(57)【要約】【課題】電解液が浸透した際の正極前駆体の膨潤を抑制し、高い結着力を維持できる正極前駆体を提供すること。【解決手段】集電体と前記集電体上に配置された正極活物質層とを有する正極前駆体。上記正極活物質層は、正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を含み、上記正極活物質は炭素材料を含む。上記正極活物質層の嵩密度が０．５０ｇ／ｃｃ以上０．７０ｇ／ｃｃ以下であって、かつ、２５℃の標準電解液に２４時間浸漬させたときの上記正極前駆体の電極膨潤率が０．９５以上１．１０以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体と前記集電体上に配置された正極活物質層とを有する正極前駆体であって、前記正極活物質層は、正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を含み、前記正極活物質は炭素材料を含み、
前記正極活物質層の嵩密度が０．５０ｇ／ｃｃ以上０．７０ｇ／ｃｃ以下であって、かつ、２５℃の標準電解液に２４時間浸漬させたときの前記正極前駆体の電極膨潤率が０．９５以上１．１０以下である、正極前駆体。
【請求項２】
前記水溶性高分子は、ポリアクリル酸誘導体、フッ素系アクリル樹脂、及びカルボキシメチルセルロースからなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１に記載の正極前駆体。
【請求項３】
前記水溶性高分子は、耐電圧が４．４０Ｖ以上である水溶性高分子を少なくとも１つ含む、請求項１又は２に記載の正極前駆体。
【請求項４】
前記正極活物質層は、前記水溶性高分子を、前記正極活物質１００質量部に対して１質量部以上１５質量部以下含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の正極前駆体。
【請求項５】
前記集電体は無孔状のアルミ箔である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の正極前駆体。
【請求項６】
前記集電体表面のＸ線光電子分光測定（ＸＰＳ）で得られるＡｌ２ｐスペクトルにおいて、７３．１ｅＶ〜７５ｅＶのピーク面積に基づいて得られた相対元素濃度をＡｌｍ、、７１．０ｅＶ〜７３．０ｅＶのピーク面積に基づいて得られた相対元素濃度をＡｌｏｘ、、Ｏ１ｓスペクトルにおいて、５２５．０ｅＶ〜５３５．０ｅＶのピーク面積に基づいて得られた相対元素濃度をＯとしたとき、Ａｌｏｘ／Ａｌｍが２．６以上８．０以下であり、かつＯ／Ａｌｍが７．０以上１５．０以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の正極前駆体。
【請求項７】
前記炭素材料が活性炭である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の正極前駆体。
【請求項８】
前記活性炭について、ＢＪＨ法により算出した直径２０Å以上５００Å以下の細孔に由来するメソ孔量をＶ１（ｃｃ／ｇ）、ＭＰ法により算出した直径２０Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をＶ２（ｃｃ／ｇ）とするとき、０．３＜Ｖ１≦０．８、及び０．５≦Ｖ２≦１．０を満たし、さらに、ＢＥＴ法により測定される比表面積が１，５００ｍ２／ｇ以上３，０００ｍ２／ｇ以下である、請求項７に記載の正極前駆体。
【請求項９】
前記正極活物質層が前記集電体上に多条塗布された、請求項１〜８のいずれか一項に記載の正極前駆体。
【請求項１０】
前記正極活物質層が前記集電体上に間欠塗布された、請求項１〜９のいずれか一項に記載の正極前駆体。
【請求項１１】
前記集電体の両面に前記正極活物質層を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の正極前駆体。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の正極前駆体を含む、電極体。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の正極前駆体を含む、非水系リチウム蓄電素子。
【請求項１４】
外装体内に収容され、かつ前記外装体が金属缶又はラミネートフィルムである、請求項１３に記載の非水系リチウム蓄電素子。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の非水系リチウム蓄電素子を含む、蓄電モジュール、電力回生アシストシステム、電力負荷平準化システム、無停電電源システム、非接触給電システム、エナジーハーベストシステム、蓄電システム、太陽光発電蓄電システム、電動パワーステアリングシステム、非常用電源システム、インホイールモーターシステム、アイドリングストップシステム、乗り物、急速充電システム、スマートグリッドシステム、又はドローン駆動システム。
【請求項１６】
請求項１３又は１４に記載の非水系リチウム蓄電素子と、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池又は燃料電池とを直列又は並列に接続した、蓄電システム。
【請求項１７】
電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、又は電動バイクである、請求項１５に記載の乗り物。
【請求項１８】
集電体と前記集電体上に配置された正極活物質層とを有する正極前駆体の製造方法であって、
前記正極活物質層は、正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を含み、前記正極活物質は炭素材料を含み、
下記の１）、２）、３）、４）及び５）の工程を含む、正極前駆体の製造方法。
１）炭素材料を含む正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を混錬し塗工液を作製する、塗工液作製工程
２）塗工液作製工程で得られた前記塗工液を集電体に塗布して、塗膜を形成する、塗布工程
３）前記塗膜を４５℃〜１２０℃の温度で予乾燥する、一次乾燥工程
４）前記塗膜を５００ｋｇｆ／ｃｍ２〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ２の線圧でプレスする、プレス工程
５）前記塗膜を１２０℃より高く１５０℃以下の温度で本乾燥する、二次乾燥工程
【請求項１９】
前記一次乾燥工程、前記二次乾燥工程、及び前記プレス工程をこの順に行う、請求項１８に記載の正極前駆体の製造方法。
【請求項２０】
集電体と前記集電体上に配置された正極活物質層とを有する正極前駆体の製造方法であって、
前記正極活物質層は、正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を含み、前記正極活物質は炭素材料を含み、
下記の１）、２）、３）及び４）の工程を含む、正極前駆体の製造方法。
１）炭素材料を含む正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を混錬し塗工液を作製する、塗工液作製工程
２）塗工液作製工程で得られた前記塗工液を集電体に塗布して、塗膜を形成する、塗布工程
３）前記塗膜を４５℃〜１２０℃の温度で本乾燥する、乾燥工程
４）前記塗膜を５００ｋｇｆ／ｃｍ２〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ２の線圧でプレスする、プレス工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は正極前駆体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全及び省資源を目指すエネルギーの有効利用の観点から、風力発電の電力平滑化システム又は深夜電力貯蔵システム、太陽光発電技術に基づく家庭用分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システム等が注目を集めている。
これらの蓄電システムに用いられる電池の第一の要求事項は、エネルギー密度が高いことである。このような要求に対応可能な高エネルギー密度電池の有力候補として、リチウムイオン電池の開発が精力的に進められている。
第二の要求事項は、出力特性が高いことである。例えば、高効率エンジンと蓄電システムとの組み合わせ（例えば、ハイブリッド電気自動車）又は燃料電池と蓄電システムとの組み合わせ（例えば、燃料電池電気自動車）において、加速時に高い出力放電特性を発揮する蓄電システムが要求されている。
現在、高出力蓄電デバイスとしては、電気二重層キャパシタ、ニッケル水素電池等が開発されている。
【０００３】
電気二重層キャパシタのうち、電極に活性炭を用いたものは、０．５〜１ｋＷ／Ｌ程度の出力特性を有する。この電気二重層キャパシタは、出力特性が高いだけでなく、耐久性（サイクル特性及び高温保存特性）もまた高く、上記の高出力が要求される分野で最適のデバイスであると考えられてきた。しかしながら、そのエネルギー密度は１〜５Ｗｈ／Ｌ程度に過ぎないため、更なるエネルギー密度の向上が必要である。
他方、現在ハイブリッド電気自動車で一般に採用されているニッケル水素電池は、電気二重層キャパシタと同等の高出力を有し、かつ１６０Ｗｈ／Ｌ程度のエネルギー密度を有している。しかしながら、そのエネルギー密度及び出力特性をより一層高めるとともに、耐久性（特に、高温における安定性）を高めるための研究が精力的に進められている。
また、リチウムイオン電池においても、高出力化に向けての研究が進められている。例えば、放電深度（すなわち、蓄電素子の放電容量に対する放電量の割合（％））５０％において３ｋＷ／Ｌを超える高出力が得られるリチウムイオン電池が開発されている。しかしながら、そのエネルギー密度は１００Ｗｈ／Ｌ以下であり、リチウムイオン電池の最大の特徴である高エネルギー密度を敢えて抑制した設計である。また、その耐久性（サイクル特性及び高温保存特性）は、電気二重層キャパシタに比べ劣るため、そのようなリチウムイオン電池は、実用的な耐久性を持たせるために、放電深度が０〜１００％の範囲よりも狭い範囲で使用される。実際に使用できるリチウムイオン電池の容量は更に小さくなるから、耐久性をより一層向上させるための研究が精力的に進められている。
【０００４】
