JP7665985B2 - Anode, method for manufacturing anode, nonaqueous electrolyte storage element, method for manufacturing nonaqueous electrolyte storage element, and method for manufacturing nonaqueous electrolyte storage element - Google Patents
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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。 The present invention relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte storage element, a non-aqueous electrolyte storage element, and a method 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)。また、特許文献3には、金属リチウムの表面にフッ素含有高分子によって保護膜を設ける方法が記載されている。
Non-aqueous electrolyte secondary batteries, such as lithium ion secondary batteries, are widely used in electronic devices such as personal computers and communication terminals, automobiles, etc., due to their high energy density. The non-aqueous electrolyte secondary battery generally has a pair of electrodes electrically isolated by a separator and a non-aqueous electrolyte interposed between the electrodes, and is configured to charge and discharge by transferring ions between the two electrodes. In addition, capacitors such as lithium ion capacitors and electric double layer capacitors are also widely used as non-aqueous electrolyte storage elements other than non-aqueous electrolyte secondary batteries. Metallic lithium is known as a negative electrode active material with high energy density used in non-aqueous electrolyte storage elements (see
リチウム電池等、負極活物質に金属リチウムが用いられた非水電解質蓄電素子においては、充電の際に負極表面で金属リチウムが樹枝状に析出することがある(以下、樹枝状の形態をした金属リチウムを「デンドライト」という。)。このデンドライトが成長しセパレータを貫通して正極と接触すると、微短絡を引き起こす。このため、負極活物質として金属リチウムを含む非水電解質蓄電素子は、充放電の繰り返しによって微短絡が発生しやすいという不都合を有する。上記特許文献3のような保護膜が設けられた負極を用いた場合も、微短絡の発生抑制効果は十分ではない。
In non-aqueous electrolyte storage elements that use metallic lithium as the negative electrode active material, such as lithium batteries, metallic lithium may precipitate in a dendritic form on the surface of the negative electrode during charging (hereinafter, metallic lithium in a dendritic form will be referred to as "dendrites"). When these dendrites grow and penetrate the separator to come into contact with the positive electrode, they cause a micro-short circuit. For this reason, non-aqueous electrolyte storage elements that contain metallic lithium as the negative electrode active material have the disadvantage that they are prone to micro-short circuits due to repeated charging and discharging. Even when a negative electrode provided with a protective film as in
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、微短絡の発生を抑制できる非水電解質蓄電素子用の負極及び非水電解質蓄電素子、並びにこれらの製造方法を提供することである。 The present invention was made based on the above circumstances, and its purpose is to provide a negative electrode for a nonaqueous electrolyte storage element and a nonaqueous electrolyte storage element that can suppress the occurrence of micro-short circuits, as well as a method for manufacturing the same.
本発明の一態様は、金属リチウムを含む負極活物質層と、上記負極活物質層の少なくとも一部を被覆する被覆層とを備え、上記被覆層が、多価金属イミド塩又は上記多価金属イミド塩と上記金属リチウムとの反応生成物を含む非水電解質蓄電素子用の負極である。 One aspect of the present invention is a negative electrode for a non-aqueous electrolyte storage element, comprising a negative electrode active material layer containing metallic lithium and a coating layer that covers at least a portion of the negative electrode active material layer, the coating layer containing a polyvalent metal imide salt or a reaction product of the polyvalent metal imide salt and the metallic lithium.
本発明の他の一態様は、金属リチウムを含む負極活物質層に、多価金属イミド塩を含む被覆層形成用材料を接触させ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 is a method for producing a negative electrode for a nonaqueous electrolyte storage element, which comprises contacting a negative electrode active material layer containing metallic lithium with a coating layer-forming material containing a polyvalent metal imide salt.
本発明の他の一態様は、本発明の一態様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 is a nonaqueous electrolyte storage element having a negative electrode according to one aspect of the present invention.
本発明の他の一態様は、本発明の一態様に係る負極又は本発明の一態様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 is a method for producing a nonaqueous electrolyte storage element, comprising producing a nonaqueous electrolyte storage element using a negative electrode according to an aspect of the present invention or a negative electrode obtained by a method for producing a negative electrode according to an aspect of the present invention.
本発明の一態様によれば、微短絡の発生を抑制できる非水電解質蓄電素子用の負極及び非水電解質蓄電素子、並びに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 for a nonaqueous electrolyte storage element that can suppress the occurrence of micro-short circuits, a nonaqueous electrolyte storage element, and a method for manufacturing the same.
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 nonaqueous electrolyte storage element, the method for manufacturing a negative electrode for a nonaqueous electrolyte storage element, the nonaqueous electrolyte storage element, and the method for manufacturing a nonaqueous electrolyte storage element disclosed in this specification will be provided.
本発明の一態様に係る非水電解質蓄電素子用の負極は、金属リチウムを含む負極活物質層と、上記負極活物質層の少なくとも一部を被覆する被覆層とを備え、上記被覆層が、多価金属イミド塩又は上記多価金属イミド塩と上記金属リチウムとの反応生成物を含む非水電解質蓄電素子用の負極である。 The negative electrode for a nonaqueous electrolyte storage element according to one embodiment of the present invention comprises a negative electrode active material layer containing metallic lithium and a coating layer that covers at least a portion of the negative electrode active material layer, and the coating layer contains a polyvalent metal imide salt or a reaction product of the polyvalent metal imide salt and the metallic lithium.
当該負極は、非水電解質蓄電素子の充放電の繰り返しに伴う微短絡の発生を抑制することができる。すなわち、当該負極が備えられた非水電解質蓄電素子においては、充放電の繰り返しによって生じる微短絡の発生が遅延化される。この理由は定かではないが、以下の理由が推測される。被覆層中の多価金属イミド塩の少なくとも一部は、負極活物質層の少なくとも一部を被覆することによって、負極活物質層表面の金属リチウムに接触することで金属リチウムと反応して反応性生物を形成していると考えられる。また、この反応は、非水電解質蓄電素子の充放電中にも進行すると考えられる。負極活物質層の少なくとも一部を被覆する被覆層が、このような多価金属イミド塩と金属リチウムとの反応生成物を含む、あるいはこのような反応生成物を形成可能であることにより、被覆層が均質且つ良質なものとなり、これにより負極表面におけるデンドライトの成長が抑制されることなどが推測される。 The negative electrode can suppress the occurrence of micro-short circuits caused by repeated charging and discharging of the nonaqueous electrolyte storage element. That is, in a nonaqueous electrolyte storage element equipped with the negative electrode, the occurrence of micro-short circuits caused by repeated charging and discharging is delayed. The reason for this is unclear, but the following reason is presumed. It is believed that at least a portion of the polyvalent metal imide salt in the coating layer covers at least a portion of the negative electrode active material layer, and by contacting the metallic lithium on the surface of the negative electrode active material layer, it reacts with the metallic lithium to form a reaction product. It is also believed that this reaction proceeds during charging and discharging of the nonaqueous electrolyte storage element. It is presumed that the coating layer that covers at least a portion of the negative electrode active material layer contains a reaction product between such a polyvalent metal imide salt and metallic lithium, or is capable of forming such a reaction product, so that the coating layer becomes homogeneous and of good quality, which suppresses the growth of dendrites on the surface of the negative electrode.
上記被覆層がバインダをさらに含むことが好ましい場合もある。被覆層がバインダをさらに含むことで、多価金属イミド塩又は上記多価金属イミド塩と金属リチウムとの反応生成物が負極活物質層に十分に固着される。 In some cases, it may be preferable for the coating layer to further contain a binder. By further including a binder in the coating layer, the polyvalent metal imide salt or the reaction product between the polyvalent metal imide salt and metallic lithium is sufficiently fixed to the negative electrode active material layer.
上記バインダがフッ素樹脂であることが好ましい。バインダがフッ素樹脂である場合、被覆層がさらに均質且つ良質なものとなることや、用いられた多価金属イミド塩等が負極活物質層にさらに十分に固着されることなどにより、微短絡の発生をより抑制することができる。 The binder is preferably a fluororesin. When the binder is a fluororesin, the coating layer becomes more uniform and of better quality, and the polyvalent metal imide salt used is more sufficiently fixed to the negative electrode active material layer, thereby further suppressing the occurrence of micro-short circuits.
上記被覆層がバインダを実質的に含まないことが好ましい場合もある。このような場合、多価金属イミド塩と金属リチウムとの反応生成物を含む被膜層がより均質且つ良質なものとなること、被覆層が低抵抗化されて電流集中が起きにくくなることなどにより、微短絡の発生をより抑制することができる。なお、被覆層がバインダを実質的に含まないとは、被覆層におけるバインダの含有量が1質量%以下であることをいう。 In some cases, it may be preferable for the coating layer to be substantially free of a binder. In such cases, the coating layer containing the reaction product of the polyvalent metal imide salt and metallic lithium becomes more homogeneous and of good quality, and the coating layer has low resistance, making it less likely for current concentration to occur, thereby further suppressing the occurrence of micro-short circuits. Note that "the coating layer is substantially free of a binder" means that the binder content in the coating layer is 1% by mass or less.
