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JP2017085037A - Negative electrode body for nonaqueous lithium power storage device, and nonaqueous lithium power storage device arranged by use thereof - Google Patents

Negative electrode body for nonaqueous lithium power storage device, and nonaqueous lithium power storage device arranged by use thereof Download PDF

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JP2017085037A JP2015214210A JP2015214210A JP2017085037A JP 2017085037 A JP2017085037 A JP 2017085037A JP 2015214210 A JP2015214210 A JP 2015214210A JP 2015214210 A JP2015214210 A JP 2015214210A JP 2017085037 A JP2017085037 A JP 2017085037A
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浩一 平岡
武司 上城
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武司 上城
宣宏 岡田
Nobuhiro Okada
宣宏 岡田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode body which can offer a nonaqueous lithium power storage device capable of suppressing the heat generation and combustion during a nail pricking test, keeping a high electric conductivity, and developing a high output.SOLUTION: A negative electrode body for a nonaqueous lithium power storage device comprises: a negative electrode current collector; and a negative electrode active material layer provided on one or each face of the negative electrode current collector. A peel strength when peeling the negative electrode active material layer from the negative electrode current collector is in a range of 0.05-0.60 N/cm.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体、及びそれを用いた非水系リチウム型蓄電素子に関する。 The present invention relates to a negative electrode body for a non-aqueous lithium storage element and a non-aqueous lithium storage element using the same.

近年、地球環境の保全及び省資源を目指したエネルギーの有効利用の観点から、深夜電力貯蔵システム、太陽光発電技術に基づく家庭用分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システム等が注目を集めている。
これらの蓄電システムにおける第一の要求事項は、用いられる蓄電素子のエネルギー密度が高いことである。このような要求に対応可能な、エネルギー密度が高い蓄電素子の有力候補として、リチウムイオン電池の開発が精力的に進められている。
第二の要求事項は、出力特性が高いことである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ(例えば、ハイブリッド電気自動車)、又は燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ(例えば、燃料電池電気自動車)において、加速時には蓄電システムにおける高出力の放電特性が要求されている。
In recent years, midnight power storage systems, home-use distributed power storage systems based on solar power generation technology, power storage systems for electric vehicles, etc. have attracted attention from the viewpoint of global environment conservation and effective use of energy for resource saving. Yes.
The first requirement in these power storage systems is that the energy density of the power storage elements used is high. As a promising candidate for an energy storage device with high energy density that can meet such demands, development of lithium ion batteries has been energetically advanced.
The second requirement is high output characteristics. For example, a combination of a high-efficiency engine and a power storage system (for example, a hybrid electric vehicle) or a combination of a fuel cell and a power storage system (for example, a fuel cell electric vehicle) requires a high output discharge characteristic in the power storage system during acceleration. Has been.

現在、高出力蓄電素子としては、電気二重層キャパシタ、ニッケル水素電池等が開発されている。
電気二重層キャパシタのうち、電極に活性炭を用いたものは、0.5〜1kW/L程度の出力特性を有する。この電気二重層キャパシタは、耐久性(特に、サイクル特性及び高温保存特性)も高く、上記高出力が要求される分野における最適の蓄電素子と考えられてきた。しかしその実用化には、エネルギー密度が1〜5Wh/L程度と低いこと、及び出力持続時間が短いことが足枷となっている。
At present, electric double layer capacitors, nickel metal hydride batteries, and the like have been developed as high power storage elements.
Among the electric double layer capacitors, those using activated carbon for the electrodes have an output characteristic of about 0.5 to 1 kW / L. This electric double layer capacitor has high durability (particularly cycle characteristics and high-temperature storage characteristics), and has been considered as an optimum electric storage element in the field where the high output is required. However, for its practical use, the energy density is as low as about 1 to 5 Wh / L and the output duration is short.

一方、現在ハイブリッド電気自動車で採用されているニッケル水素電池は、電気二重層キャパシタと同等の高出力を実現し、かつ、160Wh/L程度のエネルギー密度を有している。しかしながら、そのエネルギー密度及び出力をより一層高めるとともに、高温における安定性を更に改善し、耐久性を高めるための研究が精力的に進められている。
また、リチウムイオン電池においても、高出力化に向けての研究が進められている。例えば、放電深度(すなわち、素子の放電容量の何%を放電した状態かを表す値)50%において3kW/Lを超える高出力が得られるリチウムイオン電池が開発されている。しかし、そのエネルギー密度は、100Wh/L以下であり、リチウムイオン電池の最大の特徴である高エネルギー密度を敢えて抑制した設計となっている。また、その耐久性(特に、サイクル特性及び高温保存特性)は、電気二重層キャパシタに比べ劣る。そのため、リチウムイオン電池は、実用的な耐久性を持たせるためには放電深度が0〜100%の範囲よりも狭い範囲でしか使用することができない。実際に使用できる容量は更に小さくなるから、耐久性をより一層向上させるための研究が精力的に進められている。
On the other hand, nickel-metal hydride batteries currently used in hybrid electric vehicles achieve high output equivalent to electric double layer capacitors and have an energy density of about 160 Wh / L. However, research is underway energetically to further increase the energy density and output, further improve the stability at high temperatures, and enhance the durability.
In addition, research for higher output is also being conducted in lithium ion batteries. For example, a lithium ion battery has been developed that can obtain a high output exceeding 3 kW / L at a discharge depth (that is, a value representing what percentage of the discharge capacity of the device is discharged) 50%. However, the energy density is 100 Wh / L or less, and the high energy density, which is the greatest feature of the lithium ion battery, is intentionally suppressed. Further, its durability (particularly cycle characteristics and high temperature storage characteristics) is inferior to that of an electric double layer capacitor. Therefore, the lithium ion battery can be used only in a range where the depth of discharge is narrower than the range of 0 to 100% in order to have practical durability. Since the capacity that can actually be used is further reduced, research for further improving the durability is being actively pursued.

上記のように高出力密度、高エネルギー密度、及び耐久性を兼ね備えた蓄電素子の実用化が強く求められているが、上述した既存の蓄電素子には一長一短がある。そのため、これらの技術的要求を充足する新たな蓄電素子が求められており、有力な候補としてリチウムイオンキャパシタと呼ばれる蓄電素子の開発が近年盛んである。
リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオンを含有する電解質を含む非水系電解液を使用する蓄電素子(すなわち、非水系リチウム型蓄電素子)の一種であって、
正極においては電気二重層キャパシタと同様の、陰イオンの吸着・脱着による非ファラデー反応、負極においてはリチウムイオン電池と同様の、リチウムイオンの吸蔵・放出によるファラデー反応によって充放電を行う蓄電素子である。
As described above, there is a strong demand for practical use of a power storage element having high output density, high energy density, and durability. However, the above-described existing power storage element has advantages and disadvantages. Therefore, a new power storage element that satisfies these technical requirements has been demanded, and development of a power storage element called a lithium ion capacitor has been actively developed as a promising candidate.
A lithium ion capacitor is a kind of power storage element that uses a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte containing lithium ions (that is, a non-aqueous lithium-type power storage element),
It is a storage element that charges and discharges by non-Faraday reaction by adsorption / desorption of anions in the positive electrode and by Faraday reaction by occlusion / release of lithium ions in the negative electrode, as in the case of electric double layer capacitors. .

正極・負極の双方において非ファラデー反応による充放電を行う電気二重層キャパシタにおいては、上述のように出力特性に優れるがエネルギー密度が小さい。他方、正極・負極の双方においてファラデー反応による充放電を行う二次電池であるリチウムイオン電池においては、エネルギー密度に優れるが、出力特性に劣る。リチウムイオンキャパシタは、正極では非ファラデー反応、負極ではファラデー反応による充放電を行うことによって、優れた出力特性と高いエネルギー密度との両立を狙う新たな蓄電素子である。
リチウムイオンキャパシタの例としては、正極活物質に活性炭、負極活物質として複合多孔性材料を用いることにより、高エネルギー密度と高出力とを兼ね備えた非水系リチウム型蓄電素子が提案されている(特許文献3)。
An electric double layer capacitor that charges and discharges by a non-Faraday reaction in both the positive electrode and the negative electrode is excellent in output characteristics as described above, but has a low energy density. On the other hand, a lithium ion battery that is a secondary battery that charges and discharges by a Faraday reaction in both the positive electrode and the negative electrode is excellent in energy density but inferior in output characteristics. A lithium ion capacitor is a new power storage element that aims to achieve both excellent output characteristics and high energy density by performing charge and discharge by a non-Faraday reaction at the positive electrode and a Faraday reaction at the negative electrode.
As an example of a lithium ion capacitor, a non-aqueous lithium storage element that combines high energy density and high output by using activated carbon as a positive electrode active material and a composite porous material as a negative electrode active material has been proposed (patent) Reference 3).

リチウムイオンキャパシタを用いる用途としては、例えば鉄道、建機、自動車用蓄電等が挙げられる。これらの用途では、作動環境が過酷なため、使用されるキャパシタは万が一、圧壊、短絡、過充電等が生じた場合の安全性を十分に確保する必要がある。特に、圧壊・短絡時のキャパシタの発火が安全上問題となっている。このような課題に対する対策技術として、電解液中に難燃剤を添加することで発火を抑制するリチウムイオンキャパシタが提案されている(特許文献1)。
また、リチウムイオン二次電池ではあるが、電極の切削強度を規定して高安全性を担保する技術も提案されている(特許文献2)。
Applications that use lithium ion capacitors include, for example, railways, construction machinery, and automobile power storage. In these applications, since the operating environment is harsh, it is necessary to ensure sufficient safety in the event of crushing, short-circuiting, overcharging, etc. in the case of capacitors used. In particular, ignition of the capacitor at the time of crushing or short circuit is a safety problem. As a countermeasure technique for such a problem, a lithium ion capacitor that suppresses ignition by adding a flame retardant into an electrolytic solution has been proposed (Patent Document 1).
Moreover, although it is a lithium ion secondary battery, the technique which prescribes | regulates the cutting strength of an electrode and ensures high safety | security is proposed (patent document 2).

特開2011−204822号公報JP 2011-204822 A 特開2014−209455号公報JP 2014-209455 A 国際公開第2014/088074号International Publication No. 2014/088074

本発明者らが検討した結果、特許文献3に記載の非水系リチウム型蓄電素子によると、高出力特性を維持しつつ、エネルギー密度及び耐久性の双方を向上することは可能となった。しかしながら該蓄電素子は、圧壊、内部短絡等の非常に過酷な状況を想定した安全性試験においては、蓄電素子の発熱温度が高く、発火が生じることもあり、安全性の面で改良すべき点がある。
近年、安全面では、こういった過酷な状況を想定した試験で更なる安全性が確保されることが求められている。一方で、安全性を追求するあまりに、蓄電素子の各種特性(出力特性等)が低下しないようにすることも重要である。
以上の状況に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、異常時の発熱・発火を抑制し、安全性が高いことに加え、高出力を発現する非水系リチウム型蓄電素子を提供することである。
As a result of studies by the present inventors, according to the non-aqueous lithium storage element described in Patent Document 3, it has become possible to improve both energy density and durability while maintaining high output characteristics. However, in the safety test assuming extremely severe conditions such as crushing and internal short circuit, the electricity storage element has a high heat generation temperature of the electricity storage element and may ignite, which should be improved in terms of safety. There is.
In recent years, in terms of safety, it has been required that further safety be ensured by a test assuming such a severe situation. On the other hand, in pursuit of safety, it is also important that various characteristics (output characteristics, etc.) of the storage element are not deteriorated.
In view of the above situation, the problem to be solved by the present invention is to provide a non-aqueous lithium storage element that exhibits high output in addition to suppressing heat generation and ignition at the time of abnormality and high safety. is there.

本発明者らは、前記課題を解決すべく研究を進めた。その結果、負極電極体における活物質層の剥離強度を、従来技術におけるよりも低い特定の範囲にコントロールすることにより、釘刺し試験時の発熱及び発火が抑制され、更に高い電気伝導度を保ち、高出力を発現する非水系リチウム型蓄電素子が得られることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の通りである。
The present inventors have advanced research to solve the above-mentioned problems. As a result, by controlling the peel strength of the active material layer in the negative electrode body to a specific range lower than in the prior art, heat generation and ignition during the nail penetration test are suppressed, and higher electrical conductivity is maintained, The present inventors have found that a non-aqueous lithium storage element that exhibits high output can be obtained.
That is, the present invention is as follows.

[1] 負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた負極活物質層とから構成され、
前記負極活物質層を前記負極集電体から剥離するときの剥離強度が0.05N/cm以上0.60N/cm以下の範囲にあることを特徴とする、非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体。
[2] 前記負極集電体が貫通孔を有する、[1]に記載の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体。
[1] A negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on one side or both sides of the negative electrode current collector,
A negative electrode for a non-aqueous lithium storage element, wherein a peel strength when peeling the negative electrode active material layer from the negative electrode current collector is in a range of 0.05 N / cm or more and 0.60 N / cm or less. body.
[2] The negative electrode body for a non-aqueous lithium storage element according to [1], wherein the negative electrode current collector has a through hole.

[3] 前記負極活物質が、活性炭の表面に炭素材料が被着した複合多孔性材料であり、かつ、
BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.010≦Vm1≦0.250、0.001≦Vm2≦0.200、及び1.5≦Vm1/Vm2≦20.0を満たす、[1]又は[2]に記載の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体。
[4] 前記負極活物質が、活性炭の表面に炭素材料が被着した複合多孔性材料であり、かつ、
前記複合多孔性材料の単位質量あたり1,050mAh/g以上2,050mAh/g以下のリチウムイオンがプリドープされており、
前記炭素質材料の前記活性炭に対する質量比率が10%以上60%以下であり、そして
前記負極活物質層の厚さが片面当たり20μm以上45μm以下である、[1]又は[2]に記載の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体。
[3] The negative electrode active material is a composite porous material in which a carbon material is deposited on the surface of activated carbon, and
The amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is Vm1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method is Vm2 (cc / g ) Satisfying 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250, 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200, and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 20.0, according to [1] or [2] A negative electrode body for a non-aqueous lithium storage element.
[4] The negative electrode active material is a composite porous material in which a carbon material is deposited on the surface of activated carbon, and
Lithium ions of 1,050 mAh / g or more and 2,050 mAh / g or less per unit mass of the composite porous material are pre-doped,
The mass ratio of the carbonaceous material to the activated carbon is 10% or more and 60% or less, and the thickness of the negative electrode active material layer is 20 μm or more and 45 μm or less per side, according to [1] or [2] Negative electrode body for water-based lithium storage element.

[5」 [1}〜[4]のいずれかに記載の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体、正極電極体、及びセパレータを有する電極積層体と、非水系電解液とが外装体に収容され、
前記正極電極体が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、該正極活物質が活性炭を含むことを特徴とする、非水系リチウム型蓄電素子。
[6] 前記活性炭が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量V1(cc/g)が0.8<V1≦2.5を満たし、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量V2(cc/g)が0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が3,000m/g以上4,000m/g以下を示す、[5]に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
[5] The electrode laminate including the negative electrode body for a non-aqueous lithium storage element, the positive electrode body, and the separator according to any one of [1} to [4], and a non-aqueous electrolyte solution are housed in an exterior body. And
The positive electrode body includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material includes activated carbon. A non-aqueous lithium-type electricity storage device characterized by the above.
[6] The amount of mesopores V1 (cc / g) derived from the pores having a diameter of 20 mm or more and 500 mm or less calculated by the BJH method satisfies 0.8 <V1 ≦ 2.5, and the activated carbon was calculated by the MP method. The amount of micropores V2 (cc / g) derived from pores having a diameter of less than 20 mm satisfies 0.8 <V2 ≦ 3.0, and the specific surface area measured by the BET method is 3,000 m 2 / g or more 4 , the following 000m 2 / g, the non-aqueous lithium-type storage element according to [5].