上記のように、高エネルギー密度、高出力特性、及び高耐久性を兼ね備えた蓄電素子の実用化が強く求められている。しかしながら、上述した既存の蓄電素子には、それぞれ一長一短があるため、これらの技術的要求を充足する新たな蓄電素子が求められている。その有力な候補として、リチウムイオンキャパシタと呼ばれる蓄電素子が注目され、開発が盛んに行われている。
リチウムイオンキャパシタは、リチウム塩を含む非水系電解液を使用する蓄電素子（以下、「非水系リチウム蓄電素子」ともいう。）の一種であって、正極においては約３Ｖ以上で電気二重層キャパシタと同様の陰イオンの吸着及び脱着による非ファラデー反応、負極においてはリチウムイオン電池と同様のリチウムイオンの吸蔵及び放出によるファラデー反応によって、充放電を行う蓄電素子である。
【０００５】
上記の蓄電素子に一般的に用いられる電極材料とその特徴をまとめると、一般的に、電極に活性炭等の材料を用い、活性炭表面のイオンの吸着及び脱離（非ファラデー反応）により充放電を行う場合は、高出力かつ高耐久性が得られるが、エネルギー密度が低くなる（例えば１倍とする。）。他方、電極に酸化物又は炭素材料を用い、ファラデー反応により充放電を行う場合は、エネルギー密度が高くなる（例えば、活性炭を用いた非ファラデー反応の１０倍とする。）が、耐久性及び出力特性に課題がある。
これらの電極材料の組合せとして、電気二重層キャパシタは、正極及び負極に活性炭（エネルギー密度１倍）を用い、正負極共に非ファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、したがって高出力かつ高耐久性を有するが、エネルギー密度が低い（正極１倍×負極１倍＝１）という特徴がある。
リチウムイオン二次電池は、正極にリチウム遷移金属酸化物（エネルギー密度１０倍）、負極に炭素材料（エネルギー密度１０倍）を用い、正負極共にファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、したがって高エネルギー密度（正極１０倍×負極１０倍＝１００）を有するが、出力特性及び耐久性に課題がある。更に、ハイブリッド電気自動車等で要求される高耐久性を満足させるためには放電深度を制限しなければならず、リチウムイオン二次電池では、そのエネルギーの１０〜５０％しか使用できない。
リチウムイオンキャパシタは、正極に活性炭（エネルギー密度１倍）、負極に炭素材料（エネルギー密度１０倍）を用い、正極では非ファラデー反応、負極ではファラデー反応により充放電を行うことを特徴とし、したがって、電気二重層キャパシタ及びリチウムイオン二次電池の特徴を兼ね備えた非対称キャパシタである。リチウムイオンキャパシタは高出力かつ高耐久性でありながら、高エネルギー密度（正極１倍×負極１０倍＝１０）を有し、リチウムイオン二次電池の様に放電深度を制限する必要がないことが特徴である。
【０００６】
特許文献１には、水系バインダとアルミニウムの貫通箔を用いた高エネルギー密度、高出力かつ低抵抗のリチウムイオンキャパシタが開示されている。
特許文献２には、ポリフッ化ビニリデンを含み、電解液浸漬後のばね定数を制御した高エネルギー密度のリチウム電池が開示されている。
特許文献３には、正極前駆体に含まれるアルカリ金属化合物の分解を促進し、負極へのプレドープを短時間で行うことができ、高エネルギー密度なハイブリッドキャパシタ用である正極前駆体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５３６３８１８号公報
【特許文献２】特許第５７２５３６２号公報
【特許文献３】特開２０１８−５６４４３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】E.P.Barrett, L.G.Joyner and P.Halenda, “The Determination of Pore Volume and Area Distributions in Porous Substances. I. Computations from Nitrogen Isotherms” J.Am.Chem.Soc., 73, 373 (1951)
【非特許文献２】B.C.Lippens, J.H.de Boer, “Studies on Pore Systems in Catalysts. V. The t Method” J.Catalysis, 4319 (1965)
【非特許文献３】R.S.Mikhail, S.Brunauer, E.E.Bodor, “Investigations of a complete pore structure analysis: I. Analysis of micropores” J.Colloid Interface Sci., 26, 45 (1968)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、いずれの特許文献にも、電解液が浸透した際の電極の膨潤によるエネルギー密度の低下と剥離強度の低下については全く考慮されていない。以上の現状に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、電解液が浸透した際の正極前駆体の膨潤を抑制し、高い結着力を維持できる正極前駆体を提供することである。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は以下の技術的手段により解決される。すなわち、本発明は、以下のとおりのものである：
［１］
集電体と上記集電体上に配置された正極活物質層とを有する正極前駆体であって、上記正極活物質層は、正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を含み、上記正極活物質は炭素材料を含み、
上記正極活物質層の嵩密度が０．５０ｇ／ｃｃ以上０．７０ｇ／ｃｃ以下であって、かつ、２５℃の標準電解液に２４時間浸漬させたときの上記正極前駆体の電極膨潤率が０．９５以上１．１０以下である、正極前駆体。
［２］
上記水溶性高分子は、ポリアクリル酸誘導体、フッ素系アクリル樹脂、及びカルボキシメチルセルロースからなる群から選択される少なくとも１つを含む、項目１に記載の正極前駆体。
［３］
上記水溶性高分子は、耐電圧が４．４０Ｖ以上である水溶性高分子を少なくとも１つ含む、項目１又は２に記載の正極前駆体。
［４］
上記正極活物質層は、上記水溶性高分子を、上記正極活物質１００質量部に対して１質量部以上１５質量部以下含む、項目１〜３のいずれか一項に記載の正極前駆体。
［５］
上記集電体は無孔状のアルミ箔である、項目１〜４のいずれか一項に記載の正極前駆体。
［６］
上記集電体表面のＸ線光電子分光測定（ＸＰＳ）で得られるＡｌ２ｐスペクトルにおいて、７３．１ｅＶ〜７５ｅＶのピーク面積に基づいて得られた相対元素濃度をＡｌｍ、、７１．０ｅＶ〜７３．０ｅＶのピーク面積に基づいて得られた相対元素濃度をＡｌｏｘ、、Ｏ１ｓスペクトルにおいて、５２５．０ｅＶ〜５３５．０ｅＶのピーク面積に基づいて得られた相対元素濃度をＯとしたとき、Ａｌｏｘ／Ａｌｍが２．６以上８．０以下であり、かつＯ／Ａｌｍが７．０以上１５．０以下である、項目１〜５のいずれか一項に記載の正極前駆体。
［７］
上記炭素材料が活性炭である、項目１〜６のいずれか一項に記載の正極前駆体。
［８］
上記活性炭について、ＢＪＨ法により算出した直径２０Å以上５００Å以下の細孔に由来するメソ孔量をＶ１（ｃｃ／ｇ）、ＭＰ法により算出した直径２０Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をＶ２（ｃｃ／ｇ）とするとき、０．３＜Ｖ１≦０．８、及び０．５≦Ｖ２≦１．０を満たし、さらに、ＢＥＴ法により測定される比表面積が１，５００ｍ２／ｇ以上３，０００ｍ２／ｇ以下である、項目７に記載の正極前駆体。
［９］
上記正極活物質層が上記集電体上に多条塗布された、項目１〜８のいずれか一項に記載の正極前駆体。
［１０］
上記正極活物質層が上記集電体上に間欠塗布された、項目１〜９のいずれか一項に記載の正極前駆体。
［１１］
上記集電体の両面に上記正極活物質層を有する、項目１〜１０のいずれか一項に記載の正極前駆体。
［１２］
項目１〜１１のいずれか一項に記載の正極前駆体を含む、電極体。
［１３］
項目１〜１１のいずれか一項に記載の正極前駆体を含む、非水系リチウム蓄電素子。
［１４］
外装体内に収容され、かつ上記外装体が金属缶又はラミネートフィルムである、項目１３に記載の非水系リチウム蓄電素子。
［１５］
項目１３又は１４に記載の非水系リチウム蓄電素子を含む、蓄電モジュール、電力回生アシストシステム、電力負荷平準化システム、無停電電源システム、非接触給電システム、エナジーハーベストシステム、蓄電システム、太陽光発電蓄電システム、電動パワーステアリングシステム、非常用電源システム、インホイールモーターシステム、アイドリングストップシステム、乗り物、急速充電システム、スマートグリッドシステム、又はドローン駆動システム。
［１６］
項目１３又は１４に記載の非水系リチウム蓄電素子と、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池又は燃料電池とを直列又は並列に接続した、蓄電システム。
［１７］
電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、又は電動バイクである、項目１５に記載の乗り物。
［１８］
集電体と上記集電体上に配置された正極活物質層とを有する正極前駆体の製造方法であって、
上記正極活物質層は、正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を含み、上記正極活物質は炭素材料を含み、
下記の１）、２）、３）、４）及び５）の工程を含む、正極前駆体の製造方法。
１）炭素材料を含む正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を混錬し塗工液を作製する、塗工液作製工程
２）塗工液作製工程で得られた上記塗工液を集電体に塗布して、塗膜を形成する、塗布工程
３）上記塗膜を４５℃〜１２０℃の温度で予乾燥する、一次乾燥工程
４）上記塗膜を５００ｋｇｆ／ｃｍ２〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ２の線圧でプレスする、プレス工程
５）上記塗膜を１２０℃より高く１５０℃以下の温度で本乾燥する、二次乾燥工程
［１９］
上記一次乾燥工程、上記二次乾燥工程、及び上記プレス工程をこの順に行う、項目１８に記載の正極前駆体の製造方法。