本発明の一態様に係る非水電解質蓄電素子用の負極の製造方法は、金属リチウムを含む負極活物質層に、多価金属イミド塩を含む被覆層形成用材料を接触させ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。 The method for producing a negative electrode for a nonaqueous electrolyte storage element according to one embodiment of the present invention comprises contacting a negative electrode active material layer containing metallic lithium with a coating layer-forming material containing a polyvalent metal imide salt.
当該製造方法によれば、非水電解質蓄電素子の充放電の繰り返しに伴う微短絡の発生を抑制することができる負極を製造することができる。 This manufacturing method makes it possible to produce a negative electrode that can suppress the occurrence of micro-short circuits that occur during repeated charging and discharging of a nonaqueous electrolyte storage element.
本発明の一態様に係る非水電解質蓄電素子は、本発明の一態様に係る負極を備える非水電解質蓄電素子である。 A nonaqueous electrolyte storage element according to one embodiment of the present invention is a nonaqueous electrolyte storage element including a negative electrode according to one embodiment of the present invention.
当該非水電解質蓄電素子は、本発明の一態様に係る負極が備えられているため、充放電の繰り返しに伴う微短絡の発生が抑制されている。 The nonaqueous electrolyte storage element is equipped with a negative electrode according to one aspect of the present invention, and thus the occurrence of micro-short circuits caused by repeated charging and discharging is suppressed.
本発明の一態様に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、本発明の一態様に係る負極又は本発明の一態様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。 The method for producing a nonaqueous electrolyte storage element according to one aspect of the present invention is a method for producing a nonaqueous electrolyte storage element using a negative electrode according to one aspect of the present invention or a negative electrode obtained by a method for producing a negative electrode according to one aspect of the present invention.
当該製造方法によれば、充放電の繰り返しに伴う微短絡の発生が抑制された非水電解質蓄電素子を製造することができる。 This manufacturing method makes it possible to produce a nonaqueous electrolyte storage element that suppresses the occurrence of micro-short circuits that occur during repeated charging and discharging.
以下、本発明の一実施形態に係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について、順に説明する。 The following describes in order the negative electrode for a nonaqueous electrolyte storage element according to one embodiment of the present invention, a method for manufacturing a negative electrode for a nonaqueous electrolyte storage element, a nonaqueous electrolyte storage element, and a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte storage element.
<非水電解質蓄電素子用の負極>
本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子用の負極は、負極基材、この負極基材に直接又は中間層を介して配される負極活物質層、及びこの負極活物質層の少なくとも一部を被覆する被覆層を備える。すなわち、当該負極は、負極基材、負極活物質層及び被覆層の少なくとも三層がこの順に積層された積層構造を有する。負極活物質層及び被覆層は、負極基材の一方の面側のみに積層されていてもよく、負極基材の両方の面側にそれぞれ積層されていてもよい。
<Negative electrode for non-aqueous electrolyte storage element>
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte storage element according to one embodiment of the present invention includes a negative electrode substrate, a negative electrode active material layer disposed on the negative electrode substrate directly or via an intermediate layer, and a coating layer that coats at least a portion of the negative electrode active material layer. That is, the negative electrode has a laminated structure in which at least three layers, 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 and the coating layer may be laminated on only one surface of the negative electrode substrate, or may be laminated on both surfaces of the negative electrode substrate.
(負極基材)
負極基材は、導電性を有する。「導電性」を有するとは、JIS-H-0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が107Ω・cm以下であることを意味し、「非導電性」とは、上記体積抵抗率が107Ω・cm超であることを意味する。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それらの合金が用いられ、銅又は銅合金が好ましい。また、負極基材の形成形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、負極基材としては銅箔が好ましい。銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。
(Negative electrode substrate)
The negative electrode substrate has electrical conductivity. Having "electrical conductivity" means that the volume resistivity measured in accordance with JIS-H-0505 (1975) is 10 7 Ω·cm or less, and "non-electrically conductive" means that the volume resistivity is more than 10 7 Ω·cm. As the material of the negative electrode substrate, metals such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, and alloys thereof are used, and copper or copper alloys are preferred. In addition, examples of the formation form of the negative electrode substrate include foil, vapor deposition film, and the like, and foil is preferred from the viewpoint of cost. That is, copper 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。「平均厚さ」とは、所定の面積の基材を打ち抜いた際の打ち抜き質量を、基材の真密度及び打ち抜き面積で除した値をいう。以下、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, it is possible to increase the strength of the negative electrode substrate while increasing the energy density per volume of the nonaqueous electrolyte storage element. The "average thickness" refers to the value obtained by dividing the punched mass when a substrate of a given area is punched out by the true density and punched area of the substrate. The same applies to the "average thickness" of the positive electrode substrate described below.
(中間層)
中間層は、負極基材の表面の被覆層であり、炭素粒子等の導電性粒子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、例えば樹脂バインダ及び導電性粒子を含有する組成物により形成できる。
(Middle class)
The intermediate layer is a coating layer on the surface of the negative electrode substrate, and contains conductive particles such as carbon particles to reduce the contact resistance between the negative electrode substrate and the negative electrode active material layer. The configuration of the intermediate layer is not particularly limited, and can be formed, for example, from a composition containing a resin binder and conductive particles.
(負極活物質層)
負極活物質層は、金属リチウムを含む。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、他の金属成分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。
(Negative Electrode Active Material Layer)
The negative electrode active material layer contains metallic lithium. The metallic lithium is a component that functions as a negative electrode active material. The metallic lithium may exist as pure metallic lithium substantially consisting of lithium alone, or may exist as a lithium alloy containing other metal components. Examples of the lithium alloy include a lithium silver alloy, a lithium zinc alloy, a lithium calcium alloy, a lithium aluminum alloy, a lithium magnesium alloy, and a lithium indium alloy. The lithium alloy may contain a plurality of metal 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 essentially of metallic lithium. The content of metallic lithium in the negative electrode active material layer may be 90% by mass or more, may be 99% by mass or more, or may be 100% by mass.
負極活物質層は、リチウム箔又はリチウム合金箔であってよい。負極活物質層は、無孔質の層(中実の層)であってよい。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、5μm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 a lithium foil or a lithium alloy foil. The negative electrode active material layer may be a non-porous layer (solid layer). The negative electrode active material layer may also be a porous layer having particles containing metallic lithium. The average thickness of the negative electrode active material layer is preferably 5 μm or more and 1,000 μm or less, more preferably 10 μm or more and 500 μm or less, and even more preferably 30 μm or more and 300 μm or less.
(被覆層)
被覆層は、負極活物質層の少なくとも一部を被覆する。すなわち、負極活物質層は、露出した部分があってもよい。但し、被覆層は、負極活物質層の外面(負極基材又は中間層と接触している面以外の面)の面積の50%以上を被覆していることが好ましく、70%以上を被覆していることがより好ましく、90%以上さらには99%以上を被覆していることがさらに好ましい。
(Covering layer)
The coating layer covers at least a part of the negative electrode active material layer. That is, the negative electrode active material layer may have an exposed portion. However, the coating layer preferably covers 50% or more of the area of the outer surface (surface other than the surface in contact with the negative electrode substrate or intermediate layer) of the negative electrode active material layer, more preferably covers 70% or more, and even more preferably covers 90% or more, and further preferably covers 99% or more.
被覆層は、多価金属イミド塩又は上記多価金属イミド塩と金属リチウムとの反応生成物を含む。 The coating layer contains a polyvalent metal imide salt or a reaction product of the polyvalent metal imide salt and metallic lithium.
多価金属イミド塩を構成する金属元素は、2価以上のカチオン(多価カチオン)を形成可能な金属元素である。多価金属イミド塩における上記金属元素の多価カチオンの価数は、2価、3価又は4価以上であってよいが、2価又は3価であることが好ましく、2価であることがより好ましい。 The metal element constituting the polyvalent metal imide salt is a metal element capable of forming a divalent or higher cation (polyvalent cation). The valence of the polyvalent cation of the metal element in the polyvalent metal imide salt may be divalent, trivalent, or quadrivalent or higher, but is preferably divalent or trivalent, and more preferably divalent.
