0質量份、平均粒徑2.5 μm之碳酸鋰3.0質量份、科琴黑7.0質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)3.0質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)9.0質量份,除此以外,藉由與實施例31相同之方法獲得塗敷液6。於厚度15 μm之鋁箔之單面塗敷塗敷液1,於另一面塗敷塗敷液6而製作正極前驅體8,使用正極前驅體8代替正極前驅體3,除此以外,藉由與實施例31相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例28> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例27相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例29> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例27相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例30> 使用活性碳2a2 81.0質量份、科琴黑7.0質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)3.0質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)9.0質量份,除此以外,藉由與實施例31相同之方法獲得塗敷液7。於厚度15 μm之鋁箔之單面塗敷塗敷液1,於另一面塗敷塗敷液7而製作正極前驅體9,使用正極前驅體9代替正極前驅體3,除此以外,藉由與實施例31相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例31> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例30相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例32> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例30相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例33> 使用活性碳2a2 35.0質量份、平均粒徑2.5 μm之碳酸鋰53.0質量份、科琴黑2.0質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)1.5質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)8.5質量份,除此以外,藉由與實施例31相同之方法獲得塗敷液8。於厚度15 μm之鋁箔之單面塗敷塗敷液1,於另一面塗敷塗敷液8而製作正極前驅體10,使用正極前驅體10代替正極前驅體3,除此以外,藉由與實施例31相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例34> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例33相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例35> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例33相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例36> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.1 V後,繼而繼續進行4.1 V恆定電壓充電72小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例27相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例37> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.1 V後,繼而繼續進行4.1 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例27相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例38> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.1 V後,繼而繼續進行4.1 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例27相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例39> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.1 V後,繼而繼續進行4.1 V恆定電壓充電72小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例33相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例40> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.1 V後,繼而繼續進行4.1 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例33相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例41> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.1 V後,繼而繼續進行4.1 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例33相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例42> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓5.0 