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JP7852211B2 - Negative electrode for non-aqueous electrolyte energy storage element, non-aqueous electrolyte energy storage element, and method for manufacturing the same. - Google Patents
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JP7852211B2 - Negative electrode for non-aqueous electrolyte energy storage element, non-aqueous electrolyte energy storage element, and method for manufacturing the same. - Google Patents

Negative electrode for non-aqueous electrolyte energy storage element, non-aqueous electrolyte energy storage element, and method for manufacturing the same.

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JP7852211B2 JP2021087139A JP2021087139A JP7852211B2 JP 7852211 B2 JP7852211 B2 JP 7852211B2 JP 2021087139 A JP2021087139 A JP 2021087139A JP 2021087139 A JP2021087139 A JP 2021087139A JP 7852211 B2 JP7852211 B2 JP 7852211B2
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Description

本発明は、非水電解質蓄電素子用の負極、非水電解質蓄電素子、及びそれらの製造方法に関する。 This invention relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element, a non-aqueous electrolyte energy storage element, and methods for manufacturing the same.

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。上記非水電解質二次電池は、一般的には、セパレータで電気的に隔離された一対の電極と、この電極間に介在する非水電解質とを有し、両電極間でイオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。また、非水電解質二次電池以外の非水電解質蓄電素子として、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタ等のキャパシタも広く普及している。非水電解質蓄電素子に用いられる高エネルギー密度を有する負極活物質として、金属リチウムが知られている(特許文献1、2参照)。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries, such as lithium-ion batteries, are widely used in electronic devices like personal computers and communication terminals, as well as automobiles, due to their high energy density. Generally, these non-aqueous electrolyte secondary batteries consist of a pair of electrodes electrically isolated by a separator, and a non-aqueous electrolyte interposed between these electrodes. Charging and discharging occur through the transfer of ions between the two electrodes. In addition to non-aqueous electrolyte secondary batteries, capacitors such as lithium-ion capacitors and electric double-layer capacitors are also widely used as non-aqueous electrolyte energy storage elements. Lithium metal is known as a high-energy-density negative electrode active material used in non-aqueous electrolyte energy storage elements (see Patent Documents 1 and 2).

特開2016-100065号公報Japanese Patent Publication No. 2016-100065 特開平07-245099号公報Japanese Patent Application Publication No. 07-245099

非水電解質蓄電素子が良好な充放電性能を発揮するためには、分極が生じにくい電極を用いることが好ましい。本発明の目的は、金属リチウムを含有する負極であって、分極が抑制された負極、このような負極を備える非水電解質蓄電素子、及びこれらの製造方法を提供することである。 For non-aqueous electrolyte energy storage elements to exhibit good charge and discharge performance, it is preferable to use electrodes that are less prone to polarization. The object of the present invention is to provide a negative electrode containing metallic lithium in which polarization is suppressed, a non-aqueous electrolyte energy storage element equipped with such a negative electrode, and methods for manufacturing these.

本発明の一側面に係る負極は、金属リチウムを含有する負極活物質層と、上記負極活物質層の表面に積層された、亜鉛元素を含有する粒子を含む被覆層とを備える非水電解質蓄電素子用の負極である。 One aspect of the present invention relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element, comprising a negative electrode active material layer containing metallic lithium and a coating layer laminated on the surface of the negative electrode active material layer, the coating layer containing zinc element particles.

本発明の他の一側面に係る負極の製造方法は、金属リチウムを含有する負極活物質層の表面に、亜鉛元素を含有する粒子を含む被覆層形成材料により被覆層を形成することを備える非水電解質蓄電素子用の負極の製造方法である。 Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element, comprising forming a coating layer on the surface of a negative electrode active material layer containing metallic lithium using a coating layer forming material containing zinc element particles.

本発明の他の一側面に係る非水電解質蓄電素子は、本発明の一側面に係る負極を備える非水電解質蓄電素子である。 Another aspect of the present invention relates to a non-aqueous electrolyte energy storage element, which is a non-aqueous electrolyte energy storage element comprising a negative electrode according to one aspect of the present invention.

本発明の他の一側面に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、本発明の一側面に係る負極、又は本発明の一側面に係る負極の製造方法により得られた負極を用いて非水電解質蓄電素子を作製することを備える非水電解質蓄電素子の製造方法である。 Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte energy storage element, which comprises manufacturing a non-aqueous electrolyte energy storage element using a negative electrode according to one aspect of the present invention, or a negative electrode obtained by a method for manufacturing a negative electrode according to one aspect of the present invention.

本発明の一側面によれば、金属リチウムを含有する負極であって、分極が抑制された負極、このような負極を備える非水電解質蓄電素子、及びこれらの製造方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a negative electrode containing metallic lithium in which polarization is suppressed, a non-aqueous electrolyte energy storage element equipped with such a negative electrode, and a method for manufacturing these.

図1は、非水電解質蓄電素子の一実施形態を示す透視斜視図である。Figure 1 is a perspective view showing one embodiment of a non-aqueous electrolyte energy storage element. 図2は、非水電解質蓄電素子を複数個集合して構成した蓄電装置の一実施形態を示す概略図である。Figure 2 is a schematic diagram showing one embodiment of an energy storage device constructed by assembling multiple non-aqueous electrolyte energy storage elements. 図3Aは、実施例1及び比較例4の各非水電解質蓄電素子の充放電曲線である。Figure 3A shows the charge and discharge curves of the non-aqueous electrolyte energy storage elements in Example 1 and Comparative Example 4. 図3Bは、図3Aにおける充電開始直後の充電曲線の拡大図である。Figure 3B is an enlarged view of the charging curve immediately after the start of charging in Figure 3A. 図4Aは、比較例1及び比較例4の各非水電解質蓄電素子の充放電曲線である。Figure 4A shows the charge and discharge curves of the non-aqueous electrolyte energy storage elements for Comparative Example 1 and Comparative Example 4. 図4Bは、図4Aにおける充電開始直後の充電曲線の拡大図である。Figure 4B is an enlarged view of the charging curve immediately after the start of charging in Figure 4A. 図5Aは、比較例2から4の各非水電解質蓄電素子の充放電曲線である。Figure 5A shows the charge and discharge curves of each non-aqueous electrolyte energy storage element from Comparative Examples 2 to 4. 図5Bは、図5Aにおける充電開始直後の充電曲線の拡大図である。Figure 5B is an enlarged view of the charging curve immediately after the start of charging in Figure 5A.

初めに、本明細書によって開示される非水電解質蓄電素子用の負極、非水電解質蓄電素子用の負極の製造方法、非水電解質蓄電素子、及び非水電解質蓄電素子の製造方法の概要について説明する。 First, an overview of the negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element, the method for manufacturing the negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element, the non-aqueous electrolyte energy storage element, and the method for manufacturing the non-aqueous electrolyte energy storage element disclosed herein will be described.

本発明の一側面に係る非水電解質蓄電素子用の負極は、金属リチウムを含有する負極活物質層と、上記負極活物質層の表面に積層された、亜鉛元素を含有する粒子を含む被覆層とを備える非水電解質蓄電素子用の負極である。 A negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element according to one aspect of the present invention comprises a negative electrode active material layer containing metallic lithium and a coating layer containing zinc element particles laminated on the surface of the negative electrode active material layer.

当該負極は、金属リチウムを含有する負極であって、分極が抑制されている。この理由は定かではないが、以下の理由が推測される。金属リチウムを含有する負極活物質層の表面に、亜鉛元素を含有する粒子が接触すると、上記粒子の少なくとも一部は、負極活物質層表面の金属リチウムと反応する。この場合、上記被覆層中の上記粒子が含有する亜鉛元素の少なくとも一部は金属亜鉛又は亜鉛リチウム合金の状態で存在することになると考えられる。金属リチウムを含有する負極活物質層の表面にこのような被覆層が形成された場合、被覆層が形成されていない場合と比べて電気抵抗が低くなり、これにより分極が抑制されると推測される。また、亜鉛元素を含有する粒子として金属亜鉛を含む粒子を用いた場合も、同様に電気抵抗の低い被覆層が形成される結果、上記効果が生じると推測される。 The negative electrode in question is a negative electrode containing metallic lithium, and its polarization is suppressed. While the reason for this is not entirely clear, the following reason is speculated: When particles containing zinc come into contact with the surface of the negative electrode active material layer containing metallic lithium, at least a portion of the particles react with the metallic lithium on the surface of the negative electrode active material layer. In this case, it is thought that at least a portion of the zinc element contained in the particles within the coating layer exists in the form of metallic zinc or a zinc-lithium alloy. When such a coating layer is formed on the surface of the negative electrode active material layer containing metallic lithium, the electrical resistance becomes lower compared to when no coating layer is formed, and this is presumed to suppress polarization. Similarly, when particles containing metallic zinc are used as the zinc-containing particles, it is presumed that the same effect occurs as a result of the formation of a coating layer with low electrical resistance.

上記亜鉛元素を含有する粒子が、酸化亜鉛粒子及びその反応生成物の少なくとも一方であることが好ましい。このような粒子を被覆層中に有する負極によれば、分極がより抑制される。また、この場合、酸化亜鉛粒子を用いて被覆層を形成することができ、生産性に優れる。 It is preferable that the zinc-containing particles are at least one of zinc oxide particles and their reaction products. A negative electrode having such particles in the coating layer further suppresses polarization. Furthermore, in this case, the coating layer can be formed using zinc oxide particles, resulting in excellent productivity.

上記被覆層が、実質的に上記亜鉛元素を含有する粒子のみからなることが好ましい。このような被覆層を備える負極によれば、分極がより抑制される。この理由は定かではないが、被覆層中に上記亜鉛元素を含有する粒子以外の他の成分が実質的に含まれない場合、被覆層の電気抵抗がより低くなりやすいことなどが推測される。 It is preferable that the coating layer consists substantially only of particles containing the zinc element. A negative electrode with such a coating layer exhibits more suppressed polarization. While the reason for this is unclear, it is speculated that if the coating layer substantially contains no other components besides the zinc element particles, the electrical resistance of the coating layer tends to be lower.

なお、被覆層が実質的に亜鉛元素を含有する粒子のみからなるとは、亜鉛元素を含有する粒子以外に微量に他の成分が含有されていてもよいことを意味する。被覆層が実質的に亜鉛元素を含有する粒子のみからなるとは、例えば被覆層における亜鉛元素を含有する粒子の含有量が99質量%以上であることをいい、上記含有量が99.9質量%以上であることが好ましい。 Furthermore, the statement that the coating layer consists substantially only of particles containing zinc element means that trace amounts of other components may be present in addition to the zinc element particles. For example, the statement that the coating layer consists substantially only of particles containing zinc element means that the content of zinc element particles in the coating layer is 99% by mass or more, and preferably 99.9% by mass or more.

本発明の他の一側面に係る負極の製造方法は、金属リチウムを含有する負極活物質層の表面に、亜鉛元素を含有する粒子を含む被覆層形成材料により被覆層を形成することを備える非水電解質蓄電素子の製造方法である。 Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a negative electrode, which involves forming a coating layer on the surface of a negative electrode active material layer containing metallic lithium using a coating layer forming material containing zinc element particles.

当該負極の製造方法によれば、金属リチウムを含有する負極であって、分極が抑制された負極を製造することができる。 According to this negative electrode manufacturing method, a negative electrode containing metallic lithium can be manufactured in which polarization is suppressed.

本発明の他の一側面に係る非水電解質蓄電素子は、本発明の一側面に係る負極を備える非水電解質蓄電素子である。 Another aspect of the present invention relates to a non-aqueous electrolyte energy storage element, which is a non-aqueous electrolyte energy storage element comprising a negative electrode according to one aspect of the present invention.

当該非水電解質蓄電素子は、金属リチウムを含有する負極であって、分極が抑制された負極を備えているため、充放電性能が良好である。 This non-aqueous electrolyte energy storage element has a negative electrode containing metallic lithium, and because it is equipped with a negative electrode with suppressed polarization, it exhibits good charge and discharge performance.

本発明の他の一側面に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、本発明の一側面に係る負極、又は本発明の一側面に係る負極の製造方法により得られた負極を用いて非水電解質蓄電素子を作製することを備える非水電解質蓄電素子の製造方法である。 Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte energy storage element, which comprises manufacturing a non-aqueous electrolyte energy storage element using a negative electrode according to one aspect of the present invention, or a negative electrode obtained by a method for manufacturing a negative electrode according to one aspect of the present invention.

当該非水電解質蓄電素子の製造方法によれば、金属リチウムを含有する負極であって、分極が抑制された負極を備える非水電解質蓄電素子を製造することができる。 According to the method for manufacturing the non-aqueous electrolyte energy storage element, it is possible to manufacture a non-aqueous electrolyte energy storage element comprising a negative electrode containing metallic lithium, wherein polarization is suppressed.

以下、本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子用負極、非水電解質蓄電素子用負極の製造方法、非水電解質蓄電素子、非水電解質蓄電装置、非水電解質蓄電素子の製造方法、及びその他の実施形態について詳述する。なお、各実施形態に用いられる各構成部材(各構成要素)の名称は、背景技術に用いられる各構成部材(各構成要素)の名称と異なる場合がある。 The following describes in detail an embodiment of the negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element, a method for manufacturing the negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element, a non-aqueous electrolyte energy storage element, a non-aqueous electrolyte energy storage device, a method for manufacturing the non-aqueous electrolyte energy storage element, and other embodiments. Note that the names of the components (parts) used in each embodiment may differ from the names of the components (parts) used in the background art.