具体的な金属元素の多価カチオンとしては、第2族元素の多価カチオン(Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+等)、第3族元素の多価カチオン(Sc3+、Y3+、La3+、Ce3+等)、第4族元素の多価カチオン(Ti4+等、Zr4+)、第5族元素の多価カチオン(V5+等)、第6族元素の多価カチオン(Cr3+等)、第7族元素の多価カチオン(Mn2+等)、第8族元素の多価カチオン(Fe2+、Fe3+等)、第9族元素の多価カチオン(Co2+等)、第10族元素の多価カチオン(Ni2+等)、第11族元素の多価カチオン(Cu2+等)、第12族元素の多価カチオン(Zn2+、Cd2+等)、第13族元素のうちの金属元素の多価カチオン(Al3+等)、第14族元素のうちの金属元素の多価カチオン(Sn2+、Pb2+等)等が挙げられる。金属元素の多価カチオンは、1種又は2種以上を用いることができる。
Specific examples of polyvalent cations of metal elements include polyvalent cations of
これらの中でも、第2族元素又は第3族元素の多価カチオンが好ましく、第2族元素の多価カチオンがより好ましい。第2族元素の多価カチオンの中では、マグネシウムイオン(Mg2+)及びカルシウムイオン(Ca2+)が好ましく、カルシウムイオンがより好ましい。第3族元素の多価カチオンの中では、ランタノイドイオンが好ましく、ランタンイオン(La3+)がより好ましい。また、第3周期から第6周期の金属元素の多価カチオンが好ましく、第4周期、第5周期又は第6周期の金属元素の多価カチオンがより好ましい。このような金属元素の多価カチオンあるいはこのような多価カチオンに由来する金属元素が被覆層に含有されていることで、微短絡の発生抑制効果が高まる。
Among these, polyvalent cations of
イミドアニオンとしては、N(SO2F)2 -(ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン:FSI-)、N(CF3SO2)2 -(ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン:TFSI-)、N(C2F5SO2)2 -(ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドアニオン:BETI-)、N(C4F9SO2)2 -(ビス(ノナフルオロブタンスルホニル)イミドアニオン)、CF3-SO2-N-SO2-N-SO2CF3 -、FSO2-N-SO2-C4F9 -、CF3-SO2-N-SO2-C4F9 -、CF3-SO2-N-SO2-CF2-SO2-N-SO2-CF3 2-、CF3-SO2-N-SO2-CF2-SO3 2-、CF3-SO2-N-SO2-CF2-SO2-C(-SO2CF3)2 2-等のスルホニルイミドアニオン;N(POF2)2 -(ビス(ジフルオロホスホニル)イミドアニオン)等のホスホニルイミドアニオン等を挙げることができ、スルホニルイミドアニオンが好ましい。イミドアニオンは、1種又は2種以上を用いることができる。 Examples of the imide anion include N(SO 2 F) 2 − (bis(fluorosulfonyl)imide anion: FSI − ), N(CF 3 SO 2 ) 2 − (bis(trifluoromethanesulfonyl)imide anion: TFSI − ), N(C 2 F 5 SO 2 ) 2 − (bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide anion: BETI − ), N(C 4 F 9 SO 2 ) 2 − (bis(nonafluorobutanesulfonyl ) imide anion) , CF 3 —SO 2 —N—SO 2 —N—SO 2 CF 3 − , FSO 2 —N —SO 2 —C 4 F 9 − , CF 3 —SO Examples of the imide anion include sulfonylimide anions such as 2 -N- SO2 - CF2 -SO2- N - SO2 - CF3-2- , CF3 - SO2 - N - SO2 - CF2 - SO3-2- , and CF3 - SO2 -N- SO2-CF2 - SO2 - C( -SO2CF3 ) 2- , and phosphonylimide anions such as N( POF2 ) 2- ( bis(difluorophosphonyl)imide anion), with sulfonylimide anions being preferred. One or more types of imide anions can be used.
イミドアニオンは、フッ素原子を有することが好ましく、具体的には例えばフルオロスルホニル基、ジフルオロホスホニル基、フルオロアルキル基等を有することが好ましい。また、イミドアニオンとしては、フッ素原子を有するスルホニルイミドアニオンがより好ましく、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン(TFSI-)が特に好ましい。このようなイミドアニオンを用いることで、被覆層がより良質になることなどにより、微短絡の発生をより抑制することができる。 The imide anion preferably has a fluorine atom, specifically, for example, a fluorosulfonyl group, a difluorophosphonyl group, a fluoroalkyl group, or the like. As the imide anion, a sulfonylimide anion having a fluorine atom is more preferable, and bis(trifluoromethanesulfonyl)imide anion (TFSI − ) is particularly preferable. By using such an imide anion, the coating layer becomes of better quality, and the occurrence of micro-short circuit can be further suppressed.
具体的な多価金属イミド塩としては、Mg(TFSI)2、Ca(TFSI)2、La(TFSI)3、Ti(TFSI)3、Mn(TFSI)2、Cu(TFSI)2、Zn(TFSI)2、Al(TFSI)3、Mg(FSI)2、Ca(FSI)2、La(FSI)3、Ti(FSI)3、Mn(FSI)2、Cu(FSI)2、Zn(FSI)2、Al(FSI)3、Ca(BETI)2、Ca[N(POF2)2]2等が挙げられる。多価金属イミド塩は1種又は2種以上を用いることができる。 Specific examples of polyvalent metal imide salts include Mg(TFSI) 2 , Ca(TFSI) 2 , La(TFSI) 3 , Ti(TFSI) 3 , Mn(TFSI) 2 , Cu(TFSI) 2 , Zn(TFSI) 2 , Al(TFSI) 3 , Mg(FSI) 2 , Ca(FSI) 2 , La(FSI) 3 , Ti(FSI) 3 , Mn(FSI) 2 , Cu(FSI) 2 , Zn(FSI) 2 , Al(FSI) 3 , Ca(BETI) 2 , and Ca[N( POF2 ) 2 ] 2 . One or more types of polyvalent metal imide salts can be used.
被覆層の形成に用いられた多価金属イミド塩の一部又は全部は、被覆層中でそのまま多価金属イミド塩として存在していてもよい。但し、多価金属イミド塩は、金属リチウムを含む負極活物質層と接触することで反応が生じると考えられる。このため、被覆層の形成に用いられた多価金属イミド塩の一部又は全部は、金属リチウムと多価金属イミド塩との反応生成物の状態で被覆層中に存在していてもよい。 A part or all of the polyvalent metal imide salt used to form the coating layer may be present in the coating layer as it is as a polyvalent metal imide salt. However, it is considered that the polyvalent metal imide salt reacts by contacting with the negative electrode active material layer containing metallic lithium. Therefore, a part or all of the polyvalent metal imide salt used to form the coating layer may be present in the coating layer in the form of a reaction product between metallic lithium and the polyvalent metal imide salt.
被覆層における多価金属イミド塩に由来する金属元素(又は第2族から第14族元素のうちの金属元素)の含有量としては、0.1質量%以上50質量%以下が好ましく、0.3質量%以上30質量%以下がより好ましく、0.5質量%以上20質量%以下がさらに好ましい。被覆層における上記金属元素の含有量が上記範囲であることにより、微短絡の発生をより抑制することができる。
The content of the metal element (or metal element of
被覆層における多価金属イミド塩及び多価金属イミド塩と金属リチウムとの反応生成物の合計含有量としては、1質量%以上100質量%以下であってよい。上記合計含有量の下限は、5質量%、20質量%、50質量%、80質量%、90質量%、95質量%、99質量%又は99.9質量%が好ましい場合がある。このように被覆層における多価金属イミド及び多価金属イミド塩と金属リチウムとの反応生成物の合計含有量が多い場合、形成される被膜層がより均質且つ良好なものとなり、微短絡の発生がより抑制されることがある。なお、上記含有量の上限は、50質量%であってもよく、30質量%であってもよい。 The total content of the polyvalent metal imide salt and the reaction product of the polyvalent metal imide salt and metallic lithium in the coating layer may be 1% by mass or more and 100% by mass or less. The lower limit of the total content may be preferably 5% by mass, 20% by mass, 50% by mass, 80% by mass, 90% by mass, 95% by mass, 99% by mass, or 99.9% by mass. When the total content of the polyvalent metal imide and the reaction product of the polyvalent metal imide salt and metallic lithium in the coating layer is high in this way, the coating layer formed becomes more homogeneous and good, and the occurrence of micro-short circuits may be further suppressed. The upper limit of the content may be 50% by mass or 30% by mass.
被覆層は、バインダをさらに含んでいてもよい。上記バインダとしては、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;多糖類高分子などが挙げられる。上記バインダとしては、フッ素樹脂が好ましく、PVDFがより好ましい。 The coating layer may further contain a binder. Examples of the binder include thermoplastic resins such as fluororesins (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), polyethylene, polypropylene, polyimide, etc.; elastomers such as ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), and fluororubber; polysaccharide polymers, etc. As the binder, fluororesins are preferred, and PVDF is more preferred.
被覆層がバインダを含む場合、被覆層におけるバインダの含有量としては、例えば10質量%以上99質量%以下が好ましく、50質量%以上95質量%以下がより好ましい。被覆層におけるバインダの含有量が上記範囲であることにより、多価金属イミド塩等が負極活物質層に十分に固着される。 When the coating layer contains a binder, the binder content in the coating layer is, for example, preferably 10% by mass or more and 99% by mass or less, and more preferably 50% by mass or more and 95% by mass or less. When the binder content in the coating layer is within the above range, the polyvalent metal imide salt, etc. is sufficiently fixed to the negative electrode active material layer.
被覆層におけるバインダの含有量は、30質量%以下、10質量%以下、1質量%以下、0.1質量%以下、さらには0質量%が好ましい場合がある。また、被覆層は、バインダを実質的に含まないことが好ましい場合もある。バインダの含有量が少ない方が、被膜層がより均質且つ良質なものとなること、被覆層が低抵抗化されて電流集中が起きにくくなることなどにより、微短絡の発生がより抑制される傾向にある。 The binder content in the coating layer may preferably be 30% by mass or less, 10% by mass or less, 1% by mass or less, 0.1% by mass or less, or even 0% by mass. In addition, it may be preferable for the coating layer to be substantially free of binder. A lower binder content tends to better suppress the occurrence of micro-short circuits, because the coating layer becomes more homogeneous and of better quality, and the coating layer has lower resistance, making it less likely for current concentration to occur.