［２０］
集電体と上記集電体上に配置された正極活物質層とを有する正極前駆体の製造方法であって、
上記正極活物質層は、正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を含み、上記正極活物質は炭素材料を含み、
下記の１）、２）、３）及び４）の工程を含む、正極前駆体の製造方法。
１）炭素材料を含む正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を混錬し塗工液を作製する、塗工液作製工程
２）塗工液作製工程で得られた上記塗工液を集電体に塗布して、塗膜を形成する、塗布工程
３）上記塗膜を４５℃〜１２０℃の温度で本乾燥する、乾燥工程
４）上記塗膜を５００ｋｇｆ／ｃｍ２〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ２の線圧でプレスする、プレス工程
【００１１】
なお、本明細書において、メソ孔量はＢＪＨ法により、マイクロ孔量はＭＰ法により、それぞれ算出される。ＢＪＨ法は非特許文献１に示され、ＭＰ法は、「ｔ−プロット法」（非特許文献２）を利用して、マイクロ孔容積、マイクロ孔面積、及びマイクロ孔の分布を求める方法を意味し、非特許文献３において示される。
【発明の効果】
【００１２】
正極前駆体中のアルカリ金属化合物と水溶性高分子を共存させ、嵩密度が０．５０ｇ／ｃｃ以上０．７０ｇ／ｃｃ以下の範囲内にあり、かつ、電解液浸透時の正極前駆体の電極膨潤率が０．９５以上１．１以下であることにより、高い剥離強度を発現するとともに、充放電時の正極活物質の欠落を抑制できると考えられる。したがって、本発明は、高い出力特性と、体積増加の少ない高エネルギー密度な非水系リチウム蓄電素子を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態（以下、「本実施形態」という。）を詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。本実施形態の各数値範囲における上限値及び下限値は任意に組み合わせて任意の数値範囲を構成することができる。
一般に、非水系リチウム蓄電素子は、正極と、負極と、セパレータと、電解液とを主な構成要素とする。電解液としては、アルカリ金属イオンを含む有機溶媒（以下、「非水系電解液」ともいう。）を用いる。
【００１４】
＜正極＞
本実施形態における正極前駆体は、正極集電体と、その上に配置された正極活物質層とを有する。正極活物質層は、正極集電体の片面又は両面上に設けられる。本実施形態に係る正極活物質層は、正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を含む。後述のように、本実施形態では、蓄電素子組み立て工程において、負極にアルカリ金属イオンをプレドープすることが好ましく、そのプレドープ方法としては、アルカリ金属化合物を含む正極前駆体、負極、セパレータ、外装体、及び非水系電解液を用いて蓄電素子を組み立てた後に、正極前駆体と負極との間に電圧を印加することが好ましい。アルカリ金属化合物は、正極前駆体中にいかなる態様で含まれていてもよい。例えば、アルカリ金属化合物は、正極集電体と正極活物質層との間に存在してよく、正極活物質層の表面上に存在してよい。アルカリ金属化合物は正極前駆体の正極集電体上に形成された正極活物質層に含有されることが好ましい。
本明細書では、アルカリ金属ドープ工程前における正極を「正極前駆体」、アルカリ金属ドープ工程後における正極を「正極」と定義する。
【００１５】
［正極活物質層］
本実施形態に係る正極活物質層は、正極活物質とアルカリ金属化合物と水溶性高分子とを含む。正極活物質は炭素材料を含み、更にリチウム遷移金属酸化物を含んでいてもよい。正極活物質層は、これら以外に、必要に応じて、導電性フィラー、分散安定剤、ｐＨ調整剤等の任意成分を含んでいてもよい。
また、正極活物質層は、正極前駆体の正極活物質層中または正極活物質層の表面に、アルカリ金属化合物を含有することが好ましい。
【００１６】
［正極活物質］
正極活物質は、炭素材料を含むみ、リチウム遷移金属酸化物を含んでもよい。この炭素材料としては、カーボンナノチューブ、フラーレン、フラーレン誘導体、導電性高分子、又は多孔性の炭素材料を使用することが好ましく、より好ましくは活性炭である。正極活物質には１種類以上の炭素材料を混合して使用してもよい。
リチウム遷移金属酸化物としては、リチウムイオン電池で使用される既知の材料を使用することができる。正極活物質には１種類以上のリチウム遷移金属酸化物を混合して使用してもよい。
【００１７】
活性炭を正極活物質として用いる場合、活性炭の種類及びその原料には特に制限はないが、高い入出力特性と、高いエネルギー密度とを両立させるために、活性炭の細孔を最適に制御することが好ましい。具体的には、ＢＪＨ法により算出した直径２０Å以上５００Å以下の細孔に由来するメソ孔量をＶ１（ｃｃ／ｇ）、ＭＰ法により算出した直径２０Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をＶ２（ｃｃ／ｇ）とするとき、高い入出力特性のためには、０．３＜Ｖ１≦０．８、及び０．５≦Ｖ２≦１．０を満たし、かつ、ＢＥＴ法により測定される比表面積が１，５００ｍ２／ｇ以上３，０００ｍ２／ｇ以下である活性炭１が好ましい。
【００１８】
本実施形態における活物質のＢＥＴ比表面積及びメソ孔量、マイクロ孔量、平均細孔径は、それぞれ以下の方法によって求められる値である。試料を２００℃で一昼夜真空乾燥し、窒素を吸着質として吸脱着の等温線の測定を行なう。ここで得られる吸着側の等温線を用いて、ＢＥＴ比表面積はＢＥＴ多点法又はＢＥＴ１点法により、メソ孔量はＢＪＨ法により、マイクロ孔量はＭＰ法により、それぞれ算出される。
ＢＪＨ法は一般的にメソ孔の解析に用いられる計算方法で、Barrett, Joyner, Halendaらにより提唱されたものである（非特許文献１）。
また、ＭＰ法とは、「ｔ−プロット法」（非特許文献２）を利用して、マイクロ孔容積、マイクロ孔面積、及びマイクロ孔の分布を求める方法を意味し、R.S.Mikhail, Brunauer,Bodorらにより考案された方法である（非特許文献３）。
また、平均細孔径とは、液体窒素温度下で、各相対圧力下における窒素ガスの各平衡吸着量を測定して得られる、試料の質量あたりの全細孔容積を上記ＢＥＴ比表面積で除して求めたものを指す。
尚、上記のＶ１が上限値でＶ２が下限値である場合のほか、それぞれの上限値と下限値の組み合わせるは任意である。
以下、前記活性炭１について説明する。
【００１９】
（活性炭１）
活性炭１のメソ孔量Ｖ１は、正極材料を蓄電素子に組み込んだときの入出力特性を大きくする点で、０．３ｃｃ／ｇより大きい値であることが好ましい。Ｖ１は、正極の嵩密度の低下を抑える点から、０．８ｃｃ／ｇ以下であることが好ましい。Ｖ１は、より好ましくは０．３５ｃｃ／ｇ以上０．７ｃｃ／ｇ以下、更に好ましくは０．４ｃｃ／ｇ以上０．６ｃｃ／ｇ以下である。
活性炭１のマイクロ孔量Ｖ２は、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、０．５ｃｃ／ｇ以上であることが好ましい。Ｖ２は、活性炭の嵩を抑え、電極としての密度を増加させ、単位体積当たりの容量を増加させるという点から、１．０ｃｃ／ｇ以下であることが好ましい。Ｖ２は、より好ましくは０．６ｃｃ／ｇ以上１．０ｃｃ／ｇ以下、更に好ましくは０．８ｃｃ／ｇ以上１．０ｃｃ／ｇ以下である。
マイクロ孔量Ｖ２に対するメソ孔量Ｖ１の比（Ｖ１／Ｖ２）は、０．３≦Ｖ１／Ｖ２≦０．９の範囲であることが好ましい。すなわち、高容量を維持しながら出力特性の低下を抑えることができる程度に、マイクロ孔量に対するメソ孔量の割合を大きくするという点から、Ｖ１／Ｖ２が０．３以上であることが好ましい。一方で、高出力特性を維持しながら容量の低下を抑えることができる程度に、メソ孔量に対するマイクロ孔量の割合を大きくするという点から、Ｖ１／Ｖ２は０．９以下であることが好ましい。より好ましいＶ１／Ｖ２の範囲は０．４≦Ｖ１／Ｖ２≦０．７、更に好ましいＶ１／Ｖ２の範囲は０．５５≦Ｖ１／Ｖ２≦０．７である。
【００２０】
活性炭１の平均細孔径は、得られる蓄電素子の出力を最大にする点から、１７Å以上であることが好ましく、１８Å以上であることがより好ましく、２０Å以上であることが最も好ましい。また容量を最大にする点から、活性炭１の平均細孔径は２５Å以下であることが好ましい。
活性炭１のＢＥＴ比表面積は、１，５００ｍ２／ｇ以上３，０００ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、１，５００ｍ２／ｇ以上２，５００ｍ２／ｇ以下であることがより好ましい。ＢＥＴ比表面積が１，５００ｍ２／ｇ以上の場合には、良好なエネルギー密度が得られ易く、他方、ＢＥＴ比表面積が３，０００ｍ２／ｇ以下の場合には、電極の強度を保つために結着剤を多量に入れる必要がないので、電極体積当たりの性能が高くなる。
【００２１】
前記のような特徴を有する活性炭１は、例えば、以下に説明する原料及び処理方法を用いて得ることができる。
本実施形態では、活性炭１の原料として用いられる炭素源は、特に限定されるものではない。例えば、木材、木粉、ヤシ殻、パルプ製造時の副産物、バガス、廃糖蜜等の植物系原料；泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、石油蒸留残渣成分、石油ピッチ、コークス、コールタール等の化石系原料；フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂、セルロイド、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の各種合成樹脂；ポリブチレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン等の合成ゴム；その他の合成木材、合成パルプ等、及びこれらの炭化物が挙げられる。これらの原料の中でも、量産対応及びコストの観点から、ヤシ殻、木粉等の植物系原料、及びそれらの炭化物が好ましく、ヤシ殻炭化物が特に好ましい。
これらの原料を前記活性炭１とするための炭化及び賦活の方式としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の既知の方式を採用できる。