本発明の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体を用いた非水系リチウム型蓄電素子は、釘刺し試験時の発熱及び発火が抑制され、安全性が高く、更に高出力を発現するという効果を奏する。   The non-aqueous lithium storage element using the negative electrode body for a non-aqueous lithium storage element of the present invention has the effect that heat generation and ignition during a nail penetration test are suppressed, safety is high, and higher output is exhibited. Play.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
<負極電極体>
本発明の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体は、負極集電体と、その片面上又は両面上に設けられた負極活物質層とから構成され、前記負極活物質層を前記負極電極体から剥離するときの剥離強度が0.05以上0.60N/cm以下であることを特徴とする。前記負極集電体は、貫通孔を有していてもよい。
Hereinafter, although embodiment of this invention is described in detail, this invention is not limited to the following embodiment.
<Negative electrode body>
The negative electrode body for a non-aqueous lithium storage element according to the present invention is composed of a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on one or both surfaces thereof, and the negative electrode active material layer is defined as the negative electrode body. The peel strength when peeling from is 0.05 or more and 0.60 N / cm or less. The negative electrode current collector may have a through hole.

本発明の一実施形態における非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体は、引張試験機を用いて、負極活物質層を負極電極体から剥離する時の剥離強度を測定した時の値が、好ましくは0.05N/cm以上0.60N/cm以下である。この値の上限については、更に好ましくは0.55N/cm以下であって、特に好ましくは0.5N/cm以下である。この剥離強度が0.05N/cm以上であれば、かかる負極電極体を用いて蓄電素子を組み立てる時に活物質が剥がれ落ちることなく作製することができ、なおかつ負極電極体の電気伝導度を高く保つことができる。一方で剥離強度が0.6N/cm以下であれば、釘刺し試験時の蓄電素子の発熱及び発火を抑制することができ、安全性をより高めることができる。
負極活物質層を負極電極体から剥離する時の剥離強度を上記の範囲に設定することにより、異常時の発熱及び発火を抑制しつつ、高い電気伝導度が得られる機構については詳らかではない。しかしながら本発明者らは、以下のように推察している。すなわち、本発明の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体は、
異常時には、負極活物質層が負極電極体から速やかに剥離することにより、負極活物質の持つエネルギーが分散され、該エネルギーが一極集中しないから、発熱及び発火を抑制することができるとともに;
負極活物質層における各成分の量が最適化されていから、活物質間の電気伝導度を高く保つことができる。
以上の理由により、これらの性能の両立が可能になったものと考えられる。しかしながら本発明は、上記の作用機序に拘束されるものではない。
The negative electrode body for a non-aqueous lithium storage element in one embodiment of the present invention preferably has a value when the peel strength when the negative electrode active material layer is peeled from the negative electrode body is measured using a tensile tester. Is 0.05 N / cm or more and 0.60 N / cm or less. The upper limit of this value is more preferably 0.55 N / cm or less, and particularly preferably 0.5 N / cm or less. If the peel strength is 0.05 N / cm or more, the active material can be produced without peeling off when assembling an electricity storage device using such a negative electrode body, and the electrical conductivity of the negative electrode body is kept high. be able to. On the other hand, if the peel strength is 0.6 N / cm or less, heat generation and ignition of the electricity storage element during the nail penetration test can be suppressed, and safety can be further improved.
By setting the peel strength when peeling the negative electrode active material layer from the negative electrode body in the above-mentioned range, it is not detailed about the mechanism that can obtain high electrical conductivity while suppressing heat generation and ignition at the time of abnormality. However, the present inventors presume as follows. That is, the negative electrode body for a non-aqueous lithium storage element of the present invention is
At the time of abnormality, the negative electrode active material layer is quickly peeled off from the negative electrode body, so that the energy of the negative electrode active material is dispersed and the energy is not concentrated, so that heat generation and ignition can be suppressed;
Since the amount of each component in the negative electrode active material layer is optimized, the electrical conductivity between the active materials can be kept high.
For these reasons, it is considered that both of these performances can be achieved. However, the present invention is not limited to the above action mechanism.

本発明における剥離強度(N/cm)は、エー・アンド・デー社製の引張試験機(STB−1225S)を用いて測定した値である。測定に用いる電極体は、2.5cm×10cmの大きさに切り出し、ニチバン株式会社製のセロテープ(登録商標、品番「CT405AP−24」、24mm×35m)を貼り付ける。貼り付けたテープの端の5mm程度を剥がし、テープ側を引張試験機の上側(引張側)に、電極側を引張試験機の下側(固定側)にそれぞれ装着し、電極に対して180°方向に50mm/minの速度で100mm引っ張った時の強度曲線における歪み25mm〜65mmの部分の積分平均荷重を採用して、引張強度のデータとする。試験は25℃の一般環境下において実施することが好ましい。    The peel strength (N / cm) in the present invention is a value measured using a tensile tester (STB-1225S) manufactured by A & D. The electrode body used for the measurement is cut into a size of 2.5 cm × 10 cm, and cello tape (registered trademark, product number “CT405AP-24”, 24 mm × 35 m) manufactured by Nichiban Co., Ltd. is attached. Remove about 5mm from the end of the tape, and attach the tape side to the upper side (tensile side) of the tensile tester and the electrode side to the lower side (fixed side) of the tensile tester. The integrated average load at a strain of 25 mm to 65 mm in the strength curve when pulled 100 mm at a speed of 50 mm / min in the direction is used as tensile strength data. The test is preferably carried out in a general environment of 25 ° C.

[負極集電体の構成要素1(集電体)]
負極集電体の材質は、電子伝導性の高い金属が好適に用いられる。例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、SUS(ステンレス鋼)、チタン等が挙げられる。銅が好ましい。
集電体の厚みは、1〜100μmが好ましい。
本発明に用いられる負極集電体は、貫通孔が設けられていてもよい。
負極集電体に設ける貫通孔の形状は、円、楕円、菱形、不規則形状等であることができる。貫通孔の平均孔径は、0.01mm以上0.19mm以下の範囲内であることが好ましい。ここでいう孔径とは、貫通孔の外縁の2点間の距離のうち、貫通孔の平面形状の重心を通る最短の直線距離をいう。例えば、貫通孔の形状が円形であれば直径を、楕円であれば短軸径を意味する。この孔径が0.01mm以上であると、負極活物質層が該貫通孔に食い込むことが可能となるため、活物質層と集電体との接着強度の増大につながる。孔径が0.19mm以下であると、貫通孔のパターンが活物質層の表面の凹凸パターンに反映し難くなり、活物質層の表面粗さを小さくすることが可能となる。また、活物質層が貫通孔の内部で金属箔に容易に支持されることになり、活物質層の集電体からの剥離が起こり難くなる。
[Component 1 of current collector (current collector)]
As the material of the negative electrode current collector, a metal having high electron conductivity is preferably used. For example, aluminum, copper, nickel, SUS (stainless steel), titanium, etc. are mentioned. Copper is preferred.
The thickness of the current collector is preferably 1 to 100 μm.
The negative electrode current collector used in the present invention may be provided with a through hole.
The shape of the through hole provided in the negative electrode current collector can be a circle, an ellipse, a rhombus, an irregular shape, or the like. The average hole diameter of the through holes is preferably in the range of 0.01 mm or more and 0.19 mm or less. The hole diameter here refers to the shortest linear distance passing through the center of gravity of the planar shape of the through-hole among the distances between the two points on the outer edge of the through-hole. For example, if the shape of the through hole is circular, it means a diameter, and if it is an ellipse, it means a short axis diameter. When the hole diameter is 0.01 mm or more, the negative electrode active material layer can bite into the through hole, which leads to an increase in the adhesive strength between the active material layer and the current collector. When the hole diameter is 0.19 mm or less, the through-hole pattern is difficult to reflect on the uneven pattern on the surface of the active material layer, and the surface roughness of the active material layer can be reduced. In addition, the active material layer is easily supported by the metal foil inside the through hole, and the active material layer is less likely to peel from the current collector.

集電体の片面の面積(貫通孔領域の面積も含む)に対する貫通孔領域の総面積の比率である開孔率は、1%以上50%以下が好ましく、10%以上30%以下が更に好ましい。開孔率が1%以上であれば、集電体の面に対して垂直方向への電解液の移動が可能になるため、電解液の含浸速度の向上が見込まれる。また、開孔率が50%以下であれば、電子伝導性に寄与する集電体材料の面積が十分に存在し、電極の低抵抗化及び集電体の高強度化につながる。ここで、集電体の片面の面積は、電極タブを溶接するための耳部(集電体のうち、活物質層が積層されていない領域)は含まず、活物質層が積層されている領域のみの面積を意味する。   The opening ratio, which is the ratio of the total area of the through-hole region to the area of one side of the current collector (including the area of the through-hole region), is preferably 1% or more and 50% or less, and more preferably 10% or more and 30% or less. . If the open area ratio is 1% or more, the electrolyte solution can move in the direction perpendicular to the surface of the current collector, so that the impregnation rate of the electrolyte solution is expected to be improved. Moreover, if the hole area ratio is 50% or less, there is a sufficient area of the current collector material that contributes to electron conductivity, which leads to lower resistance of the electrode and higher strength of the current collector. Here, the area of one surface of the current collector does not include the ear portion for welding the electrode tab (the region of the current collector where the active material layer is not laminated), and the active material layer is laminated. It means the area of only the region.

[負極電極体の構成要素2(活物質層)]
(活物質)
本実施形態における負極活物質層は、少なくとも負極活物質を含有する。
負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を含む。負極活物質としては、この炭素材料のみを使用してもよいし、或いはこの炭素材料に加えて、リチウムイオンを吸蔵放出する他の材料を併用してもよい。前記他の材料としては、例えばリチウムチタン複合酸化物、導電性高分子等を挙げることができる。例示の態様において、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料の含有率は、負極活物質の総量を基準として、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上である。100質量%であることができるが、他の材料の併用による効果を良好に得る観点から、例えば、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であってもよい。
[Component 2 of the negative electrode body (active material layer)]
(Active material)
The negative electrode active material layer in this embodiment contains at least a negative electrode active material.
The negative electrode active material includes a carbon material that can occlude and release lithium ions. As the negative electrode active material, only this carbon material may be used, or in addition to this carbon material, another material that occludes and releases lithium ions may be used in combination. Examples of the other material include lithium titanium composite oxide and conductive polymer. In the illustrated embodiment, the content of the carbon material capable of occluding and releasing lithium ions is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more based on the total amount of the negative electrode active material. Although it can be 100% by mass, it is preferably 90% by mass or less, and may be 80% by mass or less, for example, from the viewpoint of obtaining the effect of the combined use of other materials.

リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料としては、例えば、ハードカーボン、易黒鉛性カーボン、複合多孔性炭素材料等を挙げることができる。負極活物質の更に好ましい例は、後述の、活性炭の表面に炭素材料を被着させて成る複合多孔性炭素材料1及び2であり、これらは負極の抵抗の点で有利である。
負極活物質における炭素材料としては、複合多孔性炭素材料1及び2から選択される1種以上のみを使用してもよいし、複合多孔性炭素材料1及び2から選択される1種以上とともに、その他の炭素材料を併用してもよい。
以下、上述の複合多孔性材料1及び2、並びにその他の炭素材料について個別に順次説明していく。
Examples of the carbon material that can occlude and release lithium ions include hard carbon, graphitizable carbon, and composite porous carbon material. More preferable examples of the negative electrode active material are composite porous carbon materials 1 and 2 formed by depositing a carbon material on the surface of activated carbon, which will be described later, and these are advantageous in terms of resistance of the negative electrode.
As the carbon material in the negative electrode active material, only one or more selected from the composite porous carbon materials 1 and 2 may be used, or together with one or more selected from the composite porous carbon materials 1 and 2, Other carbon materials may be used in combination.
Hereinafter, the above-described composite porous materials 1 and 2 and other carbon materials will be described individually and sequentially.

−複合多孔性材料1−
複合多孔性材料1は、活性炭の表面に炭素材料を被着させた複合多孔性材料であり、前記炭素材料の前記活性炭に対する質量比率が10%以上60%以下であるものである。この質量比率は、好ましくは15%以上55%以下であり、より好ましくは18%以上50%以下であり、特に好ましくは20%以上47%以下である。炭素材料の質量比率が10%以上であれば、活性炭が有していたマイクロ孔を該炭素材料で適度に埋めることができ、リチウムイオンの充放電効率が向上するから、耐久性を損なうことがない。炭素材料の質量比率が60%以下であれば、活性炭が有していた細孔を適度に保持することにより、比表面積を大きくできる。そのため、リチウムイオンのプリドープ量を高めることができる。その結果、負極を薄膜化しても高出力密度かつ高耐久性を維持することができることとなる。
-Composite porous material 1-
The composite porous material 1 is a composite porous material in which a carbon material is deposited on the surface of activated carbon, and the mass ratio of the carbon material to the activated carbon is 10% to 60%. This mass ratio is preferably 15% or more and 55% or less, more preferably 18% or more and 50% or less, and particularly preferably 20% or more and 47% or less. If the mass ratio of the carbon material is 10% or more, the micropores possessed by the activated carbon can be appropriately filled with the carbon material, and the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved, which may impair durability. Absent. If the mass ratio of the carbon material is 60% or less, the specific surface area can be increased by appropriately holding the pores of the activated carbon. Therefore, the pre-doping amount of lithium ions can be increased. As a result, high output density and high durability can be maintained even if the negative electrode is thinned.

該複合多孔性材料1のBET法における比表面積は、350m/g〜1,500m/gが好ましく、400m/g〜1,100m/gが更に好ましい。この比表面積が350m/g以上である複合多孔性材料1は、細孔を適度に保持しているといえる。従って、リチウムイオンのプリドープ量を高めることができる結果、負極を薄膜化することが可能となる。他方、この比表面積が1,500m/g以下である場合、活性炭の有していたマイクロ孔が適度に埋まっていることといえる。そのため、リチウムイオンの充放電効率が向上するので、耐久性を損なわない。
複合多孔性材料1は、例えば、活性炭と炭素材料前駆体とを共存させた状態で熱処理することにより得ることができる。
The specific surface area in BET method of the composite porous material 1, 350m 2 / g~1,500m 2 / g are preferred, 400m 2 / g~1,100m 2 / g is more preferable. It can be said that the composite porous material 1 having a specific surface area of 350 m 2 / g or more appropriately retains pores. Therefore, as a result of increasing the pre-doping amount of lithium ions, the negative electrode can be made thin. On the other hand, when the specific surface area is 1,500 m 2 / g or less, it can be said that the micropores possessed by the activated carbon are appropriately filled. Therefore, since the charge / discharge efficiency of lithium ions is improved, durability is not impaired.
The composite porous material 1 can be obtained, for example, by heat treatment in a state where activated carbon and a carbon material precursor coexist.