<負極>
本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子用負極は、負極基材、負極活物質層及び被覆層を有する。当該負極においては、負極基材、負極活物質層及び被覆層がこの順に積層された構造を有する。負極活物質層は、負極基材の両面に直接又は中間層を介してそれぞれ積層されていてよい。負極活物質層が負極基材の両面にそれぞれ設けられている場合、各負極活物質層の負極基材に対向していない側の表面にそれぞれ被覆層が設けられていることが好ましい。当該負極は、非水電解質蓄電素子に用いられる。当該負極は、非水電解液蓄電素子用の負極として特に好適に用いることができる。
<Negative electrode>
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element according to one embodiment of the present invention comprises a negative electrode substrate, a negative electrode active material layer, and a coating layer. In this negative electrode, the negative electrode substrate, the negative electrode active material layer, and the coating layer are laminated in this order. The negative electrode active material layer may be laminated directly on both sides of the negative electrode substrate or via an intermediate layer. When the negative electrode active material layer is provided on both sides of the negative electrode substrate, it is preferable that the coating layer is provided on the surface of each negative electrode active material layer that does not face the negative electrode substrate. This negative electrode is used in a non-aqueous electrolyte energy storage element. This negative electrode is particularly suitable for use as a negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element.

負極基材は、導電性を有する。「導電性」を有するか否かは、JIS-H-0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が10Ω・cmを閾値として判定する。負極基材の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属又はこれらの合金、炭素質材料等が用いられる。これらの中でも銅又は銅合金が好ましい。負極基材としては、箔、蒸着膜、メッシュ、多孔質材料等が挙げられ、コストの観点から箔が好ましい。したがって、負極基材としては銅箔又は銅合金箔が好ましい。銅箔の例としては、圧延銅箔、電解銅箔等が挙げられる。 The negative electrode substrate is conductive. Whether or not it is conductive is determined by a volume resistivity of 10⁷ Ω·cm, measured in accordance with JIS-H-0505 (1975), with a threshold value of 10⁷ Ω·cm. The negative electrode substrate can be made of metals such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, or alloys thereof, or carbonaceous materials. Among these, copper or copper alloys are preferred. Examples of negative electrode substrates include foil, vapor-deposited film, mesh, and porous material, with foil being preferred from a cost standpoint. Therefore, copper foil or copper alloy foil is preferred as the negative electrode substrate. Examples of copper foil include rolled copper foil and electrolytic copper foil.

負極基材の平均厚さは、2μm以上35μm以下が好ましく、3μm以上30μm以下がより好ましく、4μm以上25μm以下がさらに好ましく、5μm以上20μm以下が特に好ましい。負極基材の平均厚さを上記の範囲とすることで、負極基材の強度を高めつつ、非水電解質蓄電素子の体積当たりのエネルギー密度を高めることができる。負極基材の「平均厚さ」とは、所定の面積の負極基材を打ち抜いた際の打ち抜き質量を、負極基材の真密度及び打ち抜き面積で除した値をいう。後述する正極基材の平均厚さについても同様である。 The average thickness of the negative electrode substrate is preferably 2 μm to 35 μm, more preferably 3 μm to 30 μm, even more preferably 4 μm to 25 μm, and particularly preferably 5 μm to 20 μm. By setting the average thickness of the negative electrode substrate within the above range, the strength of the negative electrode substrate can be increased while simultaneously increasing the energy density per unit volume of the non-aqueous electrolyte energy storage element. The "average thickness" of the negative electrode substrate refers to the value obtained by dividing the punched mass when a predetermined area of the negative electrode substrate is punched by the true density of the negative electrode substrate and the punched area. The same applies to the average thickness of the positive electrode substrate, which will be described later.

中間層は、負極基材と負極活物質層との間に配される層である。中間層は、炭素粒子等の導電剤を含むことで負極基材と負極活物質層との接触抵抗を低減する。中間層の構成は特に限定されず、例えば、バインダ及び導電剤を含む。 The intermediate layer is a layer placed between the negative electrode substrate and the negative electrode active material layer. The intermediate layer contains a conductive agent, such as carbon particles, to reduce the contact resistance between the negative electrode substrate and the negative electrode active material layer. The composition of the intermediate layer is not particularly limited and may include, for example, a binder and a conductive agent.

負極活物質層は、金属リチウムを含有する。金属リチウムは、負極活物質として機能する成分である。金属リチウムは、実質的にリチウム元素のみからなる純金属リチウムとして存在してもよいし、他の金属元素を含むリチウム合金として存在してもよい。リチウム合金としては、リチウム銀合金、リチウム亜鉛合金、リチウムカルシウム合金、リチウムアルミニウム合金、リチウムマグネシウム合金、リチウムインジウム合金等が挙げられる。リチウム合金は、リチウム以外の複数の金属元素を含有していてもよい。 The negative electrode active material layer contains metallic lithium. Metallic lithium is the component that functions as the negative electrode active material. Metallic lithium may exist as pure metallic lithium, consisting substantially only of lithium, or as a lithium alloy containing other metallic elements. Examples of lithium alloys include lithium silver alloy, lithium zinc alloy, lithium calcium alloy, lithium aluminum alloy, lithium magnesium alloy, and lithium indium alloy. Lithium alloys may also contain multiple metallic elements other than lithium.

負極活物質層は、実質的に金属リチウムのみからなる層であってよい。負極活物質層における金属リチウムの含有量は、90質量%以上であってよく、99質量%以上であってよく、100質量%であってよい。 The negative electrode active material layer may be a layer consisting substantially of metallic lithium. The metallic lithium content in the negative electrode active material layer may be 90% by mass or more, 99% by mass or more, or 100% by mass.

負極活物質層は、金属リチウム箔又はリチウム合金箔であってもよい。負極活物質層は、無孔質の層(中実の層)であってもよい。また、負極活物質層は、金属リチウムを含む粒子を有する多孔質の層であってもよい。負極活物質層の平均厚さは、1μm以上1,000μm以下が好ましく、10μm以上500μm以下がより好ましく、30μm以上300μm以下がさらに好ましい。 The negative electrode active material layer may be metallic lithium foil or lithium alloy foil. The negative electrode active material layer may be a non-porous layer (solid layer). Alternatively, the negative electrode active material layer may be a porous layer containing particles of metallic lithium. The average thickness of the negative electrode active material layer is preferably 1 μm to 1,000 μm, more preferably 10 μm to 500 μm, and even more preferably 30 μm to 300 μm.

被覆層は、負極活物質層の負極基材に対向していない側の表面に積層されている層である。被覆層は、亜鉛元素を含有する粒子を含む。亜鉛元素は、亜鉛単体(金属亜鉛)として存在していてもよいし、亜鉛合金として存在していてもよいし、亜鉛元素を含む化合物として存在していてもよい。亜鉛元素を含む化合物は、無機化合物及び有機化合物のいずれであってもよく、無機化合物が好ましい場合もある。亜鉛元素を含む化合物の具体例としては、酸化亜鉛(ZnO)、水酸化亜鉛(Zn(OH))、炭酸亜鉛(ZnCO)、硫酸亜鉛(ZnSO)、硫化亜鉛(ZnS)、アルミン酸亜鉛(ZnAl)等を挙げることができる。亜鉛元素を含有する粒子は、1粒子中に、亜鉛元素を含む複数の化合物を含有していてもよく、亜鉛単体と亜鉛元素を含む化合物とを含有していてもよい。亜鉛元素を含有する粒子には、亜鉛元素を含まない化合物、金属亜鉛以外の金属がさらに含まれていてもよい。また、亜鉛元素を含有する粒子は、亜鉛元素を含有する2種以上の粒子の混合物又は複合物であってもよい。亜鉛元素を含有する粒子の表面は、他の材料で被覆等がされていてもよい。 The coating layer is a layer laminated on the surface of the negative electrode active material layer that does not face the negative electrode substrate. The coating layer contains particles containing zinc. The zinc element may exist as elemental zinc (metallic zinc), as a zinc alloy, or as a compound containing zinc. The compound containing zinc may be either an inorganic compound or an organic compound, and an inorganic compound may be preferred. Specific examples of compounds containing zinc include zinc oxide (ZnO), zinc hydroxide (Zn(OH) ), zinc carbonate ( ZnCO₃ ), zinc sulfate ( ZnSO₄ ), zinc sulfide ( ZnS ), and zinc aluminate ( ZnAl₂O₄ ). A single particle containing zinc may contain multiple compounds containing zinc, or it may contain elemental zinc and a compound containing zinc. The particles containing zinc may further contain compounds that do not contain zinc, or metals other than metallic zinc. Furthermore, the particles containing zinc may be a mixture or composite of two or more particles containing zinc. The surface of the zinc-containing particles may be coated with other materials.

亜鉛元素を含有する粒子は、金属元素及び半金属元素としては亜鉛元素のみを含有する粒子(例えば、酸化亜鉛粒子、水酸化亜鉛粒子、炭酸亜鉛粒子、硫化亜鉛粒子、これらの混合粒子、これらの反応生成物等)であることが好ましく、酸化亜鉛粒子及びその反応生成物(酸化亜鉛粒子の反応生成物)の少なくとも一方であることがより好ましい。酸化亜鉛粒子とは、粒子の主成分が酸化亜鉛である粒子をいう。その他、水酸化亜鉛粒子等についても同様に、粒子の主成分がその化合物(水酸化亜鉛等)である粒子をいう。主成分とは、質量基準で最も含有量の多い成分をいう。酸化亜鉛粒子中の酸化亜鉛の含有量は、90質量%以上が好ましく、99質量%以上がより好ましい。酸化亜鉛粒子は、実質的に酸化亜鉛のみからなる粒子であってよい。その他、水酸化亜鉛粒子等についても同様である。 The zinc-containing particles are preferably particles containing only zinc as a metallic and metalloid element (e.g., zinc oxide particles, zinc hydroxide particles, zinc carbonate particles, zinc sulfide particles, mixed particles thereof, reaction products thereof, etc.), and more preferably at least one of zinc oxide particles and their reaction products (reaction products of zinc oxide particles). Zinc oxide particles refer to particles whose main component is zinc oxide. Similarly, for zinc hydroxide particles, etc., the main component refers to particles whose main component is its compound (zinc hydroxide, etc.). The main component refers to the component with the highest mass content. The zinc oxide content in zinc oxide particles is preferably 90% by mass or more, and more preferably 99% by mass or more. Zinc oxide particles may consist substantially of only zinc oxide. The same applies to zinc hydroxide particles, etc.

酸化亜鉛粒子の反応生成物とは、通常、酸化亜鉛粒子が、負極活物質層中の金属リチウムと反応して生成される粒子である。具体的には、金属リチウムは酸化亜鉛を還元し、金属亜鉛又は亜鉛リチウム合金が生成されると考えられる。すなわち、酸化亜鉛粒子の反応生成物は、金属亜鉛を含む粒子であることが好ましい。その他、酸化亜鉛粒子の反応生成物は、酸化亜鉛と金属リチウムとの反応に起因して生成するものとして、亜鉛元素とリチウム元素とを含む化合物、亜鉛元素、酸素元素及び水素元素を含む化合物等を含む粒子であってもよい。また、酸化亜鉛粒子の反応生成物は、金属リチウム以外と反応して生成される粒子、例えば、被覆層に含まれる亜鉛元素を含有する粒子以外の他の成分、被覆層を形成するときに用いられる分散媒等と反応して生成されるものであってもよい。 The reaction products of zinc oxide particles are typically particles produced when zinc oxide particles react with metallic lithium in the negative electrode active material layer. Specifically, metallic lithium is thought to reduce zinc oxide, producing metallic zinc or a zinc-lithium alloy. That is, it is preferable that the reaction products of zinc oxide particles contain metallic zinc. Furthermore, the reaction products of zinc oxide particles may also contain particles that result from the reaction between zinc oxide and metallic lithium, such as compounds containing zinc and lithium, or compounds containing zinc, oxygen, and hydrogen. Additionally, the reaction products of zinc oxide particles may be particles produced by reactions with substances other than metallic lithium, such as other components in the coating layer other than zinc-containing particles, or particles produced by reactions with the dispersion medium used to form the coating layer.

亜鉛元素を含有する粒子の平均粒径は、1nm以上1mm以下が好ましく、3nm以上200nm以下がより好ましく、5nm以上100nm以下がさらに好ましく、10nm以上50nm以下がよりさらに好ましい。亜鉛元素を含有する粒子の平均粒径を上記範囲とすることで、抵抗がより低くなることなどにより、分極がより抑制される。 The average particle size of the zinc-containing particles is preferably 1 nm to 1 mm, more preferably 3 nm to 200 nm, even more preferably 5 nm to 100 nm, and even more preferably 10 nm to 50 nm. By setting the average particle size of the zinc-containing particles within the above range, polarization is further suppressed, for example, by lowering the resistance.