V後,繼而繼續5.0 V恆定電壓充電72小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例33相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例43> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓5.0 V後,繼而繼續5.0 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例33相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例44> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓5.0 V後,繼而繼續5.0 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例33相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 將實施例31~48、比較例27~44之非水系鋰蓄電元件之評價結果示於表3。 [表3] <實施例49> <正極前驅體之製造> 使用活性碳1a2 50.5質量份、平均粒徑2.5 μm之碳酸鋰38.0質量份、科琴黑2.7質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)1.4質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)7.4質量份,除此以外,藉由與實施例1相同之方法獲得塗敷液9。 將活性碳1a2 45.5質量份、平均粒徑2.5 μm之碳酸鋰45.0質量份、科琴黑3.0質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)1.5質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)5.0質量份、以及NMP(N-甲基吡咯啶酮)進行混合,除此以外,利用與上述相同之方法獲得塗敷液10。 使用東機產業公司之E型黏度計TVE-35H,對塗敷液9及塗敷液10之黏度(ηb)及TI值進行測定,結果為,塗敷液9之黏度(ηb)為2,350 mPa・s,TI值為3.9,塗敷液10之黏度(ηb)為2,120 mPa・s,TI值為3.7。 又,使用YOSHIMITSU SEIKI公司製造之粒度計對所獲得之塗敷液之分散度進行測定,結果為塗敷液9之粒度為34 μm,塗敷液10之粒度為32 μm。 使用TORAY ENGINEERING公司製造之模嘴塗佈機,於塗敷速度1 m/s之條件下於厚度15 μm之鋁箔之單面塗敷塗敷液9,於另一面塗敷塗敷液10,於乾燥溫度120℃下進行乾燥而獲得正極前驅體11。 繼而,利用與上述相同之方法於厚度15 μm之鋁箔之兩面塗敷塗敷液9而獲得正極前驅體12。 使用輥壓機,於壓力6 kN/cm、及加壓部之表面溫度25℃之條件下對所獲得之正極前驅體11及正極前驅體12進行加壓。使用小野計器公司製造之膜厚計Linear Gauge Sensor GS-551,於正極前驅體11及正極前驅體12之任意10處對經加壓之正極前驅體11及正極前驅體12之總厚進行測定。自所測得之總厚之平均值減去鋁箔之厚度,而求出正極前驅體12之正極活性物質層之膜厚,結果為正極活性物質層之膜厚(塗敷有塗敷液9之膜厚)係每一單面為52 μm,正極前驅體11之塗敷有塗敷液10之正極活性物質層之膜厚每一單面為53 μm。 <負極之製造> 使用實施例15中所製作之複合多孔質碳材料1a作為負極活性物質而製造負極。 將複合多孔質碳材料1a 84質量份、乙炔黑10質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)6質量份、以及NMP(N-甲基吡咯啶酮)進行混合,使用PRIMIX公司製造之薄膜回轉型高速混合機FILMIX,於周速17 m/s之條件下將該混合物進行分散而獲得塗敷液。 使用東機產業公司之E型黏度計TVE-35H測定所獲得之塗敷液之黏度(ηb)及TI值,結果為黏度(ηb)為2,789 mPa・s,TI值為4.3。 使用TORAY ENGINEERING公司製造之模嘴塗佈機,於塗敷速度2 m/s之條件下將塗敷液塗敷於厚度10 μm之電解銅箔之兩面,於乾燥溫度120℃下進行乾燥而獲得負極4。使用輥壓機,於壓力5 kN/cm、及加壓部之表面溫度25℃之條件下對所獲得之負極4進行加壓。 使用小野計器公司製造之膜厚計Linear Gauge Sensor GS-551,於負極4之任意10處對經加壓之負極4之總厚進行測定。自所測得之總厚之平均值減去銅箔之厚度,而求出負極4之負極活性物質層之膜厚。其結果為,負極活性物質層之膜厚每一單面為40 μm。 [負極每單位重量之電容之測定] 將所獲得之負極4切出1塊1.4 cm×2.0 cm(2.8 cm2 )之大小,使用刮勺、刷子、毛刷將塗敷於銅箔之兩面之負極活性物質層之單面之層除去而製成工作電極。使用金屬鋰分別作為相對電極及參考電極,使用使LiPF6 以1.0 mol/L之濃度溶解於碳酸乙二酯(EC)與碳酸甲酯乙酯(EMC)之體積比1:1混合溶劑中而成之非水系溶液作為電解液,於氬氣箱中製作電化學電池。 針對所獲得之電化學電池,使用Toyo System公司製造之充放電裝置(TOSCAT-3100U),按照下述之順序測定初期充電電容。 對於電化學電池,於溫度25℃下以電流值0.5 mA/cm2 進行恆定電流充電直至電壓值成為0.01 V後,進而進行恆定電壓充電直至電流值成為0.01 mA/cm2 。將該恆定電流充電及恆定電壓充電時之充電電容設為初次充電電容並進行評價,結果為1.6 mAh,負極4之每單位質量之電容(鋰離子之摻雜量)為1460 mAh/g。 <非水系鋰蓄電元件之製作> 對所獲得之正極前驅體11及正極前驅體12,以正極活性物質層成為10.0 cm×10.0 cm(100 cm2 )之大小之方式切出2塊正極前驅體11,且切出19塊正極前驅體12。繼而,對於負極4,以負極活性物質層成為10.1 cm×10.1 cm(102 cm2 )之大小之方式切出20塊。