上記の複合多孔性材料1の原料として用いる活性炭としては、得られる複合多孔性材料1が所望の特性を発揮する限り、特に制限はない。例えば、石油系、石炭系、植物系、高分子系等の各種の原材料から得られた市販品を使用することができる。特に、平均粒径が1μm以上15μm以下の活性炭粉末を用いることが好ましい。この平均粒径は、より好ましくは2μm以上10μm以下である。
上記の複合多孔性材料1の原料として用いる炭素材料前駆体とは、熱処理することにより、活性炭に炭素材料を被着させることができる有機材料である。炭素材料前駆体は、固体であっても、液体であってもよく、又は溶剤に溶解可能な物質であってもよい。このような炭素材料前駆体としては、例えば、ピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、合成樹脂(例えばフェノール樹脂等)等を挙げることができる。これらの炭素材料前駆体の中でも、安価であるピッチを用いることが、製造コスト上好ましい。ピッチは、大別して石油系ピッチと石炭系ピッチとに分けられる。石油系ピッチとしては、例えば、原油の蒸留残査、流動性接触分解残査(デカントオイル等)、サーマルクラッカーに由来するボトム油、ナフサクラッキングの際に得られるエチレンタール等が例示される。
There is no restriction | limiting in particular as activated carbon used as a raw material of said composite porous material 1 as long as the composite porous material 1 obtained exhibits a desired characteristic. For example, commercially available products obtained from various raw materials such as petroleum-based, coal-based, plant-based, and polymer-based materials can be used. In particular, it is preferable to use activated carbon powder having an average particle diameter of 1 μm or more and 15 μm or less. The average particle size is more preferably 2 μm or more and 10 μm or less.
The carbon material precursor used as the raw material of the composite porous material 1 is an organic material that can deposit the carbon material on activated carbon by heat treatment. The carbon material precursor may be a solid, a liquid, or a substance that can be dissolved in a solvent. Examples of such a carbon material precursor include pitch, mesocarbon microbeads, coke, synthetic resin (for example, phenol resin) and the like. Among these carbon material precursors, it is preferable from the viewpoint of production cost to use an inexpensive pitch. Pitch is roughly divided into petroleum pitch and coal pitch. Examples of petroleum pitches include crude oil distillation residue, fluid catalytic cracking residue (decant oil, etc.), bottom oil derived from thermal crackers, ethylene tar obtained during naphtha cracking, and the like.

上記ピッチを用いる場合、該ピッチを活性炭との共存下に熱処理し、活性炭の表面においてピッチの揮発成分又は熱分解成分を熱反応させて該活性炭に炭素材料を被着させることにより、複合多孔性材料1が得られる。この場合、200〜500℃程度の温度において、ピッチの揮発成分又は熱分解成分の活性炭細孔内への被着が進行し、400℃以上で該被着成分が炭素材料となる反応が進行する。熱処理時のピーク温度(最高到達温度)は得られる複合多孔性材料1の特性、熱反応パターン、熱反応雰囲気等により適宜決定されるものであるが、400℃以上であることが好ましく、より好ましくは450℃〜1,000℃であり、更に好ましくは500〜800℃程度である。熱処理時のピーク温度を維持する時間は、30分間〜10時間であればよく、好ましくは1時間〜7時間であり、より好ましくは2時間〜5時間である。例えば、500〜800℃程度のピーク温度で2時間〜5時間に亘って熱処理する場合、活性炭表面に被着した炭素材料は多環芳香族系炭化水素になっているものと考えられる。複合多孔性材料1を得るために用いるピッチの軟化点は、30℃以上100℃以下が好ましく、35℃以上85℃以下が更に好ましい。ピッチの軟化点が30℃以上であればハンドリング性に支障はなく精度よく仕込むことが可能となる。この値が100℃以下であるピッチ中には低分子化合物が多く存在するから、活性炭内の細かい細孔まで被着することが可能となる。   When using the pitch, the pitch is heat-treated in the presence of activated carbon, and the carbon is deposited on the activated carbon by thermally reacting the volatile component or thermal decomposition component of the pitch on the surface of the activated carbon. Material 1 is obtained. In this case, at a temperature of about 200 to 500 ° C., the deposition of pitch volatile components or pyrolysis components into the activated carbon pores proceeds, and at 400 ° C. or higher, the reaction in which the deposited components become carbon materials proceeds. . The peak temperature (maximum temperature reached) during the heat treatment is appropriately determined according to the characteristics of the composite porous material 1 to be obtained, the thermal reaction pattern, the thermal reaction atmosphere, etc., but is preferably 400 ° C. or higher. Is 450 ° C. to 1,000 ° C., more preferably about 500 to 800 ° C. The time for maintaining the peak temperature during the heat treatment may be 30 minutes to 10 hours, preferably 1 hour to 7 hours, and more preferably 2 hours to 5 hours. For example, when the heat treatment is performed for 2 hours to 5 hours at a peak temperature of about 500 to 800 ° C., the carbon material deposited on the activated carbon surface is considered to be a polycyclic aromatic hydrocarbon. The softening point of the pitch used for obtaining the composite porous material 1 is preferably 30 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and more preferably 35 ° C. or higher and 85 ° C. or lower. If the softening point of the pitch is 30 ° C. or higher, handling is not hindered and it is possible to prepare with high accuracy. Since many low molecular compounds exist in the pitch having this value of 100 ° C. or less, it is possible to deposit fine pores in the activated carbon.

複合多孔性材料1は、活性炭の表面に炭素材料を被着させたものであるが、活性炭の細孔内部に炭素材料を被着させた後の細孔分布が重要である。この細孔分布は、メソ孔量及びマイクロ孔量により規定できる。すなわち、複合多孔性材料1は、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、以下の条件:
0.010≦Vm1≦0.300かつ0.010≦Vm2≦0.650
を満たすことが好ましい。
メソ孔量Vm1が上限以下(Vm1≦0.300)であれば、複合多孔性材料の比表面積を大きくすることができ、リチウムイオンのプリドープ量を高めることができる。このことに加え、更に負極の嵩密度を高めることができるため、負極を薄膜化することが可能となる。マイクロ孔量Vm2が上限以下(Vm2≦0.650)であれば、リチウムイオンに対する高い充放電効率が維持できる。他方、メソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2が下限以上(0.010≦Vm1、0.010≦Vm2)であれば、高出力特性が得られる。
The composite porous material 1 is obtained by depositing a carbon material on the surface of activated carbon, but the pore distribution after the carbon material is deposited inside the pores of the activated carbon is important. This pore distribution can be defined by the amount of mesopores and the amount of micropores. That is, the composite porous material 1 is derived from Vm1 (cc / g) mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method, and pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method. When the amount of micropores is Vm2 (cc / g), the following conditions:
0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.300 and 0.010 ≦ Vm2 ≦ 0.650
It is preferable to satisfy.
If the mesopore amount Vm1 is not more than the upper limit (Vm1 ≦ 0.300), the specific surface area of the composite porous material can be increased, and the pre-doping amount of lithium ions can be increased. In addition to this, since the bulk density of the negative electrode can be further increased, the negative electrode can be made thin. When the micropore amount Vm2 is not more than the upper limit (Vm2 ≦ 0.650), high charge / discharge efficiency for lithium ions can be maintained. On the other hand, if the mesopore volume Vm1 and the micropore volume Vm2 are equal to or higher than the lower limit (0.010 ≦ Vm1, 0.010 ≦ Vm2), high output characteristics can be obtained.

特に、下記3つ:
(1)0.010≦Vm1≦0.300かつ0.010≦Vm2≦0.200、
(2)0.010≦Vm1≦0.200かつ0.200≦Vm2≦0.400、及び
(3)0.010≦Vm1≦0.100かつ0.400≦Vm2≦0.650
のうちのいずれかの条件を満たすことが好ましい。上記(1)については、0.050≦Vm1≦0.300かつ0.010≦Vm2≦0.200が更に好ましい。
In particular, the following three:
(1) 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.300 and 0.010 ≦ Vm2 ≦ 0.200,
(2) 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.200 and 0.200 ≦ Vm2 ≦ 0.400, and (3) 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.100 and 0.400 ≦ Vm2 ≦ 0.650
It is preferable to satisfy any one of the conditions. As for (1), 0.050 ≦ Vm1 ≦ 0.300 and 0.010 ≦ Vm2 ≦ 0.200 are more preferable.

本実施の形態において、MP法とは、「t−プロット法」(B.C.Lippens,J.H.de Boer,J.Catalysis,4319(1965))を利用して、マイクロ孔容積、マイクロ孔面積、及びマイクロ孔の分布を求める方法を意味し、M.Mikhail, Brunauer, Bodorにより考案された方法である(R.S.Mikhail,S.Brunauer,E.E.Bodor,J.Colloid InterfaceSci.,26,45 (1968))。BJH法は、一般的にメソ孔の解析に用いられる計算方法で、Barrett,Joyner, Halendaらにより提唱されたものである(E. P. Barrett, L. G. Joyner and P. Halenda, J. Am. Chem. Soc., 73, 373(1951))。   In the present embodiment, the MP method refers to a “t-plot method” (BC Lippens, JH de Boer, J. Catalysis, 4319 (1965)). Means a method for obtaining pore area and micropore distribution; It is a method devised by Mikhail, Brunauer, Bodor (RS Mikhal, S. Brunauer, EE Bodor, J. Colloid InterfaceSci., 26, 45 (1968)). The BJH method is a calculation method generally used for analysis of mesopores, and was proposed by Barrett, Joyner, Halenda et al. (EP Barrett, LG Joyner and P. Halenda, J. et al. Am. Chem. Soc., 73, 373 (1951)).

本実施形態における複合多孔性材料1の平均粒径は1μm以上10μm以下であることが好ましい。下限については、より好ましくは2μm以上であり、更に好ましくは2.5μm以上である。上限については、より好ましくは6μm以下であり、更に好ましくは4μm以下である。平均粒径が1μm以上10μm以下であれば、良好な耐久性が保たれる。   The average particle size of the composite porous material 1 in the present embodiment is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. About a lower limit, More preferably, it is 2 micrometers or more, More preferably, it is 2.5 micrometers or more. About an upper limit, More preferably, it is 6 micrometers or less, More preferably, it is 4 micrometers or less. If the average particle size is 1 μm or more and 10 μm or less, good durability is maintained.

上記の複合多孔性材料1において、水素原子/炭素原子の原子数比(以下、「H/C」ともいう。)は、0.05以上0.35以下であることが好ましく、0.05以上0.15以下であることがより好ましい。H/Cが0.35以下である場合には、活性炭表面に被着している炭素材料の構造(典型的には多環芳香族系共役構造)が十分に発達するので、容量(エネルギー密度)及び充放電効率が高くなるため好ましい。他方、H/Cが0.05以上である場合には、炭素化が過度に進行してはいないため、良好なエネルギー密度が得られる。H/Cは元素分析装置により測定される。   In the composite porous material 1, the hydrogen atom / carbon atom ratio (hereinafter also referred to as “H / C”) is preferably 0.05 or more and 0.35 or less, and 0.05 or more. More preferably, it is 0.15 or less. When H / C is 0.35 or less, the structure (typically polycyclic aromatic conjugated structure) of the carbon material deposited on the activated carbon surface is sufficiently developed, so the capacity (energy density) ) And charging / discharging efficiency is high. On the other hand, when H / C is 0.05 or more, since carbonization has not progressed excessively, a good energy density can be obtained. H / C is measured by an elemental analyzer.

上記複合多孔性材料1は、原料の活性炭に由来するアモルファス構造を有するとともに、主に被着した炭素材料に由来する結晶構造を有することが好ましい。高い出力特性を発現するためには結晶性が低い構造が好ましく、充放電における可逆性を保つには結晶性が高い構造が好ましい。このような観点から、上記複合多孔性材料1は、X線広角回折法によって測定された(002)面の面間隔d002が3.60Å以上4.00Å以下であり、このピークの半価幅から得られるc軸方向の結晶子サイズLcが8.0Å以上20.0Å以下であるものが好ましく、d002が3.60Å以上3.75Å以下であり、このピークの半価幅から得られるc軸方向の結晶子サイズLcが11.0Å以上16.0Å以下であるものがより好ましい。
複合多孔性材料1において、平均細孔径は、高出力特性を得る観点から、28Å以上であることが好ましく、30Å以上であることがより好ましい。他方、高エネルギー密度を得る観点から、65Å以下であることが好ましく、60Å以下であることがより好ましい。本実施の形態において平均細孔径とは、液体窒素温度下で各相対圧力下において窒素ガスの各平衡吸着量を測定して得られる質量当たりの全細孔容積をBET比表面積で除して求めた値を意味する。
The composite porous material 1 preferably has an amorphous structure derived from the activated carbon as a raw material and a crystal structure mainly derived from the deposited carbon material. A structure with low crystallinity is preferable for exhibiting high output characteristics, and a structure with high crystallinity is preferable for maintaining reversibility in charge and discharge. From such a viewpoint, the composite porous material 1 has a (002) plane spacing d002 of 3.60 mm or more and 4.00 mm or less measured by the X-ray wide angle diffraction method. The obtained crystallite size Lc in the c-axis direction is preferably 8.0 to 20.0 、, d002 is 3.60 to 3.75 、, and the c-axis direction obtained from the half width of this peak The crystallite size Lc is more preferably 11.0 to 16.0.
In the composite porous material 1, the average pore diameter is preferably 28 mm or more and more preferably 30 mm or more from the viewpoint of obtaining high output characteristics. On the other hand, from the viewpoint of obtaining a high energy density, it is preferably 65 mm or less, and more preferably 60 kg or less. In the present embodiment, the average pore diameter is obtained by dividing the total pore volume per mass obtained by measuring each equilibrium adsorption amount of nitrogen gas at each relative pressure under liquid nitrogen temperature by the BET specific surface area. Value.

−複合多孔性材料2−
複合多孔性材料2は、以下のメソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2により規定される複合多孔性材料である。
複合多孔性材料2は、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.010≦Vm1≦0.250、0.001≦Vm2≦0.200、及び1.5≦Vm1/Vm2≦20.0を満たす材料である。
上記複合多孔性材料2は、例えば、活性炭と炭素材料前駆体とを共存させた状態で、これらを熱処理することにより得ることができる。複合多孔性材料2を製造するための、活性炭及び炭素材料前駆体の具体例及び熱処理方法は、複合多孔性材料1において前述したのと概ね同様である。
-Composite porous material 2-
The composite porous material 2 is a composite porous material defined by the following mesopore volume Vm1 and micropore volume Vm2.
The composite porous material 2 has a mesopore amount derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method as Vm1 (cc / g) and a micropore derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method. When the amount is Vm2 (cc / g), the material satisfies 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250, 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200, and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 20.0.
The composite porous material 2 can be obtained, for example, by heat-treating activated carbon and a carbon material precursor in the coexistence state. Specific examples of the activated carbon and the carbon material precursor and the heat treatment method for producing the composite porous material 2 are substantially the same as those described above for the composite porous material 1.