これらの原料の炭化方法としては、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、一酸化炭素、燃焼排ガス等の不活性ガス、又はこれらの不活性ガスを主成分とした他のガスとの混合ガスを使用して、４００〜７００℃（好ましくは４５０〜６００℃）程度において、３０分〜１０時間程度に亘って焼成する方法が挙げられる。
上記で説明された炭化方法により得られた炭化物の賦活方法としては、水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて焼成するガス賦活法が好ましく用いられる。これらのうち、賦活ガスとして、水蒸気又は二酸化炭素を使用する方法が好ましい。
この賦活方法では、賦活ガスを０．５〜３．０ｋｇ／ｈ（好ましくは０．７〜２．０ｋｇ／ｈ）の割合で供給しながら、得られた炭化物を３〜１２時間（好ましくは５〜１１時間、更に好ましくは６〜１０時間）掛けて８００〜１，０００℃まで昇温して賦活するのが好ましい。
更に、上記で説明された炭化物の賦活処理に先立ち、予め炭化物を１次賦活してもよい。この１次賦活では、通常、炭素材料を水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて、９００℃未満の温度で焼成してガス賦活する方法が、好ましく採用できる。
【００２２】
上記で説明された炭化方法における焼成温度及び焼成時間と、賦活方法における賦活ガス供給量、昇温速度及び最高賦活温度とを適宜組み合わせることにより、本実施形態において使用できる活性炭１を製造することができる。
活性炭１の平均粒子径は、２〜２０μｍであることが好ましい。平均粒子径が２μｍ以上であると、活物質層の密度が高いために電極体積当たりの容量が高くなる傾向がある。なお、平均粒子径が小さいと耐久性が低いという欠点を招来する場合があるが、平均粒子径が２μｍ以上であればそのような欠点が生じ難い。一方で、平均粒子径が２０μｍ以下であると、高速充放電には適合し易くなる傾向がある。活性炭１の平均粒子径は、より好ましくは２〜１５μｍであり、更に好ましくは３〜１０μｍである。
【００２３】
（活性炭の使用）
活性炭１は、それぞれ１種の活性炭であってもよいし、２種以上の活性炭の混合物であって前記した各々の特性値を混合物全体として示すものであってもよい。
正極活物質は、活性炭１以外の材料（例えば、上記で説明された特定のＶ１及び／若しくはＶ２を有さない活性炭、又は活性炭以外の材料（例えば、導電性高分子等））を含んでもよい。例示の態様において、活性炭１の含有量は好ましくは４０質量％以上９５質量％以下であり、更に好ましくは５０質量％以上９０質量％以下である。活性炭１の含有量が４０質量％以上であれば、プレドープ工程における正極活物質層中のアルカリ金属化合物の分解を促進させることができる。活性炭１の含有量が９５質量％以下であれば電極の剥離強度が高まり、プレドープ工程における正極活物質層の欠落を抑制することができる。
【００２４】
（アルカリ金属化合物）
本実施形態に係るアルカリ金属化合物としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、硫化リチウム、酸化リチウム及び水酸化リチウムが挙げられ、正極前駆体中で分解して陽イオンを放出し、負極で還元することでプレドープすることが可能である、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、及び炭酸セシウムから成る群から選択されるアルカリ金属炭酸塩の１種以上が好適に用いられ、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムが、より好適に用いられ、単位重量当たりの容量が高いという観点から炭酸リチウムが更に好適に用いられる。
正極前駆体中に含まれるアルカリ金属化合物は１種でもよく、２種以上のアルカリ金属化合物を含んでいてもよい。また、本実施形態に係る正極前駆体としては、少なくとも１種のアルカリ金属化合物を含んでいればよく、ＭをＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓから選ばれる１種以上として、Ｍ２Ｏ等の酸化物、ＭＯＨ等の水酸化物、ＭＦやＭＣｌ等のハロゲン化物、ＲＣＯＯＭ（式中、ＲはＨ、アルキル基、アリール基である。）等のカルボン酸塩を１種以上含んでいてもよい。また、本実施形態に係るアルカリ金属化合物は、ＢｅＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、及びＢａＣＯ３から成る群から選ばれるアルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、又はアルカリ土類金属カルボン酸塩を１種以上含んでいてもよい。
【００２５】
正極前駆体の正極活物質層に含まれるアルカリ金属化合物の質量割合Ａ３が、１０質量％以上５０質量％以下であるように正極前駆体を作製することが好ましい。Ａ３が１０質量％以上であれば負極に十分な量のアルカリ金属イオンをプレドープすることができ、非水系リチウム蓄電素子の容量が高まる。Ａ３が５０質量％以下であれば、正極前駆体中の電子伝導を高めることができるので、アルカリ金属化合物の分解を効率よく行うことができる。
正極前駆体が、アルカリ金属化合物の他に上記２種以上のアルカリ金属化合物、又はアルカリ土類金属化合物を含む場合は、アルカリ金属化合物及びアルカリ土類金属化合物の総量が、正極前駆体の片面当たり正極活物質層中に１０質量％以上５０質量％以下の割合であるように正極前駆体を作製することが好ましい。
【００２６】
（高負荷充放電特性）  非水系リチウム蓄電素子を充放電する際、電解液中のアルカリ金属イオン及びアニオンが充放電に伴って移動し、活物質と反応する。ここで、活物質へのイオンの挿入反応及び脱離反応の活性化エネルギーは、それぞれ異なる。そのため、特に充放電の負荷が大きい場合、イオンは充放電の変化に追従できず、活物質中に蓄積されてしまう。その結果、バルク電解液中の電解質濃度が下がるため、非水系リチウム蓄電素子の抵抗が上昇してしまう。
しかしながら、正極前駆体にアルカリ金属化合物を含有させると、該アルカリ金属化合物を酸化分解することにより、負極プレドープのためのアルカリ金属イオンが放出されるとともに、正極内部に電解液を保持できる良好な空孔が形成される。このような空孔を有する正極には、充放電中、活物質近傍に形成された空孔内の電解液からイオンが随時供給されるため、高負荷充放電サイクル特性が向上すると考えられる。
正極前駆体に含まれるアルカリ金属化合物は、非水系リチウム蓄電素子を形成したときに高電圧を印加することで酸化分解してアルカリ金属イオンを放出し、負極で還元することでプレドープが進行する。そのため、前記酸化反応を促進させることで前記プレドープ工程を短時間で行うことができる。前記酸化反応を促進させるためには、絶縁物であるアルカリ金属化合物を正極活物質と接触させて電子伝導を確保することと、反応して放出される陽イオンを電解液中に拡散させることが重要である。そのため、正極活物質表面を適度にアルカリ金属化合物が覆うことが重要である。
【００２７】
アルカリ金属化合物、及びアルカリ土類金属化合物の微粒子化には、様々な方法を用いることができる。例えば、ボールミル、ビーズミル、リングミル、ジェットミル、ロッドミル等の粉砕機を使用することができる。
上記アルカリ金属元素、及びアルカリ土類金属元素の定量は、ＩＣＰ−ＡＥＳ、原子吸光分析法、蛍光Ｘ線分析法、中性子放射化分析法、ＩＣＰ−ＭＳ等により算出できる。
本実施形態において、アルカリ金属化合物の平均粒子径は０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。平均粒子径が０．１μｍ以上であれば正極前駆体中での分散性に優れる。平均粒子径が１０μｍ以下であれば、アルカリ金属化合物の表面積が増えるために分解反応が効率よく進行する。
また、アルカリ金属化合物の平均粒子径が、上記で説明された炭素材料の平均粒子径より小さいことが好ましい。アルカリ金属化合物の平均粒子径が炭素材料の平均粒子径より小さければ、正極活物質層の電子伝導が高まるために、電極体又は蓄電素子の低抵抗化に寄与することができる。
正極前駆体中におけるアルカリ金属化合物の平均粒子径の測定方法については特に限定されないが、正極断面のＳＥＭ画像、及びＳＥＭ−ＥＤＸ画像から算出することができる。正極断面の形成方法については、正極上部からＡｒビームを照射し、試料直上に設置した遮蔽板の端部に沿って平滑な断面を作製するＢＩＢ加工を用いることができる。
【００２８】
［水溶性高分子］
本実施形態に係る正極活物質層は、結着剤として、水溶性高分子を含む。水溶性高分子としては、ポリアクリル酸誘導体、フッ素系アクリル樹脂、及びカルボキシメチルセルロースからなる群から選択される少なくとも一つが好ましい。また、水溶性高分子は、非水系リチウム蓄電素子を高電圧で使用する観点から、４．２０Ｖ以上の電圧に対して電気化学的に分解しないことが求められるため、４．２０Ｖ以上の耐電圧を有していることが好ましく、４．４０Ｖ以上の耐電圧を有していると更に好ましい。耐電圧が４．２０Ｖ以上であれば、電極内の水溶性高分子の分解が好適に抑制され、活物質を保持することができるため、電気伝導パスを崩さず、高いエネルギー密度と高い出力特性が発現される。上述した耐電圧は、ＬＳＶ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｓｗｅｅｐ  Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ）にて測定する。ＬＳＶは、電極の電位を特定の範囲で掃引させたときの、応答電流を測定する方法である。作用極に測定対象の結着剤を導電剤と混合した作製電極、対極と参照極にＬｉ金属を用いて、後述する標準電解液、セパレータを使用してセルを構成する。４５℃の環境下で、作用極に３．５０Ｖから５．５０Ｖまでの電圧を印加し、応答電流を計測する。結着剤は、ある電圧に達した時に分解し始め、その挙動が応答電流として計測される。すなわち、電流値が立ち上がるときの電圧が、その結着剤の耐電圧であると考えることができる。電流値の立ち上がりは、作用極の電極面積で生じる電流密度が５０μＡ／ｃｍ２に達した時点を指す。
【００２９】