又,準備40塊10.3 cm×10.3 cm(106 cm2 )之聚乙烯製之分隔件(旭化成製造,厚度10 μm)。將該等以最外層為正極前驅體11且塗敷有塗敷液10之正極活性物質層不與負極對向之方式配置於最外層,且以正極前驅體11、分隔件、負極4、分隔件、正極前驅體12之順序夾著分隔件以正極活性物質層與負極活性物質層對向之方式進行積層而獲得電極積層體。其後,藉由與實施例31相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例50> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例49相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例51> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例49相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例52> 使用氧化鋰代替碳酸鋰,除此以外,藉由與實施例49相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例53> 使用氫氧化鋰代替碳酸鋰,除此以外,藉由與實施例49相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例45> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.1 V後,繼而繼續進行4.1 V恆定電壓充電72小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例49相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例46> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.1 V後,繼而繼續進行4.1 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例49相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例47> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.1 V後,繼而繼續進行4.1 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例49相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例48> 使用活性碳1a2 81.0質量份、科琴黑7.0質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)3.0質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)9.0質量份,除此以外,藉由與實施例49相同之方法獲得塗敷液11。於厚度15 μm之鋁箔之單面塗敷塗敷液9,於另一面塗敷塗敷液11而製作正極前驅體13,使用正極前驅體13代替正極前驅體11,除此以外,藉由與實施例49相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例49> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例48相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例50> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例48相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例51> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.1 V後,繼而繼續進行4.1 V恆定電壓充電72小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例52相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例52> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.1 V後,繼而繼續進行4.1 V恆定電壓充電72小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例53相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例53> 使用活性碳1a2 23.0質量份、平均粒徑2.5 μm之碳酸鋰58.0質量份、科琴黑7.0質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)3.0質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)9.0質量份而製作塗敷液12。於厚度15 μm之鋁箔之單面塗敷塗敷液9,於另一面塗敷塗敷液12而製作正極前驅體14,藉由與實施例31相同之方法測定正極活性物質層之膜厚,結果塗敷有塗敷液9之正極活性物質層之膜厚為53 μm,塗敷有塗敷液12之正極活性物質層之膜厚為30 μm。使用正極前驅體14代替正極前驅體11,除此以外,藉由與實施例49相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例54> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例53相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例55> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例53相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例56> 使用活性碳1a2 76.0質量份、平均粒徑2.5 μm之碳酸鋰5.0質量份、科琴黑7.0質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)3.0質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)9.0質量份而製作塗敷液13。