炭素材料前駆体として用いるピッチの軟化点は、30℃以上250℃以下が好ましく、60℃以上130℃以下が更に好ましい。ピッチの軟化点が30℃以上であれば、ハンドリング性に支障はなく精度よく仕込むことが可能である。この値が250℃以下であるピッチ中には低分子化合物が比較的多く存在するから、活性炭内の比較的細かい細孔まで被着することが可能となる。
上記の複合多孔性材料2を製造するための具体的方法としては、例えば、炭素材料前駆体から揮発した炭化水素ガスを含む不活性雰囲気中で活性炭を熱処理し、気相で炭素材料を被着させる方法が挙げられる。また、活性炭と炭素材料前駆体とを予め混合して熱処理する方法、又は溶媒に溶解させた炭素材料前駆体を活性炭に塗布して乾燥させた後に熱処理する方法も可能である。
複合多孔性材料2は、活性炭の表面に炭素材料を被着させたものである。この複合多孔性材料2においては、活性炭の細孔内部に炭素材料を被着させた後の細孔分布が重要であるとともに、メソ孔量/マイクロ孔量の比率が重要である。
The softening point of the pitch used as the carbon material precursor is preferably 30 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and more preferably 60 ° C. or higher and 130 ° C. or lower. If the softening point of the pitch is 30 ° C. or higher, the handling property is not hindered and it is possible to prepare with high accuracy. Since a relatively large amount of low molecular weight compounds are present in a pitch having a value of 250 ° C. or lower, it is possible to deposit even fine pores in the activated carbon.
As a specific method for producing the composite porous material 2 described above, for example, activated carbon is heat-treated in an inert atmosphere containing hydrocarbon gas volatilized from a carbon material precursor, and the carbon material is deposited in a gas phase. The method of letting it be mentioned. Moreover, the method of heat-processing by mixing activated carbon and a carbon material precursor previously, or the method of heat-processing after apply | coating the carbon material precursor dissolved in the solvent to activated carbon and drying it is also possible.
The composite porous material 2 is obtained by depositing a carbon material on the surface of activated carbon. In the composite porous material 2, the pore distribution after the carbon material is deposited inside the pores of the activated carbon is important, and the ratio of mesopore amount / micropore amount is important.

すなわち、本発明の一態様において、上記の複合多孔性材料2におけるBJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.010≦Vm1≦0.250、0.001≦Vm2≦0.200、かつ1.5≦Vm1/Vm2≦20.0であることが好ましい。
メソ孔量Vm1については、0.010≦Vm1≦0.225がより好ましく、0.010≦Vm1≦0.200が更に好ましい。マイクロ孔量Vm2については、0.001≦Vm2≦0.150がより好ましく、0.001≦Vm2≦0.100が更に好ましい。メソ孔量/マイクロ孔量の比率については、1.5≦Vm1/Vm2≦15.0がより好ましく、1.5≦Vm1/Vm2≦10.0が更に好ましい。
メソ孔量Vm1が上限以下(Vm1≦0.250)であれば、リチウムイオンに対する高い充放電効率が維持でき、メソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2が下限以上(0.010≦Vm1、0.001≦Vm2)であれば、高出力特性が得られる。
That is, in one embodiment of the present invention, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method in the composite porous material 2 is Vm1 (cc / g), the diameter calculated by the MP method. When the amount of micropores derived from pores less than 20 mm is Vm2 (cc / g), 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250, 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200, and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 It is preferable that ≦ 20.0.
The mesopore amount Vm1 is more preferably 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.225, and further preferably 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.200. About micropore amount Vm2, 0.001 <= Vm2 <= 0.150 is more preferable, and 0.001 <= Vm2 <= 0.100 is still more preferable. The ratio of mesopore amount / micropore amount is more preferably 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 15.0, and further preferably 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 10.0.
If the mesopore volume Vm1 is less than or equal to the upper limit (Vm1 ≦ 0.250), high charge / discharge efficiency with respect to lithium ions can be maintained, and the mesopore volume Vm1 and the micropore volume Vm2 are equal to or greater than the lower limit (0.010 ≦ Vm1, 0. If 001 ≦ Vm2), high output characteristics can be obtained.

孔径の大きいメソ孔内ではマイクロ孔よりもイオン伝導性が高い。そのため、高出力特性を得るためにはメソ孔量が必要である。他方、孔径の小さいマイクロ孔内では、蓄電素子の耐久性に悪影響を及ぼすとされる水分等の不純物が脱着し難い。そのため、高耐久性を得るためにはマイクロ孔量を制御する必要があると考えられる。従って、メソ孔量とマイクロ孔量との比率の制御が重要である。この値が下限以上(1.5≦Vm1/Vm2)の場合(すなわち炭素材料が活性炭のメソ孔よりもマイクロ孔に多く被着し、被着後の複合多孔性材料のメソ孔量が多く、マイクロ孔量が少ない場合)、高エネルギー密度及び高出力特性と、高耐久性(サイクル特性、フロート特性等)とが両立する。メソ孔量とマイクロ孔量との比率が上限以下(Vm1/Vm2≦20.0)の場合、高出力特性が得られる。
本実施の形態における複合多孔性材料2のメソ孔量Vm1及びマイクロ孔量Vm2は、複合多孔性材料1について上述した内容と同じであり、同様の方法によって測定される。
In a mesopore having a large pore diameter, ion conductivity is higher than that of a micropore. Therefore, the mesopore amount is necessary to obtain high output characteristics. On the other hand, impurities such as moisture, which are considered to adversely affect the durability of the electricity storage element, are difficult to desorb in the micropores having a small pore diameter. For this reason, it is considered necessary to control the amount of micropores in order to obtain high durability. Therefore, it is important to control the ratio between the mesopore amount and the micropore amount. When this value is equal to or higher than the lower limit (1.5 ≦ Vm1 / Vm2) (that is, the carbon material adheres more to the micropores than the mesopores of the activated carbon, and the amount of mesopores in the composite porous material after deposition is large When the amount of micropores is small), high energy density and high output characteristics and high durability (cycle characteristics, float characteristics, etc.) are compatible. When the ratio between the mesopore amount and the micropore amount is not more than the upper limit (Vm1 / Vm2 ≦ 20.0), high output characteristics can be obtained.
The mesopore volume Vm1 and the micropore volume Vm2 of the composite porous material 2 in the present embodiment are the same as those described above for the composite porous material 1, and are measured by the same method.

負極活物質としての複合多孔性材料2の形成に用いる活性炭においては、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)としたとき、0.050≦V1≦0.500、0.005≦V2≦1.000、かつ、0.2≦V1/V2≦20.0であることが好ましい。
活性炭のメソ孔量V1については、0.050≦V1≦0.350がより好ましく、0.100≦V1≦0.300が更に好ましい。マイクロ孔量V2については、0.005≦V2≦0.850がより好ましく、0.100≦V2≦0.800が更に好ましい。メソ孔量/マイクロ孔量の比率については、0.22≦V1/V2≦15.0がより好ましく、0.25≦V1/V2≦10.0が更に好ましい。活性炭のメソ孔量V1が0.500以下である場合及びマイクロ孔量V2が1.000以下である場合、上記本実施形態の複合多孔性材料2の細孔構造を得るためには、適量の炭素材料を被着させれば足りるので、細孔構造を制御し易くなる傾向がある。これと同様の理由により、活性炭のメソ孔量V1が0.050以上であってマイクロ孔量V2が0.005以上である場合、V1/V2が0.2以上であってV1/V2が20.0以下である場合も、該活性炭の細孔分布から上記本実施形態の複合多孔性材料2の細孔構造が容易に得られる。
本実施の形態における複合多孔性材料2の平均粒径、水素原子/炭素原子の原子数比(H/C)、及び結晶構造については、それぞれ、複合多孔性材料1について前記に説明したことがそのまま援用される。
In the activated carbon used for forming the composite porous material 2 as the negative electrode active material, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method was calculated by V1 (cc / g) and MP method. When the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm is V2 (cc / g), 0.050 ≦ V1 ≦ 0.500, 0.005 ≦ V2 ≦ 1.000, and 0.2 ≦ V1 It is preferable that /V2≦20.0.
About mesopore amount V1 of activated carbon, 0.050 <= V1 <= 0.350 is more preferable, and 0.100 <= V1 <= 0.300 is still more preferable. The micropore amount V2 is more preferably 0.005 ≦ V2 ≦ 0.850, and further preferably 0.100 ≦ V2 ≦ 0.800. The ratio of mesopore amount / micropore amount is more preferably 0.22 ≦ V1 / V2 ≦ 15.0, and further preferably 0.25 ≦ V1 / V2 ≦ 10.0. When the mesopore volume V1 of the activated carbon is 0.500 or less and the micropore volume V2 is 1.000 or less, in order to obtain the pore structure of the composite porous material 2 of the present embodiment, an appropriate amount Since it is sufficient to deposit a carbon material, the pore structure tends to be easily controlled. For the same reason, when the mesopore volume V1 of the activated carbon is 0.050 or more and the micropore volume V2 is 0.005 or more, V1 / V2 is 0.2 or more and V1 / V2 is 20 Even if it is 0.0 or less, the pore structure of the composite porous material 2 of the present embodiment can be easily obtained from the pore distribution of the activated carbon.
The average particle size, the hydrogen atom / carbon atom number ratio (H / C), and the crystal structure of the composite porous material 2 in the present embodiment have been described above for the composite porous material 1, respectively. It is used as it is.

−その他の炭素材料−
負極活物質層に負極活物質として含有されてもよいその他の炭素材料としては、例えば黒鉛、易黒鉛化性炭素材料、難黒鉛化性炭素材料、ポリアセン系物質等のアモルファス炭素質材料、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンナノフォーン、繊維状炭素質材料等であって、上述の複合多孔性材料1及び2のいずれにも該当しないものを挙げることができる。
負極活物質がその他の炭素材料を含有する場合、該その他の炭素材料の使用割合としては、炭素材料の合計に対して、50質量%以下とすることが好ましく、20質量%以下とすることがより好ましい。
-Other carbon materials-
Examples of other carbon materials that may be contained as the negative electrode active material in the negative electrode active material layer include amorphous carbonaceous materials such as graphite, graphitizable carbon materials, non-graphitizable carbon materials, polyacene-based materials, and carbon nanotubes. , Fullerenes, carbon nanophones, fibrous carbonaceous materials, etc., which do not fall under any of the composite porous materials 1 and 2 described above.
When the negative electrode active material contains other carbon materials, the use ratio of the other carbon materials is preferably 50% by mass or less, and preferably 20% by mass or less with respect to the total of the carbon materials. More preferred.

[負極活物質層における任意添加成分]
本発明の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体の負極活物質層は、必要に応じて、負極活物質の他に、導電性フィラー、結着剤等を添加することができる。
導電性フィラーの種類は特に制限されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維等が例示される。導電性フィラーの添加量は、負極活物質に対して0〜30質量%が好ましい。
[Optional components in the negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer of the negative electrode body for a non-aqueous lithium storage element of the present invention can contain a conductive filler, a binder, etc. in addition to the negative electrode active material, if necessary.
The type of the conductive filler is not particularly limited, and examples thereof include acetylene black, ketjen black, and vapor grown carbon fiber. The addition amount of the conductive filler is preferably 0 to 30% by mass with respect to the negative electrode active material.

結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えばPVdF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、スチレン−ブタジエン共重合体等を用いることができる。その際、結着剤の量及び種類を変えることにより、負極電極体の剥離強度、電気伝導度を制御することができる。
結着剤の量は、多ければ多いほど、負極電極体の剥離強度も増大し、電気伝導度も保たれる。つまり、負極電極体の電気伝導度や剥離強度を保つために、最低限の結着剤を多く添加する事が求められる。しかし、結着剤の量を増やし過ぎると、釘刺し試験時のイベントが増大する。そのため、結着剤量は、ある一定の範囲に抑えることが好ましい。
結着剤の好ましい添加量は結着剤の種類によって異なり、負極電極体の剥離強度が本発明所定の効果を奏する範囲で適宜に調整されるべきである。
例えば、結着剤としてPVdFと使用する場合、該PVdFの添加量は、負極活物質に対して、好ましくは4〜8質量%、より好ましくは4.5〜7.8質量%、特に好ましくは5〜7.5質量%である。PVdFの量が4質量%以上であれば、負極活物質間の電気伝導度を保つことができるとともに、活物質が剥がれることなく蓄電素子を作製することができる。また、PVdFの量が8質量%以下であれば、釘刺し試験の時のセル発熱温度を抑制することができる。その結果、より安全性な非水系リチウム型蓄電素子を提供することができる。
Although it does not restrict | limit especially as a binder, For example, PVdF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), a styrene-butadiene copolymer etc. can be used. At this time, the peel strength and electrical conductivity of the negative electrode body can be controlled by changing the amount and type of the binder.
The greater the amount of the binder, the greater the peel strength of the negative electrode body and the higher the electrical conductivity. That is, in order to maintain the electrical conductivity and peel strength of the negative electrode body, it is required to add a minimum amount of binder. However, if the amount of the binder is increased too much, the events during the nail penetration test increase. For this reason, the amount of the binder is preferably suppressed within a certain range.
A preferable addition amount of the binder varies depending on the kind of the binder, and the peel strength of the negative electrode body should be appropriately adjusted within a range where the predetermined effect of the present invention is exhibited.
For example, when PVdF is used as a binder, the amount of PVdF added is preferably 4 to 8% by mass, more preferably 4.5 to 7.8% by mass, particularly preferably relative to the negative electrode active material. 5 to 7.5% by mass. When the amount of PVdF is 4% by mass or more, the electrical conductivity between the negative electrode active materials can be maintained, and the power storage element can be manufactured without peeling off the active material. Moreover, if the amount of PVdF is 8% by mass or less, the cell heating temperature during the nail penetration test can be suppressed. As a result, a safer non-aqueous lithium storage element can be provided.

[負極電極体の製造]
負極電極体は、負極集電体の片面上又は両面上に活物質層を設けて成る。典型的な態様において負極活物質層は負極集電体に固着している。
本発明の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体における負極活物質層は、負極活物質の他に、必要に応じて、導電性フィラー及び結着剤を、溶媒とともに混ぜてスラリー化した状態で、負極集電体の片面又は両面に塗布し、溶媒を乾燥させることにより、得られる。
負極電極体は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等の電極の製造技術により製造することが可能である。例えば、負極活物質を含む各種材料を水又は有機溶剤によりスラリー状にし、このスラリーを負極集電体上に塗布して乾燥し、必要に応じて室温又は加熱下にプレスして負極活物質層を形成することにより、得られる。溶剤を使用せずに、負極活物質を含む各種材料を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて負極集電体に貼り付けることも可能である。
[Manufacture of negative electrode body]
The negative electrode body is formed by providing an active material layer on one side or both sides of a negative electrode current collector. In a typical embodiment, the negative electrode active material layer is fixed to the negative electrode current collector.
In the negative electrode active material layer in the negative electrode body for a non-aqueous lithium-type storage element of the present invention, in addition to the negative electrode active material, if necessary, a conductive filler and a binder are mixed with a solvent to form a slurry. It is obtained by applying to one or both sides of the negative electrode current collector and drying the solvent.
The negative electrode body can be manufactured by known electrode manufacturing techniques such as a lithium ion battery and an electric double layer capacitor. For example, various materials including a negative electrode active material are made into a slurry form with water or an organic solvent, this slurry is coated on a negative electrode current collector and dried, and then pressed at room temperature or under heating as necessary to form a negative electrode active material layer Is obtained. Without using a solvent, various materials including a negative electrode active material can be dry-mixed, the obtained mixture can be press-molded, and then attached to the negative electrode current collector using a conductive adhesive.