水溶性高分子の使用量は、正極活物質１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上１５質量部以下であり、より好ましくは、２質量部以上１０質量部以下である。水溶性高分子の量が１質量部以上であれば、十分な電極強度が発現される。水溶性高分子の量が２０質量部以下であれば、正極活物質へのイオンの出入り及び拡散を阻害せず、高い出力特性が発現される。
本実施形態における水溶性高分子としては、ポリアクリル酸誘導体、フッ素系アクリル樹脂、及びカルボキシメチルセルロースからなる群から選択される少なくとも一つが好ましい。正極活物質層は、これらの他に、結着剤として、例えば、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミド、ラテックス、スチレン−ブタジエン共重合体、及びフッ素ゴム等をさらに含んでいてもよい。
【００３０】
（正極活物質層のその他の成分）
本実施形態における正極前駆体の正極活物質層には、正極活物質及びアルカリ金属化合物の他に、必要に応じて、導電性フィラー、分散安定剤、ｐＨ調整剤等の任意成分を含んでいてもよい。
前記導電性フィラーとしては、正極活物質よりも導電性の高い導電性炭素質材料を挙げることができる。このような導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、気相成長炭素繊維、黒鉛、鱗片状黒鉛、カーボンナノチューブ、グラフェン、これらの混合物等が好ましい。
正極前駆体の正極活物質層における導電性フィラーの混合量は、正極活物質１００質量部に対して、０〜２０質量部が好ましく、１〜１５質量部の範囲がより好ましい。導電性フィラーは高入力の観点からは混合する方が好ましい。しかしながら、混合量が２０質量部よりも多くなると、正極活物質層における正極活物質の含有割合が少なくなるために、正極活物質層体積当たりのエネルギー密度が低下するので好ましくない。
【００３１】
塗工液の溶媒に水を使用する場合には、アルカリ金属化合物を加えることで塗工液が塩基性になることもあるため、必要に応じてｐＨ調整剤を塗工液に添加してもよい。ｐＨ調整剤としては、特に制限されるものではないが、例えばフッ化水素、塩化水素、臭化水素等のハロゲン化水素、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸等のハロゲンオキソ酸、蟻酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸、乳酸、マレイン酸、フマル酸等のカルボン酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸等のスルホン酸、硝酸、硫酸、リン酸、ホウ酸、二酸化炭素等の酸を用いることができる。
【００３２】
［正極集電体］
本実施形態に係る正極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化が起こらない材料であれば特に制限はない。本実施形態に係る正極集電体としては、金属箔が好ましく、アルミニウム箔がより好ましい。
金属箔は、エンボス加工された箔や、貫通孔を有する箔を用いてもよいが、後述されるプレドープ処理の観点から凹凸又は貫通孔を持たない無孔状の金属箔が好ましい。
したがって、正極集電体として、無孔状のアルミ金属箔を使用すれば、プレドープ処理に適した正極前駆体、正極及び蓄電素子を提供できる。更に、無孔状のアルミ箔は、汎用品であるため部材コストが低減され、かつ、塗工安定性及びハンドリング性が高いため、プロセスコストも低減できる。
正極集電体の厚みは、正極の形状及び強度を十分に保持できれば特に制限はないが、例えば、１〜１００μｍが好ましい。
【００３３】
［正極集電体のＸＰＳ］
前記正極活物質層塗工部の正極集電体表面のＸ線光電子分光測定（ＸＰＳ）で得られるＡｌ２ｐスペクトルにおいて、７３．１ｅＶ〜７５ｅＶのピーク面積に基づいて得られた相対元素濃度をＡｌｍ、、７１．０ｅＶ〜７３．０ｅＶのピーク面積に基づいて得られた相対元素濃度をＡｌｏｘ、、Ｏ１ｓスペクトルにおいて、５２５．０ｅＶ〜５３５．０ｅＶのピーク面積に基づいて得られた相対元素濃度をＯとしたとき、Ａｌｏｘ／Ａｌｍが２．６以上８．０以下であり、かつＯ／Ａｌｍが７．０以上１５．０以下であることが好ましい。より好ましくはＡｌｏｘ／Ａｌｍが３．０以上６．０以下であり、かつＯ／Ａｌｍが８．０以上１３．０以下である。
Ａｌｏｘ／Ａｌｍ、Ｏ／Ａｌｍが前記範囲にあることで好適に結着力を向上させることができ、かつ電子伝導性を確保することができる。詳細な原理は明らかではないが、アルカリ金属化合物と水溶性高分子を含む塗工液を集電体に塗布する工程において、集電体表面に形成された被膜が化学反応により分解されることに起因すると考えられる。
【００３４】
［正極前駆体の電極膨潤率］
本実施形態に係る正極前駆体の電極膨潤率は、０．９５以上１．１０以下である。この電極膨潤率が０．９５以上であれば、正極活物質の欠落を抑制することができ、ロバスト性の高い電極を提供することができる。他方、この電極膨潤率が１．１０以下であれば、電解液浸漬時の電極膨潤を抑制することができる。すなわち、蓄電素子体積の縮小化が可能となり、エネルギー密度が増加する。
上述したエネルギー密度の増加は、蓄電素子の外装体の違いによって考え方が異なる。
ラミネート型蓄電素子の場合、従来の正極前駆体では、電解液浸漬時の電極膨潤により、外装体が膨らむことで体積が増加する課題がある。また、缶型蓄電素子においては、電解液浸漬時の電極膨潤により、外装体の変形量がラミネート型に比べて少ないため、蓄電素子内のセパレータに過剰圧力がかかり、微短絡率が高まる恐れがある。このため、缶型蓄電素子においては、電解液膨潤による電極の体積増加を加味した上で、蓄電素子に内包される電極面積を低減させなければならないことが課題である。
本実施形態に係る正極前駆体を使用すれば、電解液による電極の体積変化が少なく、上述した課題を解決することができるため、エネルギー密度が増加する。
更に、電解液による電極の体積変化は、正極活物質間の電気伝導にも影響する。電極の体積変化が大きい場合、活物質間の電気伝導ネットワークが切断され、容量低下が引き起こされる。他方、電極の体積変化が小さい場合、活物質間の電気伝導ネットワークは保持され、容量低下を抑制できる。
【００３５】
［電極膨潤率の測定方法］
正極前駆体を２５℃の標準電解液に２４時間浸漬させる。ここで、浸漬前の正極前駆体の全厚をｔ１とし、浸漬後の正極前駆体の全厚をｔ２をしたとき、電極膨潤率は以下の（ａ）式で算出される。
電極膨潤率  ＝  ｔ２／ｔ１      （ａ）
上述した標準電解液は、下記のようにして調製する。
エチレンカーボネート（ＥＣ）：エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）＝３３：６７（体積比）の混合溶媒を用い、ＬｉＰＦ６の濃度が１．２ｍｏｌ／Ｌとなるように電解質塩を溶解して標準電解液とする。
【００３６】
［正極前駆体の製造］
本実施形態において、非水系リチウム蓄電素子の正極となる正極前駆体は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等における電極の製造技術によって製造することが可能である。まず、炭素材料を含む正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を混錬し塗工液を作製する。例えば、正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子、並びに必要に応じて使用されるその他の任意成分を、水又は有機溶剤中に分散又は溶解してスラリー状の塗工液を調製することができる。次に、この塗工液を正極集電体上の片面又は両面に塗布して塗膜を形成する。これを、任意の温度乾燥することにより正極前駆体を得ることが出来る。乾燥は、任意の温度で行うことができ、例えば、一次乾燥工程と二次乾燥工程とを含むことが好ましい。得られた正極前駆体にプレスを施して、正極活物質層の膜厚又は嵩密度を調整してもよい。
【００３７】
代替的には、溶剤を使用せずに、正極活物質、アルカリ金属化合物及び水溶性高分子、並びに必要に応じて使用されるその他の任意成分を乾式で混合し、混合物を得る。得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて正極集電体に貼り付ける方法、又は得られた混合物を正極集電体上に加熱プレスして正極活物質層を形成する方法も挙げられる。
【００３８】
正極前駆体の塗工液の調製は、正極活物質を含む各種材料粉末の一部若しくは全部をドライブレンドし、次いで水又は有機溶媒、及び／又はそれらに結着剤、分散安定剤若しくはｐＨ調整剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質を追加して調製してもよい。また、水又は有機溶媒に結着剤、分散安定剤若しくはｐＨ調整剤が溶解又は分散した液状又はスラリー状の物質の中に、正極活物質を含む各種材料粉末を追加して調製してもよい。ドライブレンド法として、例えばボールミル等を使用して正極活物質及びアルカリ金属化合物、並びに必要に応じて導電性フィラーを予備混合して、導電性の低いアルカリ金属化合物に導電材をコーティングさせる予備混合をしてもよい。これにより、後述のプレドープ工程において正極前駆体でアルカリ金属化合物が分解し易くなる。
正極前駆体の塗工液の調製は特に制限されるものではないが、好適にはホモディスパーや多軸分散機、プラネタリーミキサー、薄膜旋回型高速ミキサー等の分散機等を用いることが出来る。良好な分散状態の塗工液を得るためには、塗工液を周速１ｍ／ｓ以上５０ｍ／ｓ以下で分散することが好ましい。周速１ｍ／ｓ以上であれば、各種材料が良好に溶解又は分散するため好ましい。また、周速５０ｍ／ｓ以下であれば、分散による熱又はせん断力により各種材料が破壊されることなく、再凝集が生じることがないため好ましい。
【００３９】
塗工液の分散度は、粒ゲージで測定した粒度が０．１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。分散度の上限としては、より好ましくは粒度が８０μｍ以下、さらに好ましくは粒度が５０μｍ以下である。粒度が０．１μｍ未満では、正極活物質を含む各種材料粉末の粒径以下のサイズとなり、塗工液作製時に材料を破砕していることになり好ましくない。また、粒度が１００μｍ以下であれば、塗工液吐出時の詰まり又は塗膜のスジ発生等なく安定に塗工ができる。