なお、亜鉛元素を含有する粒子の「平均粒径」は、TEM(透過型電子顕微鏡)又はSEM(走査型電子顕微鏡)で観察される一次粒子のフェレー径の平均値である。このフェレー径の平均値は、極端に大きい粒子及び極端に小さい粒子を避けて抽出される100個の一次粒子に基づく。 The "average particle size" of zinc-containing particles is the average value of the Ferret diameter of primary particles observed using a TEM (transmission electron microscope) or SEM (scanning electron microscope). This average Ferret diameter is based on 100 primary particles extracted while avoiding extremely large and extremely small particles.

被覆層には、亜鉛元素を含有する粒子以外の他の成分が含まれていてもよい。このような他の成分としては、亜鉛元素を含まない化合物の粒子、金属亜鉛以外の金属粒子、バインダ、被覆層を形成するときに用いられた分散媒に由来する成分等が挙げられる。但し、分極を抑制するという効果を高めるためには、被覆層が実質的に亜鉛元素を含有する粒子のみからなることが好ましい。具体的には、被覆層における亜鉛元素を含有する粒子の含有量は、例えば90質量%以上であってよいが、99質量%以上が好ましく、99.9質量%以上がより好ましい。なお、当該負極においては、負極活物質層中の金属リチウムと被覆層中の亜鉛元素を含有する粒子との間及び亜鉛元素を含有する粒子同士が、溶着又はその他の何らかの引力や結合が生じていることなどで、被覆層が実質的に亜鉛元素を含有する粒子のみからなる場合であっても、被覆層が負極活物質層表面に積層されると考えられる。 The coating layer may contain components other than zinc-containing particles. Examples of such other components include zinc-free compound particles, metal particles other than metallic zinc, binders, and components derived from the dispersion medium used to form the coating layer. However, to enhance the effect of suppressing polarization, it is preferable that the coating layer consists substantially only of zinc-containing particles. Specifically, the zinc-containing particle content in the coating layer may be, for example, 90% by mass or more, but 99% by mass or more is preferable, and 99.9% by mass or more is more preferable. In the negative electrode, even if the coating layer consists substantially only of zinc-containing particles, it is considered that the coating layer is laminated onto the surface of the negative electrode active material layer due to welding or other attractive forces or bonds between the metallic lithium in the negative electrode active material layer and the zinc-containing particles in the coating layer, and among the zinc-containing particles themselves.

また、被覆層は、実質的に無機物のみからなることが好ましい。上記無機物には、上記亜鉛元素を含有する粒子を形成する無機物も含まれる。被覆層における無機物の含有量としては、90質量%以上が好ましく、99質量%以上がより好ましく、99.9質量%以上がさらに好ましい。被覆層が実質的に無機物のみからなる場合、電気抵抗がより低くなりやすいことなどにより、分極がより抑制される。 Furthermore, the coating layer is preferably composed of substantially inorganic materials. These inorganic materials include inorganic materials that form particles containing the zinc element. The inorganic content in the coating layer is preferably 90% by mass or more, more preferably 99% by mass or more, and even more preferably 99.9% by mass or more. When the coating layer is composed of substantially inorganic materials, polarization is more suppressed, for example, because the electrical resistance tends to be lower.

被覆層の平均厚さとしては、0.1μm以上100μm以下が好ましく、0.5μm以上50μm以下がより好ましく、1μm以上30μmがさらに好ましく、2μm以上15μm以下がよりさらに好ましい。被覆層の平均厚さを上記範囲とすることで、電気抵抗の低減効果が十分に表れ、分極がより低減される。被覆層の「平均厚さ」は、断面のSEM画像に基づいて任意の5ヶ所で測定される厚さの平均値とする。 The average thickness of the coating layer is preferably 0.1 μm to 100 μm, more preferably 0.5 μm to 50 μm, even more preferably 1 μm to 30 μm, and even more preferably 2 μm to 15 μm. By setting the average thickness of the coating layer within the above range, the effect of reducing electrical resistance is sufficiently achieved, and polarization is further reduced. The "average thickness" of the coating layer is the average value of the thickness measured at five arbitrary locations based on the cross-sectional SEM image.

被覆層は、通常、多孔質の層である。被覆層が多孔質であることにより、例えば、非水電解質である非水電解液中のリチウムイオンが被覆層を良好に透過することができる。なお、通常、被覆層の断面のSEM画像により、被覆層を構成する亜鉛元素を含有する粒子、及び粒子間の空隙の存在が確認できれば、この被覆層は多孔質の層であるといえる。 The coating layer is typically a porous layer. This porous nature allows, for example, lithium ions in a non-aqueous electrolyte (a non-aqueous electrolyte) to permeate the coating layer easily. Generally, if a cross-sectional SEM image of the coating layer reveals the presence of zinc-containing particles and inter-particle voids, then the coating layer can be considered porous.

<負極の製造方法>
本発明の一実施形態に係る負極の製造方法は、金属リチウムを含有する負極活物質層の表面に、亜鉛元素を含有する粒子を含む被覆層形成材料により被覆層を形成することを備える。当該製造方法は、このように被覆層を形成すること以外は、従来公知の非水電解質蓄電素子用の負極と同様の方法とすることができる。例えば、上記被覆層の形成の前に、負極基材に直接又は中間層を介して金属リチウムを含有する負極活物質層を積層し、プレス等をすること等により、被覆層を形成する前の状態の負極を得ることができる。金属リチウムを含有する負極活物質層は、上述した本発明の一実施形態に係る負極に備わる負極活物質層と同様であり、金属リチウム箔又はリチウム合金箔であってよい。
<Method for manufacturing the negative electrode>
A method for manufacturing a negative electrode according to one embodiment of the present invention comprises forming a coating layer on the surface of a negative electrode active material layer containing metallic lithium using a coating layer forming material containing zinc element particles. This manufacturing method can be the same as that for conventionally known negative electrodes for non-aqueous electrolyte energy storage elements, except for the formation of the coating layer in this manner. For example, before forming the coating layer, the negative electrode active material layer containing metallic lithium can be laminated directly onto a negative electrode substrate or via an intermediate layer, and the negative electrode can be obtained in the state before the coating layer is formed by pressing or the like. The negative electrode active material layer containing metallic lithium is the same as the negative electrode active material layer provided in the negative electrode according to the present embodiment of the present invention described above, and may be metallic lithium foil or lithium alloy foil.

被覆層形成材料は、例えば、亜鉛元素を含有する粒子と分散媒とを含む分散液であってよい。このような被覆層形成材料を負極活物質層の表面に塗布し、分散媒を乾燥させることによって、被覆層を形成することができる。浸漬等、塗布以外の方法によって、被覆層を形成してもよい。また、亜鉛元素を含有する粒子のみからなる被覆層形成材料を用い、乾式塗工等によって被覆層を形成してもよい。 The coating layer forming material may be, for example, a dispersion containing zinc-containing particles and a dispersion medium. The coating layer can be formed by applying such a coating layer forming material to the surface of the negative electrode active material layer and drying the dispersion medium. The coating layer may also be formed by methods other than application, such as immersion. Furthermore, the coating layer may be formed by a coating layer forming material consisting solely of zinc-containing particles, using a dry coating method or the like.

当該製造方法によって形成される負極及び被覆層の具体的形態及び好適形態は、上述した本発明の一実施形態に係る負極および当該負極に備わる被覆層と同様である。 The specific and preferred forms of the negative electrode and coating layer formed by this manufacturing method are the same as those of the negative electrode and coating layer provided on the negative electrode according to the embodiment of the present invention described above.

<非水電解質蓄電素子>
本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子(以下、単に「蓄電素子」ともいう。)は、正極、負極及びセパレータを有する電極体と、非水電解質と、上記電極体及び非水電解質を収容する容器と、を備える。電極体は、通常、複数の正極及び複数の負極がセパレータを介して積層された積層型、又は、正極及び負極がセパレータを介して積層された状態で巻回された巻回型である。非水電解質は、正極、負極及びセパレータに含まれた状態で存在する。非水電解質蓄電素子の一例として、非水電解質二次電池(以下、単に「二次電池」ともいう。)について説明する。
<Non-aqueous electrolyte energy storage element>
A non-aqueous electrolyte energy storage element (hereinafter also simply referred to as "energy storage element") according to one embodiment of the present invention comprises an electrode body having a positive electrode, a negative electrode, and a separator, a non-aqueous electrolyte, and a container for housing the electrode body and the non-aqueous electrolyte. The electrode body is usually a stacked type in which a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes are stacked with a separator in between, or a wound type in which the positive electrode and negative electrode are wound in a stacked state with a separator in between. The non-aqueous electrolyte exists contained within the positive electrode, negative electrode, and separator. As an example of a non-aqueous electrolyte energy storage element, a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter also simply referred to as "secondary battery") will be described.

(正極)
正極は、正極基材と、当該正極基材に直接又は中間層を介して配される正極活物質層とを有する。正極の中間層は負極の中間層と同様の構成とすることができる。
(positive electrode)
The positive electrode comprises a positive electrode substrate and a positive electrode active material layer disposed directly on the positive electrode substrate or via an intermediate layer. The intermediate layer of the positive electrode can have the same configuration as the intermediate layer of the negative electrode.

正極基材は、導電性を有する。正極基材は、負極基材と同様の構成とすることができるが、材質としては、アルミニウム、チタン、タンタル、ステンレス鋼等の金属又はこれらの合金が用いられる。これらの中でも、耐電位性、導電性の高さ、及びコストの観点からアルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい。正極基材としては、箔、蒸着膜、メッシュ、多孔質材料等が挙げられ、コストの観点から箔が好ましい。したがって、正極基材としてはアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔が好ましい。アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS-H-4000(2014年)又はJIS-H4160(2006年)に規定されるA1085、A3003、A1N30等が例示できる。 The positive electrode substrate is electrically conductive. While the positive electrode substrate can have the same configuration as the negative electrode substrate, the material used is typically a metal such as aluminum, titanium, tantalum, or stainless steel, or an alloy thereof. Among these, aluminum or an aluminum alloy is preferred from the viewpoint of high potential resistance, high conductivity, and cost. Examples of positive electrode substrates include foil, vapor-deposited film, mesh, and porous material, with foil being preferred from a cost perspective. Therefore, aluminum foil or aluminum alloy foil is preferred as the positive electrode substrate. Examples of aluminum or aluminum alloys include A1085, A3003, and A1N30 as specified in JIS-H-4000 (2014) or JIS-H4160 (2006).

正極基材の平均厚さは、3μm以上50μm以下が好ましく、5μm以上40μm以下がより好ましく、8μm以上30μm以下がさらに好ましく、10μm以上25μm以下が特に好ましい。正極基材の平均厚さを上記の範囲とすることで、正極基材の強度を高めつつ、二次電池の体積当たりのエネルギー密度を高めることができる。 The average thickness of the positive electrode substrate is preferably 3 μm to 50 μm, more preferably 5 μm to 40 μm, even more preferably 8 μm to 30 μm, and particularly preferably 10 μm to 25 μm. By setting the average thickness of the positive electrode substrate within the above range, the strength of the positive electrode substrate can be increased while simultaneously increasing the energy density per unit volume of the secondary battery.

正極活物質層は、正極活物質を含む。正極活物質層は、必要に応じて、導電剤、バインダ(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。 The positive electrode active material layer contains the positive electrode active material. The positive electrode active material layer may optionally contain components such as conductive agents, binders, thickeners, and fillers.

正極活物質としては、公知の正極活物質の中から適宜選択できる。リチウム二次電池用の正極活物質としては、通常、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材料が用いられる。正極活物質としては、例えば、α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物、スピネル型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物、ポリアニオン化合物、カルコゲン化合物、硫黄等が挙げられる。α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物として、例えば、Li[LiNi(1-x)]O(0≦x<0.5)、Li[LiNiγCo(1-x-γ)]O(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LiCo(1-x)]O(0≦x<0.5)、Li[LiNiγMn(1-x-γ)]O(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LiNiγMnβCo(1-x-γ-β)]O(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)、Li[LiNiγCoβAl(1-x-γ-β)]O(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)等が挙げられる。スピネル型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物として、LiMn、LiNiγMn(2-γ)等が挙げられる。ポリアニオン化合物として、LiFePO、LiMnPO、LiNiPO、LiCoPO、Li(PO、LiMnSiO、LiCoPOF等が挙げられる。カルコゲン化合物として、二硫化チタン、二硫化モリブデン、二酸化モリブデン等が挙げられる。これらの材料中の原子又はポリアニオンは、他の元素からなる原子又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。これらの材料は表面が他の材料で被覆されていてもよい。正極活物質層においては、これら材料の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The positive electrode active material can be appropriately selected from known positive electrode active materials. For lithium secondary batteries, materials that can intercept and release lithium ions are usually used as positive electrode active materials. Examples of positive electrode active materials include lithium transition metal composite oxides having an α- NaFeO2 crystal structure, lithium transition metal composite oxides having a spinel crystal structure, polyanion compounds, chalcogen compounds, sulfur, and the like. Examples of lithium transition metal composite oxides having α-NaFeO 2 type crystal structure include Li[Li x Ni (1-x) ]O 2 (0≦x<0.5), Li[Li x Ni γ Co (1-x-γ) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ<1), Li[Li x Co (1-x) ]O 2 (0≦x<0.5), Li[Li x Ni γ Mn (1-x-γ) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ<1), Li[Li x Ni γ Mn β Co (1-x-γ-β) ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ, 0<β, 0.5<γ+β<1), Li[Li x Ni Examples include γ Co β Al (1-x-γ-β) ]O 2 (0 ≤ x < 0.5, 0 < γ, 0 < β, 0.5 < γ + β < 1). Examples of lithium transition metal composite oxides having a spinel-type crystal structure include Li x Mn 2 O 4 and Li x Ni γ Mn (2-γ) O 4. Examples of polyanion compounds include LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Li 2 MnSiO 4 , and Li 2 CoPO 4 F. Examples of chalcogen compounds include titanium disulfide, molybdenum disulfide, and molybdenum dioxide. The atoms or polyanions in these materials may be partially substituted with atoms or anions of other elements. The surfaces of these materials may be coated with other materials. In the positive electrode active material layer, one of these materials may be used alone, or two or more may be used in mixture form.