負極活物質層の厚さは、片面当たり、好ましくは20μm以上45μm以下であり、より好ましくは25μm以上40μm以下である。この厚さが20μm以上であれば、良好な充放電容量を発現することができる。他方、この厚さが45μm以下であれば、セル体積を縮小することによりエネルギー密度を高めることができる。負極活物質として複合多孔性材料1を用いる場合の負極活物質層の厚さは、負極の抵抗の観点から、片面当たり、好ましくは20μm以上45μm以下であり、より好ましくは20〜40μmであり、更に好ましくは25〜35μmである。
集電体に孔がある場合には、負極活物質層の厚さとは、それぞれ、集電体の孔を有していない部分の片面当たりの厚さの平均値をいう。
負極活物質層の嵩密度は、0.30g/cm以上であれば、体積当たりの電極の容量を大きくすることができ、蓄電素子の小型化を達成できる。負極活物質層の嵩密度は、活物質間に良好な導電性を発現させ、強度を高く維持する観点から、0.60g/cm以上とすることが更に好ましく、特に好ましくは0.70g/cm以上である。
The thickness of the negative electrode active material layer is preferably 20 μm or more and 45 μm or less, more preferably 25 μm or more and 40 μm or less per side. If this thickness is 20 μm or more, good charge / discharge capacity can be exhibited. On the other hand, if the thickness is 45 μm or less, the energy density can be increased by reducing the cell volume. In the case of using the composite porous material 1 as the negative electrode active material, the thickness of the negative electrode active material layer is preferably 20 μm or more and 45 μm or less, more preferably 20 to 40 μm, from the viewpoint of the resistance of the negative electrode, More preferably, it is 25-35 micrometers.
When the current collector has holes, the thickness of the negative electrode active material layer means the average value of the thickness per one side of the portion of the current collector that does not have holes.
When the bulk density of the negative electrode active material layer is 0.30 g / cm 3 or more, the capacity of the electrode per volume can be increased, and the storage element can be reduced in size. The bulk density of the negative electrode active material layer is more preferably 0.60 g / cm 3 or more, particularly preferably 0.70 g / cm 3 from the viewpoint of expressing good conductivity between the active materials and maintaining high strength. cm 3 or more.

[負極活物質のプリドープ]
負極活物質には、リチウムイオンをプリドープすることが好ましい。本実施形態において推奨されるプリドープ量は以下のとおりである。
例えば複合多孔性材料1の場合、プリドープ量は該複合多孔性材料1の単位質量当たり、好ましくは、1,050mAh/g以上2,050mAh/g以下であり、より好ましくは1,100mAh/g以上2,000mAh/g以下であり、更に好ましくは1,200mAh/g以上1,700mAh/g以下であり、特に好ましくは1,300mAh/g以上1,600mAh/g以下である。また、例えば複合多孔性材料2の場合は、プリドープ量は該複合多孔性材料2の単位質量当たり、好ましくは、700mAh/g以上1500mAh/g以下であり、より好ましくは750mAh/g以上1,300mAh/g以下である。
[Pre-doping of negative electrode active material]
The negative electrode active material is preferably predoped with lithium ions. The recommended amount of pre-doping in the present embodiment is as follows.
For example, in the case of the composite porous material 1, the pre-doping amount is preferably 1,050 mAh / g or more and 2,050 mAh / g or less, more preferably 1,100 mAh / g or more per unit mass of the composite porous material 1. It is 2,000 mAh / g or less, More preferably, it is 1,200 mAh / g or more and 1,700 mAh / g or less, Especially preferably, it is 1,300 mAh / g or more and 1,600 mAh / g or less. For example, in the case of the composite porous material 2, the pre-doping amount is preferably 700 mAh / g or more and 1500 mAh / g or less, more preferably 750 mAh / g or more and 1,300 mAh per unit mass of the composite porous material 2. / G or less.

負極活物質にリチウムイオンをプリドープすることにより、負極電位が低くなり、これを正極と組み合わせたときのセル電圧が高くなるとともに、正極の利用容量が大きくなる。そのため、容量及びエネルギー密度が高くなる。
複合多孔性材料1の場合は、該プリドープ量が1,050mAh/gを超える量であれば、負極材料におけるリチウムイオンを一旦挿入したら脱離し得ない不可逆なサイトにもリチウムイオンが良好にプリドープされ、更に所望のリチウム量に対する負極活物質量を低減することができる。そのため、負極膜厚を薄くすることが可能となり、高い耐久性、良好な出力特性、及び高エネルギー密度が得られる。また、該プリドープ量が多いほど負極電位が下がり、耐久性及びエネルギー密度は向上する。プリドープ量が2,050mAh/g以下であれば、リチウム金属の析出等の副作用が発生するおそれがない。
複合多孔性材料2の場合は、該プリドープ量が700mAh/gを超える量であれば、上記同様の理由により、高耐久性、高出力特性、及び高エネルギー密度が得られ、プリドープ量が1,500mAh/g以下であれば、リチウム金属の析出等の副作用が発生するおそれがない。
By pre-doping lithium ions into the negative electrode active material, the negative electrode potential is lowered, the cell voltage when this is combined with the positive electrode is increased, and the utilization capacity of the positive electrode is increased. Therefore, capacity and energy density are increased.
In the case of the composite porous material 1, if the amount of pre-doping exceeds 1,050 mAh / g, lithium ions are well pre-doped at irreversible sites that cannot be desorbed once lithium ions in the negative electrode material are inserted. Furthermore, the amount of the negative electrode active material relative to the desired amount of lithium can be reduced. Therefore, the negative electrode film thickness can be reduced, and high durability, good output characteristics, and high energy density can be obtained. Further, as the pre-doping amount increases, the negative electrode potential decreases, and the durability and energy density improve. If the pre-doping amount is 2,050 mAh / g or less, there is no possibility that side effects such as precipitation of lithium metal occur.
In the case of the composite porous material 2, if the amount of pre-doping exceeds 700 mAh / g, high durability, high output characteristics, and high energy density can be obtained for the same reason as described above. If it is 500 mAh / g or less, there is no possibility that side effects such as precipitation of lithium metal occur.

負極活物質にリチウムイオンをプリドープする方法としては、既知の方法を用いることができる。例えば、負極活物質を電極体に成型した後、該負極電極を作用極、金属リチウムを対極に使用し、非水系電解液を組み合わせた電気化学セルを作製し、電気化学的にリチウムイオンをプリドープする方法が挙げられる。また、該負極電極体に金属リチウム箔を圧着し、非水系電解液に入れることにより、負極活物質にリチウムイオンをプリドープすることも可能である。
負極活物質にリチウムイオンをドープしておくことにより、得られる蓄電素子の容量及び作動電圧を良好に制御することが可能となる。
As a method for pre-doping lithium ions into the negative electrode active material, a known method can be used. For example, after forming a negative electrode active material into an electrode body, using the negative electrode as a working electrode and metallic lithium as a counter electrode, an electrochemical cell combining non-aqueous electrolyte is prepared, and lithium ions are electrochemically pre-doped. The method of doing is mentioned. Moreover, it is also possible to pre-dope lithium ions into the negative electrode active material by pressing a metal lithium foil on the negative electrode body and placing it in a non-aqueous electrolyte.
By doping lithium ions into the negative electrode active material, it is possible to satisfactorily control the capacity and operating voltage of the obtained power storage element.

<非水系リチウム型蓄電素子>
本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、上記のような負極電極体と、正極電極体、及びセパレータを有する電極積層体と、非水系電解液とが外装体に収容されて成る。
本実施の形態にかかる非水系リチウム型蓄電素子は、後述の実施例において具体的に検証されるように、釘刺し試験時の発熱及び発火を抑制することによって高安全性を実現し、なおかつ高出力を保つことができるものである。
<Non-aqueous lithium storage element>
The nonaqueous lithium storage element of the present invention is formed by housing the negative electrode body as described above, the electrode laminate including the positive electrode body and the separator, and the nonaqueous electrolyte solution in an exterior body.
The non-aqueous lithium storage element according to the present embodiment achieves high safety by suppressing heat generation and ignition during a nail penetration test, as will be specifically verified in the examples described later. The output can be maintained.

<正極電極体>
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子における正極電極体は、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有する。
<Positive electrode body>
The positive electrode body in the non-aqueous lithium storage element of this embodiment has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector. .

[正極集電体]
正極集電体としては、蓄電素子において通常使用される一般的な集電体を使用できる。正極集電体は、電解液への溶出、電解液との反応等による劣化が起こらない金属箔であることが好ましい。このような金属箔としては、特に制限はなく、例えば、銅箔、アルミニウム箔等が挙げられる。本実施の形態の蓄電素子においては、正極集電体をアルミニウム箔、負極集電体を銅箔とすることが好ましい。
正極集電体は孔を持たない金属箔でもよいし、貫通孔(例えば、パンチングメタルの貫通孔)又は開孔部分(例えば、エキスパンドメタルの開孔部分)を有する金属箔でもよい。
正極集電体の厚みは、特に制限はないが、1〜100μmが好ましい。正極集電体の厚みが1μm以上であると、正極活物質層を正極集電体に固着させて成る正極電極体の形状及び強度を保持できるため好ましい。他方、正極集電体の厚みが100μm以下であると、蓄電素子としての重量及び体積が適度になり、また、重量及び体積当たりの性能が高い傾向があるため、好ましい。
[Positive electrode current collector]
As the positive electrode current collector, a general current collector usually used in a power storage element can be used. The positive electrode current collector is preferably a metal foil that does not deteriorate due to elution into the electrolytic solution, reaction with the electrolytic solution, or the like. There is no restriction | limiting in particular as such metal foil, For example, copper foil, aluminum foil, etc. are mentioned. In the power storage device of this embodiment, it is preferable that the positive electrode current collector be an aluminum foil and the negative electrode current collector be a copper foil.
The positive electrode current collector may be a metal foil having no holes, or may be a metal foil having a through hole (for example, a punched metal through hole) or an open part (for example, an expanded metal hole).
The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm. A thickness of the positive electrode current collector of 1 μm or more is preferable because the shape and strength of the positive electrode body formed by fixing the positive electrode active material layer to the positive electrode current collector can be maintained. On the other hand, when the thickness of the positive electrode current collector is 100 μm or less, the weight and volume as the power storage element are appropriate, and the performance per weight and volume tends to be high, which is preferable.

[正極活物質層]
(正極活物質)
正極活物質は、活性炭を含むことが好ましい。正極活物質としては、活性炭のみを使用してもよく、或いは活性炭に加えて、後述するような他の材料を併用してもよい。
正極活物質における活性炭の種類及びその原料には特に制限はないが、高い入出力特性と、高いエネルギー密度と、を両立させるために、活性炭の細孔を最適に制御することが好ましい。具体的には、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をV1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をV2(cc/g)とするとき、高いエネルギー密度を得るためには、0.8<V1≦2.5、及び0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が3,000m/g以上4,000m/g以下を示す活性炭(以下、「活性炭1」ともいう。)が好ましい。BET比表面積が3,000m2/g以上であることにより、良好なエネルギー密度が得られ易い。他方、BET比表面積が4,000m/g以下であることにより、電極の強度を保つためにバインダーを多量に入れる必要がないので、電極体積当たりの性能が高くなる傾向がある。活性炭1のより好ましいBET比表面積の値は、3,200m/g以上3,800m/g以下である。
[Positive electrode active material layer]
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material preferably contains activated carbon. As the positive electrode active material, only activated carbon may be used, or other materials as described later may be used in combination with activated carbon.
There are no particular restrictions on the type of activated carbon and its raw material in the positive electrode active material, but it is preferable to optimally control the pores of the activated carbon in order to achieve both high input / output characteristics and high energy density. Specifically, the amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is V1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method is calculated. In order to obtain a high energy density when V2 (cc / g) is satisfied, 0.8 <V1 ≦ 2.5 and 0.8 <V2 ≦ 3.0 are satisfied, and the BET method is used. Activated carbon (hereinafter also referred to as “activated carbon 1”) having a specific surface area of 3,000 m 2 / g or more and 4,000 m 2 / g or less is preferable. When the BET specific surface area is 3,000 m 2 / g or more, a good energy density is easily obtained. On the other hand, when the BET specific surface area is 4,000 m 2 / g or less, there is no need to add a large amount of binder in order to maintain the strength of the electrode, so that the performance per electrode volume tends to be high. A more preferable value of the BET specific surface area of the activated carbon 1 is 3,200 m 2 / g or more and 3,800 m 2 / g or less.

上述したメソ孔量V1及びマイクロ孔量V2を有する活性炭1は、従来の電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタ用として使用されていた活性炭よりもBET比表面積が高いものである。
活性炭1のマイクロ孔量V2は、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、0.8cc/gより大きい値であることが好ましい。また、活性炭の電極としての密度を増加させ、単位体積あたりの容量を増加させるという観点から、3.0cc/g以下であることが好ましい。上記V2は、より好ましくは1.0cc/gより大きく2.5cc/g以下、更に好ましくは1.5cc/g以上2.5cc/g以下である。上記のマイクロ孔量V1及びメソ孔量V2は、複合多孔性材料1におけるマイクロ孔量Vm1及びメソ孔量Vm2について上述した内容とそれぞれ同じであり、同様の方法によって測定される。
The activated carbon 1 having the mesopore volume V1 and the micropore volume V2 described above has a higher BET specific surface area than the activated carbon used for the conventional electric double layer capacitor or lithium ion capacitor.
The micropore amount V2 of the activated carbon 1 is preferably a value larger than 0.8 cc / g in order to increase the specific surface area of the activated carbon and increase the capacity. Moreover, it is preferable that it is 3.0 cc / g or less from a viewpoint of increasing the density as an electrode of activated carbon and increasing the capacity | capacitance per unit volume. V2 is more preferably greater than 1.0 cc / g and not greater than 2.5 cc / g, and still more preferably not less than 1.5 cc / g and not greater than 2.5 cc / g. The micropore volume V1 and the mesopore volume V2 are the same as those described above for the micropore volume Vm1 and the mesopore volume Vm2 in the composite porous material 1, and are measured by the same method.

上記のような特徴を有する活性炭1は、例えば以下に説明する原料(炭素源)及び処理方法を用いて得ることができる。
活性炭1の原料として用いられる炭素源としては、通常活性炭原料として用いられる炭素源であれば特に限定されるものではない。例えば、木材、木粉、ヤシ殻等の植物系原料;石油ピッチ、コークス等の化石系原料;フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂等の各種合成樹脂等が挙げられる。これらの原料の中でも、フェノール樹脂及びフラン樹脂は、高比表面積の活性炭1を作製するのに適しており、特に好ましい。
これらの原料を炭化する方式、或いは賦活処理時の加熱方法としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の公知の方式が挙げられる。加熱時の雰囲気は窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス、又はこれらの不活性ガスを主成分として他のガスとの混合したガスが用いられる。炭化温度は400〜700℃程度で0.5〜10時間程度焼成する方法が一般的である。
The activated carbon 1 having the above-described characteristics can be obtained using, for example, a raw material (carbon source) and a processing method described below.
The carbon source used as a raw material for the activated carbon 1 is not particularly limited as long as it is a carbon source that is normally used as a raw material for activated carbon. For example, plant-based materials such as wood, wood flour, and coconut shells; fossil-based materials such as petroleum pitch and coke; phenol resin, furan resin, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, melamine resin, urea resin, resorcinol resin, etc. Examples include synthetic resins. Among these raw materials, phenol resin and furan resin are suitable for producing activated carbon 1 having a high specific surface area, and are particularly preferable.
Examples of a method for carbonizing these raw materials or a heating method at the time of activation treatment include known methods such as a fixed bed method, a moving bed method, a fluidized bed method, a slurry method, and a rotary kiln method. The atmosphere at the time of heating is an inert gas such as nitrogen, carbon dioxide, helium, or argon, or a gas mixed with other gases containing these inert gases as a main component. The carbonization temperature is generally about 400 to 700 ° C., and the method of firing for about 0.5 to 10 hours is common.