正極前駆体の塗工液の粘度（ηｂ）は、１，０００ｍＰａ・ｓ以上２０，０００ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、より好ましくは１，５００ｍＰａ・ｓ以上１０，０００ｍＰａ・ｓ以下、さらに好ましくは１，７００ｍＰａ・ｓ以上５，０００ｍＰａ・ｓ以下である。粘度（ηｂ）が１，０００ｍＰａ・ｓ以上であれば、塗膜形成時の液ダレが抑制され、塗膜幅及び厚みが良好に制御できる。また、粘度が２０，０００ｍＰａ・ｓ以下であれば、塗工機を用いた際の塗工液の流路における圧力損失が少なく安定に塗工でき、また所望の塗膜厚み以下に制御できる。
また、塗工液のＴＩ値（チクソトロピーインデックス値）は、１．１以上が好ましく、より好ましくは１．２以上、さらに好ましくは１．５以上である。ＴＩ値が１．１以上であれば、塗膜幅及び厚みが良好に制御できる。
【００４０】
正極前駆体の塗膜の形成手段は、特に制限されるものではないが、好適にはダイコーター又はコンマコーター、ナイフコーター、グラビア塗工機等の塗工機を用いることができる。塗膜は単層塗工で形成してもよいし、多層塗工して形成してもよい。多層塗工の場合には、塗膜各層内のアルカリ金属化合物の含有量が異なるように塗工液組成を調整してもよい。正極活物質層の塗布の形態は、多条塗布であってもよいし、間欠塗布であってもよいし、多条間欠塗布であってもよい。「多条塗布」とは、集電体の送り方向（機械方向）に沿って、ストライプ状に正極活物質層を塗布することをいう。「間欠塗布」とは、集電体の送り方向に沿って、塗工部と未塗工部を交互に設けることをいう。「多条間欠塗布」とは、多条塗布と間欠塗布との組み合わせをいう。また、塗工の順序は、正極集電体の片面に塗工、乾燥し、その後もう一方の面に塗工及び乾燥する逐次塗工であってもよく、正極集電体の両面に同時に塗工液を塗工及び乾燥する両面同時塗工であってもよい。両面同時塗工の場合、表面と裏面との炭素材料、アルカリ金属化合物のそれぞれの比率は１０％以下であることが好ましい。例えば、正極集電体の表面の炭素材料の質量比Ａ１（表）と裏面のＡ１（裏）の比Ａ１（表）／Ａ１（裏）が０．９以上１．１以下である。また、正極集電体の表面と裏面の正極活物質層の厚みの比は１０％以下であることが好ましい。表面と裏面の質量比、及び膜厚比が１．０に近いほど、一方の面に充放電の負荷が集中することないために高負荷充放電サイクル特性が向上する。
【００４１】
また、正極活物質層のＴＤ方向において、中央部より端部を薄くすることが好ましい。後述する電極体を形成する際、端子部に近い部分では応力がかかるために正極活物質層が欠落し易い。そのため、端部の正極活物質層を薄くすることで応力を緩和し、正極活物質層の欠落を抑制することができる。端部を薄膜化する範囲については、正極活物質層のＴＤ方向に沿って、正極活物質層の最長線分の端部から中央側に１０％までの範囲内における正極活物質層の厚みが、正極活物質層の最長線分の中点における正極活物質層の厚みの９０％以上１００％未満であることがより好ましい。
塗工速度は０．１ｍ／分以上１００ｍ／分以下であることが好ましく、より好ましくは０．５ｍ／分以上７０ｍ／分以下、さらに好ましくは１ｍ／分以上５０ｍ／分以下である。塗工速度が０．１ｍ／分以上であれば、安定に塗工できる。他方、塗工速度が１００ｍ／分以下であれば、塗工精度を十分に確保できる。
【００４２】
（一次乾燥）
正極前駆体の塗膜の一次乾燥（予乾燥）は、４５℃〜１２０℃の温度で、好ましくは熱風乾燥、赤外線（ＩＲ）乾燥等の乾燥方法を用いて、より好ましくは遠赤外線、近赤外線、又は５０℃以上の熱風で行なわれる。塗膜の一次乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、徐々に又は多段的に温度を変えて乾燥させてもよい。また、複数の乾燥方法を組み合わせて乾燥させてもよい。乾燥温度は、５０℃以上１１０℃以下であることが好ましく、より好ましくは５５℃以上１０５℃以下、さらに好ましくは６０℃以上１００℃以下である。乾燥温度が４５℃以上であれば、塗膜中の溶媒を十分に揮発させることが出来る。他方、乾燥温度が１２０℃以下であれば、急激な溶媒の揮発による塗膜のヒビ割れ又はマイグレーションによる結着剤の偏在、正極集電体又は正極活物質層の酸化を抑制できる。
一次乾燥後の正極前駆体に含まれる水分は、正極活物質層の質量を１００％として１％以上１０％以下であることが好ましい。水分が１％以上であれば、過剰な乾燥による正極前駆体のひび割れを抑え、低抵抗化できる。水分が１０％以下であれば、非水系リチウム蓄電素子におけるアルカリ金属イオンの失活を抑え、高エネルギー密度化できる。
正極前駆体に含まれる水分は、例えばカールフィッシャー滴定法（ＪＩＳ  ００６８（２００１）「化学製品の水分測定方法」）により測定することができる。
【００４３】
（プレス）
正極前駆体のプレスには、好適には油圧プレス機、真空プレス機等のプレス機を用いることができる。正極活物質層の膜厚、嵩密度及び電極強度は、後述するプレス圧力、プレスロール間の隙間、プレス部の表面温度により調整できる。プレス圧力は、好ましくは線圧５００ｋｇｆ／ｃｍ２〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ２、より好ましくは５５０ｋｇｆ／ｃｍ２〜９５０ｋｇｆ／ｃｍ２、更に好ましくは６００ｋｇｆ／ｃｍ２〜９００ｋｇｆ／ｃｍ２である。プレス圧力が線圧５００ｋｇｆ／ｃｍ２以上であれば、電極強度を十分に高くできる。他方、プレス圧力が線圧１０００ｋｇｆ／ｃｍ２以下であれば、正極前駆体に撓み又はシワが生じることがなく、所望の正極活物質層膜厚又は嵩密度に調整できる。また、プレスロール同士の隙間は所望の正極活物質層の膜厚又は嵩密度となるように乾燥後の正極前駆体膜厚に応じて任意の値を設定できる。さらに、プレス速度は正極前駆体に撓み又はシワが生じない任意の速度に設定できる。また、プレス部の表面温度は室温でもよいし、必要により加熱してもよい。
加熱する場合のプレス部の表面温度の下限は、結着剤の融点マイナス６０℃以上が好ましく、より好ましくは結着剤の融点マイナス４５℃以上、さらに好ましくは結着剤の融点マイナス３０℃以上である。他方、加熱する場合のプレス部の表面温度の上限は、使用する結着剤の融点プラス５０℃以下が好ましく、より好ましくは結着剤融点プラス３０℃以下、さらに好ましくは結着剤の融点プラス２０℃以下である。例えば、結着剤にＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン：融点１５０℃）を用いた場合、９０℃以上２００℃以下に加温することが好ましく、より好ましく１０５℃以上１８０℃以下、さらに好ましくは１２０℃以上１７０℃以下に加熱することである。結着剤の融点は、ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ、示差走査熱量分析）の吸熱ピーク位置で求めることができる。例えば、パーキンエルマー社製の示差走査熱量計「ＤＳＣ７」を用いて、試料樹脂１０ｍｇを測定セルにセットし、窒素ガス雰囲気中で、温度３０℃から１０℃／分の昇温速度で２５０℃まで昇温したときに、昇温過程における吸熱ピーク温度が融点となる。
また、プレス圧力、隙間、速度、プレス部の表面温度の条件を変えながら複数回プレスを実施してもよい。
【００４４】
（二次乾燥）
正極前駆体の塗膜の二次乾燥（本乾燥）は、１２０℃より高く１５０℃以下の温度で、好ましくは真空乾燥、熱風乾燥、赤外線（ＩＲ）乾燥等の乾燥方法を用いて行われる。塗膜の乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、多段的に温度を変えて乾燥させてもよい。また、複数の乾燥方法を組み合わせて乾燥させてもよい。二次乾燥の温度は、好ましくは１２２℃以上１４８℃以下、より好ましくは１２５℃以上１４５℃以下、更に好ましくは１３０℃以上１４０℃以下である。二次乾燥の目的は、一次乾燥で飛びきらずに残存した分散媒や、吸湿した大気中の水分を乾燥させること（本乾燥）である。乾燥後の正極前駆体に含まれる水分は、正極活物質層の質量を１００％として０．０１％以上１％以下であることが好ましい。水分が０．０１％以上であれば、過剰な乾燥による結着剤の劣化を抑え、低抵抗化できる。水分が１％以下であれば、非水系リチウム蓄電素子におけるアルカリ金属イオンの失活を抑え、高容量化できる。二次乾燥後は、露点−３０℃以下の環境に保管することが好ましい。
【００４５】
（一次及び二次乾燥及びプレスの工程順序）
正極前駆体の製造方法においては、好ましくは、一次乾燥、プレス、二次乾燥］の順序で実施することであり、一次乾燥後は、結着剤が分散媒を十分に含むため柔軟性が高く、プレスによる結着剤の構造破壊を抑制し、高出力化が可能となる。
更に好ましくは、一次乾燥（４５℃〜１２０℃）、二次乾燥（１２０℃より高く１５０℃以下）、及びプレスの順序で実施することであり、プレスを最後にすることで二次乾燥による正極前駆体の膜厚増加を抑制し、高エネルギー密度化が可能となる。重ねてプレス条件の最適化により、結着剤の構造破壊も抑制され高出力化もされる。
また、正極前駆体の剥離強度低下とひび割れが生じない条件であれば、一次乾燥の条件（４５℃〜１２０℃）で本乾燥まで行い、二次乾燥（１２０℃より高く１５０℃以下）を行わないこともできる。
【００４６】
（プレス及びスリットの工程順序）
正極前駆体を多条塗布した場合には、プレスの前にスリットすることが好ましい。多条塗布された正極前駆体をスリットせずにプレスした場合、正極活物質層が塗布されていない集電体部分に応力が掛かり、皺ができてしまう。また、プレス後に再度、正極前駆体をスリットすることもできる。
【００４７】
［嵩密度］
本実施形態に係る正極活物質層の嵩密度は、０．５ｇ／ｃｃ以上、０．７ｇ／ｃｃ以下である。この嵩密度が０．５ｇ／ｃｃ以上であれば、正極活物質層を構成する部材間を密接に保つことができ、正極活物質層の結着力を発現しやすくなり、各工程中及び蓄電素子として動作しているときの正極活物質の欠落を抑制できる。かつ、蓄電素子の体積を縮小することができるため、エネルギー密度の向上にもつながる。他方、この嵩密度が０．７ｇ／ｃｃ以下であれば、正極活物質内の空孔における電解液の拡散が十分となり、高い出力特性が得られる。
【００４８】
［正極活物質層の厚み］