於厚度15 μm之鋁箔之單面塗敷塗敷液9,於另一面塗敷塗敷液13而製作正極前驅體15,藉由與實施例31相同之方法對正極活性物質層之膜厚進行測定,結果塗敷有塗敷液9之正極活性物質層之膜厚為53 μm,塗敷有塗敷液13之正極活性物質層之膜厚為72 μm。使用正極前驅體15代替正極前驅體11,除此以外,藉由與實施例49相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例57> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例56相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例58> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例56相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例54> 將正極前驅體4切割成12.0 cm×220.0 cm之大小(正極活性物質層之大小為10.0 cm×220.0 cm,正極集電體上未塗敷有正極活性物質層之正極未塗敷部為2.0 cm×220.0 cm),將負極3切割成12.1×210.0 cm之大小(負極活性物質層之大小為10.1 cm×210.0 cm,負極集電體上未塗敷有負極活性物質層之負極未塗敷部為2.0 cm×210.0 cm),使用聚乙烯製之分隔件(旭化成製造,厚度10 μm)進行捲繞而製作電極積層體。此時,正極活性物質層與負極活性物質層介隔分隔件對向,正極未塗敷部與負極未塗敷部分別自電極積層體之相反方向突出,以於電極積層體之最外層配置有正極前驅體4之方式捲繞成橢圓形狀。將正極端子及負極端子超音波熔接於所獲得之電極積層體,放入至由鋁層壓包材所形成之容器中,藉由熱密封將包含電極端子部之三邊進行密封。其後,藉由與實施例31相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例55> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例54相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例56> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例54相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例57> 使用正極前驅體3,並以將塗敷有塗敷液2之面配置於電極積層體之最外層之方式製作電極積層體,除此以外,藉由與實施例54相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例58> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例57相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <實施例59> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與實施例57相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例59> 使用正極前驅體8,並以將塗敷有塗敷液6之面配置於電極積層體之最外層之方式製作電極積層體,除此以外,藉由與實施例54相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例60> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例59相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例61> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例59相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例62> 使用正極前驅體10,並以將塗敷有塗敷液8之面配置於電極積層體之最外層之方式製作電極積層體,除此以外,藉由與實施例54相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例63> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電36小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例62相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 <比較例64> 於鋰摻雜操作之非水系鋰蓄電元件之初期充電中,藉由以電流值100 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電12小時,而對負極進行鋰摻雜,除此以外,藉由與比較例62相同之方法而製作非水系鋰蓄電元件。 將實施例49~59、比較例45~64之非水系鋰蓄電元件之評價結果示於表4。 [表4] 雖不受理論所限定,但認為第二實施形態之非水系鋰蓄電元件於配置於電極積層體之最外層之正極活性物質層Cx 面所含之每單位面積碳酸鹽量Cx1 為5.0以上且25.0以下,Cx 面之背面之正極活性物質層Cy 面所含之每單位面積碳酸鹽量Cy1 為0.1以上且8.0以下,且Cx1 >Cy1 之情形時,於過充電時Cx 面所含之鋰化合物會緩慢地分解並產生氣體,而可使外裝體於平穩之條件下開裂,因此可抑制溫度上升。 又,認為藉由式(1)~(3)所表示之化合物存在於正極表面,而可抑制正極中之鋰化合物與非水系電解液之反應,從而抑制高溫保存試驗中之氣體產生。 以下,對第三實施形態之實施例及比較例具體地進行說明。 <實施例60> [碳酸鋰之粉碎] 使用AIMEX公司製造之粉碎機(液氮珠磨機LNM),於液氮中冷卻至-196℃後,使用乾冰珠,以周速10.0 m/s將平均粒徑51 μm之碳酸鋰200 g粉碎9分鐘。於-196℃下防止熱改性,進行脆性破壞而獲得碳酸鋰,對該碳酸鋰測定平均粒徑,藉此求出所添加之碳酸鋰粒徑,結果為2.5 μm。 [正極活性物質之製備] [活性碳1a3 之製備] 將已破碎之椰子殼碳化物於小型碳化爐中並於氮氣中於500℃下進行3小時碳化處理而獲得碳化物。將所獲得之碳化物放入活化爐內,將1 kg/h之水蒸汽於利用預熱爐進行加溫之狀態下導入至上述活化爐內,歷時8小時升溫至900℃而進行活化。取出活化後之碳化物,於氮氣環境下進行冷卻,而獲得經活化之活性碳。將所獲得之活性碳進行10小時流水洗淨後進行脫水。其後,於保持為115℃之電氣乾燥機內進行10小時乾燥後,利用球磨機進行1小時粉碎,藉此獲得活性碳1a3 。 針對該活性碳1a3 ,使用島津製作所公司製造之雷射繞射式粒度分佈測定裝置(SALD-2000J)測定平均粒徑,結果為4.1 μm。又,使用Yuasa-ionics公司製造之細孔分佈測定裝置(AUTOSORB-1 AS-1-MP)測定細孔分佈。其結果為,BET比表面積為2360 m2 /g,中孔量(V1)為0.52 cc/g,微孔量(V2)為0.88cc/g,且V1/V2=0.59。 [活性碳2a3 之製備] 針對酚樹脂,於氮氣環境下,於煅燒爐中,於600℃下碳化處理2小時後,利用球磨機進行粉碎,進行分級而獲得平均粒徑7.0 μm之碳化物。將該碳化物與KOH以質量比1:5加以混合,於氮氣環境下,於煅燒爐中以800℃進行1小時加熱而進行活化。其後於已調整至濃度2 mol/L之稀鹽酸中進行1小時攪拌洗淨後,利用蒸餾水進行煮沸洗淨直至pH值穩定於5~6之間之後,進行乾燥,藉此獲得活性碳2a3 。 針對該活性碳2a3 ,使用島津製作所公司製造之雷射繞射式粒度分佈測定裝置(SALD-2000J)測定平均粒徑,結果為7.1 μm。使用Yuasa-ionics公司製造之細孔分佈測定裝置(AUTOSORB-1 AS-1-MP)測定細孔分佈。其結果為,BET比表面積為3627 m2 /g,中孔量(V1)為1.50 cc/g,微孔量(V2)為2.28 cc/g,且V1/V2=0.66。 [正極塗敷液之製備] 使用上述中所獲得之活性碳1a3 或2a3 作為正極活性物質,使用上述中所獲得之碳酸鋰作為添加之鋰化合物,利用下述方法製造正極塗敷液。 將活性碳1a3 或2a3 59.5質量份、碳酸鋰28.0質量份、科琴黑3.0質量份、PVP(聚乙烯基吡咯啶酮)1.5質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)8.0質量份、以及NMP(N-甲基吡咯啶酮)進行混合,使用PRIMIX公司製造之薄膜回轉型高速混合機FILMIX,於周速17.0 m/s之條件下將該混合物進行分散而獲得塗敷液。 使用東機產業公司之E型黏度計TVE-35H測定所獲得之塗敷液之黏度(ηb)及TI值。其結果為,黏度(ηb)為2,700 mPa・s,TI值為3.5。又,使用YOSHIMITSU SEIKI公司製造之粒度計測定所獲得之塗敷液之分散度。其結果為,粒度為35 μm。 [正極前驅體之製備] 使用TORAY ENGINEERING公司製造之模嘴塗佈機,於塗敷速度1 m/s之條件下將上述塗敷液塗敷於厚度15 μm之鋁箔之單面或兩面,於乾燥溫度100℃下進行乾燥而獲得正極前驅體。針對所獲得之正極前驅體,使用輥壓機,於壓力4 kN/cm、加壓部之表面溫度25℃之條件下實施加壓。使用小野計器公司製造之膜厚計Linear Gauge Sensor GS-551,於正極前驅體之任意10處進行測定,自所測得之厚度之平均值減去鋁箔之厚度而求出上述中所獲得之正極前驅體之正極活性物質層之膜厚。其結果為,正極活性物質層之膜厚每一單面為61 μm。 [負極之製備] 將平均粒徑3.0 μm、BET比表面積為1,780 m2 /g之市售之椰子殼活性碳150 g放入至不鏽鋼網製之籠中,並放置於加入有煤系瀝青(軟化點:50℃)270 g之不鏽鋼製槽上,將兩者設置於電爐(爐內有效尺寸300 mm×300 mm×300 mm)內,而進行熱反應,藉此獲得複合碳材料1a3 。該熱處理係於氮氣環境下進行,採用以8小時升溫至600℃,並於同溫度下保持4小時之方法。繼而藉由自然冷卻冷卻至60℃後,將複合碳材料1a3 自爐中取出。 針對所獲得之複合碳材料1a3 ,利用與上述相同之方法對平均粒徑及BET比表面積進行測定。其結果為,平均粒徑為3.2 μm,BET比表面積為262 m2 /g。源自煤系瀝青之碳質材料相對於活性碳之質量比率為78%。 繼而,使用複合碳材料1a3 作為負極活性物質而製造負極。 將複合碳材料1a3 85質量份、乙炔黑10質量份、及PVdF(聚偏二氟乙烯)5質量份、以及NMP(N-甲基吡咯啶酮)進行混合,使用PRIMIX公司製造之薄膜回轉型高速混合機FILMIX,於周速15 m/s之條件將該混合物進行分散而獲得塗敷液。使用東機產業公司之E型黏度計TVE-35H測定所獲得之塗敷液之黏度(ηb)及TI值。其結果為,黏度(ηb)為2,789 mPa・s,TI值為4.3。使用TORAY ENGINEERING公司製造之模嘴塗佈機,於塗敷速度1 m/s之條件下將上述塗敷液塗敷於厚度10 μm之電解銅箔之兩面,於乾燥溫度85℃下進行乾燥而獲得負極。使用輥壓機,於壓力4 kN/cm、加壓部之表面溫度25℃之條件下對所獲得之負極進行加壓。使用小野計器公司製造之膜厚計Linear Gauge Sensor GS-551,於負極之任意10處進行測定,自所測得之厚度之平均值減去銅箔之厚度而求出上述中所獲得之負極之負極活性物質層之膜厚。其結果為,負極之負極活性物質層之膜厚每一單面為40 μm。 [電解液之製備] 使用碳酸乙二酯(EC):碳酸甲酯乙酯(MEC)=33:67(體積比)之混合溶劑作為有機溶劑,且使用以相對於全部電解液,LiN(SO2 F)2 及LiPF6 之濃度比為75:25(莫耳比),且LiN(SO2 F)2 及LiPF6 之濃度和成為1.2 mol/L之方式使各自之電解質鹽溶解所得之溶液作為非水系電解液。 此處所製備之電解液中之LiN(SO2 F)2 及LiPF6 之濃度分別為0.9 mol/L及0.3 mol/L。 [非水系鋰蓄電元件之製備] [組裝] 將所獲得之兩面負極與兩面正極前驅體切割成12 cm×230 cm(2760 cm2 )。負極與正極前驅體分別具有未塗敷部。該未塗敷部係自端部側以寬度2 cm形成。以未塗敷部相互成為相反方向之方式分別插入厚度15 μm之微多孔膜分隔件,且使未塗敷部自分隔件突出而捲繞成橢圓形狀,對捲繞體進行加壓而成形為扁平形狀。其後,利用超音波熔接,分別將負極端子與正極端子接合於負極與正極前驅體而製成捲繞體。將該捲繞體收納至角型之鋁製外裝體內。將其於溫度80℃、壓力50 Pa下且於乾燥時間60 hr之條件下進行真空乾燥。 [注液、含浸、密封] 於溫度25℃、露點-40℃以下之乾燥空氣環境下,將上述非水系電解液約80 g於大氣壓下注入至已收納至鋁製角型外裝體內之捲繞體中。繼而,將非水系鋰蓄電元件放入至減壓腔室中,自常壓減壓至-87 kPa後,恢復至大氣壓,並靜置5分鐘。其後,將自常壓減壓至-87 kPa後,恢復至大氣壓之操作反覆進行4次後,靜置15分鐘。進而自大氣壓減壓至-91 kPa後,恢復至大氣壓。同樣地將進行減壓後恢復至大氣壓之操作反覆進行合計7次(分別自大氣壓減壓至-95 kPa、-96 kPa、-97 kPa、-81 kPa、-97 kPa、-97 kPa、-97 kPa)。藉由以上之順序,而使非水系電解液含浸至電極積層體中。 [鋰摻雜] 針對所獲得之非水系鋰蓄電元件,於溫度25℃、露點-40℃以下之乾燥空氣環境下,使用Toyo System公司製造之充放電裝置(TOSCAT-3100U),藉由如下方法進行初期充電,而對負極進行鋰摻雜,即以電流值50 mA進行恆定電流充電直至達到電壓4.5 V後,繼而繼續進行4.5 V恆定電壓充電72小時。 [老化] 將鋰摻雜後之非水系鋰蓄電元件於溫度25℃、露點-40℃以下之乾燥空氣環境下以1.0 A進行恆定電流放電直至達到電壓3.0 V後,進行3.0 V恆定電流放電1小時,藉此將電壓調整至3.0 V。其後,將非水系鋰蓄電元件於60℃之恆溫槽中保管60小時。 [排氣] 於溫度25℃、露點-40℃以下之乾燥空氣環境下,將非水系鋰蓄電元件放入至減壓腔室中,使用KNF公司製造之隔膜泵(N816.3KT.45.18),以3分鐘自大氣壓減壓至-80 kPa後,以3分鐘恢復至大氣壓,將該操作合計重複進行3次。其後,將非水系鋰蓄電元件放入至減壓密封機中,減壓至‑90 kPa後,於鋁製角型外裝體內之開口部蓋上作動壓為0.10 MPa之附帶排氣閥之金屬製蓋,利用雷射進行接合,藉此進行密封。 藉由以上之順序而完成非水系鋰蓄電元件。 [蓄電元件之評價] [靜電電容之測定] 針對所獲得之蓄電元件,於已設定為25℃之恆溫槽內,使用FUJITSU TELECOM NETWORKS股份有限公司製造之充放電裝置(5 V,360 A),以20 C之電流值進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而將施加3.8 V之恆定電壓之恆定電壓充電合計進行30分鐘。將以2 C之電流值實施恆定電流放電直至2.2 V時之電容設為Q,藉由F=Q/(3.8-2.2)算出之靜電電容F為1005 F。 [Ra之算出] 針對所獲得之蓄電元件,於已設定為25℃之恆溫槽內,使用FUJITSU TELECOM NETWORKS股份有限公司製造之充放電裝置(5 V,360 A),以20 C之電流值進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而將施加3.8 V之恆定電壓之恆定電壓充電合計進行30分鐘,繼而以20 C之電流值進行恆定電流放電直至2.2 V,而獲得放電曲線(時間-電壓)。於該放電曲線中,將根據放電時間2秒及4秒時之電壓值,利用線性近似進行外插所獲得之放電時間=0秒時的電壓設為Eo,藉由降低電壓ΔE=3.8-Eo、及R=ΔE/(20 C(電流值A))而算出內部電阻Ra,所得之常溫放電內部電阻Ra為1.91 mΩ。 [高負載充放電循環試驗後之常溫放電內部電阻上升率] 針對所獲得之蓄電元件,於已設定為25℃之恆溫槽內,使用FUJITSU TELECOM NETWORKS股份有限公司製造之充放電裝置(5 V,360 A),將以300 C之電流值進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而以300 C之電流值進行恆定電流放電直至達到2.2 V之充放電操作反覆進行60000次。於高負載充放電循環試驗後,以與上述[Ra・F之算出]相同之方式算出高負載充放電循環試驗後之內部電阻Rb。用該Rb(Ω)除以上述[Ra・F之算出]中所求出之高負載充放電循環試驗前之內部電阻Ra(Ω)而算出之比Rb/Ra為1.21。 [高負載充放電循環試驗後之電容恢復率] 針對所獲得之蓄電元件,於已設定為25℃之恆溫槽內,使用FUJITSU TELECOM NETWORKS股份有限公司製造之充放電裝置(5 V,360 A),將以300 C之電流值進行恆定電流充電直至達到3.8 V,繼而以300 C之電流值進行恆定電流放電直至達到2.2 V之充放電操作反覆進行60000次。於循環結束後以20 C之電流值充電至4.5 V,其後繼續恆定電壓充電1小時。對其後之靜電電容Fb進行測定,結果為1075 F,且Fb/F=1.07。 [漏液及腐蝕確認] 將所獲得之蓄電元件於已設定為80℃之恆溫槽內保管1年,其後,利用目測確認外裝體及排氣閥,結果未確認到電解液之漏液。將外裝體進行拆解,對外裝體內面進行觀察,結果未確認到腐蝕。 <實施例61~79、以及比較例65~72> 變更正極活性碳1a3 及2a3 之利用球磨機之粉碎時間、與正極塗敷液之調配比率而製作正極,且變更排氣閥之種類,並如以下之表5所示般進行設置,除此以外,以與實施例60相同之方式分別製作實施例61~79與比較例65~72之非水系鋰蓄電元件,並進行各種評價。將所獲得之非水系鋰蓄電元件之評價結果示於以下之表5。 <實施例80~83以及比較例73~78> 變更正極活性碳1a3 及2a3 之利用球磨機之粉碎時間、與正極塗敷液之調配比率而製作正極,且變更排氣閥之種類。將所獲得之兩面負極與兩面正極前驅體切割成10 cm×10 cm(100 cm2 )。最上表面與最下表面使用單面正極前驅體,進而使用21塊兩面負極與20塊兩面正極前驅體,於負極與正極前驅體之間插入厚度15 μm之微多孔膜分隔件而進行積層,除此以外,以與實施例60相同之方式分別製作實施例80~83與比較例73~78之非水系鋰蓄電元件,並進行各種評價。