上記炭化処理後の炭化物の賦活方法としては、例えば水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて焼成するガス賦活法、及びアルカリ金属化合物と混合した後に加熱処理を行うアルカリ金属賦活法が可能であるが、高比表面積の活性炭を作製するにはアルカリ金属賦活法が好ましい。この賦活方法では、炭化物と、KOH、NaOH等のアルカリ金属化合物と、を、炭化物:アルカリ金属化合物の質量比が1:1以上(アルカリ金属化合物の量が、炭化物の量と同じかこれよりも多い量)となるように混合した後に、不活性ガス雰囲気下で600〜900℃の範囲におい、0.5〜5時間加熱を行い、その後アルカリ金属化合物を酸及び水により洗浄除去し、更に乾燥を行う。
マイクロ孔量を大きくし、メソ孔量を大きくしないためには、賦活する際に炭化物を多めにしてKOHと混合するとよい。いずれの孔量も大きくするためには、KOHを多めに使用するとよい。また、主としてメソ孔量を大きくするためには、アルカリ賦活処理を行った後に水蒸気賦活を行うとよい。
As the activation method of the carbide after the carbonization treatment, for example, a gas activation method in which firing is performed using an activation gas such as water vapor, carbon dioxide, oxygen, or an alkali metal activation method in which heat treatment is performed after mixing with an alkali metal compound is possible. However, the alkali metal activation method is preferable for producing activated carbon having a high specific surface area. In this activation method, a carbide and an alkali metal compound such as KOH or NaOH are mixed at a mass ratio of carbide: alkali metal compound of 1: 1 or more (the amount of the alkali metal compound is equal to or more than the amount of the carbide). A large amount), followed by heating in the range of 600 to 900 ° C. in an inert gas atmosphere for 0.5 to 5 hours, and then washing and removing the alkali metal compound with acid and water, followed by drying. I do.
In order to increase the amount of micropores and not increase the amount of mesopores, it is preferable to mix with KOH with a larger amount of carbides during activation. In order to increase the amount of any hole, it is preferable to use a large amount of KOH. In order to mainly increase the amount of mesopores, it is preferable to perform water vapor activation after alkali activation treatment.

活性炭1の平均粒径は、1μm以上30μm以下であることが好ましい。より好ましくは、2μm以上20μm以下である。
正極活物質は、活性炭1以外の材料(例えば、前記特定のV1及び/若しくはV2を有さない活性炭、又は活性炭以外の材料(例えば、リチウムと遷移金属との複合酸化物等))を含んでもよい。例示の態様において、活性炭1の含有量が、全正極活物質の50質量%より多いことが好ましく、70質量%以上がより好ましく、90質量%以上が更に好ましく、100質量%であることが最も好ましい。
The average particle diameter of the activated carbon 1 is preferably 1 μm or more and 30 μm or less. More preferably, they are 2 micrometers or more and 20 micrometers or less.
The positive electrode active material may include a material other than activated carbon 1 (for example, activated carbon not having the specific V1 and / or V2, or a material other than activated carbon (for example, a composite oxide of lithium and a transition metal)). Good. In the illustrated embodiment, the content of the activated carbon 1 is preferably more than 50% by mass of the total positive electrode active material, more preferably 70% by mass or more, still more preferably 90% by mass or more, and most preferably 100% by mass. preferable.

(その他の成分)
正極活物質層は、必要に応じ導電性フィラー(例えばカーボンブラック)、バインダー等を含むことができる。
導電性フィラーの使用量は、活物質100質量部に対して0〜30質量部が好ましく、1〜20質量部がより好ましい。高出力密度の観点から、導電性フィラーを用いることが好ましいが、その使用量が30質量部以下であると、正極活物質層に占める正極活物質の量の割合が高くなり、また、体積当たりの出力密度が多くなる傾向があるため好ましい。
正極活物質層においては、上記の正極活物質、及び必要に応じて使用する導電性フィラーを、正極活物質層として正極集電体上に固着させるために、バインダーが用いられる。このバインダーとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ素ゴム、スチレンブタジエン共重合体、セルロース誘導体等を用いることができる。バインダーの使用量は、正極活物質100質量部に対して3〜20質量部の範囲が好ましく、5〜15質量部の範囲がより好ましい。バインダーの上記使用量が20質量部以下であると、正極活物質の表面をバインダーが覆わない。従って、活物質層に対するイオンの出入りが速くなり、高出力密度が得られ易い傾向があるため好ましい。他方、バインダーの使用量が3質量部以上であると、正極活物質層を正極集電体上に固着し易くなる傾向があるため好ましい。
(Other ingredients)
The positive electrode active material layer can contain a conductive filler (for example, carbon black), a binder, and the like as necessary.
0-30 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of active materials, and, as for the usage-amount of an electroconductive filler, 1-20 mass parts is more preferable. From the viewpoint of high power density, it is preferable to use a conductive filler. However, when the amount used is 30 parts by mass or less, the proportion of the amount of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer increases, This is preferable because the output density tends to increase.
In the positive electrode active material layer, a binder is used for fixing the positive electrode active material and the conductive filler used as necessary on the positive electrode current collector as the positive electrode active material layer. As this binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluororubber, styrene butadiene copolymer, cellulose derivative and the like can be used. The amount of the binder used is preferably in the range of 3 to 20 parts by mass and more preferably in the range of 5 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. A binder does not cover the surface of a positive electrode active material as the said usage-amount of a binder is 20 mass parts or less. Accordingly, it is preferable because ions enter and leave the active material layer quickly and a high power density tends to be obtained. On the other hand, it is preferable that the amount of the binder used is 3 parts by mass or more because the positive electrode active material layer tends to adhere to the positive electrode current collector.

正極活物質層の厚さは、片面当たり、好ましくは15μm以上100μm以下であり、より好ましくは20μm以上85μm以下である。この厚さが15μm以上であれば、キャパシタとして十分なエネルギー密度を発現できる。他方、この厚さが100μm以下であれば、キャパシタとして高い入出力特性を得ることができる。集電体に孔がある場合には、正極活物質層の厚さとは、それぞれ、集電体の孔を有していない部分の片面当たりの厚さの平均値をいう。
正極活物質層の嵩密度は、0.30g/cm以上であれば、体積当たりの電極の容量を大きくすることができ、蓄電素子の小型化を達成できる。また、大電流における充放電特性をより高くするために、0.70g/cm以下とすることが更に好ましく、0.65g/cm以下とすることが特に好ましい。
The thickness of the positive electrode active material layer is preferably 15 μm or more and 100 μm or less, more preferably 20 μm or more and 85 μm or less per side. When the thickness is 15 μm or more, an energy density sufficient as a capacitor can be expressed. On the other hand, if this thickness is 100 μm or less, high input / output characteristics as a capacitor can be obtained. When the current collector has holes, the thickness of the positive electrode active material layer means the average value of the thickness per one side of the portion of the current collector that does not have holes.
When the bulk density of the positive electrode active material layer is 0.30 g / cm 3 or more, the capacity of the electrode per volume can be increased, and downsizing of the energy storage device can be achieved. Further, in order to further increase the charge-discharge characteristics at high current, more preferable to be 0.70 g / cm 3 or less, and particularly preferably 0.65 g / cm 3 or less.

正極集電体と正極活物質層との間には、アンカー層を有していてもよい。アンカー層を形成する理由は、アンカー層を形成することで正極集電体と正極活物質層との間の接着強度を向上させ、その結果、両者の導通もよくなって出力特性が優れる正極電極体を得ることを可能とするためである。よって、アンカー層に必要とされる条件としては、第一にアンカー層自身が高強度であること、第二にアンカー層自身が高い導電性を持つこと、及び第三にアンカー層と正極活物質層との界面が強い接着強度を持つことが挙げられる。
そこで、大小異なる2種類の導電性カーボン粒子を混合したものをアンカー層の導電性カーボンとして用いることが好ましい。このことにより、バインダーの量が少なくてもアンカー層自身の強度を高強度に保つことができるとともに、バインダー量が少なくなることによってアンカー層自身が高い導電性を持つことになる。更に、アンカー層表面のラフネスが高まり、その結果、アンカー層と正極活物質層との界面が強い接着強度を持ち、アンカー層に必要とされる上記三つの条件を十分に満たすことができる。
上記2種類の導電性カーボン粒子としては、例えば
平均粒径が20nm以上1μm未満である第1の導電性カーボン粒子と、
平均粒径が1μm以上15μm未満である第2の導電性カーボン粒子と
の混合物が好ましい。
An anchor layer may be provided between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer. The reason why the anchor layer is formed is that the anchor layer is formed to improve the adhesive strength between the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer, and as a result, the conduction between the two is improved and the output characteristics are excellent. This is to make it possible to obtain a body. Therefore, the conditions required for the anchor layer are as follows: first, the anchor layer itself has high strength, second, the anchor layer itself has high conductivity, and third, the anchor layer and the positive electrode active material. It is mentioned that the interface with the layer has strong adhesive strength.
Therefore, it is preferable to use a mixture of two types of conductive carbon particles of different sizes as the conductive carbon of the anchor layer. Accordingly, the strength of the anchor layer itself can be kept high even if the amount of the binder is small, and the anchor layer itself has high conductivity by decreasing the amount of the binder. Furthermore, the roughness of the anchor layer surface is increased. As a result, the interface between the anchor layer and the positive electrode active material layer has a strong adhesive strength, and can sufficiently satisfy the above three conditions required for the anchor layer.
Examples of the two types of conductive carbon particles include first conductive carbon particles having an average particle diameter of 20 nm or more and less than 1 μm,
A mixture with second conductive carbon particles having an average particle diameter of 1 μm or more and less than 15 μm is preferable.

(正極電極体の製造方法)
正極電極体は、集電体の片面上又は両面上に活物質層を設けて成る。典型的な態様において活物質層は集電体に固着している。
正極電極体は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等の電極の製造技術により製造することが可能である。例えば、活物質を含む各種材料を水又は有機溶剤によりスラリー状にし、このスラリーを集電体上に塗布して乾燥し、必要に応じて室温又は加熱下にプレスして活物質層を形成することにより、得られる。溶剤を使用せずに、活物質を含む各種材料を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて集電体に貼り付けることも可能である。
(Method for producing positive electrode body)
The positive electrode body is formed by providing an active material layer on one side or both sides of a current collector. In a typical embodiment, the active material layer is fixed to the current collector.
The positive electrode body can be manufactured by an electrode manufacturing technique such as a known lithium ion battery or an electric double layer capacitor. For example, various materials including an active material are made into a slurry form with water or an organic solvent, this slurry is applied onto a current collector and dried, and then pressed at room temperature or under heating as necessary to form an active material layer. Can be obtained. Without using a solvent, various materials including an active material can be dry-mixed, and the obtained mixture can be press-molded and then attached to a current collector using a conductive adhesive.

<電解液>
本発明の蓄電素子に用いられる非水系電解液は、リチウムイオン含有電解質を含む非水系液体であればよい。そのような非水系液体は、有機溶媒を含んでよい。このような有機溶媒としては、例えば、炭酸エチレン(EC)、炭酸プロピレン(PC)に代表される環状炭酸エステル、炭酸ジエチル(DEC)、炭酸ジメチル(DMC)、炭酸エチルメチル(MEC)に代表される鎖状炭酸エステル;γ−ブチロラクトン(γBL)等のラクトン類;及びこれらの混合溶媒を用いることができる。
これら非水系液体に溶解するリチウムイオン含有電解質()としては、例えば、LiBF、LiPF等のリチウム塩を用いることができる。電解液の塩濃度は、0.5〜2.0mol/Lの範囲が好ましい。0.5mol/L以上において、アニオンが十分に存在し、蓄電素子の容量が維持される。一方で、2.0mol/L以下において、塩が電解液中で十分に溶解し、電解液の適切な粘度及び伝導度が保たれる。
<Electrolyte>
The non-aqueous electrolyte solution used for the electricity storage device of the present invention may be any non-aqueous liquid containing a lithium ion-containing electrolyte. Such a non-aqueous liquid may contain an organic solvent. Examples of such organic solvents include cyclic carbonates represented by ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (MEC). A chain carbonate ester; a lactone such as γ-butyrolactone (γBL); and a mixed solvent thereof.
As the lithium ion-containing electrolyte () dissolved in these non-aqueous liquids, for example, lithium salts such as LiBF 4 and LiPF 6 can be used. The salt concentration of the electrolytic solution is preferably in the range of 0.5 to 2.0 mol / L. At 0.5 mol / L or more, sufficient anions are present, and the capacity of the energy storage device is maintained. On the other hand, at 2.0 mol / L or less, the salt is sufficiently dissolved in the electrolytic solution, and appropriate viscosity and conductivity of the electrolytic solution are maintained.

[セパレータ]
前記のように成型された正極電極体及び負極電極体は、セパレータを介して積層又は捲廻積層され、正極電極体、負極電極体、及びセパレータを有する電極積層体が形成される。
前記セパレータとしては、リチウムイオン二次電池に用いられるポリエチレン製の微多孔膜若しくはポリプロピレン製の微多孔膜、又は電気二重層キャパシタで用いられるセルロース製の不織紙等を用いることができる。
セパレータの厚みは10μm以上50μm以下が好ましい。10μm以上の厚みとすることにより、内部のマイクロショートによる自己放電が小さくなる傾向があるため好ましい。他方、50μm以下の厚みとすることにより、蓄電素子の出力特性が高くなる傾向があるため好ましい。
[Separator]
The positive electrode body and the negative electrode body molded as described above are laminated or wound around via a separator to form an electrode laminate having a positive electrode body, a negative electrode body, and a separator.
As the separator, a polyethylene microporous film or a polypropylene microporous film used in a lithium ion secondary battery, a cellulose nonwoven paper used in an electric double layer capacitor, or the like can be used.
The thickness of the separator is preferably 10 μm or more and 50 μm or less. A thickness of 10 μm or more is preferable because self-discharge due to an internal micro short circuit tends to be small. On the other hand, the thickness of 50 μm or less is preferable because the output characteristics of the electricity storage element tend to be high.