本実施形態に係る正極活物質層の厚みは、正極集電体の片面当たり１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。正極活物質層の厚さは、より好ましくは片面当たり２０μｍ以上１００μｍ以下であり、更に好ましくは３０μｍ以上８０μｍ以下である。この厚さが１０μｍ以上であれば、十分な充放電容量を発現することができる。他方、この厚さが２００μｍ以下であれば、電極内のイオン拡散抵抗を低く維持することができる。そのため、十分な出力特性が得られるとともに、セル体積を縮小することができ、従ってエネルギー密度を高めることができる。なお、集電体が貫通孔又は凹凸を有する場合における正極活物質層の厚さとは、集電体の貫通孔又は凹凸を有していない部分の片面当たりの厚さの平均値をいう。
【００４９】
本実施形態に係る電極体は、上記で説明された正極前駆体と、所望により、後述される負極とを含む。
【００５０】
本発明における分散度は、ＪＩＳ  Ｋ５６００に規定された粒ゲージによる分散度評価試験により求められる値である。すなわち、粒のサイズに応じた所望の深さの溝を有する粒ゲージに対して、溝の深い方の先端に十分な量の試料を流し込み、溝から僅かに溢れさせる。次いで、スクレーパーの長辺がゲージの幅方向と平行になり、粒ゲージの溝の深い先端に刃先が接触するように置き、スクレーパーをゲージの表面になるように保持しながら、溝の長辺方向に対して直角に、ゲージの表面を均等な速度で、溝の深さ０まで１〜２秒間掛けて引き、引き終わってから３秒以内に２０°以上３０°以下の角度で光を当てて観察し、粒ゲージの溝に粒が現れる深さを読み取る。
本発明における粘度（ηｂ）及びＴＩ値は、それぞれ以下の方法により求められる値である。まず、Ｅ型粘度計を用いて温度２５℃、ずり速度２ｓ−１の条件で２分以上測定した後の安定した粘度（ηａ）を取得する。次いで、ずり速度を２０ｓ−１に変更した他は上記と同様の条件で測定した粘度（ηｂ）を取得する。上記で得た粘度の値を用いてＴＩ値はＴＩ値＝ηａ／ηｂの式により算出される。ずり速度を２ｓ−１から２０ｓ−１へ上昇させる際は、１段階で上昇させてもよいし、上記の範囲で多段的にずり速度を上昇させ、適宜そのずり速度における粘度を取得しながら上昇させてもよい。
【００５１】
＜負極＞
［負極活物質層］
負極は、負極集電体と、その片面又は両面に存在する負極活物質層とを有する。負極活物質層は、アルカリ金属イオンを吸蔵・放出できる負極活物質を含み、これ以外に、必要に応じて、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでよい。
【００５２】
［負極活物質］
負極活物質は、アルカリ金属イオンを吸蔵・放出可能な物質を用いることができる。具体的には、炭素材料、チタン酸化物、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素合金、ケイ素化合物、錫及び錫化合物等が例示される。好ましくは負極活物質の総量に対する炭素材料の含有率が５０質量％以上であり、より好ましくは７０質量％以上である。炭素材料の含有率が１００質量％であることもできるが、他の材料の併用による効果を良好に得る観点から、例えば、９０質量％以下であることが好ましく、８０質量％以下でもよい。炭素材料の含有率の範囲の上限と下限は、任意に組み合わせることができる。
炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素材料；易黒鉛化性炭素材料；カーボンブラック；カーボンナノ粒子；活性炭；人造黒鉛；天然黒鉛；黒鉛化メソフェーズカーボン小球体；黒鉛ウイスカ；ポリアセン系物質等のアモルファス炭素質材料；石油系のピッチ、石炭系のピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、合成樹脂（例えばフェノール樹脂等）等の炭素前駆体を熱処理して得られる炭素質材料；フルフリルアルコール樹脂又はノボラック樹脂の熱分解物；フラーレン；カーボンナノフォーン；及びこれらの複合炭素材料を挙げることができる。
【００５３】
複合炭素材料のＢＥＴ比表面積は、１００ｍ２／ｇ以上３５０ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、より好ましくは１５０ｍ２／ｇ以上３００ｍ２／ｇ以下である。ＢＥＴ比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であれば、アルカリ金属イオンのプレドープ量を十分大きくできるため、負極活物質層を薄膜化することができる。また、ＢＥＴ比表面積が３５０ｍ２／ｇ以下であれば、負極活物質層の塗工性に優れる。
複合炭素材料は、リチウム金属を対極に用いて、測定温度２５℃において、電流値０．５ｍＡ／ｃｍ２で電圧値が０．０１Ｖになるまで定電流充電を行った後、電流値が０．０１ｍＡ／ｃｍ２になるまで定電圧充電を行った時の初回の充電容量が、前記複合炭素材料単位質量当たり３００ｍＡｈ／ｇ以上１，６００ｍＡｈ／ｇ以下であることが好ましく、より好ましくは、４００ｍＡｈ／ｇ以上１，５００ｍＡｈ／ｇ以下であり、更に好ましくは、５００ｍＡｈ／ｇ以上１，４５０ｍＡｈ／ｇ以下である。初回の充電容量が３００ｍＡｈ／ｇ以上であれば、アルカリ金属イオンのプレドープ量を十分大きくできるため、負極活物質層を薄膜化した場合であっても、高い出力特性を有することができる。また、初回の充電容量が１，６００ｍＡｈ／ｇ以下であれば、前記複合炭素材料にアルカリ金属イオンをドープ・脱ドープさせる際の前記複合炭素材料の膨潤・収縮が小さくなり、負極の強度が保たれる。
【００５４】
上述した負極活物質は、良好な内部抵抗値を得る観点から、下記の条件（１）及び（２）を満たす複合多孔質材料であることが特に好ましい。
（１）前述のＢＪＨ法で算出されたメソ孔量（直径が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である細孔の量）Ｖｍ１（ｃｃ／ｇ）が、０．０１≦Ｖｍ１＜０．１０の条件を満たす。
（２）前述のＭＰ法で算出されたマイクロ孔量（直径が２ｎｍ未満である細孔の量）Ｖｍ２（ｃｃ／ｇ）が、０．０１≦Ｖｍ２＜０．３０の条件を満たす。
【００５５】
負極活物質は粒子状であることが好ましい。
前記ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素合金及びケイ素化合物、並びに錫及び錫化合物の粒子径は、０．１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。この粒子径が０．１μｍ以上であれば、電解液との接触面積が増えるために非水系リチウム蓄電素子の抵抗を下げることができる。また、この粒子径が３０μｍ以下であれば、充放電に伴う負極へのアルカリ金属イオンのドープ・脱ドープに起因する負極の膨潤・収縮が小さくなり、負極の強度が保たれる。
前記ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素合金及びケイ素化合物、並びに錫及び錫化合物は、分級機内臓のジェットミル、撹拌型ボールミル等を用いて粉砕することにより、微粒子化することができる。粉砕機は遠心力分級機を備えており、窒素、アルゴン等の不活性ガス環境下で粉砕された微粒子はサイクロン又は集塵機で捕集することができる。
負極前駆体の負極活物質層における負極活物質の含有割合は、負極活物質層の全質量を位基準として、７０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましい。
【００５６】
（負極活物質層のその他の成分）
本実施形態に係る負極活物質層は、必要に応じて、負極活物質の他に、結着剤、導電性フィラー、分散安定剤等の任意成分を含んでよい。
結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素ゴム、ラテックス、アクリル重合体、ポリアクリル酸等を使用することができる。負極活物質層における結着剤の使用量は、負極活物質１００質量部に対して、３〜２５質量部が好ましく、５〜２０質量部の範囲が更に好ましい。結着剤の量が３質量部未満の場合、負極（前駆体）における集電体と負極活物質層との間に十分な密着性を確保することができず、集電体と活物質層間との界面抵抗が上昇する。一方、結着剤の量が２５質量部より大きい場合には、負極（前駆体）の活物質表面を結着剤が過剰に覆ってしまい、活物質細孔内のイオンの拡散抵抗が上昇する。
上記導電性フィラーは、負極活物質よりも導電性の高い導電性炭素質材料から成ることが好ましい。このような導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、気相成長炭素繊維、黒鉛、カーボンナノチューブ、これらの混合物等が好ましい。
負極活物質層における導電性フィラーの混合量は、負極活物質１００質量部に対して、２０質量部以下が好ましく、１〜１５質量部の範囲がより好ましい。導電性フィラーは高入力の観点からは負極活物質層に混合した方が好ましいが、混合量が２０質量部よりも多くなると、負極活物質層における負極活物質の含有量が少なくなるために、体積当たりのエネルギー密度が低下するので好ましくない。
【００５７】
［負極集電体］
本実施形態に係る負極集電体を構成する材料としては、電子伝導性が高く、電解液への溶出及び電解質又はイオンとの反応等による劣化が起こらない金属箔であることが好ましい。このような金属箔としては、特に制限はなく、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス鋼箔等が挙げられる。本実施形態に係る非水系リチウム蓄電素子における負極集電体としては、銅箔が好ましい。金属箔は凹凸又は貫通孔を持たない通常の金属箔でもよいし、エンボス加工、ケミカルエッチング、電解析出法、ブラスト加工等を施した凹凸を有する金属箔でもよいし、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔等の貫通孔を有する金属箔でもよい。
負極集電体の厚みは、負極の形状及び強度を十分に保持できれば特に制限はないが、例えば、１〜１００μｍである。
【００５８】
［負極の製造］
負極は、負極集電体の片面上又は両面上に負極活物質層を有して成る。典型的な態様において負極活物質層は負極集電体に固着している。