被覆層は、重合性化合物の架橋体を実質的に含まなくてよい。当該負極においては、被覆層が重合性化合物の架橋体を実質的に含まなくても、多価金属イミド塩を用いることにより、非水電解質蓄電素子の充放電の繰り返しに伴う微短絡の発生を抑制することができる。被覆層における重合性化合物の架橋体の含有量は、10質量%以下が好ましいことがあり、3質量%以下、1質量%以下、又は0質量%がより好ましいことがある。被覆層における重合性化合物の架橋体の含有量を上記上限以下とすることで、生産性を高め、生産コストを抑制することなどができる。 The coating layer may be substantially free of crosslinked polymerizable compounds. In the negative electrode, even if the coating layer is substantially free of crosslinked polymerizable compounds, the use of a polyvalent metal imide salt can suppress the occurrence of micro-short circuits that accompany repeated charging and discharging of the nonaqueous electrolyte storage element. The content of the crosslinked polymerizable compounds in the coating layer may be preferably 10% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, 1% by mass or less, or 0% by mass. By setting the content of the crosslinked polymerizable compounds in the coating layer to the above upper limit or less, productivity can be increased and production costs can be suppressed.
<非水電解質蓄電素子用の負極の製造方法>
本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子用の負極の製造方法は、例えば負極基材に直接又は中間層を介して金属リチウムを含む負極活物質層を積層すること(工程1)、及び上記負極活物質層に、多価金属イミド塩を含む被覆層形成用材料を接触させること(工程2)を備える。
<Method of manufacturing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte storage element>
A method for producing a negative electrode for a nonaqueous electrolyte storage element according to one embodiment of the present invention includes, for example, laminating a negative electrode active material layer containing metallic lithium on a negative electrode substrate directly or via an intermediate layer (step 1), and contacting the negative electrode active material layer with a coating layer-forming material containing a polyvalent metal imide salt (step 2).
上記工程1は、従来公知の方法により行うことができる。具体的には、例えば負極基材に直接又は中間層を介して金属リチウムを含む負極活物質層を重ね、プレス等することなどにより行うことができる。金属リチウムを含む負極活物質層は、リチウム箔又はリチウム合金箔であってよい。
The
上記工程2においては、上記工程1で得られた負極基材と負極活物質層との積層体における負極活物質層の露出面に、被覆層形成用材料を接触させる。被覆層形成用材料は、多価金属イミド塩に加え、通常、分散媒をさらに含み、バインダをさらに含んでいてもよい。
In the
被覆層形成用材料中の固形分(分散媒以外の成分)における多価金属イミド塩の含有量としては、1質量%以上100質量%以下であってよい。被覆層形成用材料中の固形分(分散媒以外の成分)におけるバインダの含有量としては、0質量%以上99質量%以下であってよい。 The content of polyvalent metal imide salt in the solid content (components other than the dispersion medium) of the material for forming the coating layer may be 1% by mass or more and 100% by mass or less. The content of binder in the solid content (components other than the dispersion medium) of the material for forming the coating layer may be 0% by mass or more and 99% by mass or less.
被覆層形成用材料の分散媒としては、N-メチルピロリドン(NMP)、トルエン等の有機溶剤が好適に用いられる。被覆層形成用材料における分散媒の含有量としては、例えば50質量%以上99質量%以下が好ましく、80質量%以上96質量%以下がより好ましい。 As the dispersion medium for the material for forming the coating layer, organic solvents such as N-methylpyrrolidone (NMP) and toluene are preferably used. The content of the dispersion medium in the material for forming the coating layer is preferably, for example, 50% by mass or more and 99% by mass or less, and more preferably 80% by mass or more and 96% by mass or less.
上記工程2は、具体的には以下の手順で行うことができる。多価金属イミド塩、分散媒等を混合し、被覆層形成用材料を調製する。調製した被覆層形成用材料を負極活物質層の表面に接触させる。被覆層形成用材料が接触した負極活物質層(負極活物質層と被覆層形成用材料の膜との積層体)を乾燥させる。被覆層形成用材料の負極活物質層への接触は、被覆層形成用材料の塗布や、被覆層形成用材料への負極活物質層の浸漬などにより行うことができる。このような工程を経て、多価金属イミド塩又は上記多価金属イミド塩と金属リチウムとの反応生成物を含む被覆層が、負極活物質層の表面に積層される。
Specifically, the
<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は、正極、負極及び非水電解質を有する。以下、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。上記正極及び負極は、通常、セパレータを介して積層又は巻回により交互に重畳された電極体を形成する。この電極体は容器に収納され、この容器内に非水電解質が充填される。上記非水電解質は、正極と負極との間に介在する。また、上記容器としては、二次電池の容器として通常用いられる公知の金属容器、樹脂容器等を用いることができる。
<Non-aqueous electrolyte electricity storage element>
The nonaqueous electrolyte storage element according to one embodiment of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte. Hereinafter, a nonaqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, simply referred to as a "secondary battery") will be described as an example of a nonaqueous electrolyte storage element. The positive electrode and the negative electrode are usually stacked or wound alternately with a separator interposed therebetween to form an electrode body. This electrode body is housed in a container, and the container is filled with a nonaqueous electrolyte. The nonaqueous electrolyte is interposed between the positive electrode and the negative electrode. In addition, as the container, a known metal container, a resin container, or the like that is usually used as a container for a secondary battery can be used.
(正極)
正極は、正極基材、及びこの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 has a positive electrode substrate and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode substrate directly or via an intermediate layer. The intermediate layer of the positive electrode may have the same structure as the intermediate layer of the negative electrode.
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そ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バランスからアルミニウム及びアルミニウム合金が好ましい。つまり、正極基材としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、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)に規定されるA1085P、A3003P等が例示できる。 The positive electrode substrate can be of the same construction as the negative electrode substrate, but the material used is a metal such as aluminum, titanium, tantalum, or stainless steel, or an alloy thereof. Among these, aluminum and aluminum alloys are preferred in terms of the balance between potential resistance, high conductivity, and cost. In other words, aluminum foil is preferred as the positive electrode substrate. Examples of aluminum or aluminum alloys include A1085P, A3003P, etc., as specified in JIS-H-4000 (2014).
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 or more and 50 μm or less, more preferably 5 μm or more and 40 μm or less, even more preferably 8 μm or more and 30 μm or less, and particularly preferably 10 μm or more and 25 μm or less. By setting the average thickness of the positive electrode substrate within the above range, it is possible to increase the strength of the positive electrode substrate while increasing the energy density per volume of the secondary battery.
正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる正極合剤から形成される層である。正極活物質層を形成する正極合剤は、必要に応じて導電剤、バインダ、増粘剤、フィラー等の任意成分を含んでいてよい。 The positive electrode active material layer is a layer formed from a so-called positive electrode mixture that contains a positive electrode active material. The positive electrode mixture that forms the positive electrode active material layer may contain optional components such as a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler as necessary.
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。リチウムイオン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-NaFeO2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-NaFeO2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[LixNi1-x]O2(0≦x<0.5)、Li[LixNiγCo1-x-γ]O2(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LixCo1-x]O2(0≦x<0.5)、Li[LixNiγMn1-x-γ]O2(0≦x<0.5、0<γ<1)、Li[LixNiγMnβCo1-x-γ-β]O2(0≦x<0.5、0<γ、0<β、0.5<γ+β<1)、Li[LixNiγCoβAl1-x-γ-β]O2(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、LixMn2O4、LixNiγMn2-γO4等が挙げられる。ポリアニオン化合物として、LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、Li3V2(PO4)3、Li2MnSiO4、Li2CoPO4F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. A material capable of absorbing and releasing lithium ions is usually used as the positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. Examples of the positive electrode active material include lithium transition metal composite oxides having an α-NaFeO 2 type crystal structure, lithium transition metal composite oxides having a spinel type 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 γ Co β Al 1-x-γ-β ]O 2 (0≦x<0.5, 0<γ, 0<β, 0.5<γ+β<1), etc. Examples of lithium transition metal composite oxides having a spinel crystal structure include Li x Mn 2 O 4 and Li x Ni γ Mn 2-γ O 4 , etc. 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, etc. Examples of chalcogen compounds include titanium disulfide, molybdenum disulfide, and molybdenum dioxide, etc. Atoms or polyanions in these materials may be partially substituted with atoms or anion species consisting of other elements. The surface of these materials may be covered with another material. In the positive electrode active material layer, these materials may be used alone or in combination of two or more.