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

<非水系リチウム型蓄電素子の性能>
[釘刺し試験]
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、安全性が高く、例えば釘刺し試験の成績に優れる。
本実施の形態において、釘刺し試験では、蓄電素子の表面の発熱温度を熱電対により計測するとともに、発火の有無を目視により調べる。
釘が蓄電素子(例えばラミネートタイプの蓄電素子)に刺さると、素子は短絡して大電流が生じ、発熱する。この時、発熱温度が高いと、場合によっては発火することもある。発熱の時の最高到達温度は、150℃以下が好ましく、130℃以下がより好ましく、100℃以下が特に好ましい。発熱の時の最高到達温度が150℃以下であれば、釘刺し時に発火する危険性は極めて小さいため、安全性がより高いと判断することができる。
<Performance of non-aqueous lithium storage element>
[Nail penetration test]
The non-aqueous lithium electricity storage device of this embodiment has high safety, and is excellent in, for example, the results of a nail penetration test.
In the present embodiment, in the nail penetration test, the heat generation temperature on the surface of the electricity storage element is measured with a thermocouple, and the presence or absence of ignition is examined visually.
When a nail pierces a power storage element (for example, a laminate type power storage element), the element is short-circuited to generate a large current and generate heat. At this time, if the heat generation temperature is high, it may ignite in some cases. The maximum temperature achieved during heat generation is preferably 150 ° C. or lower, more preferably 130 ° C. or lower, and particularly preferably 100 ° C. or lower. If the maximum temperature reached during heat generation is 150 ° C. or lower, the risk of fire when nailing is extremely small, and therefore it can be determined that the safety is higher.

本実施の形態における蓄電素子の発熱温度は、環境温度25℃、密閉系という試験環境の下で釘刺し試験を実施した際の、蓄電素子の表面温度である。釘刺し試験には、直径2.5mm、長さ60mm、炭素工具鋼(SK)焼入れの釘を使用する。釘刺しの速度は10mm/sに設定する。
釘刺し試験に供する蓄電素子は、試験を実施する直前に、1.5Cの電流値において4.0Vに到達するまで定電流充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を、合計で2時間実施したうえで用いられる。蓄電素子の電圧、及びラミネートの表面温度を、釘刺し実施直前から、釘刺し実施後30分経過するまで、0.01s刻みで測定するとともに、釘刺し時の蓄電素子の変化の様子を目視により観察し、発火の有無を調べる。
The heat generation temperature of the power storage element in the present embodiment is the surface temperature of the power storage element when the nail penetration test is performed under a test environment of an environmental temperature of 25 ° C. and a closed system. For the nail penetration test, a nail having a diameter of 2.5 mm, a length of 60 mm, and carbon tool steel (SK) is used. The nail penetration speed is set to 10 mm / s.
The storage element used for the nail penetration test is charged at a constant current until reaching 4.0V at a current value of 1.5C immediately before the test is performed, and then applied at a constant voltage of 4.0V. Are used for a total of 2 hours. The voltage of the electricity storage element and the surface temperature of the laminate are measured in 0.01s increments from just before the nail penetration to 30 minutes after the nail penetration, and the state of the electricity storage element during the nail penetration is visually observed. Observe and check for ignition.

[初期性能]
本発明の非水系リチウム型蓄電素子の初期性能は、静電容量F、内部抵抗R、及び時定数R/Fによって評価することができる。
静電容量F(F)とは、1.5Cの電流値において定電圧充電時間が1時間確保された定電流定電圧充電によって3.8Vまで充電し、その後2.2Vまで1.5Cの電流値において定電流放電を施した際の容量Qから、F=Q/(3.8−2.2)により算出される値をいう。内部抵抗R(Ω)は、以下の方法によって得られる値である。先ず、25℃において、1.5Cの電流値で3.8Vに到達するまで定電流充電し、その後3.8Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を合計で2時間行う。続いて、50Cの電流値で2.2Vまで定電流放電を行って、放電カーブ(時間−電圧曲線)を得る。この放電カーブにおいて、放電時間1秒及び2秒の時点における電圧値から、直線近似にて外挿して得られる放電時間=0秒における電圧をE0としたときに、降下電圧(ΔE)=3.8−E0、及びR=ΔE/(50C(電流値))により算出される値Rである。時定数(ΩF)は、静電容量F(F)及び内部抵抗R(Ω)の積から求められる値R・Fである。
[Initial performance]
The initial performance of the non-aqueous lithium storage element of the present invention can be evaluated by the capacitance F, the internal resistance R, and the time constant R / F.
Capacitance F (F) is a constant current and constant voltage charge with a constant voltage charge time of 1 hour at a current value of 1.5 C, and then a current of 1.5 C up to 2.2 V. The value is calculated from F = Q / (3.8−2.2) from the capacity Q when constant current discharge is performed. The internal resistance R (Ω) is a value obtained by the following method. First, at 25 ° C., constant current charging is performed until a voltage of 3.8 V is reached at a current value of 1.5 C, and then constant current constant voltage charging in which a constant voltage of 3.8 V is applied is performed for a total of 2 hours. Subsequently, a constant current discharge is performed up to 2.2 V at a current value of 50 C, and a discharge curve (time-voltage curve) is obtained. In this discharge curve, when the voltage at the discharge time = 0 second obtained by extrapolating from the voltage values at the time of the discharge time of 1 second and 2 seconds by linear approximation is E0, the drop voltage (ΔE) = 3. 8-E0, and R = ΔE / (50C (current value)). The time constant (ΩF) is a value R · F obtained from the product of the capacitance F (F) and the internal resistance R (Ω).

以下、実施例及び比較例を示し、本発明の特徴とするところを更に明確にするが、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。   Examples and Comparative Examples are shown below to further clarify the features of the present invention, but the present invention is not limited to the Examples.

<実施例1>
[負極電極体の作製]
市販のヤシ殻活性炭について、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用いて、窒素を吸着質として細孔分布を測定した。脱着側の等温線を用いて、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法によりそれぞれ求めた。その結果、メソ孔量が0.198cc/g、マイクロ孔量が0.695cc/g、V1/V2=0.29、平均細孔径が21.2Åであった。BET1点法により求めたBET比表面積は1,780m/gであった。
この活性炭150gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:90℃)150gを入れたステンレス製バットの上に置き、電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置して、熱処理を行い、複合多孔性材料1を得た。この熱処理は窒素雰囲気下で行い、630℃まで2時間で昇温し、同温度で4時間保持する方法によった。続いて自然冷却により60℃まで冷却した後、複合多孔性材料1を炉から取り出した。
この複合多孔性材料1は、被着させた炭素質材料の活性炭に対する質量比率が38質量%、BET比表面積が434m/g、メソ孔量(Vm1)が0.220cc/g、マイクロ孔量(Vm2)が0.149cc/gであった。更に、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−2000J)を用いて平均粒子径を測定した結果、2.88μmであった。
上記で得た複合多孔性材料1を86.4質量部、アセチレンブラックを8.6質量部、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を5.0質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合して、スラリーを得た。得られたスラリーをエッチング銅箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、負極活物質層の片面厚さが30μmの負極電極体を得た。
<Example 1>
[Preparation of negative electrode body]
About commercially available coconut shell activated carbon, pore distribution was measured using nitrogen as an adsorbate using a pore distribution measuring device (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics. Using the desorption side isotherm, the mesopore amount was determined by the BJH method, and the micropore amount was determined by the MP method. As a result, the mesopore volume was 0.198 cc / g, the micropore volume was 0.695 cc / g, V1 / V2 = 0.29, and the average pore diameter was 21.2 mm. The BET specific surface area determined by the BET 1-point method was 1,780 m 2 / g.
150 g of this activated carbon is placed in a stainless steel mesh basket, placed on a stainless steel bat containing 150 g of coal-based pitch (softening point: 90 ° C.), and placed in an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm). It installed and heat-processed and the composite porous material 1 was obtained. This heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere, and the temperature was raised to 630 ° C. in 2 hours and kept at the same temperature for 4 hours. Subsequently, after cooling to 60 ° C. by natural cooling, the composite porous material 1 was taken out from the furnace.
This composite porous material 1 has a mass ratio of the deposited carbonaceous material to activated carbon of 38 mass%, a BET specific surface area of 434 m 2 / g, a mesopore volume (Vm1) of 0.220 cc / g, and a micropore volume. (Vm2) was 0.149 cc / g. Furthermore, it was 2.88 micrometers as a result of measuring an average particle diameter using the Shimadzu Corporation laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (SALD-2000J).
86.4 parts by mass of composite porous material 1 obtained above, 8.6 parts by mass of acetylene black, 5.0 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed. To obtain a slurry. The obtained slurry was applied on both sides of the etched copper foil, dried and pressed to obtain a negative electrode body having a negative electrode active material layer with a thickness of 30 μm on one side.

[正極電極体の作製]
フェノール樹脂を、焼成炉中、窒素雰囲気下、600℃において2時間炭化処理した。得られた焼成物をボールミルにて粉砕し、分級を行い、平均粒径が7μmの炭化物を得た。
この炭化物及びKOHを質量比1:5で混合し、焼成炉中、窒素雰囲気下、800℃において1時間加熱して、賦活化を行った。次いで、濃度2mol/Lに調整した希塩酸中で1時間撹拌洗浄を行った後、蒸留水中で、pH5〜6の間で安定するまで煮沸洗浄した後、乾燥を行うことにより、活性炭1を作製した。
この活性炭1について実施例1と同様にしてメソ孔量及びマイクロ孔量を測定したところ、メソ孔量V1は1.50cc/g、マイクロ孔量V2は2.28cc/g、BET比表面積は3,627m2/gであった。
この活性炭1を80.8質量部、ケッチェンブラックを6.2質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)を10質量部、及びPVP(ポリビニルピロリドン)を3.0質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合して、スラリーを得た。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、正極活物質層の厚さが片面当たり55μmの正極電極体を得た。
[Preparation of positive electrode body]
The phenol resin was carbonized in a baking furnace at 600 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. The fired product obtained was pulverized with a ball mill and classified to obtain a carbide having an average particle size of 7 μm.
This carbide and KOH were mixed at a mass ratio of 1: 5, and activated by heating in a firing furnace at 800 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. Next, after stirring and washing in dilute hydrochloric acid adjusted to a concentration of 2 mol / L for 1 hour, boiling and washing in distilled water until stable between pH 5 and 6, followed by drying to produce activated carbon 1. .
When the mesopore volume and the micropore volume of this activated carbon 1 were measured in the same manner as in Example 1, the mesopore volume V1 was 1.50 cc / g, the micropore volume V2 was 2.28 cc / g, and the BET specific surface area was 3 627 m @ 2 / g.
80.8 parts by mass of this activated carbon 1, 6.2 parts by mass of ketjen black, 10 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride), 3.0 parts by mass of PVP (polyvinylpyrrolidone), and NMP (N-methyl) Pyrrolidone) was mixed to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one or both sides of a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried and pressed to obtain a positive electrode body having a positive electrode active material layer thickness of 55 μm per side. It was.

[電解液の調製]
エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを体積比1:4で混合した溶媒に、濃度1mol/Lとなる量のLiPFを溶解することにより、電解液を調製した。
[Preparation of electrolyte]
An electrolyte solution was prepared by dissolving LiPF 6 in an amount of 1 mol / L in a solvent in which ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 4.

[蓄電素子の組立]
上記で得られた両面負極電極体を50mm×100mmにカットした。カット後の負極電極体の片面に、複合多孔性材料1の単位質量あたり1,500mAh/gに相当する量のリチウム金属箔を貼り付けた。
上記で得られた正極電極体を50mm×100mmにカットした。
最上面及び最下面には片面正極電極体を用い、更に両面負極電極体5枚と両面正極電極体4枚とを用い、負極電極体と正極電極体との間にそれぞれセルロース製不織布セパレータ(すなわち、計11枚)を挟んで積層した。その後、負極電極体と正極電極体とに電極端子を接続して電極積層体とした。この積層体をラミネートフィルムからなる外装体内に挿入し、上記非水系電解液を注入して該外装体を密閉することにより、非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
[Assembly of storage element]
The double-sided negative electrode body obtained above was cut into 50 mm × 100 mm. An amount of lithium metal foil corresponding to 1,500 mAh / g per unit mass of the composite porous material 1 was attached to one side of the negative electrode body after cutting.
The positive electrode body obtained above was cut into 50 mm × 100 mm.
A single-sided positive electrode body is used for the uppermost surface and the lowermost surface, and further, 5 double-sided negative electrode bodies and 4 double-sided positive electrode bodies are used, and a cellulose nonwoven fabric separator (that is, between the negative electrode body and the positive electrode body) , 11 sheets in total). Thereafter, electrode terminals were connected to the negative electrode body and the positive electrode body to form an electrode laminate. The laminated body was inserted into an outer package made of a laminate film, and the non-aqueous electrolyte solution was injected to seal the outer package, thereby assembling a non-aqueous lithium storage element.

[初期性能評価]
<静電容量の測定>
上記のようにして製造した蓄電素子に対して、3Cの電流値において定電圧充電時間が1時間確保された定電流定電圧充電によって4Vまで充電し、その後2Vまで同じく3Cの電流値において定電流放電を施した。その際の容量Q及び電圧変化からF=Q/(4.0−2.0)に従った計算によって求めた本蓄電素子の静電容量Fは、110Fであった。
[Initial performance evaluation]
<Measurement of capacitance>
The electricity storage device manufactured as described above is charged to 4 V by constant current and constant voltage charging in which a constant voltage charging time is secured for 1 hour at a current value of 3 C, and then constant current at a current value of 3 C up to 2 V. Discharge was performed. The electrostatic capacity F of this electricity storage element calculated | required by the calculation according to F = Q / (4.0-2.0) from the capacity | capacitance Q and voltage change in that case was 110F.

<内部抵抗の測定>
上記のようにして製造した蓄電素子に対して、3Cの電流値において4.0Vに到達するまで定電流充電し、その後4.0Vの定電圧を印加する定電流定電圧充電を、合計で2時間行った。
続いて、130Cの電流値において2.0Vまで定電流放電し、得られた放電カーブ(時間−電圧)の放電時間1秒と2秒との時点における電圧値から直線近似にて外挿して得られる、放電時間=0秒での電圧をE0としたときに、降下電圧(ΔE)=4.0−E0から、内部抵抗R=ΔE/(130C(電流値))により内部抵抗Rを算出した。静電容量Fと内部抵抗Rとの積として求めた時定数は、1.50ΩFであった。
<Measurement of internal resistance>
The electricity storage device manufactured as described above is subjected to constant current charging until reaching 4.0 V at a current value of 3 C, and then constant current constant voltage charging in which a constant voltage of 4.0 V is applied is 2 in total. Went for hours.
Subsequently, a constant current is discharged to 2.0 V at a current value of 130 C, and is obtained by extrapolating by linear approximation from the voltage value at the time point of discharge time 1 second and 2 seconds of the obtained discharge curve (time-voltage). The internal resistance R was calculated by the internal resistance R = ΔE / (130C (current value)) from the voltage drop (ΔE) = 4.0−E0 when the voltage at discharge time = 0 seconds was E0. . The time constant determined as the product of the capacitance F and the internal resistance R was 1.50ΩF.