將所獲得之非水系鋰蓄電元件之評價結果示於以下之表5。 <比較例79> 變更正極活性碳1a3 及2a3 之利用球磨機之粉碎時間、與正極塗敷液之調配比率而製作正極,且變更排氣閥之種類。將所獲得之兩面負極與兩面正極前驅體切割成12 cm×230 cm(2760 cm2 )。利用輥加壓,以成為0.3 kgf/cm2 之面壓之方式將厚度30 μm且9 cm×220 cm(1980 cm2 )之金屬鋰壓接於兩面負極之活性物質區域之單面,除此以外,以與實施例60相同之方式分別製作非水系鋰蓄電元件,並進行各種評價。將所獲得之非水系鋰蓄電元件之評價結果示於以下之表5。 <比較例80> 變更正極活性碳1a3 及2a3 之利用球磨機之粉碎時間、與正極塗敷液之調配比率而製作正極,且變更排氣閥之種類。將所獲得之兩面負極與兩面正極前驅體切割成10 cm×10 cm(100 cm2 )。利用輥加壓,以成為0.3 kgf/cm2 之面壓之方式將厚度30 μm且9 cm×9 cm(81 cm2 )之金屬鋰壓接於兩面負極之活性物質區域之單面,除此以外,以與實施例60相同之方式分別製作非水系鋰蓄電元件,並進行各種評價。將所獲得之非水系鋰蓄電元件之評價結果示於以下之表5。 [表5] 根據以上之實施例而驗證了如下情況:第三實施形態之非水系鋰蓄電元係將電極體收納至金屬製外裝體內,且於外裝體之一部分具有至少1個能夠將外裝體內之壓力控制為低壓之閥,而具有較高之輸入輸出特性,並且同時具有先前未獲得之較高安全性與高負載充放電循環特性。 [產業上之可利用性] 關於本發明之非水系鋰蓄電元件,可將複數個非水系鋰型蓄電元件串聯或並聯地連接而製作蓄電模組。本發明之非水系鋰蓄電元件及蓄電模組可適宜地利用於各種蓄電系統,例如要求高負載充放電循環特性之汽車之混合驅動系統之電力再生系統、太陽光發電或風力發電等自然發電或者微電網等中之電力負載平準化系統、工廠之生產設備等中之不斷電電源系統、以微波輸電或電解共振等電壓變動之平準化及能量之蓄電為目的之非接觸供電系統、以振動發電等所產生之電力之利用為目的之能量採集系統。 本發明之非水系鋰蓄電元件於應用作鋰離子電容器或鋰離子二次電池時,最大限度地發揮出本發明之效果,故而較佳。
1‧‧‧正極活性物質層Cx
2‧‧‧正極活性物質層Cy
3‧‧‧正極集電體
4‧‧‧負極活性物質層Ay
5‧‧‧負極集電體
6‧‧‧分隔件
7‧‧‧電極積層體
8‧‧‧外裝體
圖1係本發明之第二實施形態之非水系鋰蓄電元件之厚度方向之剖面模式圖。

Claims (35)

  1. 一種非水系鋰蓄電元件,其係具有含有活性物質以外之鋰化合物之正極、負極、分隔件、及含有鋰離子之非水系電解液者,並且於上述正極表面之藉由SEM-EDX(掃描型電子顯微鏡-能量分散型X射線分析)所獲得之元素分佈分析中,以亮度值之平均值作為基準進行二值化之氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率U1為40%以上且99%以下。
  2. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中於經BIB加工之正極剖面之藉由SEM-EDX所獲得之元素分佈分析中,以亮度值之平均值作為基準進行二值化之氟分佈分析相對於氧分佈分析之面積重合率U2為10%以上且60%以下。
  3. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中上述正極之正極集電體及上述負極之負極集電體為無貫通孔之金屬箔。
  4. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中上述鋰化合物為選自碳酸鋰、氫氧化鋰、氧化鋰中之1種以上。
  5. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中上述正極所含之鋰化合物之量為1質量%以上且50質量%以下。
  6. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中於上述正極之剖面之藉由顯微拉曼光譜測定所獲得之成像圖像中,碳酸根離子分佈分析占剖面積之面積比率S為1%以上且50%以下。
  7. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中上述鋰化合物為碳酸鋰。
  8. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其包含電極積層體或電極捲繞體,其係包含含有活性物質以外之鋰化合物之正極、負極、及分隔件,且將上述正極與上述負極介隔上述分隔件進行積層或捲繞而成,及非水系電解液,其含有鋰離子;並且上述正極之至少一個包含無孔狀之正極集電體,且於上述無孔狀之正極集電體之兩面塗佈有上述活性物質,上述負極之至少一個包含無孔狀之負極集電體,且於上述無孔狀之負極集電體之兩面塗佈有能夠吸藏及釋放鋰離子之負極活性物質,於上述電極積層體或電極捲繞體中,1個上述負極與至少2個上述正極對向,上述電極積層體或電極捲繞體包含上述正極作為至少1層之最外層,且上述最外層之上述正極具有不與上述負極對向之正極活性物質層Cx面,將上述Cx面所含之每單位面積之碳酸鹽量設為Cx1(g/m2)時,Cx1為5.0以上且25.0以下,且將上述Cx面之背面之正極活性物質層設為Cy面,且將上述Cy面所含之每單位面積之碳酸鹽量設為Cy1(g/m2)時,Cy1為0.1以上且15.0以下,且Cx1>Cy1
  9. 如請求項8之非水系鋰蓄電元件,其中將上述Cx面所含之每單位面積之活性物質量設為Cx2(g/m2),將上述Cy面所含之每單位面積之活性物質量設為Cy2(g/m2)時,Cx2/Cy2為0.86以上且1.14以下。
  10. 如請求項8之非水系鋰蓄電元件,其中上述鋰化合物為碳酸鋰,且於上述Cx面之藉由顯微拉曼光譜測定所獲得之成像圖像中,將碳酸根離子分佈分析之面積比率設為Sx%時,Sx為10以上且50以下。
  11. 如請求項10之非水系鋰蓄電元件,其中上述鋰化合物為碳酸鋰,且於上述Cy面之藉由顯微拉曼光譜測定所獲得之成像圖像中,將碳酸根離子分佈分析之面積比率設為Sy%時,Sy為1以上且40以下,且Sy<Sx