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-NaFeO2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-NaFeO2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。また、このような正極活物質を用いた非水電解質蓄電素子の場合、高い電流密度で使用される傾向にあり、通常、デンドライトは成長しやすい。従って、上記リチウム遷移金属複合酸化物を有する正極を備える非水電解質蓄電素子の場合、微短絡の発生を抑制するという効果がより顕著に享受できる。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 preferable, and a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 type crystal structure is more preferable. The lithium transition metal composite oxide preferably contains nickel or manganese as a 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-NaFeO 2 type crystal structure, the molar ratio (Li/Me) of lithium (Li) to the transition metal (Me) is preferably more than 1, more preferably 1.1 or more, and even more preferably 1.2 or more. By using such a lithium transition metal composite oxide, the electric capacity can be increased. In addition, in the case of a nonaqueous electrolyte storage element using such a positive electrode active material, it tends to be used at a high current density, and dendrites are usually easy to grow. Therefore, in the case of a nonaqueous electrolyte storage element having a positive electrode having the above-mentioned lithium transition metal composite oxide, the effect of suppressing the occurrence of a micro-short circuit can be more significantly enjoyed. 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-NaFeO2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-αO2 ・・・(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 the lithium transition metal composite oxide having an α- NaFeO2 type crystal structure, a compound represented by the following formula (1) is preferable.
Li 1+α Me 1-α O 2 ...(1)
In formula (1), Me is a transition metal including Ni or Mn, and 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の二元素、又はNi、Mn及びCoの三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 preferably consists essentially of two elements, Ni and Mn, or three elements, Ni, Mn, and Co. Me may 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 formula (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 formula (1), the lower limit of the molar ratio of Mn to Me (Mn/Me) is preferably 0.5, and more preferably 0.55. 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) in 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, and more preferably 0.2. This molar ratio (Co/Me) or 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、放電容量が大きくなる。 In formula (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, and even more preferably 1.2 or greater. On the other hand, the upper limit of this molar ratio (Li/Me) is preferably 1.6, and more preferably 1.5. By keeping the molar ratio (Li/Me) within the above range, the discharge capacity is increased.
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 the 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 the positive electrode active materials may be 100% by mass.
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。ここで、「平均粒径」とは、JIS-Z-8825(2013年)に準拠し、粒子を溶媒で希釈した希釈液に対しレーザ回折・散乱法により測定した粒径分布に基づき、JIS-Z-8819-2(2001年)に準拠し計算される体積基準積算分布が50%となる値を意味する。 The average particle size of the positive electrode active material is preferably, for example, 0.1 μm or more and 20 μm or less. By setting the average particle size of the positive electrode active material to the above lower limit or more, the positive electrode active material can be easily manufactured or handled. By setting the average particle size of the positive electrode active material to the above upper limit or less, the electronic conductivity of the positive electrode active material layer is improved. Here, "average particle size" refers to the value at which the volume-based cumulative distribution calculated in accordance with JIS-Z-8819-2 (2001) is 50% based on the particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering method for a diluted solution in which particles are diluted with a solvent in accordance with JIS-Z-8825 (2013).
正極活物質の粒子を所定の形状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。 In order to obtain particles of the positive electrode active material in a predetermined shape, a grinder, a classifier, etc. are used. Examples of grinding methods include methods using a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a planetary ball mill, a jet mill, a counter jet mill, a swirling airflow type jet mill, or a sieve. When grinding, wet grinding in the presence of water or an organic solvent such as hexane can also be used. As a classification method, a sieve or an air classifier can be used as necessary for both dry and wet methods.
正極活物質層における正極活物質の含有量としては、70質量%以上98質量%以下が好ましく、80質量%以上97質量%以下がより好ましく、90質量%以上96質量%以下がさらに好ましい。正極活物質の含有量を上記範囲とすることで、二次電池の電気容量を大きくすることができる。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 70% by mass or more and 98% by mass or less, more preferably 80% by mass or more and 97% by mass or less, and even more preferably 90% by mass or more and 96% by mass or less. By setting the content of the positive electrode active material within the above range, the electrical capacity of the secondary battery can be increased.
導電剤としては、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、黒鉛やカーボンブラックが挙げられる。カーボンブラックの種類としては、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。これらの中でも、導電性及び塗工性の観点より、炭素質材料が好ましい。なかでも、アセチレンブラックやケッチェンブラックが好ましい。導電剤の形状としては、粉状、シート状、繊維状等が挙げられる。 The conductive agent is not particularly limited as long as it is a material having electrical conductivity. Examples of such conductive agents include carbonaceous materials, metals, and conductive ceramics. Examples of carbonaceous materials include graphite and carbon black. Examples of carbon black include furnace black, acetylene black, and ketjen black. Among these, carbonaceous materials are preferred from the viewpoint of electrical conductivity and coatability. Of these, acetylene black and ketjen black are preferred. The conductive agent may be in the form of a powder, a sheet, or a fiber.
正極活物質層における導電剤の含有量は、1質量%以上40質量%以下が好ましく、2質量%以上10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 40% by mass or less, and more preferably 2% by mass or more and 10% by mass or less. By setting the content of the conductive agent in the above range, the energy density of the secondary battery can be increased.
バインダの具体例としては、負極の被覆層の成分として上述したバインダを挙げることができる。 Specific examples of binders include the binders mentioned above as components of the coating layer of the negative electrode.
正極活物質層におけるバインダの含有量は、0.5質量%以上10質量%以下が好ましく、1質量%以上6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 0.5% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 6% by mass or less. By keeping the binder content within the above range, the active material can be stably maintained.
増粘剤としては、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。また、増粘剤がリチウム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おくことが好ましい。本発明の一態様においては、増粘剤は正極活物質層に含有されていないことが好ましい場合もある。 Examples of thickeners include polysaccharide polymers such as carboxymethyl cellulose (CMC) and methyl cellulose. In addition, when the thickener has a functional group that reacts with lithium, it is preferable to deactivate this functional group in advance by methylation or the like. In one aspect of the present invention, it may be preferable that the thickener is not contained in the positive electrode active material layer.
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、酸化アルミニウム、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。本発明の一態様においては、フィラーは正極活物質層に含有されていないことが好ましい場合もある。 The filler is not particularly limited. Examples of the filler include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, inorganic oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, 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, poorly soluble ion crystals such as calcium fluoride, barium fluoride, and barium sulfate, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, mineral resource-derived substances such as talc, montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, and mica, and artificial products thereof. In one aspect of the present invention, it may be preferable that the filler is not contained in the positive electrode active material layer.
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 metallic 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の負極は、本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子用の負極として上述した負極である。
(Negative electrode)
The negative electrode of the nonaqueous electrolyte storage element according to one embodiment of the present invention is the negative electrode described above as the negative electrode for the nonaqueous electrolyte storage element according to one 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. For example, a separator consisting of only a substrate layer, a separator in which a heat-resistant layer containing heat-resistant particles and a binder is formed on one or both surfaces of the substrate layer, etc. can be used as the separator. Examples of the shape of the substrate layer of the separator include woven fabric, nonwoven fabric, and porous resin film. Among these shapes, a porous resin film is preferred from the viewpoint of strength, and a nonwoven fabric is preferred from the viewpoint of non-aqueous electrolyte retention. As the material of the substrate 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 oxidation decomposition resistance. A material obtained by combining these resins may be used as the substrate layer of the separator.
耐熱層に含まれる耐熱粒子は、大気下で室温から500℃に加熱したときの質量減少が5%以下であるものが好ましく、大気下で室温から800℃に加熱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。加熱したときの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;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;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 loss of 5% or less when heated from room temperature to 500°C in the atmosphere, and more preferably have a mass loss of 5% or less when heated from room temperature to 800°C in the atmosphere. Examples of materials that have a mass loss of a predetermined amount or less when heated include inorganic compounds. 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; hydroxides such as magnesium hydroxide, calcium hydroxide, and aluminum hydroxide; nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride; carbonates such as calcium carbonate; sulfates such as barium sulfate; sparingly soluble ion crystals such as calcium fluoride, barium fluoride, and barium titanate; covalent crystals such as silicon and diamond; mineral resource-derived substances such as talc, montmorillonite, boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, and mica, or artificial products thereof. As the inorganic compound, these substances may be used alone or in the form of a complex, or two or more of them may be mixed and used. Among these inorganic compounds, silicon oxide, aluminum oxide, or aluminosilicates are preferred from the viewpoint of the safety of the energy storage element.
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 20% by volume or more from the viewpoint of discharge performance. Here, "porosity" refers to a volume-based value measured 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、ポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリビニルカーボネート、ポリメチルメタアクリレート等のポリアルキルメタアクリレート類、ポリメチルアクリレート等のポリアルキルアクリレート類、ポリビニルエチレンカーボネート、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリマレイン酸及びその誘導体、ポリフッ化ビニリデン、ポリ(フッ化ビニリデン-co-ヘキサフルオロプロピレン)、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。例示した上記ポリマーを構成するモノマーを2種以上含む共重合体を用いてもよく、2種以上のポリマーの混合物を用いてもよい。また、これらのポリマーは無機塩やイオン液体と複合させてもよい。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。 As the separator, a polymer gel composed of a polymer and a non-aqueous electrolyte may be used. Examples of the polymer include polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene carbonate, polypropylene carbonate, polyvinyl carbonate, polyalkyl methacrylates such as polymethyl methacrylate, polyalkyl acrylates such as polymethyl acrylate, polyvinyl ethylene carbonate, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polymaleic acid and its derivatives, polyvinylidene fluoride, poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), polytetrafluoroethylene, etc. Copolymers containing two or more of the monomers constituting the above-mentioned polymers may be used, or a mixture of two or more polymers may be used. These polymers may also be combined with inorganic salts or ionic liquids. The use of a polymer gel has the effect of suppressing leakage. As the separator, a polymer gel may be used in combination with the porous resin film or nonwoven fabric as described above.