[釘刺し試験]
上記のようにして作製した非水系リチウム型蓄電素子の釘刺し試験を実施した。
先ず、2Cの電流値において4.0Vまで充電し、その後4.0Vの定電流定電圧充電を2時間行った。充電後の蓄電素子の一面の中央部に熱電対をポリイミドテープで貼り付け、大気雰囲気下の恒温槽内にセッティングした。
釘の速度を10mm/sに設定して蓄電素子に直径2.5mmの釘を刺したときの、電圧と温度とを測定した。
蓄電素子に釘を刺すと短絡し、蓄電素子の電圧は0Vとなり、発熱が生じた。このときの蓄電素子の表面温度の最大値は80℃であった。
N数を5として繰り返し試験を行ったところ、釘刺し時に発火が生じた蓄電素子の個数は5個中0個であった。
[Nail penetration test]
A nail penetration test was carried out on the non-aqueous lithium storage element produced as described above.
First, the battery was charged to 4.0 V at a current value of 2 C, and then charged with constant current and constant voltage of 4.0 V for 2 hours. A thermocouple was affixed to the center of one surface of the storage element after charging with a polyimide tape, and was set in a thermostat in an atmospheric atmosphere.
The voltage and temperature were measured when the nail speed of 10 mm / s was set and a nail having a diameter of 2.5 mm was inserted into the electricity storage device.
When a nail was pierced into the storage element, a short circuit occurred, the voltage of the storage element became 0 V, and heat generation occurred. The maximum value of the surface temperature of the electricity storage device at this time was 80 ° C.
When the N number was set to 5 and the test was repeated, the number of power storage elements that ignited during nail penetration was 0 out of 5.

[電気伝導度測定]
上記のようにして作製した負極電極体(ドープしていないもの)の電気伝導度を測定した。
先ず、負極電極体を70mm×320mmの大きさに切り出し、(X,Y)=(35mm,90mm)、(35mm,160mm)、及び(35mm,230mm)の位置における電気伝導度をそれぞれ四探針法で測定し、その平均値を算出した。測定には、三菱アナリテック社製の低抵抗率計(ロレスタ―GP)を用いた。試料端付近に生じる電界エネルギーの変化分については、ポアソンの式を所定の条件の下で解くことによって補正係数を算出し、この係数を用いて、より正しい値を算出した。
結果、実施例1の負極電極体の電気伝導度S/cmは、53,800S/cmであった。
[Electric conductivity measurement]
The electrical conductivity of the negative electrode body (not doped) produced as described above was measured.
First, the negative electrode body is cut into a size of 70 mm × 320 mm, and the electric conductivity at the positions of (X, Y) = (35 mm, 90 mm), (35 mm, 160 mm), and (35 mm, 230 mm) is measured by four probes. The average value was calculated. For the measurement, a low resistivity meter (Loresta GP) manufactured by Mitsubishi Analytech Co., Ltd. was used. For the change in electric field energy that occurs in the vicinity of the sample end, a correction coefficient was calculated by solving Poisson's equation under a predetermined condition, and a more correct value was calculated using this coefficient.
As a result, the electrical conductivity S / cm of the negative electrode body of Example 1 was 53,800 S / cm.

[負極剥離強度測定]
蓄電素子を組み立てる前及び後の負極電極体の剥離強度を、それぞれエー・アンド・デー社製の引張試験機(STB−1225S)を用いて測定した。
[Negative electrode peel strength measurement]
The peel strength of the negative electrode body before and after assembling the electricity storage element was measured using a tensile tester (STB-1225S) manufactured by A & D.

(組立前の剥離強度)
先ず、上記のようにして作製した負極電極体(ドープしていないもの)を2.5cm×10cmの大きさに切り出し、電極体表面にニチバン株式会社製のセロテープ(登録商標、幅24mm、長さ100mm)を貼り付けた。テープを貼り付けた後、端の5mm程度を剥がし、テープ側を引張試験機の上側(引張側)に、電極側を引張試験機の下側(固定側)に装着し、電極に対して180°方向に50mm/minの速度で100mm引張した。得られた強度の25mm〜65mmの積分平均荷重を採用してデータを取得した。
表面及び裏面の剥離強度をそれぞれN=3で測定したところ、全部の平均値は0.08N/cmであった。
(Peel strength before assembly)
First, the negative electrode body (not doped) prepared as described above was cut into a size of 2.5 cm × 10 cm, and the electrode body surface was made of Nichiban Co., Ltd. cello tape (registered trademark, width 24 mm, length). 100 mm). After affixing the tape, peel off about 5 mm at the end, and attach the tape side to the upper side (tensile side) of the tensile tester and the electrode side to the lower side (fixed side) of the tensile tester. The film was pulled 100 mm in the direction of 50 mm / min. Data obtained by adopting an integrated average load of 25 mm to 65 mm of the obtained strength.
When the peel strengths of the front surface and the back surface were measured at N = 3, the average value of all was 0.08 N / cm.

(組立後の剥離強度)
蓄電素子を組み立てた後の負極電極体の剥離強度を上記と同様に測定した。いったん組み立てた蓄電素子を分解して負極電極体を取り出し、2.5cm×10cmにカットしたうえで、これを試料として測定に供した。
表面及び裏面の剥離強度をそれぞれN=3で測定したところ、全部の平均値は0.07N/cmであった。
(Peel strength after assembly)
The peel strength of the negative electrode body after assembling the electricity storage element was measured in the same manner as described above. The assembled storage element was disassembled, the negative electrode body was taken out, cut into 2.5 cm × 10 cm, and used as a sample for measurement.
When the peel strengths of the front surface and the back surface were measured at N = 3, the average value of all was 0.07 N / cm.

<実施例2〜5、並びに比較例1及び2>
複合多孔性材料1、アセチレンブラック、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)の使用量を、それぞれ表1に記載のとおりとした他は実施例1と同様にして、負極活物質層の片面厚さが30μmの負極電極体を得た。比較例1は、負極活物質層の結着不良のため、蓄電素子を組み立てることができなかった。
この負極電極体を用いた他は実施例1と同様にして各種の評価を行った。
評価結果は表2に示した。
<Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 and 2>
The single-sided thickness of the negative electrode active material layer was 30 μm in the same manner as in Example 1 except that the composite porous material 1, acetylene black, and PVDF (polyvinylidene fluoride) were used as shown in Table 1. The negative electrode body was obtained. In Comparative Example 1, the storage element could not be assembled due to poor binding of the negative electrode active material layer.
Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode body was used.
The evaluation results are shown in Table 2.

<実施例6>
[負極電極体の作製]
市販のヤシ殻活性炭について、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置(AUTOSORB−1 AS−1−MP)を用い、窒素を吸着質として細孔分布を測定した。脱着側の等温線を用いて、メソ孔量はBJH法により、マイクロ孔量はMP法により、それぞれ求めた。その結果、メソ孔量は0.198cc/g、マイクロ孔量は0.695cc/g、V1/V2=0.29、平均細孔径は21.2Åであった。BET1点法により求めたBET比表面積は1,780m/gであった。
このヤシ殻活性炭150gをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ(軟化点:50℃)270gを入れたステンレス製バットの上に置き、電気炉(炉内有効寸法300mm×300mm×300mm)内に設置して、熱処理を行い、複合多孔性材料2を得た。この熱処理は、窒素雰囲気下で行い、600℃まで8時間で昇温し、同温度で4時間保持する方法によった。続いて自然冷却により60℃まで冷却した後、負極材料となる複合多孔性材料2を炉から取り出した。
得られた複合多孔性材料2は、BET比表面積が262m/g、メソ孔量(Vm1)が0.1798cc/g、マイクロ孔量(Vm2)が0.0843cc/g、Vm1/Vm2=2.13であった。
上記複合多孔性材料2を85.6質量部、アセチレンブラックを8.5質量部、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を5.9質量部、並びにNMP(N−メチルピロリドン)を混合して、スラリーを得た。得られたスラリーをエッチング銅箔の両面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより、負極活物質層の片面厚さが60μmの負極電極体を得た。
<Example 6>
[Preparation of negative electrode body]
About commercially available coconut shell activated carbon, pore distribution measuring apparatus (AUTOSORB-1 AS-1-MP) manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd. was used and nitrogen distribution was measured as an adsorbate. Using the desorption side isotherm, the mesopore volume was determined by the BJH method, and the micropore volume was determined by the MP method. As a result, the mesopore volume was 0.198 cc / g, the micropore volume was 0.695 cc / g, V1 / V2 = 0.29, and the average pore diameter was 21.2 mm. The BET specific surface area determined by the BET 1-point method was 1,780 m 2 / g.
150 g of this coconut shell activated carbon is placed in a stainless steel mesh basket, placed on a stainless steel bat containing 270 g of a coal-based pitch (softening point: 50 ° C.), and an electric furnace (effective size in the furnace 300 mm × 300 mm × 300 mm) The composite porous material 2 was obtained by performing heat treatment. This heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere, and the temperature was raised to 600 ° C. in 8 hours and held at that temperature for 4 hours. Then, after cooling to 60 degreeC by natural cooling, the composite porous material 2 used as a negative electrode material was taken out from the furnace.
The obtained composite porous material 2 has a BET specific surface area of 262 m 2 / g, a mesopore volume (Vm1) of 0.1798 cc / g, a micropore volume (Vm2) of 0.0843 cc / g, and Vm1 / Vm2 = 2. .13.
85.6 parts by mass of the composite porous material 2, 8.5 parts by mass of acetylene black, 5.9 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride), and NMP (N-methylpyrrolidone) are mixed to form a slurry. Got. The obtained slurry was applied on both sides of the etched copper foil, dried and pressed to obtain a negative electrode body having a negative electrode active material layer with a thickness of 60 μm on one side.

[蓄電素子の組立及び評価]
上記で得た両面負極電極体を50mm×100mmにカットした。カット後の負極電極体の片面に、複合多孔性材料2の単位質量あたり、760mAh/gに相当する量のリチウム金属箔を貼り付けた。
負極電極体として上記のものを用いた他は実施例1と同様にして蓄電素子を組み立てて、各種の評価を行った。
評価結果は表2に示した。
[Assembly and evaluation of storage element]
The double-sided negative electrode body obtained above was cut into 50 mm × 100 mm. An amount of lithium metal foil corresponding to 760 mAh / g per unit mass of the composite porous material 2 was attached to one side of the negative electrode body after cutting.
A storage element was assembled in the same manner as in Example 1 except that the above-described negative electrode body was used, and various evaluations were performed.
The evaluation results are shown in Table 2.

<実施例7〜9、並びに比較例3及び4>
[負極電極体の作製]
複合多孔性材料2、アセチレンブラック、及びPVDF(ポリフッ化ビニリデン)の使用量、並びに負極活物質層の片面厚さを、それぞれ表1に記載のとおりとした他は実施例6と同様にして、負極活物質層の片面厚さが60μmの負極電極体を得た。
この負極電極体を用いた他は実施例1と同様にして各種の評価を行った。比較例3は、負極活物質層の結着不良のため、蓄電素子を組み立てることができなかった。
評価結果は表2に示した。
<Examples 7 to 9 and Comparative Examples 3 and 4>
[Preparation of negative electrode body]
The amount of composite porous material 2, acetylene black, and PVDF (polyvinylidene fluoride) used, and the single-sided thickness of the negative electrode active material layer were as described in Table 1, respectively, as in Example 6, A negative electrode body having a thickness of one side of the negative electrode active material layer of 60 μm was obtained.
Various evaluations were performed in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode body was used. In Comparative Example 3, the power storage element could not be assembled due to poor binding of the negative electrode active material layer.
The evaluation results are shown in Table 2.

Figure 2017085037
Figure 2017085037

Figure 2017085037
Figure 2017085037

本発明の蓄電素子用負極電極体を用いた蓄電素子は、例えば、自動車におけるハイブリット駆動システム用途;瞬間電力ピークのアシスト用途等の分野において、好適に利用できる。   The power storage element using the negative electrode body for a power storage element of the present invention can be suitably used in fields such as a hybrid drive system application in an automobile and an instantaneous power peak assist application.

Claims (6)

負極集電体と、該負極集電体の片面上又は両面上に設けられた負極活物質層とから構成され、
前記負極活物質層を前記負極集電体から剥離するときの剥離強度が0.05N/cm以上0.60N/cm以下の範囲にあることを特徴とする、非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体。
A negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on one or both surfaces of the negative electrode current collector,
A negative electrode for a non-aqueous lithium storage element, wherein a peel strength when peeling the negative electrode active material layer from the negative electrode current collector is in a range of 0.05 N / cm or more and 0.60 N / cm or less. body.
前記負極集電体が貫通孔を有する、請求項1に記載の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体。   The negative electrode body for a nonaqueous lithium storage element according to claim 1, wherein the negative electrode current collector has a through hole. 前記負極活物質が、活性炭の表面に炭素材料が被着した複合多孔性材料であり、かつ、
BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量をVm1(cc/g)、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をVm2(cc/g)とするとき、0.010≦Vm1≦0.250、0.001≦Vm2≦0.200、及び1.5≦Vm1/Vm2≦20.0を満たす、請求項1又は2に記載の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体。
The negative electrode active material is a composite porous material in which a carbon material is deposited on the surface of activated carbon; and
The amount of mesopores derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method is Vm1 (cc / g), and the amount of micropores derived from pores having a diameter of less than 20 mm calculated by the MP method is Vm2 (cc / g ), 0.010 ≦ Vm1 ≦ 0.250, 0.001 ≦ Vm2 ≦ 0.200, and 1.5 ≦ Vm1 / Vm2 ≦ 20.0 are satisfied. A negative electrode body for a lithium storage element.
前記負極活物質が、活性炭の表面に炭素材料が被着した複合多孔性材料であり、かつ、
前記複合多孔性材料の単位質量あたり1,050mAh/g以上2,050mAh/g以下のリチウムイオンがプリドープされており、
前記炭素質材料の前記活性炭に対する質量比率が10%以上60%以下であり、そして
前記負極活物質層の厚さが片面当たり20μm以上45μm以下である、請求項1又は2に記載の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体。
The negative electrode active material is a composite porous material in which a carbon material is deposited on the surface of activated carbon; and
Lithium ions of 1,050 mAh / g or more and 2,050 mAh / g or less per unit mass of the composite porous material are pre-doped,
3. The non-aqueous lithium according to claim 1, wherein a mass ratio of the carbonaceous material to the activated carbon is 10% or more and 60% or less, and a thickness of the negative electrode active material layer is 20 μm or more and 45 μm or less per side. -Type electrode element negative electrode body.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子用負極電極体、正極電極体、及びセパレータを有する電極積層体と、非水系電解液とが外装体に収容され、
前記正極電極体が、正極集電体と、該正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、該正極活物質が活性炭を含むことを特徴とする、非水系リチウム型蓄電素子。
The electrode laminate including the negative electrode body for a non-aqueous lithium storage element according to any one of claims 1 to 4, a positive electrode body, and a separator, and a non-aqueous electrolyte solution are housed in an exterior body,
The positive electrode body includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer including a positive electrode active material provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector, and the positive electrode active material includes activated carbon. A non-aqueous lithium-type electricity storage device characterized by the above.
前記活性炭が、BJH法により算出した直径20Å以上500Å以下の細孔に由来するメソ孔量V1(cc/g)が0.8<V1≦2.5を満たし、MP法により算出した直径20Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量V2(cc/g)が0.8<V2≦3.0を満たし、かつ、BET法により測定される比表面積が3,000m/g以上4,000m/g以下を示す、請求項5に記載の非水系リチウム型蓄電素子。 The mesopore amount V1 (cc / g) derived from pores having a diameter of 20 to 500 mm calculated by the BJH method satisfies 0.8 <V1 ≦ 2.5, and the activated carbon is less than 20 mm in diameter calculated by the MP method. The amount of micropores V2 (cc / g) derived from the above pores satisfies 0.8 <V2 ≦ 3.0, and the specific surface area measured by the BET method is 3,000 m 2 / g or more and 4,000 m 2. The non-aqueous lithium storage element according to claim 5, which shows / g or less.
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