正極活物質としては、リチウム遷移金属複合酸化物が好ましく、α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物がより好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物は、遷移金属としてニッケル又はマンガンを含むことが好ましく、ニッケル及びマンガンの双方を含むことがより好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物は、コバルト等の他の遷移金属をさらに含んでいてもよい。α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物においては、遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比(Li/Me)が1.0超であることが好ましく、1.1以上さらには1.2以上であることがより好ましく、1.3以上であることがさらに好ましい。このようなリチウム遷移金属複合酸化物を用いることで、電気容量を大きくすることができる。なお、遷移金属に対するリチウムのモル比(Li/Me)の上限としては、1.6が好ましく、1.5がより好ましい。 As the positive electrode active material, a lithium transition metal composite oxide is preferred, and a lithium transition metal composite oxide having an α- NaFeO2 type crystal structure is more preferred. The lithium transition metal composite oxide preferably contains nickel or manganese as the transition metal, and more preferably contains both nickel and manganese. The lithium transition metal composite oxide may further contain other transition metals such as cobalt. In the lithium transition metal composite oxide having an α- NaFeO2 type crystal structure, the molar ratio of lithium (Li) to the transition metal (Me) (Li/Me) is preferably greater than 1.0, more preferably 1.1 or greater, more preferably 1.2 or greater, and even more preferably 1.3 or greater. By using such a lithium transition metal composite oxide, the electrical capacity can be increased. The upper limit of the molar ratio of lithium to the transition metal (Li/Me) is preferably 1.6, and more preferably 1.5.

α-NaFeO型結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物としては、下記式(1)で表される化合物が好ましい。
Li1+αMe1-α ・・・(1)
式(1)中、MeはNi又はMnを含む遷移金属である。0<α<1である。
As a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO2 type crystal structure, the compound represented by the following formula (1) is preferred.
Li 1+α Me 1-α O 2 ...(1)
In equation (1), Me is a transition metal containing Ni or Mn. 0 < α < 1.

式(1)中のMeは、Ni及びMnを含むことが好ましい。Meは、実質的にNi及びMnの2元素、又はNi、Mn及びCoの3元素から構成されていることが好ましい。Meは、その他の遷移金属が含有されていてもよい。 In formula (1), Me preferably contains Ni and Mn. Me is preferably composed substantially of two elements, Ni and Mn, or three elements, Ni, Mn, and Co. Me may also contain other transition metals.

式(1)中、Meに対するNiのモル比(Ni/Me)の下限としては、0.1が好ましく、0.2がより好ましい。一方、このモル比(Ni/Me)の上限としては、0.5が好ましく、0.45がより好ましい。モル比(Ni/Me)を上記範囲とすることにより、エネルギー密度が向上する。 In equation (1), the lower limit of the molar ratio of Ni to Me (Ni/Me) is preferably 0.1, and more preferably 0.2. On the other hand, the upper limit of this molar ratio (Ni/Me) is preferably 0.5, and more preferably 0.45. By setting the molar ratio (Ni/Me) within the above range, the energy density is improved.

式(1)中、Meに対するMnのモル比(Mn/Me)の下限としては、0.5が好ましく、0.55がより好ましく、0.6がさらに好ましい。一方、このモル比(Mn/Me)の上限としては、0.75が好ましく、0.7がより好ましい。モル比(Mn/Me)を上記範囲とすることにより、エネルギー密度が向上する。 In equation (1), the lower limit of the molar ratio of Mn to Me (Mn/Me) is preferably 0.5, more preferably 0.55, and even more preferably 0.6. On the other hand, the upper limit of this molar ratio (Mn/Me) is preferably 0.75, and more preferably 0.7. By setting the molar ratio (Mn/Me) within the above range, the energy density is improved.

式(1)中、Meに対するCoのモル比(Co/Me)の上限としては、0.3が好ましく、0.2がより好ましく、0.1がさらに好ましい。このモル比(Co/Me)又はこのモル比(Co/Me)の下限は0であってよい。 In formula (1), the upper limit of the molar ratio of Co to Me (Co/Me) is preferably 0.3, more preferably 0.2, and even more preferably 0.1. The lower limit of this molar ratio (Co/Me) may be 0.

式(1)中、Meに対するLiのモル比(Li/Me)、即ち、(1+α)/(1-α)は、1.0超(α>0)が好ましく、1.1以上がより好ましく、1.2以上がさらに好ましく、1.3以上がよりさらに好ましい。一方、このモル比(Li/Me)の上限としては、1.6が好ましく、1.5がより好ましい。モル比(Li/Me)を上記範囲とすることで、電気容量が大きくなる。 In equation (1), the molar ratio of Li to Me (Li/Me), i.e., (1+α)/(1-α), is preferably greater than 1.0 (α>0), more preferably 1.1 or greater, even more preferably 1.2 or greater, and even more preferably 1.3 or greater. On the other hand, the upper limit of this molar ratio (Li/Me) is preferably 1.6, and more preferably 1.5. Setting the molar ratio (Li/Me) within the above range increases the electrical capacitance.

上記遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比(Li/Me)が1.0超であるリチウム遷移金属複合酸化物は、CuKα線を用いたエックス線回折図において20°以上22°以下の範囲に回折ピークが存在しないものであることが好ましい。遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比(Li/Me)が1.0超であるリチウム遷移金属複合酸化物は、一般的に正極電位が例えば4.5V vs.Li/Li以上に至るまでの初期充放電を経ることにより電気容量が大きくなる。また、このような初期充放電の際の結晶構造の変化により、初期充放電前に上記20°以上22°以下の範囲に存在した回折ピークが消失する。すなわち、遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比(Li/Me)が1.0超であるリチウム遷移金属複合酸化物であって、上記エックス線回折図において20°以上22°以下の範囲に回折ピークが存在しない正極活物質は、電気容量が大きい。 Lithium transition metal composite oxides having a molar ratio (Li/Me) of lithium (Li) to the transition metal (Me) greater than 1.0 are preferably those in which no diffraction peaks exist in the range of 20° to 22° in the X-ray diffraction pattern using CuKα rays. Lithium transition metal composite oxides having a molar ratio (Li/Me) of lithium (Li) to the transition metal (Me) greater than 1.0 generally exhibit increased capacitance after undergoing initial charge and discharge until the positive electrode potential reaches, for example, 4.5 V vs. Li/Li + or higher. Furthermore, due to changes in the crystal structure during such initial charge and discharge, diffraction peaks that existed in the range of 20° to 22° before the initial charge and discharge disappear. In other words, a lithium transition metal composite oxide having a molar ratio (Li/Me) of lithium (Li) to the transition metal (Me) greater than 1.0, and in which no diffraction peaks exist in the range of 20° to 22° in the X-ray diffraction pattern, exhibits high capacitance.

なお、本明細書におけるリチウム遷移金属複合酸化物の組成比は、次の方法により完全放電状態としたときの組成比をいう。まず、非水電解質蓄電素子を、0.05Cの電流で通常使用時の充電終止電圧となるまで定電流充電し、満充電状態とする。30分の休止後、0.05Cの電流で通常使用時の下限電圧まで定電流放電する。解体し、正極を取り出し、金属リチウム電極を対極とした試験電池を組み立て、正極合剤1gあたり10mAの電流値で、正極電位が2.0V vs.Li/Liとなるまで定電流放電を行い、正極を完全放電状態に調整する。ここでの金属リチウム電極には、リチウム合金ではなく、純金属リチウムを用いる。再解体し、正極を取り出す。ジメチルカーボネートを用いて、取り出した正極に付着した非水電解質を十分に洗浄し、室温にて一昼夜乾燥後、正極活物質のリチウム遷移金属複合酸化物を採取する。採取したリチウム遷移金属複合酸化物を測定に供する。非水電解質蓄電素子の解体からリチウム遷移金属複合酸化物の採取までの作業は露点-60℃以下のアルゴン雰囲気中で行う。 In this specification, the composition ratio of lithium transition metal composite oxide refers to the composition ratio when the device is fully discharged by the following method. First, the non-aqueous electrolyte energy storage element is charged with a constant current of 0.05 C until it reaches the charging termination voltage for normal use, bringing it to a fully charged state. After a 30-minute rest, it is discharged with a constant current of 0.05 C until it reaches the lower limit voltage for normal use. The device is disassembled, the positive electrode is removed, and a test battery is assembled with a metallic lithium electrode as the counter electrode. A constant current discharge is performed at a current of 10 mA per gram of positive electrode mixture until the positive electrode potential reaches 2.0 V vs. Li/Li + , adjusting the positive electrode to a fully discharged state. Here, pure metallic lithium, not a lithium alloy, is used for the metallic lithium electrode. The device is disassembled again, and the positive electrode is removed. The non-aqueous electrolyte adhering to the removed positive electrode is thoroughly washed using dimethyl carbonate, and after drying at room temperature overnight, the lithium transition metal composite oxide, the positive electrode active material, is collected. The collected lithium transition metal composite oxide will be subjected to measurement. The entire process, from dismantling the non-aqueous electrolyte energy storage device to collecting the lithium transition metal composite oxide, will be carried out in an argon atmosphere with a dew point of -60°C or lower.

リチウム遷移金属複合酸化物に対するエックス線回折測定は、上記方法により完全放電状態としたリチウム遷移金属複合酸化物に対して行う。具体的には、エックス線回折測定は、エックス回折装置(Rigaku社の「MiniFlex II」)を用いた粉末エックス線回折測定によって、線源はCuKα線、管電圧は30kV、管電流は15mAとして行う。このとき、回折エックス線は、厚さ30μmのKβフィルターを通り、高速一次元検出器(D/teX Ultra 2)にて検出される。また、サンプリング幅は0.02°、スキャンスピードは5°/min、発散スリット幅は0.625°、受光スリット幅は13mm(OPEN)、散乱スリット幅は8mmとする。 X-ray diffraction measurements of lithium transition metal composite oxides are performed on lithium transition metal composite oxides that have been brought to a fully discharged state using the method described above. Specifically, the X-ray diffraction measurement is performed by powder X-ray diffraction using an X-ray diffractometer (Rigaku's "MiniFlex II"), with the radiation source being CuKα rays, the tube voltage being 30 kV, and the tube current being 15 mA. At this time, the diffracted X-rays pass through a 30 μm thick Kβ filter and are detected by a high-speed one-dimensional detector (D/teX Ultra 2). The sampling width is 0.02°, the scan speed is 5°/min, the divergence slit width is 0.625°, the receiving slit width is 13 mm (OPEN), and the scattering slit width is 8 mm.

全ての正極活物質に対する上記リチウム遷移金属複合酸化物の含有量の下限は、50質量%が好ましく、80質量%がより好ましく、95質量%がさらに好ましい。全ての正極活物質に対する上記リチウム遷移金属複合酸化物の含有量は、100質量%であってよい。 The lower limit of the content of the lithium transition metal composite oxide relative to all positive electrode active materials is preferably 50% by mass, more preferably 80% by mass, and even more preferably 95% by mass. The content of the lithium transition metal composite oxide relative to all positive electrode active materials may be 100% by mass.

正極活物質は、通常、粒子(粉体)である。正極活物質の平均粒径は、例えば、0.1μm以上20μm以下とすることが好ましい。正極活物質の平均粒径を上記下限以上とすることで、正極活物質の製造又は取り扱いが容易になる。正極活物質の平均粒径を上記上限以下とすることで、正極活物質層の電子伝導性が向上する。なお、正極活物質と他の材料との複合体を用いる場合、該複合体の平均粒径を正極活物質の平均粒径とする。 The positive electrode active material is usually in the form of particles (powder). The average particle size of the positive electrode active material is preferably, for example, between 0.1 μm and 20 μm. Setting the average particle size of the positive electrode active material above the lower limit facilitates its manufacture and handling. Setting the average particle size of the positive electrode active material below the upper limit improves the electronic conductivity of the positive electrode active material layer. When using a composite material of the positive electrode active material and other materials, the average particle size of the composite material is considered the average particle size of the positive electrode active material.