(非水電解質)
非水電解質は、通常、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解された電解質塩とを含む非水電解液が好適に用いられる。
(Non-aqueous electrolyte)
As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolytic solution containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent is preferably used.
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。 The non-aqueous solvent can be appropriately selected from known non-aqueous solvents. Examples of non-aqueous solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, carboxylate esters, phosphate esters, sulfonate esters, ethers, amides, and nitriles. Non-aqueous solvents in which some of the hydrogen atoms contained in these compounds are substituted with halogens may also be used.
非水溶媒として、環状カーボネート及び鎖状カーボネートの少なくとも一方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質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、非水電解質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。 As the non-aqueous solvent, it is preferable to use at least one of a cyclic carbonate and a chain carbonate, and it is more preferable to use a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate. By using a cyclic carbonate, it is possible to promote dissociation of the electrolyte salt and improve the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte. By using a chain carbonate, it is possible to keep the viscosity of the non-aqueous electrolyte low. When a cyclic carbonate and a chain carbonate are used in combination, it is preferable that the volume ratio of the cyclic carbonate to the chain carbonate (cyclic carbonate:chain carbonate) is, for example, 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、カテコールカーボネート、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。環状カーボネートの炭素数としては、例えば3以上13以下であってよく、7以下又は5以下であってもよい。 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, catechol carbonate, 1-phenylvinylene carbonate, 1,2-diphenylvinylene carbonate, etc. The number of carbon atoms in the cyclic carbonate may be, for example, 3 or more and 13 or less, or 7 or less, or 5 or less.
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 the cyclic carbonate, from the viewpoint of oxidation resistance, etc., fluorinated cyclic carbonates such as fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, fluoromethylethylene carbonate, trifluoroethylethylene carbonate, etc. are preferred.
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。鎖状カーボネートの炭素数としては、例えば3以上13以下であってよく、7以下又は5以下であってもよい。
Examples of chain carbonates include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diphenyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl methyl carbonate, bis(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 the chain carbonate, from the viewpoint of oxidation resistance, etc., fluorinated chain carbonates such as 2,2,2-trifluoroethyl methyl carbonate, bis(2,2,2 trifluoroethyl) carbonate, and
全非水溶媒に対する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 carbonate content relative to the total non-aqueous solvent is preferably 50% by volume or more and 100% by volume or less, more preferably 80% by volume or more, and in some cases even more preferably 90% by volume or more, 95% by volume or more, or 99% by volume or more.
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合計含有量は、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、微短絡の抑制性、耐酸化性等をより高めることなどができる。 The non-aqueous solvent preferably contains a fluorinated solvent. The total 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. The fluorinated solvent refers to a solvent (non-aqueous solvent) having a fluorine atom in the molecule, such as a fluorinated carbonate (a fluorinated linear carbonate and a fluorinated cyclic carbonate), a fluorinated ether, etc. In this way, by including a fluorinated solvent, preferably including it at the above-mentioned lower limit or more, it is possible to further improve the suppression of micro-short circuits, oxidation resistance, etc.
電解質塩は、通常、リチウム塩である。リチウム塩としては、LiPF6、LiPO2F2、LiBF4、LiClO4、LiN(SO2F)2等の無機リチウム塩、LiSO3CF3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(SO2C4F9)、LiC(SO2CF3)3、LiC(SO2C2F5)3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、LiPF6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。 The electrolyte salt is usually a lithium salt. Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF6 , LiPO2F2 , LiBF4 , LiClO4 , and LiN( SO2F ) 2 , and lithium salts having halogenated hydrocarbon groups such as LiSO3CF3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2 , LiN ( SO2CF3 ) ( SO2C4F9 ) , LiC ( SO2CF3 ) 3 , and LiC( SO2C2F5 ) 3 . Among these, inorganic lithium salts are preferred, and LiPF6 is more preferred. In addition, from the viewpoint of oxidation resistance, the electrolyte salt is preferably one containing a fluorine atom.
非水電解質における電解質塩の含有量は、0.1mol/dm3以上2.5mol/dm3以下が好ましく、0.3mol/dm3以上2.0mol/dm3以下がより好ましく、0.5mol/dm3以上1.7mol/dm3以下がさらに好ましく、0.7mol/dm3以上1.5mol/dm3以下が特に好ましい。電解質塩の含有量を上記の範囲とすることで、非水電解質のイオン伝導度を高めることができる。
The content of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol/dm 3 or more and 2.5 mol/dm 3 or less, more preferably 0.3 mol/dm 3 or more and 2.0 mol/dm 3 or less, even more preferably 0.5 mol/dm 3 or more and 1.7 mol/dm 3 or less, and particularly preferably 0.7 mol/
非水電解質は、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上記芳香族化合物の部分ハロゲン化物;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、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、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。 The non-aqueous electrolyte may contain additives. Examples of additives include aromatic compounds such as biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, and dibenzofuran; partial halides of the above aromatic compounds such as 2-fluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, and p-cyclohexylfluorobenzene; succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, and cyclohexanedicarboxylic anhydride; ethylene sulfite, propylene sulfite, dimethyl sulfite, and sulfuric acid. Examples of such additives include dimethyl, ethylene sulfate, sulfolane, dimethyl sulfone, diethyl sulfone, dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, 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, perfluorooctane, tristrimethylsilyl borate, tristrimethylsilyl phosphate, and tetrakistrimethylsilyl titanate. These additives may be used alone or in combination of two or more.
非水電解質に含まれる添加剤の含有量は、非水電解質全体に対して0.01質量%以上10質量%以下が好ましく、0.1質量%以上7質量%以下がより好ましく、0.2質量%以上5質量%以下がさらに好ましく、0.3質量%以上3質量%以下が特に好ましい。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充放電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 content of the additive contained in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.01% by mass to 10% by mass, more preferably 0.1% by mass to 7% by mass, even more preferably 0.2% by mass to 5% by mass, and particularly preferably 0.3% by mass to 3% by mass. By setting the content of the additive within the above range, it is possible to improve the capacity retention performance or charge/discharge cycle performance after high-temperature storage, and to further improve 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。 A solid electrolyte may be used as the non-aqueous electrolyte, or a non-aqueous electrolyte solution and a solid electrolyte may be used in combination.
固体電解質としては、リチウム、ナトリウム、カルシウム等の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、及び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 ionic conductivity such as lithium, sodium, calcium, etc., and is solid at room temperature (e.g., 15°C to 25°C). Examples of the solid electrolyte include sulfide solid electrolytes, oxide solid electrolytes, oxynitride solid electrolytes, polymer solid electrolytes, etc.
硫化物固体電解質としては、リチウムイオン二次電池の場合、例えば、Li2S-P2S5、LiI-Li2S-P2S5、Li10Ge-P2S12等が挙げられる。 In the case of a lithium ion secondary battery, examples of the sulfide solid electrolyte include Li 2 S—P 2 S 5 , LiI—Li 2 S—P 2 S 5 , and Li 10 Ge—P 2 S 12 .
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が4.30V vs.Li/Li+以上であることが好ましく、4.35V vs.Li/Li+以上であることがより好ましく、4.40V vs.Li/Li+以上であることがさらに好ましい場合もある。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、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。 In the nonaqueous electrolyte storage element, the positive electrode potential at the end of charge voltage during normal use is preferably 4.30 V vs. Li/ Li+ or more, more preferably 4.35 V vs. Li/Li + or more, and in some cases even more preferably 4.40 V vs. Li/Li + or more. By setting the positive electrode potential at the end of charge voltage during normal use to the above lower limit or more, the discharge capacity can be increased and the energy density can be increased.
なお、「通常使用時」とは、当該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当該非水電解質蓄電素子を使用する場合をいう。例えば、当該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当該非水電解質蓄電素子を使用する場合をいう。 The term "normal use" refers to a case where the nonaqueous electrolyte storage element is used under the charging conditions recommended or specified for the nonaqueous electrolyte storage element. For example, if a charger is provided for the nonaqueous electrolyte storage element, it refers to a case where the nonaqueous electrolyte storage element is used using the charger.
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+であってよく、4.7V vs.Li/Li+であってよい。 The upper limit of the positive electrode potential at the end-of-charge voltage during normal use of the nonaqueous electrolyte storage element is, for example, 5.0 V vs. Li/Li + , or may be 4.8 V vs. Li/Li + , or may be 4.7 V vs. Li/Li + .