  12. 如請求項8之非水系鋰蓄電元件,其中上述Cy面含有下述式(1)~(3)所表示之1種以上之化合物:LiX1-OR1O-X2Li 式(1){式中,R1為碳數1~4之伸烷基、或碳數1~4之鹵化伸烷基,且X1及X2分別獨立地為-(COO)n(此處,n為0或1)};LiX1-OR1O-X2R2 式(2){式中,R1為碳數1~4之伸烷基、或碳數1~4之鹵化伸烷基,且R2為氫、碳數1~10之烷基、碳數1~10之單或多羥基烷基、碳數2~10之烯基、碳數2~10之單或多羥基烯基、碳數3~6之環烷基、或者芳基,且X1及X2分別獨立地為-(COO)n(此處,n為0或1)};及R2X1-OR1O-X2R3 式(3){式中,R1為碳數1~4之伸烷基、或碳數1~4之鹵化伸烷基,且R2及R3分別獨立地為氫、碳數1~10之烷基、碳數1~10之單或多羥基烷基、碳數2~10之烯基、碳數2~10之單或多羥基烯基、碳數3~6之環烷基、或者芳基,且X1及X2分別獨立地為-(COO)n(此處,n為0或1)},且將上述Cy面之每單位質量之上述式(1)~(3)所表示之化合物之合計含量設為Cy3(mol/g)時,Cy3為1.60×10-4以上且300×10-4以下。
  13. 如請求項12之非水系鋰蓄電元件,其中將與上述Cy面對向之負極活性物質層Ay面所含有之上述式(1)~(3)所表示之化合物之合計含量設為Ay3(mol/g)時,Cy3/Ay3為0.2以上且20以下。
  14. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其係於金屬製之外裝體內包含將正極及負極介隔分隔件進行積層或捲繞而成之電極積層體或電極捲繞體、與含有鋰離子之非水系電解液者,並且上述外裝體具有至少1個能夠控制上述外裝體內之壓力的閥,上述正極具有正極集電體、與存在於上述正極集電體之單面或兩面的正極活性物質層,且以上述正極活性物質層之總質量作為基準,包含1質量%以上且50質量%以下之量之鋰化合物,上述正極活性物質層含有包含活性碳之正極活性物質,上述負極具有負極集電體、與存在於上述負極集電體之單面或兩面的負極活性物質層,上述負極活性物質層含有能夠吸藏及釋放鋰離子之負極活性物質,將上述鋰化合物之平均粒徑設為G1時,0.1μm≦G1≦10μm,將上述正極活性物質之平均粒徑設為H1時,2μm≦H1≦20μm,且G1<H1
  15. 如請求項14之非水系鋰蓄電元件,其中上述金屬製之外裝體為角型。
  16. 如請求項14之非水系鋰蓄電元件,其中上述金屬製之外裝體為圓筒型。
  17. 如請求項14之非水系鋰蓄電元件,其中上述非水電解液含有選自由碳酸乙二酯、碳酸丙二酯、碳酸丁二酯、碳酸伸乙烯酯、及氟化碳酸乙二酯所組成之群中之至少1種有機溶劑。
  18. 如請求項14之非水系鋰蓄電元件,其中上述非水系電解液含有LiPF6及LiBF4中之至少1種。
  19. 如請求項14之非水系鋰蓄電元件,其中上述非水系電解液中之LiN(SO2F)2之濃度以上述非水電解液之總量作為基準而為0.3mol/L以上且1.5mol/L以下。
  20. 如請求項14之非水系鋰蓄電元件,其中由上述分隔件表面之利用XPS(X射線光電子光譜法)所測得之原子之相對元素濃度算出之氟原子(原子%)除以碳原子(原子%)所獲得之值為1.0×10-2以上且10×10-2以下。
  21. 如請求項14之非水系鋰蓄電元件,其中於上述分隔件之表面之SEM觀察中,分隔件表面50nm以上且500nm以下之粒子狀物質為1.5個/μm2以上且15個/μm2以下。
  22. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中上述正極具有正極集電體、與設置於上述正極集電體之單面上或兩面上之含有正極活性物質之正極活性物質層,且上述正極活性物質層所含之上述正極活性物質係於將藉由BJH法算出之源自直徑20Å以上且500Å以下之細孔的中孔量設為V1(cc/g),且將藉由MP法算出之源自直徑未達20Å之細孔的微孔量設為V2(cc/g)時,滿足0.3<V1≦0.8、及0.5≦V2≦1.0,進而藉由BET法所測得之比表面積顯示1,500m2/g以上且3,000m2/g以下之活性碳。
  23. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中上述正極活性物質層所含之上述正極活性物質係藉由BJH法算出之源自直徑20Å以上且500Å以下之細孔的中孔量V1(cc/g)滿足0.8<V1≦2.5,且藉由MP法算出之源自直徑未達20Å之細孔的微孔量V2(cc/g)滿足0.8<V2≦3.0,進而藉由BET法所測得之比表面積顯示2,300m2/g以上且4,000m2/g以下的活性碳。
  24. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中上述負極包含負極活性物質,上述負極活性物質之每單位質量之鋰離子之摻雜量為530mAh/g以上且2,500mAh/g以下。
  25. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中上述負極活性物質之BET比表面積為100m2/g以上且1,500m2/g以下。
  26. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中上述負極包含負極活性物質,上述負極活性物質之每單位質量之鋰離子之摻雜量為50mAh/g以上且700mAh/g以下。
  27. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中上述負極活性物質之BET比表面積為1m2/g以上且50m2/g以下。
  28. 如請求項1之非水系鋰蓄電元件,其中上述負極活性物質之平均粒徑為1μm以上且10μm以下。
  29. 一種蓄電模組,其使用如請求項1至28中任一項之非水系鋰蓄電元件。
  30. 一種電力再生系統,其使用如請求項29之蓄電模組。
  31. 一種電力負載平準化系統,其使用如請求項29之蓄電模組。
  32. 一種不斷電電源系統,其使用如請求項29之蓄電模組。
  33. 一種非接觸供電系統,其使用如請求項29之蓄電模組。
  34. 一種能量採集系統,其使用如請求項29之蓄電模組。
  35. 一種蓄電系統,其使用如請求項29之蓄電模組。
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