粉体を所定の粒径で得るためには粉砕機や分級機等が用いられる。粉砕方法として、例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、カウンタージェットミル、旋回気流型ジェットミル又は篩等を用いる方法が挙げられる。粉砕時には水、あるいはヘキサン等の有機溶剤を共存させた湿式粉砕を用いることもできる。分級方法としては、篩や風力分級機等が、乾式、湿式ともに必要に応じて用いられる。 To obtain powder with a specified particle size, grinders and classifiers are used. Grinding methods include, for example, using mortars, ball mills, sand mills, vibrating ball mills, planetary ball mills, jet mills, counter-jet mills, swirling airflow jet mills, or sieves. Wet grinding, using water or organic solvents such as hexane, can also be employed during grinding. For classification, sieves and air-powered classifiers are used as needed, both dry and wet.

正極活物質層における正極活物質の含有量は、50質量%以上99質量%以下が好ましく、70質量%以上98質量%以下がより好ましく、80質量%以上95質量%以下がさらに好ましい。正極活物質の含有量を上記の範囲とすることで、正極活物質層の高エネルギー密度化と製造性を両立できる。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 50% to 99% by mass, more preferably 70% to 98% by mass, and even more preferably 80% to 95% by mass. By setting the positive electrode active material content within the above range, both high energy density and manufacturability of the positive electrode active material layer can be achieved.

導電剤は、導電性を有する材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、例えば、炭素質材料、金属、導電性セラミックス等が挙げられる。炭素質材料としては、黒鉛化炭素、非黒鉛化炭素、グラフェン系炭素等が挙げられる。非黒鉛化炭素としては、カーボンナノファイバー、ピッチ系炭素繊維、カーボンブラック等が挙げられる。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。グラフェン系炭素としては、グラフェン、カーボンナノチューブ(CNT)、フラーレン等が挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。導電剤としては、これらの材料の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、これらの材料を複合化して用いてもよい。例えば、カーボンブラックとCNTとを複合化した材料を用いてもよい。これらの中でも、電子伝導性及び塗工性の観点よりカーボンブラックが好ましく、中でもアセチレンブラックが好ましい。 The conductive agent is not particularly limited as long as it is a material that possesses conductivity. Examples of such conductive agents include carbonaceous materials, metals, and conductive ceramics. Examples of carbonaceous materials include graphitized carbon, non-graphitized carbon, and graphene-based carbon. Examples of non-graphitized carbon include carbon nanofibers, pitch-based carbon fibers, and carbon black. Examples of carbon black include furnace black, acetylene black, and Ketjen black. Examples of graphene-based carbon include graphene, carbon nanotubes (CNTs), and fullerenes. The conductive agent can take the form of powder or fiber. As a conductive agent, one of these materials may be used alone, or two or more may be used in mixture form. Furthermore, these materials may be used in composite form. For example, a composite material of carbon black and CNTs may be used. Among these, carbon black is preferred from the viewpoint of electronic conductivity and coating properties, and acetylene black is particularly preferred.

正極活物質層における導電剤の含有量は、1質量%以上10質量%以下が好ましく、3質量%以上9質量%以下がより好ましい。導電剤の含有量を上記の範囲とすることで、二次電池のエネルギー密度を高めることができる。 The content of the conductive agent in the positive electrode active material layer is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 9% by mass or less. By setting the conductive agent content within the above range, the energy density of the secondary battery can be increased.

バインダとしては、例えば、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル、ポリイミド等の熱可塑性樹脂;エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のエラストマー;多糖類高分子等が挙げられる。 Examples of binders include thermoplastic resins such as fluororesins (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), polyethylene, polypropylene, polyacrylic, and polyimide; elastomers such as ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), and fluororubber; and polysaccharide polymers.

正極活物質層におけるバインダの含有量は、1質量%以上10質量%以下が好ましく、3質量%以上9質量%以下がより好ましい。バインダの含有量を上記の範囲とすることで、活物質を安定して保持することができる。 The binder content in the positive electrode active material layer is preferably 1% to 10% by mass, and more preferably 3% to 9% by mass. By keeping the binder content within this range, the active material can be stably retained.

増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。増粘剤がリチウム等と反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させてもよい。 Examples of thickening agents include polysaccharide polymers such as carboxymethylcellulose (CMC) and methylcellulose. If the thickening agent has a functional group that reacts with lithium, etc., this functional group may be deactivated beforehand by methylation or other means.

フィラーは、特に限定されない。フィラーとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、二酸化ケイ素、アルミナ、二酸化チタン、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、アルミノケイ酸塩等の無機酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム等の水酸化物、炭酸カルシウム等の炭酸塩、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウム等の難溶性のイオン結晶、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物、タルク、モンモリロナイト、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカ等の鉱物資源由来物質又はこれらの人造物等が挙げられる。 The filler is not particularly limited. Examples of fillers include polyolefins such as polypropylene and polyethylene; inorganic oxides such as silicon dioxide, alumina, titanium dioxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, magnesium oxide, and aluminosilicates; hydroxides such as magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and aluminum hydroxide; carbonates such as calcium carbonate; sparingly soluble ionic crystals such as calcium fluoride, barium fluoride, and barium sulfate; nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride; mineral resource-derived materials or artificial products thereof, such as talc, montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, and mica.

正極活物質層は、B、N、P、F、Cl、Br、I等の典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge、Sn、Sr、Ba等の典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Nb、W等の遷移金属元素を正極活物質、導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー以外の成分として含有してもよい。 The positive electrode active material layer may contain typical nonmetallic elements such as B, N, P, F, Cl, Br, and I, typical metallic elements such as Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Zn, Ga, Ge, Sn, Sr, and Ba, and transition metal elements such as Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Nb, and W as components other than the positive electrode active material, conductive agent, binder, thickener, and filler.

(負極)
本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子に備わる負極は、上述した本発明の一実施形態に係る負極である。
(Negative electrode)
The negative electrode provided in the non-aqueous electrolyte energy storage element according to one embodiment of the present invention is the negative electrode according to the above-described embodiment of the present invention.

(セパレータ)
セパレータは、公知のセパレータの中から適宜選択できる。セパレータとして、例えば、基材層のみからなるセパレータ、基材層の一方の面又は双方の面に耐熱粒子とバインダとを含む耐熱層が形成されたセパレータ等を使用することができる。セパレータの基材層の形状としては、例えば、織布、不織布、多孔質樹脂フィルム等が挙げられる。これらの形状の中でも、強度の観点から多孔質樹脂フィルムが好ましく、非水電解質の保液性の観点から不織布が好ましい。セパレータの基材層の材料としては、シャットダウン機能の観点から例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好ましく、耐酸化分解性の観点から例えばポリイミドやアラミド等が好ましい。セパレータの基材層として、これらの樹脂を複合した材料を用いてもよい。
(Separator)
The separator can be appropriately selected from known separators. Examples of separators include a separator consisting only of a base layer, or a separator in which a heat-resistant layer containing heat-resistant particles and a binder is formed on one or both sides of the base layer. Examples of the base layer shape of the separator include woven fabric, nonwoven fabric, and porous resin film. Among these shapes, porous resin film is preferred from the viewpoint of strength, and nonwoven fabric is preferred from the viewpoint of liquid retention of non-aqueous electrolytes. As for the material of the base layer of the separator, polyolefins such as polyethylene and polypropylene are preferred from the viewpoint of shutdown function, and polyimide and aramid are preferred from the viewpoint of oxidative degradation resistance. A composite material of these resins may also be used as the base layer of the separator.

耐熱層に含まれる耐熱粒子は、1気圧の空気雰囲気下で室温から500℃まで昇温したときの質量減少が5%以下であるものが好ましく、室温から800℃まで昇温したときの質量減少が5%以下であるものがさらに好ましい。質量減少が所定以下である材料として無機化合物が挙げられる。無機化合物として、例えば、酸化鉄、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、アルミノケイ酸塩等の酸化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物;炭酸カルシウム等の炭酸塩;硫酸バリウム等の硫酸塩;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、チタン酸バリウム等の難溶性のイオン結晶;シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶;タルク、モンモリロナイト、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカ等の鉱物資源由来物質又はこれらの人造物等が挙げられる。無機化合物として、これらの物質の単体又は複合体を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの無機化合物の中でも、蓄電素子の安全性の観点から、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、又はアルミノケイ酸塩が好ましい。 The heat-resistant particles contained in the heat-resistant layer preferably have a mass reduction of 5% or less when heated from room temperature to 500°C in an air atmosphere of 1 atmosphere, and more preferably have a mass reduction of 5% or less when heated from room temperature to 800°C. Inorganic compounds are examples of materials with a mass reduction of less than the predetermined amount. Examples of inorganic compounds include oxides such as iron oxide, silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, magnesium oxide, and aluminosilicates; nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride; carbonates such as calcium carbonate; sulfates such as barium sulfate; sparingly soluble ionic crystals such as calcium fluoride, barium fluoride, and barium titanate; covalent crystals such as silicon and diamond; mineral resource-derived materials such as talc, montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, and mica, or artificial products thereof. These inorganic compounds may be used individually or in combination, or two or more may be used as a mixture. Among these inorganic compounds, silicon dioxide, aluminum oxide, or aluminosilicates are preferred from the viewpoint of safety for energy storage elements.

セパレータの空孔率は、強度の観点から80体積%以下が好ましく、放電性能の観点から20体積%以上が好ましい。ここで、「空孔率」とは、体積基準の値であり、水銀ポロシメータでの測定値を意味する。 The porosity of the separator is preferably 80% by volume or less from the viewpoint of strength, and preferably 20% by volume or more from the viewpoint of discharge performance. Here, "porosity" refers to a volume-based value and means the measurement value obtained using a mercury porosimeter.

セパレータとして、ポリマーと非水電解質とで構成されるポリマーゲルを用いてもよい。ポリマーとして、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリメチルメタアクリレート、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。ポリマーゲルを用いると、漏液を抑制する効果がある。セパレータとして、上述したような多孔質樹脂フィルム又は不織布等とポリマーゲルを併用してもよい。 A polymer gel composed of a polymer and a non-aqueous electrolyte may be used as a separator. Examples of polymers include polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polymethyl methacrylate, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, and polyvinylidene fluoride. Using a polymer gel has the effect of suppressing leakage. A polymer gel may also be used in combination with a porous resin film or nonwoven fabric as described above as a separator.

(非水電解質)
非水電解質としては、公知の非水電解質の中から適宜選択できる。非水電解質には、非水電解液を用いてもよい。非水電解液は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解されている電解質塩とを含む。
(Non-aqueous electrolytes)
As the non-aqueous electrolyte, it can be appropriately selected from known non-aqueous electrolytes. A non-aqueous electrolyte solution may be used as the non-aqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte solution contains a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in this non-aqueous solvent.

非水溶媒としては、公知の非水溶媒の中から適宜選択できる。非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、カルボン酸エステル、リン酸エステル、スルホン酸エステル、エーテル、アミド、ニトリル等が挙げられる。非水溶媒として、これらの化合物に含まれる水素原子の一部がハロゲンに置換されたものを用いてもよい。 As the non-aqueous solvent, it can be appropriately selected from known non-aqueous solvents. Examples of non-aqueous solvents include cyclic carbonates, linear carbonates, carboxylic acid esters, phosphate esters, sulfonic acid esters, ethers, amides, and nitriles. As the non-aqueous solvent, compounds in which some of the hydrogen atoms are substituted with halogens may also be used.

非水溶媒として、環状カーボネート又は鎖状カーボネートを用いることが好ましく、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用することがより好ましい。環状カーボネートを用いることで、電解質塩の解離を促進して非水電解液のイオン伝導度を向上させることができる。鎖状カーボネートを用いることで、非水電解液の粘度を低く抑えることができる。環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用する場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの体積比率(環状カーボネート:鎖状カーボネート)としては、例えば、5:95から50:50の範囲とすることが好ましい。 It is preferable to use a cyclic carbonate or a linear carbonate as the non-aqueous solvent, and more preferable to use both a cyclic carbonate and a linear carbonate in combination. Using a cyclic carbonate can promote the dissociation of the electrolyte salt, thereby improving the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte. Using a linear carbonate can keep the viscosity of the non-aqueous electrolyte low. When using both a cyclic carbonate and a linear carbonate in combination, the volume ratio of the cyclic carbonate to the linear carbonate (cyclic carbonate:linear carbonate) is preferably in the range of 5:95 to 50:50.

環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、フルオロメチルエチレンカーボネート、トリフルオロエチルエチレンカーボネート、スチレンカーボネート、1-フェニルビニレンカーボネート、1,2-ジフェニルビニレンカーボネート等が挙げられる。 Examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, chloroethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, fluoromethylethylene carbonate, trifluoroethylethylene carbonate, styrene carbonate, 1-phenylvinylene carbonate, and 1,2-diphenylvinylene carbonate.

環状カーボネートとしては、耐酸化性等の点から、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、フルオロメチルエチレンカーボネート、トリフルオロエチルエチレンカーボネート等、フッ素化環状カーボネートが好ましい。 As for cyclic carbonates, fluorinated cyclic carbonates such as fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, fluoromethylethylene carbonate, and trifluoroethylethylene carbonate are preferred from the viewpoint of oxidation resistance and other factors.