デンドライトは、充電の際の電流密度が高い場合に成長しやすい傾向にある。従って、本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子は、電流密度が高い充電が行われる用途に好適に適用できる。このような用途としては、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、回生電力充電用電源などが挙げられる。 Dendrites tend to grow easily when the current density during charging is high. Therefore, the nonaqueous electrolyte storage element according to one embodiment of the present invention can be suitably used in applications where charging is performed at a high current density. Examples of such applications include power sources for automobiles such as electric vehicles (EVs), hybrid vehicles (HEVs), and plug-in hybrid vehicles (PHEVs), and power sources for charging regenerative power.
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 nonaqueous electrolyte storage element of this embodiment is not particularly limited, and examples include cylindrical batteries, square batteries, flat batteries, coin batteries, button batteries, etc.
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 nonaqueous
<非水電解質蓄電装置の構成>
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、本発明の一実施形態に係る技術が適用されていればよい。
<Configuration of Nonaqueous Electrolyte Electricity Storage Device>
The nonaqueous electrolyte storage element of the present embodiment can be mounted as an electricity storage unit (battery module) comprising a plurality of nonaqueous electrolyte storage elements assembled together in an automobile power source such as an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), etc., a power source for electronic devices such as a personal computer or a communication terminal, or a power storage power source, etc. In this case, it is sufficient that the technique according to one embodiment of the present invention is applied to at least one of the nonaqueous electrolyte storage elements included in the electricity 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 an
<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、本発明の一実施形態に係る負極又は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。当該製造方法は、負極として、本発明の一実施形態に係る負極又は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ること以外は、従来公知の非水電解質蓄電素子の製造と同様に行うことができる。
<Method of Manufacturing Nonaqueous Electrolyte Storage Element>
A method for producing a nonaqueous electrolyte storage element according to one embodiment of the present invention includes producing a nonaqueous electrolyte storage element using a negative electrode according to one embodiment of the present invention or a negative electrode obtained by a method for producing a negative electrode according to one embodiment of the present invention. The production method can be performed in the same manner as in the production of a conventionally known nonaqueous electrolyte storage element, except that a negative electrode according to one embodiment of the present invention or a negative electrode obtained by a method for producing a negative electrode according to one embodiment of the present invention is used as the negative electrode.
例えば、当該非水電解質蓄電素子の製造方法は、正極を準備又は作製すること、負極を準備又は作製すること、非水電解質を準備又は調製すること、セパレータを準備又は作製すること、正極及び負極をセパレータを介して積層又は巻回することにより交互に重畳された電極体を形成すること、正極及び負極(電極体)を容器に収容すること、並びに上記容器に上記非水電解質を注入することを備える。注入後、注入口を封止することにより当該非水電解質蓄電素子を得ることができる。 For example, a method for manufacturing the nonaqueous electrolyte storage element includes preparing or producing a positive electrode, preparing or producing a negative electrode, preparing or preparing a nonaqueous electrolyte, preparing or producing a separator, forming an electrode body in which the positive electrode and the negative electrode are alternately stacked by stacking or rolling the separator between them, housing the positive electrode and the negative electrode (electrode body) in a container, and injecting the nonaqueous electrolyte into the container. After injection, the nonaqueous electrolyte storage element can be obtained by sealing the injection port.
<その他の実施形態>
本発明は、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>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, the configuration of one embodiment may be added to the configuration of another embodiment, and part of the configuration of one embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment or a well-known technique. Furthermore, part of the configuration of one embodiment may be deleted. Also, a well-known technique 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。本発明の非水電解質蓄電素子は、種々の非水電解質二次電池、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 nonaqueous electrolyte storage element is used as a chargeable and dischargeable nonaqueous electrolyte secondary battery (lithium battery), but the type, shape, size, capacity, etc. of the nonaqueous electrolyte storage element are arbitrary. The nonaqueous electrolyte storage element of the present invention can also be applied to various nonaqueous electrolyte secondary batteries, electric double layer capacitors, lithium ion capacitors, and other capacitors. The nonaqueous electrolyte storage element of the present invention can also be applied to lithium-air batteries.
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1]
(正極の作製)
正極活物質として、α―NaFeO2型結晶構造を有し、Li1+αMe1-αO2(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]
(Preparation of Positive Electrode)
The positive electrode active material used was a lithium transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 type crystal structure and expressed as Li 1+α Me 1-α O 2 (Me is a transition metal), where the molar ratio Li/Me of Li to Me was 1.33, and Me was composed of Ni and Mn in a molar ratio of Ni:Mn=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94:4.5:1.5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、正極活物質層が配置された正極を作製した。なお、正極は、1Cでの電流密度が5.1mA/cm2となるように設計して作製した。 A positive electrode mixture paste was prepared containing N-methylpyrrolidone (NMP) as a dispersion medium, the positive electrode active material, acetylene black (AB) as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder in a mass ratio of 94:4.5:1.5 as solids. The positive electrode mixture paste was applied to one side of an aluminum foil as a positive electrode substrate, dried, and pressed to prepare a positive electrode having a positive electrode active material layer. The positive electrode was designed and prepared so that the current density at 1C was 5.1mA/ cm2 .
(負極の作製)
ニッケルリード線を、負極活物質層としての平均厚さ300μmの2枚のリチウム箔(金属リチウム100質量%)で挟み込んだ。イミド塩として多価金属イミド塩であるCa(TFSI)2と、バインダであるPVDFと、分散媒であるNMPとを、0.05:0.5:6.5の質量比で混合し、被覆層形成用材料を調製した。これを45℃で加熱し、上記リチウム箔の表面に塗布した後、乾燥させることで、金属リチウムを含む負極活物質層の表面に被覆層が積層された負極を作製した。
(Preparation of negative electrode)
The nickel lead wire was sandwiched between two lithium foils (metallic lithium 100% by mass) with an average thickness of 300 μm as the negative electrode active material layer. A material for forming a coating layer was prepared by mixing Ca(TFSI) 2 , which is a polyvalent metal imide salt as an imide salt, PVDF, which is a binder, and NMP, which is a dispersion medium, in a mass ratio of 0.05:0.5:6.5. This was heated at 45 ° C., applied to the surface of the lithium foil, and then dried to prepare a negative electrode in which a coating layer was laminated on the surface of the negative electrode active material layer containing metallic lithium.
(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LiPF6を1mol/dm3の濃度で溶解させ、非水電解質とした。
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
LiPF6 was dissolved at a concentration of 1 mol/ dm3 in a mixed solvent in which fluoroethylene carbonate (FEC) and 2,2,2-trifluoroethyl methyl carbonate (TFEMC) were mixed in a volume ratio of 30:70 to prepare a non-aqueous electrolyte.
(非水電解質蓄電素子の作製)
ポリオレフィン製微多孔膜であるセパレータを介して、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後、熱溶着により封口し、実施例1の非水電解質蓄電素子(リチウム電池)を得た。
(Preparation of non-aqueous electrolyte storage element)
The positive electrode and the negative electrode were laminated with a separator made of a microporous polyolefin film interposed therebetween to produce an electrode assembly, which was then housed in a container made of a metal resin composite film, and the nonaqueous electrolyte was poured into the container, which was then sealed by thermal welding to obtain a nonaqueous electrolyte storage element (lithium battery) of Example 1.
[実施例2から6及び比較例1から3]
イミド塩及びバインダの種類を表1に記載の通りとして被覆層形成用材料を調製し、この被覆層形成用材料を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2から6及び比較例1から3の各負極及び非水電解質蓄電素子を得た。なお、実施例4から6においては、バインダを含まない被覆層形成用材料を用いて被覆層を形成した負極を用い、非水電解質蓄電素子を得た。比較例1においては、イミド塩を含まない被覆層形成用材料を用いてバインダのみの被覆層を形成した負極を用い、非水電解質蓄電素子を得た。
[Examples 2 to 6 and Comparative Examples 1 to 3]
A coating layer-forming material was prepared using the types of imide salt and binder as shown in Table 1, and the negative electrodes and nonaqueous electrolyte storage elements of Examples 2 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 were obtained in the same manner as in Example 1, except that this coating layer-forming material was used. In Examples 4 to 6, a negative electrode in which a coating layer was formed using a coating layer-forming material not containing a binder was used to obtain a nonaqueous electrolyte storage element. In Comparative Example 1, a negative electrode in which a coating layer made of only a binder was formed using a coating layer-forming material not containing an imide salt was used to obtain a nonaqueous electrolyte storage element.
(初期充放電)
得られた各非水電解質蓄電素子について、以下の条件にて初期充放電を行った。25℃において、0.1Cの電流で充電終止電圧4.6Vとして定電流定電圧充電した。充電の終了条件は、電流が0.05C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、0.1Cの電流で放電終止電圧2.0Vとして定電流放電を行い、その後、10分間の休止期間を設けた。この充放電サイクルを2サイクル行った。
(Initial charge/discharge)
The obtained nonaqueous electrolyte storage elements were initially charged and discharged under the following conditions. At 25° C., constant current and constant voltage charging was performed with a current of 0.1 C and a charge end voltage of 4.6 V. The charge end condition was that the current was until 0.05 C. Then, a rest period of 10 minutes was provided. Then, constant current discharging was performed with a current of 0.1 C and a discharge end voltage of 2.0 V, and then a rest period of 10 minutes was provided. This charge and discharge cycle was performed for two cycles.