鎖状カーボネートとしては、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジフェニルカーボネート、2,2,2-トリフルオロエチルメチルカーボネート、ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)カーボネート、エチル-2,2,2-トリフルオロエチルカーボネート等が挙げられる。 Examples of linear carbonates include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diphenyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl methyl carbonate, bis(2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, and ethyl-2,2,2-trifluoroethyl carbonate.

鎖状カーボネートとしては、耐酸化性等の点から、2,2,2-トリフルオロエチルメチルカーボネート、ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)カーボネート、エチル-2,2,2-トリフルオロエチルカーボネート等、フッ素化鎖状カーボネートが好ましい。 As for the linear carbonate, fluorinated linear carbonates such as 2,2,2-trifluoroethylmethyl carbonate, bis(2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, and ethyl-2,2,2-trifluoroethyl carbonate are preferred from the viewpoint of oxidation resistance and other factors.

全非水溶媒に対するカーボネート(環状カーボネート及び鎖状カーボネート)の含有量は、50体積%以上100体積%以下が好ましく、80体積%以上がより好ましく、90体積%以上、95体積%以上又は99体積%以上がさらに好ましい場合もある。 The content of carbonates (cyclic carbonates and linear carbonates) relative to the total non-aqueous solvent is preferably 50% to 100% by volume, more preferably 80% or more by volume, and even more preferably 90% or more by volume, 95% or more by volume, or 99% or more by volume.

非水溶媒は、フッ素化溶媒を含むことが好ましい。全非水溶媒に対するフッ素化溶媒の含有量は、60体積%以上が好ましく、90体積%以上がより好ましく、99体積%以上がさらに好ましく、100体積%が特に好ましい。なお、フッ素化溶媒とは、フッ素化カーボネート(フッ素化鎖状カーボネート及びフッ素化環状カーボネート)、フッ素化エーテル等、分子内にフッ素原子を有する溶媒(非水溶媒)をいう。このようにフッ素化溶媒を含有させること、好ましくは上記下限以上で含有させることにより、耐酸化性等を高めることなどができる。 The non-aqueous solvent preferably contains a fluorinated solvent. The content of the fluorinated solvent relative to the total non-aqueous solvent is preferably 60% by volume or more, more preferably 90% by volume or more, even more preferably 99% by volume or more, and particularly preferably 100% by volume. A fluorinated solvent refers to a solvent (non-aqueous solvent) having a fluorine atom in its molecule, such as fluorinated carbonates (fluorinated linear carbonates and fluorinated cyclic carbonates) and fluorinated ethers. By including a fluorinated solvent in this way, preferably at or above the lower limit mentioned above, oxidation resistance and other properties can be improved.

電解質塩は、通常、リチウム塩である。リチウム塩としては、LiPF、LiPO、LiBF、LiClO、LiN(SOF)等の無機リチウム塩、リチウムビス(オキサレート)ボレート(LiBOB)、リチウムジフルオロオキサレートボレート(LiFOB)、リチウムビス(オキサレート)ジフルオロホスフェート(LiFOP)等のシュウ酸リチウム塩、LiSOCF、LiN(SOCF、LiN(SO、LiN(SOCF)(SO)、LiC(SOCF、LiC(SO等のハロゲン化炭化水素基を有するリチウム塩等が挙げられる。これらの中でも、無機リチウム塩が好ましく、LiPFがより好ましい。また、耐酸化性等の点から、電解質塩は、フッ素原子を含むものが好ましい。 Electrolyte salts are typically lithium salts. Examples of lithium salts include inorganic lithium salts such as LiPF₂₆ , LiPO₂₆F₂ , LiBF₄ , LiClO₄ , and LiN ( SO₂F ) ; lithium oxalate salts such as lithium bis(oxalate)borate (LiBOB), lithium difluorooxalate borate (LiFOB), and lithium bis( oxalate )difluorophosphate ( LiFOP ); and lithium salts having halogenated hydrocarbon groups such as LiSO₃CF₃ , LiN ( SO₂CF₃ ) , LiN ( SO₂C₂F₅ ) , LiN( SO₂CF₃ ) ( SO₂C₄F₹ ) , LiC( SO₂CF₃ ) , and LiC( SO₂C₂F₅ ) . Among these, inorganic lithium salts are preferred, and LiPF6 is more preferred. Furthermore, from the viewpoint of oxidation resistance and other factors, electrolyte salts containing fluorine atoms are preferred.

非水電解液における電解質塩の含有量は、20℃1気圧下において、0.1mol/dm以上2.5mol/dm以下であると好ましく、0.3mol/dm以上2.0mol/dm以下であるとより好ましく、0.5mol/dm以上1.7mol/dm以下であるとさらに好ましく、0.7mol/dm以上1.5mol/dm以下であると特に好ましい。電解質塩の含有量を上記の範囲とすることで、非水電解液のイオン伝導度を高めることができる。 The electrolyte salt content in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol/dm³ to 2.5 mol/dm³ at 20°C and 1 atm, more preferably 0.3 mol/dm³ to 2.0 mol/dm³, even more preferably 0.5 mol/dm³ to 1.7 mol/ dm³ , and particularly preferably 0.7 mol/dm³ to 1.5 mol/dm³ at 20°C and 1 atm . By setting the electrolyte salt content within the above range, the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be increased.

非水電解液は、非水溶媒と電解質塩以外に、添加剤を含んでもよい。添加剤としては、例えば、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t-ブチルベンゼン、t-アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物;2-フルオロビフェニル、o-シクロヘキシルフルオロベンゼン、p-シクロヘキシルフルオロベンゼン等の前記芳香族化合物の部分ハロゲン化物;2,4-ジフルオロアニソール、2,5-ジフルオロアニソール、2,6-ジフルオロアニソール、3,5-ジフルオロアニソール等のハロゲン化アニソール化合物;ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物;亜硫酸エチレン、亜硫酸プロピレン、亜硫酸ジメチル、プロパンスルトン、プロペンスルトン、ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブスルファン、トルエンスルホン酸メチル、硫酸ジメチル、硫酸エチレン、スルホラン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、ジフェニルスルフィド、4,4’-ビス(2,2-ジオキソ-1,3,2-ジオキサチオラン)、4-メチルスルホニルオキシメチル-2,2-ジオキソ-1,3,2-ジオキサチオラン、チオアニソール、ジフェニルジスルフィド、ジピリジニウムジスルフィド、1,3-プロペンスルトン、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン、1,4-ブテンスルトン、パーフルオロオクタン、ホウ酸トリストリメチルシリル、リン酸トリストリメチルシリル、チタン酸テトラキストリメチルシリル、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウム等が挙げられる。これら添加剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 Non-aqueous electrolytes may contain additives in addition to the non-aqueous solvent and electrolyte salt. Examples of additives include: aromatic compounds such as biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, and dibenzofuran; partially halides of the aforementioned aromatic compounds such as 2-fluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, and p-cyclohexylfluorobenzene; halogenated anisole compounds such as 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 2,6-difluoroanisole, and 3,5-difluoroanisole; vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, ethylvinylene carbonate, succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, cyclohexanedicarboxylic acid anhydride; ethylene sulfite, propylene sulfite, dimethyl sulfite, and propane sult. Examples include propensultone, butanesultone, methyl methanesulfonate, busulfan, methyl toluenesulfonate, dimethyl sulfate, ethylene sulfate, sulfolane, dimethyl sulfone, diethylsulfone, dimethyl sulfoxide, diethylsulfoxide, tetramethylene sulfoxide, diphenyl sulfide, 4,4'-bis(2,2-dioxo-1,3,2-dioxathiolane), 4-methylsulfonyloxymethyl-2,2-dioxo-1,3,2-dioxathiolane, thioanisole, diphenyl disulfide, dipyridinium disulfide, 1,3-propensultone, 1,3-propanesultone, 1,4-butanesultone, 1,4-butensultone, perfluorooctane, tristrimethylsilyl borate, tristrimethylsilyl phosphate, tetrakithrimethylsilyl titanate, lithium monofluorophosphate, lithium difluorophosphate, etc. These additives may be used individually or in combination of two or more.

非水電解液に含まれる添加剤の含有量は、非水電解液全体の質量に対して0.01質量%以上10質量%以下であると好ましく、0.1質量%以上7質量%以下であるとより好ましく、0.2質量%以上5質量%以下であるとさらに好ましく、0.3質量%以上3質量%以下であると特に好ましい。添加剤の含有量を上記の範囲とすることで、高温保存後の容量維持性能又はサイクル性能を向上させたり、安全性をより向上させたりすることができる。 The additive content in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.01% to 10% by mass relative to the total mass of the non-aqueous electrolyte, more preferably 0.1% to 7% by mass, even more preferably 0.2% to 5% by mass, and particularly preferably 0.3% to 3% by mass. By setting the additive content within the above range, it is possible to improve the capacity retention performance or cycle performance after high-temperature storage, and to further enhance safety.

非水電解質には、固体電解質を用いてもよく、非水電解液と固体電解質とを併用してもよい。 For non-aqueous electrolytes, solid electrolytes may be used, or non-aqueous electrolytes and solid electrolytes may be used in combination.

固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有し、常温(例えば15℃から25℃)において固体である任意の材料から選択できる。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、酸窒化物固体電解質、ポリマー固体電解質等が挙げられる。 The solid electrolyte can be selected from any material that has lithium-ion conductivity and is solid at room temperature (e.g., 15°C to 25°C). Examples of solid electrolytes include sulfide solid electrolytes, oxide solid electrolytes, oxynitride solid electrolytes, and polymer solid electrolytes.

硫化物固体電解質としては、例えば、LiS-P、LiI-LiS-P、Li10Ge-P12等が挙げられる。 Examples of sulfide solid electrolytes include Li₂S - P₂S₅ , LiI - Li₂S - P₂S₅ , and Li₁₀Ge - P₂S₁₂ .

(使用形態等)
当該非水電解質蓄電素子においては、通常使用時の充電終止電圧における正極電位は、例えば4.3V(vs.Li/Li)以上又は4.4V(vs.Li/Li)以上であることが好ましいが、4.5V(vs.Li/Li)以上であることがより好ましく、4.55V(vs.Li/Li)以上であることがさらに好ましい。通常使用時の充電終止電圧における正極電位を上記下限以上とすることで、当該非水電解質蓄電素子の放電容量を大きくし、エネルギー密度を高めることができる。
(Usage form, etc.)
In the non-aqueous electrolyte energy storage element, the positive electrode potential at the charging termination voltage during normal use is preferably, for example, 4.3V (vs. Li/Li + ) or higher or 4.4V (vs. Li/Li + ) or higher, more preferably 4.5V (vs. Li/Li + ) or higher, and even more preferably 4.55V (vs. Li/Li + ) or higher. By setting the positive electrode potential at the charging termination voltage during normal use to be above the above lower limit, the discharge capacity of the non-aqueous electrolyte energy storage element can be increased, and the energy density can be improved.

当該非水電解質蓄電素子の通常使用時の充電終止電圧における正極電位の上限としては、例えば5.0V(vs.Li/Li)であり、4.8V(vs.Li/Li)であってもよく、4.7V(vs.Li/Li)であってもよい。 The upper limit of the positive electrode potential at the charging termination voltage during normal use of the non-aqueous electrolyte energy storage element is, for example, 5.0V (vs. Li/Li + ), but may also be 4.8V (vs. Li/Li + ), or 4.7V (vs. Li/Li + ).

なお、「通常使用時」とは、非水電解質蓄電素子について推奨され、又は指定される充電条件を採用して非水電解質蓄電素子を使用する場合をいう。例えば、非水電解質蓄電素子のための充電器が用意されている場合は、その充電器を適用して非水電解質蓄電素子を使用する場合をいう。 Furthermore, "normal use" refers to using a non-aqueous electrolyte energy storage element under the recommended or specified charging conditions. For example, if a charger for the non-aqueous electrolyte energy storage element is available, this refers to using that charger when using the element.

本実施形態の非水電解質蓄電素子の形状については特に限定されるものではなく、例えば、円筒型電池、角型電池、扁平型電池、コイン型電池、ボタン型電池等が挙げられる。 The shape of the non-aqueous electrolyte energy storage element in this embodiment is not particularly limited; examples include cylindrical batteries, prismatic batteries, flat batteries, coin-type batteries, button-type batteries, and the like.

図1に角型電池の一例としての非水電解質蓄電素子1を示す。なお、同図は、容器内部を透視した図としている。セパレータを挟んで巻回された正極及び負極を有する電極体2が角型の容器3に収納される。正極は正極リード41を介して正極端子4と電気的に接続されている。負極は負極リード51を介して負極端子5と電気的に接続されている。 Figure 1 shows a non-aqueous electrolyte energy storage element 1 as an example of a rectangular battery. Note that this figure is a transparent view of the inside of the container. An electrode body 2, having a positive electrode and a negative electrode wound around a separator, is housed in a rectangular container 3. The positive electrode is electrically connected to the positive electrode terminal 4 via a positive electrode lead 41. The negative electrode is electrically connected to the negative electrode terminal 5 via a negative electrode lead 51.