(充放電サイクル試験)
次いで、以下の充放電サイクル試験を行った。25℃において、0.2Cの電流で充電終止電圧4.6Vとして定電流定電圧充電した。充電の終了条件は、電流が0.05C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、0.1Cの電流で放電終止電圧2.0Vとして定電流放電を行い、その後、10分間の休止期間を設けた。この充放電のサイクルを繰り返し、微短絡が生じるまでのサイクル数を記録した。結果(微短絡が生じるまでのサイクル数)を表1に示す。
(Charge-discharge cycle test)
Next, the following charge-discharge cycle test was performed. At 25°C, constant current and constant voltage charging was performed with a current of 0.2C and a charge end voltage of 4.6V. The charge end condition was that the current was until 0.05C. Then, a rest period of 10 minutes was provided. Then, constant current discharging was performed with a current of 0.1C and a discharge end voltage of 2.0V, and then a rest period of 10 minutes was provided. This charge-discharge cycle was repeated, and the number of cycles until a micro-short circuit occurred was recorded. The results (number of cycles until a micro-short circuit occurred) are shown in Table 1.
表1に示されるように、多価金属イミド塩を含む被覆層形成用材料を用いて被覆層を形成した負極が用いられた実施例1から6の各非水電解質蓄電素子は、微短絡が生じるまでのサイクル数が78回以上であり、高い微短絡発生抑制効果が確認できた。実施例の中でも、バインダを含まない被覆層形成用材料を用いてバインダを含まない被覆層を形成した負極を備える実施例4から6の各非水電解質蓄電素子は、特に優れた微短絡発生抑制効果が確認できた。一方、1価の金属イミド塩を含む被覆層形成用材料を用いて被覆層を形成した負極が用いられた比較例2、3の各非水電解質蓄電素子は、イミド塩を含まない被覆層形成用材料を用いて被覆層を形成した負極が用いられた比較例1の非水電解質蓄電素子と比較して、微短絡が生じるまでのサイクル数が同程度又はそれより少なく、微短絡発生抑制効果は生じなかった。 As shown in Table 1, the nonaqueous electrolyte storage elements of Examples 1 to 6, in which a negative electrode in which a coating layer was formed using a coating layer forming material containing a polyvalent metal imide salt was used, had a cycle count of 78 or more times until a micro-short circuit occurred, and a high micro-short circuit occurrence suppression effect was confirmed. Among the examples, the nonaqueous electrolyte storage elements of Examples 4 to 6, which have a negative electrode in which a coating layer not containing a binder was formed using a coating layer forming material containing no binder, were confirmed to have a particularly excellent micro-short circuit occurrence suppression effect. On the other hand, the nonaqueous electrolyte storage elements of Comparative Examples 2 and 3, in which a negative electrode in which a coating layer was formed using a coating layer forming material containing a monovalent metal imide salt was used, had a cycle count of about the same or fewer times until a micro-short circuit occurred compared to the nonaqueous electrolyte storage element of Comparative Example 1, in which a negative electrode in which a coating layer was formed using a coating layer forming material containing no imide salt was used, and no micro-short circuit occurrence suppression effect was observed.
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。 The present invention can be applied to nonaqueous electrolyte storage elements used as power sources for electronic devices such as personal computers and communication terminals, and 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
Claims (10)
上記負極活物質層の少なくとも一部を被覆する被覆層と
を備え、
上記被覆層が、多価金属イミド塩又は上記多価金属イミド塩と上記金属リチウムとの反応生成物を含み、
上記被覆層がバインダをさらに含む非水電解質蓄電素子用の負極。 a negative electrode active material layer containing metallic lithium;
a coating layer that coats at least a portion of the negative electrode active material layer,
the coating layer comprises a polyvalent metal imide salt or a reaction product of the polyvalent metal imide salt and the metallic lithium,
The negative electrode for a non-aqueous electrolyte storage element , wherein the coating layer further contains a binder .
上記負極活物質層の少なくとも一部を被覆する被覆層とa coating layer that covers at least a portion of the negative electrode active material layer;
を備え、Equipped with
上記被覆層が、多価金属イミド塩又は上記多価金属イミド塩と上記金属リチウムとの反応生成物を含み、the coating layer comprises a polyvalent metal imide salt or a reaction product of the polyvalent metal imide salt and the metallic lithium,
上記多価金属イミド塩を構成する金属元素のカチオンが第3周期から第5周期の金属元素の多価カチオンであり、the cation of the metal element constituting the polyvalent metal imide salt is a polyvalent cation of a metal element of the third to fifth periods;
上記被覆層における上記多価金属イミド塩及び上記反応生成物の合計含有量が50質量%以上100質量%以下である非水電解液蓄電素子用の負極。a negative electrode for a nonaqueous electrolyte storage element, wherein the total content of the polyvalent metal imide salt and the reaction product in the coating layer is from 50% by mass to 100% by mass;
上記負極活物質層の少なくとも一部を被覆する被覆層とa coating layer that covers at least a portion of the negative electrode active material layer;
を備え、Equipped with
上記被覆層が、多価金属イミド塩又は上記多価金属イミド塩と上記金属リチウムとの反応生成物を含み、the coating layer comprises a polyvalent metal imide salt or a reaction product of the polyvalent metal imide salt and the metallic lithium,
上記多価金属イミド塩を構成する金属元素のカチオンが第3族元素の多価カチオンであり、the cation of the metal element constituting the polyvalent metal imide salt is a polyvalent cation of a Group 3 element,
上記多価金属イミド塩を構成するアニオンが、N(SOThe anion constituting the polyvalent metal imide salt is N(SO 22 F)F) 22 -- 、N(CF, N(CF 33 SOSO 22 )) 22 -- 、N(C, N(C 22 FF 55 SOSO 22 )) 22 -- 、N(C, N(C 44 FF 99 SOSO 22 )) 22 -- 、CF, C.F. 33 -SO-SO 22 -N-SO-N-SO 22 -N-SO-N-SO 22 CFCF 33 -- 、FSO, FSO 22 -N-SO-N-SO 22 -C-C 44 FF 99 -- 、CF, C.F. 33 -SO-SO 22 -N-SO-N-SO 22 -C-C 44 FF 99 -- 、CF, C.F. 33 -SO-SO 22 -N-SO-N-SO 22 -CF-CF 22 -SO-SO 22 -N-SO-N-SO 22 -CF-CF 33 2-2- 、CF, C.F. 33 -SO-SO 22 -N-SO-N-SO 22 -CF-CF 22 -SO-SO 33 2-2- 、CF, C.F. 33 -SO-SO 22 -N-SO-N-SO 22 -CF-CF 22 -SO-SO 22 -C(-SO-C(-SO 22 CFCF 33 )) 22 2-2- 又はN(POFor N(POF 22 )) 22 -- である非水電解質蓄電素子用の負極。The negative electrode for a non-aqueous electrolyte storage element is
金属リチウムを含む負極活物質層、及び上記負極活物質層の少なくとも一部を被覆する被覆層を有する負極とを備え、a negative electrode having a negative electrode active material layer containing metallic lithium and a coating layer that coats at least a portion of the negative electrode active material layer;
上記被覆層が、多価金属イミド塩又は上記多価金属イミド塩と上記金属リチウムとの反応生成物を含み、the coating layer comprises a polyvalent metal imide salt or a reaction product of the polyvalent metal imide salt and the metallic lithium,
上記多価金属イミド塩を構成する金属元素のカチオンが第3周期から第5周期の金属元素の多価カチオンである非水電解液蓄電素子(但し、上記正極活物質が空間群FM3-Mに属する結晶構造を有する下式(1)により表される化合物を含む場合を除く。A nonaqueous electrolyte storage element in which the cation of the metal element constituting the polyvalent metal imide salt is a polyvalent cation of a metal element of the third to fifth periods (excluding the case where the positive electrode active material contains a compound represented by the following formula (1) having a crystal structure belonging to the space group FM3-M:
LiLi xx MeMe yy OO αα FF ββ ・・・(1)...(1)
(上記Meは、Mn、Co、Ni、Fe、Al、B、Ce、Si、Zr、Nb、Pr、Ti、W、Ge、Mo、Sn、Bi、Cu、Mg、Ca、Ba、Sr、Y、Zn、Ga、Er、La、Sm、Yb、V、Crからなる群より選択される1種又は2種以上の元素であり、且つ1.7≦x≦2.2、0.8≦y≦1.3、1≦α≦2.5、0.5≦β≦2を満たす))。(Me is one or more elements selected from the group consisting of Mn, Co, Ni, Fe, Al, B, Ce, Si, Zr, Nb, Pr, Ti, W, Ge, Mo, Sn, Bi, Cu, Mg, Ca, Ba, Sr, Y, Zn, Ga, Er, La, Sm, Yb, V, and Cr, and satisfies 1.7≦x≦2.2, 0.8≦y≦1.3, 1≦α≦2.5, and 0.5≦β≦2).
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