<蓄電装置>
本実施形態の非水電解質蓄電素子は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器用電源、又は電力貯蔵用電源等に、複数の非水電解質蓄電素子1を集合して構成した蓄電ユニット(バッテリーモジュール)として搭載することができる。この場合、蓄電ユニットに含まれる少なくとも一つの非水電解質蓄電素子に対して、本発明の技術が適用されていればよい。
<Energy Storage Device>
The non-aqueous electrolyte energy storage element of this embodiment can be mounted as an energy storage unit (battery module) composed of multiple non-aqueous electrolyte energy storage elements 1 in power supplies for automobiles such as electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), power supplies for electronic devices such as personal computers and communication terminals, or power storage power supplies. In this case, it is sufficient that the technology of the present invention is applied to at least one of the non-aqueous electrolyte energy storage elements included in the energy storage unit.

図2に、電気的に接続された二以上の非水電解質蓄電素子1が集合した蓄電ユニット20をさらに集合した蓄電装置30の一例を示す。蓄電装置30は、二以上の非水電解質蓄電素子1を電気的に接続するバスバ(図示せず)、二以上の蓄電ユニット20を電気的に接続するバスバ(図示せず)等を備えていてもよい。蓄電ユニット20又は蓄電装置30は、一以上の非水電解質蓄電素子の状態を監視する状態監視装置(図示せず)を備えていてもよい。 Figure 2 shows an example of a power storage device 30, which is formed by further assembling power storage units 20, each containing two or more electrically connected non-aqueous electrolyte energy storage elements 1. The power storage device 30 may include busbars (not shown) for electrically connecting two or more non-aqueous electrolyte energy storage elements 1, busbars (not shown) for electrically connecting two or more power storage units 20, etc. The power storage unit 20 or the power storage device 30 may also include a condition monitoring device (not shown) for monitoring the state of one or more non-aqueous electrolyte energy storage elements.

<非水電解質蓄電素子の製造方法>
本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、上述した本発明の一実施形態に係る負極、又は上述した本発明の一実施形態に係る負極の製造方法により得られた負極を用いて非水電解質蓄電素子を作製することを備える。
<Manufacturing method for non-aqueous electrolyte energy storage elements>
A method for manufacturing a non-aqueous electrolyte energy storage element according to one embodiment of the present invention comprises manufacturing a non-aqueous electrolyte energy storage element using the negative electrode according to the above-described embodiment of the present invention, or a negative electrode obtained by the method for manufacturing the negative electrode according to the above-described embodiment of the present invention.

これらの製造方法において用いられる負極の具体的及び好適態様は、本発明の一実施形態に係る負極として上述したものと同様である。 The specific and preferred embodiments of the negative electrode used in these manufacturing methods are the same as those described above as the negative electrode according to one embodiment of the present invention.

具体的には、非水電解質蓄電素子の製造方法は、例えば、電極体を準備することと、非水電解質を準備することと、電極体及び非水電解質を容器に収容することとを備える。電極体を準備することは、正極及び負極を準備することと、セパレータを介して正極及び負極を積層又は巻回することにより電極体を形成することとを備える。ここで準備される負極が、上述した本発明の一実施形態に係る負極、又は上述した本発明の一実施形態に係る負極の製造方法により得られた負極である。 Specifically, the method for manufacturing a non-aqueous electrolyte energy storage element comprises, for example, preparing an electrode body, preparing a non-aqueous electrolyte, and housing the electrode body and non-aqueous electrolyte in a container. Preparing the electrode body involves preparing a positive electrode and a negative electrode, and forming the electrode body by stacking or winding the positive electrode and negative electrode via a separator. The negative electrode prepared here is the negative electrode according to the embodiment of the present invention described above, or a negative electrode obtained by the method for manufacturing the negative electrode according to the embodiment of the present invention described above.

非水電解質を容器に収容することは、公知の方法から適宜選択できる。例えば、非水電解質に非水電解液を用いる場合、容器に形成された注入口から非水電解液を注入した後、注入口を封止すればよい。 The method for housing the non-aqueous electrolyte in a container can be appropriately selected from known methods. For example, when using a non-aqueous electrolyte solution, the non-aqueous electrolyte solution can be injected through an inlet formed in the container, and then the inlet can be sealed.

当該非水電解質蓄電素子の製造方法は、組み立てた未充放電非水電解質蓄電素子に対して初期充放電することをさらに備えていてよい。例えば当該非水電解質蓄電素子の正極活物質に遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比(Li/Me)が1.0超であるリチウム遷移金属複合酸化物が用いられている場合、初期充放電を経ることで容量が大きくなる。初期充放電における充放電の回数は1回又は2回であってもよく、3回以上であってもよい。当該非水電解質蓄電素子の正極活物質に遷移金属(Me)に対するリチウム(Li)のモル比(Li/Me)が1.0超であるリチウム遷移金属複合酸化物が用いられている場合、初期充放電における充電終止電圧における正極電位(正極到達電位)は、4.5V vs.Li/Li以上4.7V vs.Li/Li以下であることが好ましい。 The method for manufacturing the non-aqueous electrolyte energy storage element may further include performing initial charging and discharging on the assembled uncharged non-aqueous electrolyte energy storage element. For example, if the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte energy storage element is a lithium transition metal composite oxide in which the molar ratio of lithium (Li) to the transition metal (Me) (Li/Me) is greater than 1.0, the capacity will increase after undergoing initial charging and discharging. The number of charge and discharge cycles in the initial charging and discharging may be one, two, or three or more. If the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte energy storage element is a lithium transition metal composite oxide in which the molar ratio of lithium (Li) to the transition metal (Me) (Li/Me) is greater than 1.0, the positive electrode potential (positive electrode target potential) at the charging termination voltage during initial charging and discharging is preferably 4.5V vs. Li/Li + or 4.7V vs. Li/Li + or less.

<その他の実施形態>
尚、本発明の非水電解質蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成又は周知技術に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。また、ある実施形態の構成に対して周知技術を付加することができる。
<Other Embodiments>
Furthermore, the non-aqueous electrolyte energy storage element of the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the configuration of one embodiment may be added to the configuration of another embodiment, and a part of the configuration of one embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment or known technology. In addition, a part of the configuration of one embodiment may be deleted. Also, known technology may be added to the configuration of one embodiment.

上記実施形態では、非水電解質蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池(リチウム二次電池)として用いられる場合について説明したが、非水電解質蓄電素子の種類、形状、寸法、容量等は任意である。本発明は、種々の二次電池、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタにも適用できる。また、本発明の非水電解質蓄電素子は、リチウム空気電池にも適用することができる。 In the above embodiment, the case in which the non-aqueous electrolyte energy storage element is used as a rechargeable non-aqueous electrolyte secondary battery (lithium secondary battery) was described, but the type, shape, dimensions, capacity, etc. of the non-aqueous electrolyte energy storage element are arbitrary. The present invention can also be applied to various secondary batteries, electric double-layer capacitors, or capacitors such as lithium-ion capacitors. Furthermore, the non-aqueous electrolyte energy storage element of the present invention can also be applied to lithium-air batteries.

上記実施形態では、正極及び負極がセパレータを介して積層された電極体について説明したが、電極体は、セパレータを備えなくてもよい。例えば、正極又は負極の最表層として導電性を有さない層が形成された状態で、正極及び負極が直接接してもよい。 In the above embodiment, an electrode body in which the positive and negative electrodes are stacked with a separator in between was described. However, the electrode body does not necessarily have a separator. For example, the positive and negative electrodes may be in direct contact with each other, with a non-conductive layer formed as the outermost layer of either the positive or negative electrode.

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

実施例及び比較例で被覆層形成材料に使用した粒子を以下に示す。
ZnO粒子 :富士フイルム和光純薬株式会社製、平均粒径20nm
Al粒子:日本アエロジル株式会社製、平均粒径13nm
SiO粒子 :日本アエロジル株式会社製、平均粒径12nm
TiO粒子 :日本アエロジル株式会社製、平均粒径20nm
上記粒子の平均粒径は、いずれも上記した方法に準じてTEMを用いて測定された値である。
The particles used as the coating layer forming material in the examples and comparative examples are shown below.
ZnO particles: Manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., average particle size 20 nm
Al₂O₃ particles : Manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., average particle size 13 nm
SiO₂ particles: Manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., average particle size 12 nm
TiO2 particles: Manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., average particle size 20 nm
The average particle sizes of the above particles were all measured using TEM in accordance with the method described above.

[実施例1]
(正極の作製)
正極活物質として、α-NaFeO型結晶構造を有し、Li1+αMe1-α(Meは遷移金属)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を用いた。ここで、LiとMeのモル比Li/Meは1.33であり、Meは、Ni及びMnからなり、Ni:Mn=1:2のモル比で含んでいるものであった。
[Example 1]
(Fabrication of the positive electrode)
As the positive electrode active material, a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO2 type crystal structure and represented as Li₁ + αMe₁ - αO₂ (where Me is a transition metal) was used. Here, the molar ratio of Li to Me, Li/Me, was 1.33, and Me consisted of Ni and Mn, with Ni:Mn present in a molar ratio of 1:2.

N-メチルピロリドン(NMP)を分散媒とし、上記正極活物質、導電剤であるアセチレンブラック(AB)、及びバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)を固形分として92.5:4.5:3の質量比率で含有する正極合剤ペーストを作製した。正極基材であるアルミニウム箔の片面に、上記正極合剤ペーストを塗布し、乾燥後プレスし、正極基材の片面に正極活物質層が積層された正極を作製した。 A positive electrode mixture paste was prepared using N-methylpyrrolidone (NMP) as the dispersion medium, containing the above-mentioned positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder in a solid content mass ratio of 92.5:4.5:3. The positive electrode mixture paste was applied to one side of an aluminum foil substrate, dried, and then pressed to produce a positive electrode with a positive electrode active material layer laminated on one side of the substrate.

(負極の作製)
負極基材である銅箔(平均厚さ10μm)の片面に、負極活物質層として金属リチウム箔(平均厚さ60μm:金属リチウム100質量%の純金属リチウム)を積層し、プレスした。
ジメチルスルホキシドに上記ZnO粒子を分散させ、ZnO粒子を含む被覆層形成材料を調製した。スプレーガンを用い、被覆層形成材料を負極活物質層表面に塗布した。塗布後、100℃に設定したホットプレート上で乾燥させ、次いで60℃の真空乾燥を行った。これにより、負極基材、負極活物質層及び被覆層がこの順に積層された負極を得た。形成された被覆層の平均厚さは、5μmであった。
(Fabrication of the negative electrode)
A copper foil (average thickness 10 μm), which serves as the negative electrode substrate, was laminated with a metallic lithium foil (average thickness 60 μm: 100% pure metallic lithium by mass) as the negative electrode active material layer on one side, and then pressed.
A coating layer forming material containing ZnO particles was prepared by dispersing the above-mentioned ZnO particles in dimethyl sulfoxide. The coating layer forming material was applied to the surface of the negative electrode active material layer using a spray gun. After application, it was dried on a hot plate set to 100°C, and then vacuum dried at 60°C. This resulted in a negative electrode in which the negative electrode substrate, negative electrode active material layer, and coating layer were stacked in that order. The average thickness of the formed coating layer was 5 μm.

(非水電解質の調製)
フルオロエチレンカーボネート(FEC)及び2,2,2-トリフルオロエチルメチルカーボネート(TFEMC)を30:70の体積比で混合した混合溶媒にLiPFを1mol/dmの濃度で溶解させ、非水電解質とした。
(Preparation of non-aqueous electrolytes)
LiPF6 was dissolved at a concentration of 1 mol/ dm³ in a mixed solvent prepared by mixing fluoroethylene carbonate (FEC) and 2,2,2-trifluoroethylmethyl carbonate (TFEMC) in a volume ratio of 30:70 to obtain a non-aqueous electrolyte.

(非水電解質蓄電素子の作製)
セパレータであるポリオレフィン製微多孔膜を介して、上記正極と上記負極とを積層することにより電極体を作製した。この電極体を金属樹脂複合フィルム製の容器に収納し、内部に上記の非水電解質を注入した。その後封口し、容器を外部から0.3MPaで圧迫した状態とした実施例1の非水電解質蓄電素子を得た。
(Fabrication of non-aqueous electrolyte energy storage elements)
An electrode body was fabricated by laminating the positive electrode and the negative electrode with a polyolefin microporous membrane acting as a separator. This electrode body was placed in a container made of a metal-resin composite film, and the non-aqueous electrolyte was injected into it. The container was then sealed and compressed from the outside at 0.3 MPa to obtain the non-aqueous electrolyte energy storage element of Example 1.

[比較例1]
上記ZnO粒子を上記Al粒子に変更したこと以外は実施例1と同様にして、比較例1の負極及び非水電解質蓄電素子を得た。
[Comparative Example 1]
A negative electrode and non-aqueous electrolyte energy storage element of Comparative Example 1 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the ZnO particles were replaced with Al₂O₃ particles .

[比較例2]
上記ZnO粒子を上記SiO粒子に変更したこと以外は実施例1と同様にして、比較例2の負極及び非水電解質蓄電素子を得た。
[Comparative Example 2]
A negative electrode and a non-aqueous electrolyte energy storage element of Comparative Example 2 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the ZnO particles were replaced with SiO2 particles.

[比較例3]
上記ZnO粒子を上記TiO粒子に変更したこと以外は実施例1と同様にして、比較例3の負極及び非水電解質蓄電素子を得た。
[Comparative Example 3]
A negative electrode and a non-aqueous electrolyte energy storage element of Comparative Example 3 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the ZnO particles were replaced with TiO2 particles.

[比較例4]
負極に被覆層を形成しなかったこと以外は実施例1と同様にして、比較例4の負極及び非水電解質蓄電素子を得た。
[Comparative Example 4]
A negative electrode and a non-aqueous electrolyte energy storage element of Comparative Example 4 were obtained in the same manner as in Example 1, except that a coating layer was not formed on the negative electrode.

(充放電)
得られた各非水電解質蓄電素子について、以下の条件にて初回の充放電を行った。25℃において、充電電流0.1C、充電終止電圧4.6Vとして定電流定電圧充電を行った。充電の終了条件は、充電電流が0.02Cとなるまでとした。その後、10分間の休止期間を設けた。その後、放電電流0.1C、放電終止電圧2.0Vとして定電流放電を行った。
(Charge/discharge)
Each obtained non-aqueous electrolyte energy storage element underwent its first charge and discharge under the following conditions: Constant current and constant voltage charging was performed at 25°C with a charging current of 0.1C and a charging termination voltage of 4.6V. Charging was terminated when the charging current reached 0.02C. A 10-minute rest period was then observed. Subsequently, constant current discharge was performed with a discharge current of 0.1C and a discharge termination voltage of 2.0V.

上記初回の充放電における実施例1及び比較例4の各非水電解質蓄電素子の充放電曲線を図3Aに示す。また、図3Aにおける充電開始直後の充電曲線の拡大図を図3Bに示す。 Figure 3A shows the charge-discharge curves for each non-aqueous electrolyte energy storage element in Example 1 and Comparative Example 4 during the initial charge-discharge cycle described above. Figure 3B shows an enlarged view of the charge curve immediately after the start of charging in Figure 3A.

上記初回の充放電における比較例1及び比較例4の各非水電解質蓄電素子の充放電曲線を図4Aに示す。また、図4Aにおける充電開始直後の充電曲線の拡大図を図4Bに示す。 Figure 4A shows the charge-discharge curves for each non-aqueous electrolyte energy storage element in Comparative Example 1 and Comparative Example 4 during the initial charge-discharge cycle described above. Figure 4B shows an enlarged view of the charge curve immediately after the start of charging in Figure 4A.

上記初回の充放電における比較例2比較例3及び比較例4の各非水電解質蓄電素子の充放電曲線を図5Aに示す。また、図5Aにおける充電開始直後の充電曲線の拡大図を図5Bに示す。 Figure 5A shows the charge-discharge curves for each non-aqueous electrolyte energy storage element in Comparative Examples 2, 3, and 4 during the initial charge-discharge cycle described above. Figure 5B shows an enlarged view of the charge curve immediately after the start of charging in Figure 5A.

図3A及び図3Bに示されるように、ZnO粒子を含む被覆層形成材料により被覆層を形成した負極を備える実施例1の非水電解質蓄電素子は、被覆層を形成していない負極を備える比較例4の非水電解質蓄電素子と比較して、充電電圧が低くなっており、分極が抑制されたことがわかる。一方、図4A、図4B、図5A及び図5Bに示されるように、Al粒子、SiO粒子又はTiO粒子を含む被覆層形成材料により被覆層を形成した負極を備える比較例1から3の各非水電解質蓄電素子においては、被覆層を形成していない負極を備える比較例4の非水電解質蓄電素子と比較して、分極の抑制効果は確認できなかった。寧ろ、図4Bで明らかに示されるように、Al粒子を含む被覆層形成材料により被覆層を形成した負極を備える比較例1の非水電解質蓄電素子の場合、被覆層を形成していない負極を備える比較例4の非水電解質蓄電素子と比較して、充電電圧が高くなっており、分極が大きくなる結果となった。また、図5Bに示されるように、SiO粒子又はTiO粒子を含む被覆層形成材料により被覆層を形成した負極を備える比較例2及び3の各非水電解質蓄電素子においても、被覆層を形成していない負極を備える比較例4の非水電解質蓄電素子と比較して、充電開始直後においては充電電圧が高くなっており、分極が大きくなる結果となった。 As shown in Figures 3A and 3B, the non-aqueous electrolyte energy storage element of Example 1, which has a negative electrode with a coating layer formed using a coating layer forming material containing ZnO particles, exhibits a lower charging voltage and suppressed polarization compared to the non-aqueous electrolyte energy storage element of Comparative Example 4, which has a negative electrode without a coating layer. On the other hand, as shown in Figures 4A, 4B, 5A, and 5B, in the non-aqueous electrolyte energy storage elements of Comparative Examples 1 to 3 , which have negative electrodes with a coating layer formed using a coating layer forming material containing Al₂O₃ particles, SiO₂ particles, or TiO₂ particles, no polarization suppression effect was observed compared to the non-aqueous electrolyte energy storage element of Comparative Example 4, which has a negative electrode without a coating layer. Rather, as clearly shown in Figure 4B, in the case of the non-aqueous electrolyte energy storage element of Comparative Example 1, which has a negative electrode with a coating layer formed using a coating layer forming material containing Al₂O₃ particles, the charging voltage was higher and polarization was greater compared to the non-aqueous electrolyte energy storage element of Comparative Example 4, which has a negative electrode without a coating layer. Furthermore, as shown in Figure 5B, in the non-aqueous electrolyte energy storage elements of Comparative Examples 2 and 3, which are equipped with a negative electrode having a coating layer formed with a coating layer forming material containing SiO2 particles or TiO2 particles, the charging voltage was higher immediately after the start of charging, resulting in greater polarization, compared to the non-aqueous electrolyte energy storage element of Comparative Example 4, which is equipped with a negative electrode without a coating layer.

(交流抵抗の測定)
上記充放電前の実施例1及び比較例4の各非水電解質蓄電素子について、25℃において、1kHzでの交流抵抗を測定した。実施例1の非水電解質蓄電素子の交流抵抗は6.93Ωであり、比較例4の非水電解質蓄電素子の交流抵抗は14.96Ωであった。ZnO粒子を含む被覆層形成材料により被覆層を形成した場合、負極表面の電気抵抗が低くなり、これにより分極が抑制されたものと推測される。
(Measurement of AC resistance)
The AC resistance of each non-aqueous electrolyte energy storage element in Example 1 and Comparative Example 4, before charging and discharging, was measured at 25°C and 1 kHz. The AC resistance of the non-aqueous electrolyte energy storage element in Example 1 was 6.93 Ω, and the AC resistance of the non-aqueous electrolyte energy storage element in Comparative Example 4 was 14.96 Ω. It is presumed that when a coating layer is formed using a coating layer forming material containing ZnO particles, the electrical resistance of the negative electrode surface is reduced, thereby suppressing polarization.

本発明は、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車などの電源として使用される非水電解質蓄電素子などに適用できる。 This invention can be applied to non-aqueous electrolyte energy storage elements used as power sources for electronic devices such as personal computers and communication terminals, as well as automobiles.

1 非水電解質蓄電素子
2 電極体
3 容器
4 正極端子
41 正極リード
5 負極端子
51 負極リード
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
1. Non-aqueous electrolyte energy storage element 2. Electrode body 3. Container 4. Positive electrode terminal 41. Positive electrode lead 5. Negative electrode terminal 51. Negative electrode lead 20. Energy storage unit 30. Energy storage device

Claims (7)

負極基材と、
上記負極基材に積層された、金属リチウムを含有する負極活物質層と、
上記負極活物質層の表面に積層された、亜鉛元素を含有する粒子を含む被覆層と
を備え、
上記亜鉛元素を含有する粒子の平均粒径が3nm以上200nm以下であり、
上記亜鉛元素を含有する粒子が、酸化亜鉛粒子及びその反応生成物の少なくとも一方であり、
上記被覆層の平均厚さが1μm以上30μm以下であり、
上記被覆層が上記負極活物質層の上記負極基材に対向していない側の表面に積層されている非水電解質蓄電素子用の負極。
Anode substrate and
A negative electrode active material layer containing metallic lithium is laminated on the above negative electrode substrate ,
The negative electrode active material layer comprises a coating layer containing zinc-containing particles laminated on its surface,
The average particle size of the zinc element-containing particles is 3 nm or more and 200 nm or less.
The particles containing the zinc element described above are at least one of zinc oxide particles and their reaction products.
The average thickness of the above coating layer is 1 μm or more and 30 μm or less.
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element , wherein the above-mentioned coating layer is laminated on the surface of the negative electrode active material layer that does not face the negative electrode substrate .
金属リチウムを含有する負極活物質層と、
上記負極活物質層の表面に積層された、亜鉛元素を含有する粒子を含む被覆層と
を備え、
上記亜鉛元素を含有する粒子の平均粒径が3nm以上200nm以下であり、
上記亜鉛元素を含有する粒子が、酸化亜鉛粒子及びその反応生成物の少なくとも一方であり、
上記被覆層の平均厚さが1μm以上30μm以下であり、
上記負極活物質層における金属リチウムの含有量が90質量%以上である非水電解質蓄電素子用の負極。
A negative electrode active material layer containing metallic lithium,
The negative electrode active material layer comprises a coating layer containing zinc-containing particles laminated on its surface,
The average particle size of the zinc element-containing particles is 3 nm or more and 200 nm or less.
The above-mentioned particles containing the element zinc are at least one of zinc oxide particles and their reaction products.
The average thickness of the above coating layer is 1 μm or more and 30 μm or less.
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element , wherein the metallic lithium content in the negative electrode active material layer is 90% by mass or more .
負極基材と、
上記負極基材に積層された、金属リチウムを含有する負極活物質層と、
上記負極活物質層の表面に積層された、亜鉛元素を含有する粒子を含む被覆層と
を備え、
上記亜鉛元素を含有する粒子の平均粒径が3nm以上200nm以下であり、
上記被覆層における上記亜鉛元素を含有する粒子の含有量が99質量%以上であり、
上記被覆層が上記負極活物質層の上記負極基材に対向していない側の表面に積層されている非水電解質蓄電素子用の負極。
Anode substrate and
A negative electrode active material layer containing metallic lithium is laminated on the above negative electrode substrate ,
The negative electrode active material layer comprises a coating layer containing zinc-containing particles laminated on its surface,
The average particle size of the zinc element-containing particles is 3 nm or more and 200 nm or less.
The content of particles containing the above zinc element in the above coating layer is 99% by mass or more.
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element , wherein the above-mentioned coating layer is laminated on the surface of the negative electrode active material layer that does not face the negative electrode substrate .
金属リチウムを含有する負極活物質層と、
上記負極活物質層の表面に積層された、亜鉛元素を含有する粒子を含む被覆層と
を備え、
上記亜鉛元素を含有する粒子の平均粒径が3nm以上200nm以下であり、
上記被覆層における上記亜鉛元素を含有する粒子の含有量が99質量%以上であり、
上記負極活物質層における金属リチウムの含有量が90質量%以上である非水電解質蓄電素子用の負極。
A negative electrode active material layer containing metallic lithium,
The negative electrode active material layer comprises a coating layer containing zinc-containing particles laminated on its surface,
The average particle size of the zinc element-containing particles is 3 nm or more and 200 nm or less.
The content of particles containing the above zinc element in the above coating layer is 99% by mass or more.
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element , wherein the metallic lithium content in the negative electrode active material layer is 90% by mass or more .
負極基材に負極活物質層を積層すること、及び
金属リチウムを含有する負極活物質層の表面に、亜鉛元素を含有する粒子を含む被覆層形成材料により被覆層を形成することを備え、
上記亜鉛元素を含有する粒子の平均粒径が3nm以上200nm以下であり、
上記亜鉛元素を含有する粒子が、酸化亜鉛粒子及びその反応生成物の少なくとも一方であり、
上記被覆層の平均厚さが1μm以上30μm以下であり、
上記被覆層が上記負極活物質層の上記負極基材に対向していない側の表面に積層されている非水電解質蓄電素子用の負極の製造方法。
The method comprises laminating a negative electrode active material layer onto a negative electrode substrate, and forming a coating layer on the surface of the negative electrode active material layer containing metallic lithium using a coating layer forming material containing zinc element particles.
The average particle size of the zinc element-containing particles is 3 nm or more and 200 nm or less.
The above-mentioned particles containing the element zinc are at least one of zinc oxide particles and their reaction products.
The average thickness of the above coating layer is 1 μm or more and 30 μm or less.
A method for manufacturing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte energy storage element , wherein the above-mentioned coating layer is laminated on the surface of the negative electrode active material layer that does not face the negative electrode substrate .
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の負極を備える非水電解質蓄電素子。 A non-aqueous electrolyte energy storage element comprising the negative electrode according to any one of claims 1 to 4 . 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の負極、又は請求項に記載の負極の製造方法により得られた負極を用いて非水電解質蓄電素子を作製することを備える非水電解質蓄電素子の製造方法。 A method for manufacturing a non-aqueous electrolyte energy storage element, comprising manufacturing a non-aqueous electrolyte energy storage element using a negative electrode described in any one of claims 1 to 4 , or a negative electrode obtained by the method for manufacturing a negative electrode described in claim 5.
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