負極は、既知のリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等における電極の製造技術によって製造することが可能である。例えば、負極活物質を含む各種材料を水又は有機溶剤中に分散又は溶解してスラリー状の塗工液を調製し、この塗工液を負極集電体上の片面又は両面に塗工して塗膜を形成し、これを一次乾燥することにより負極を得ることができる。負極活物質層重量に対する残存溶媒量は１００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍが好ましい。さらに得られた負極にプレスを施して、負極活物質層の膜厚又は嵩密度を調整してもよい。重ねて二次乾燥を施して、残溶媒を１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの範囲まで低減させるとより好ましい。
負極活物質層の厚さは、好ましくは片面当たり１０μｍ以上７０μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以上６０μｍ以下である。この厚さが１０μｍ以上であれば、良好な充放電容量を発現することができる。他方、この厚さが７０μｍ以下であれば、セル体積を縮小することができるから、エネルギー密度を高めることができる。集電体に孔がある場合には、負極の活物質層の厚さとは、それぞれ、集電体の孔を有していない部分の片面当たりの厚さの平均値をいう。
【００５９】
［負極の工程順序］
前述した負極の製造は、好ましくは、一次乾燥、プレス、及び二次乾燥の順序で実施することであり、一次乾燥後は、結着剤が分散媒を十分に含むため柔軟性が高く、プレスによる結着剤の構造破壊を抑制し、高出力化が可能となる。
更に好ましくは、一次乾燥、二次乾燥、及びプレスの順序で実施することであり、プレスを最後にすることで二次乾燥による負極の膜厚増加を抑制し、高エネルギー密度化が可能となる。重ねてプレス条件の最適化により、結着剤の構造破壊も抑制され高出力化もされる。
また、負極の剥離強度低下とひび割れが生じない条件であれば、一次乾燥の条件で本乾燥まで行い、二次乾燥を行わないこともできる。
【００６０】
＜セパレータ＞
正極前駆体及び負極は、セパレータを介して積層又は捲回され、正極前駆体、負極及びセパレータを有する電極積層体が形成される。
セパレータとしては、リチウムイオン二次電池に用いられるポリエチレン製の微多孔膜若しくはポリプロピレン製の微多孔膜、又は電気二重層キャパシタで用いられるセルロース製の不織紙等を用いることができる。これらのセパレータの片面または両面に、有機または無機の微粒子からなる膜が積層されていてもよい。また、セパレータの内部に有機または無機の微粒子が含まれていてもよい。
セパレータの厚みは５μｍ以上３５μｍ以下が好ましい。５μｍ以上の厚みとすることにより、内部のマイクロショートによる自己放電が小さくなる傾向があるため好ましい。他方、３５μｍ以下の厚みとすることにより、蓄電素子の出力特性が高くなる傾向があるため好ましい。
また、有機または無機の微粒子からなる膜の厚みは、１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。１μｍ以上の厚みとすることにより、内部のマイクロショートによる自己放電が小さくなる傾向があるため好ましい。他方、１０μｍ以下の厚みとすることにより、蓄電素子の出力特性が高くなる傾向があるため好ましい。
【００６１】
＜外装体＞
外装体としては、金属缶、ラミネートフィルム等を使用できる。金属缶としては、アルミニウム製のものが好ましい。金属缶は、例えば、角形、丸型、円筒型などの形態でよい。ラミネートフィルムとしては、金属箔と樹脂フィルムとを積層したフィルムが好ましく、外層樹脂フィルム／金属箔／内装樹脂フィルムから成る３層構成のものが例示される。外層樹脂フィルムは、接触等により金属箔が損傷を受けることを防止するためのものであり、ナイロン又はポリエステル等の樹脂が好適に使用できる。金属箔は水分及びガスの透過を防ぐためのものであり、銅、アルミニウム、ステンレス等の箔が好適に使用できる。また、内装樹脂フィルムは、内部に収納する電解液から金属箔を保護するとともに、外装体のヒートシール時に溶融封口させるためのものであり、ポリオレフィン、酸変性ポリオレフィン等が好適に使用できる。
【００６２】
＜電解液＞
本実施形態における電解液は非水系電解液である。すなわち、この電解液は、非水溶媒を含む。非水系電解液は、非水系電解液の総量を基準として、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上のアルカリ金属塩を含有する。すなわち、非水系電解液は、アルカリ金属塩を電解質として含む。非水系電解液に含まれる非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等に代表される環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等に代表される鎖状カーボネートが挙げられる。８５℃以上の環境下での抵抗上昇を抑制するという観点から、結着剤に対するハンセン溶解度パラメータＲＥＤ値が１より大きい電解液組成とすることが好ましい。
上記のような非水溶媒に溶解するアルカリ金属イオンを含む電解質塩としては、例えば、ＭをＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ又はＣｓとして、ＭＦＳＩ、ＭＢＦ４、ＭＰＦ６、ＭＣｌＯ４等を用いることができる。高温環境下での抵抗上昇を抑制するという観点から、ＭＦＳＩ、またはＭＢＦ４、またはＭＣｌＯ４またはこれらの混合電解質塩が好適に用いることができる。
本実施形態における非水系電解液には少なくとも１種以上のアルカリ金属イオンを含有していればよく、２種以上のアルカリ金属塩を含有していてもよいし、アルカリ金属塩及びベリリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩から選ばれるアルカリ土類金属塩を含有していてもよい。非水系電解液中に２種以上のアルカリ金属塩を含有する場合、ストークス半径の異なる陽イオンが非水電解液中に存在することで低温下での粘度上昇を抑制することができるため、非水系リチウム蓄電素子の低温特性が向上する。非水電解液中に上記アルカリ金属イオン以外のアルカリ土類金属イオンを含有する場合、ベリリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオンが２価の陽イオンであるために非水系リチウム蓄電素子を高容量化することができる。
【００６３】
上記２種以上のアルカリ金属塩を非水系電解液中に含有させる方法、又はアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を非水系電解液中に含有させる方法は特に限定されないが、非水系電解液中に予め２種以上のアルカリ金属イオンからなるアルカリ金属塩を溶解することもできるし、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を溶解することもできる。また、正極前駆体中に、下記式におけるＭをＮａ、Ｋ、Ｒｂ、及びＣｓから選ばれる１種以上として、
Ｍ２ＣＯ３等の炭酸塩、
Ｍ２Ｏ等の酸化物、
ＭＯＨ等の水酸化物、
ＭＦやＭＣｌ等のハロゲン化物、
ＲＣＯＯＭ（式中、ＲはＨ、アルキル基、又はアリール基である）等のカルボン酸塩、及び／又は
ＢｅＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、又はＢａＣＯ３から選ばれるアルカリ土類金属炭酸塩、並びにアルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、及びアルカリ土類金属カルボン酸塩を１種以上含有させ、後述のプレドープ工程にて分解する方法等が挙げられる。
電解液における電解質塩濃度は、０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌの範囲が好ましい。０．５ｍｏｌ／Ｌ以上の電解質塩濃度では、アニオンが十分に存在し、非水系リチウム蓄電素子の容量が維持される。一方で、２．０ｍｏｌ／Ｌ以下の電解質塩濃度では、塩が電解液中で十分に溶解し、電解液の適切な粘度及び伝導度が保たれる。
非水系電解液中に２種以上のアルカリ金属塩を含有する場合、又はアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を含有する場合、これらの塩濃度の合計値が０．５ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌの範囲であることがより好ましい。
【００６４】
＜非水系リチウム蓄電素子の製造方法＞
［組立工程  電極体の作製］
一実施形態の組立工程では、例えば、枚葉の形状にカットした正極前駆体及び負極を、セパレータを介して積層して成る積層体に、正極端子及び負極端子を接続して、電極積層体を作製する。別の実施形態では、正極前駆体及び負極を、セパレータを介して積層及び捲回した捲回体に正極端子及び負極端子を接続して、電極捲回体を作製してもよい。電極捲回体の形状は円筒型であっても、扁平型であってもよい。
正極端子及び負極端子の接続の方法は特に限定されないが、抵抗溶接、超音波溶接などの方法を用いることができる。
端子を接続した電極体（電極積層体、又は電極捲回体）を乾燥することで残存溶媒を除去することが好ましい。乾燥方法は限定されないが、真空乾燥などにより乾燥することができる。別の実施形態では、残存溶媒を乾燥させた正極前駆体及び負極を、セパレータを介して積層、または捲回した電極体を作製し、正極端子及び負極端子を溶接してもよい。
乾燥した電極体は、好ましくは露点−４０℃以下のドライ環境下にて、金属缶又はラミネートフィルムに代表される外装体の中に収納し、非水系電解液を注液するための開口部を１方だけ残して封止することが好ましい。露点が−４０℃より高いと、電極体に水分が付着してしまい、系内に水が残存し、自己放電特性を悪化させるため好ましくない。外装体の封止方法は特に限定されないが、ヒートシール、インパルスシールなどの方法を用いることができる。
【００６５】
［注液、含浸、封止工程］
以下の注液、含浸、封止、アルカリ金属ドープ工程、エージング工程及びガス抜き工程は、一つの蓄電素子に対して実施しても良いし、蓄電素子を複数直列又は並列に接続した蓄電モジュールに対して実施してもよい。
組立工程後に、外装体の中に収納された電極体に、非水系電解液を注液する。注液後に、更に含浸を行い、正極、負極、及びセパレータを非水系電解液で十分に浸すことが望ましい。正極、負極、及びセパレータのうちの少なくとも一部に電解液が浸っていない状態では、後述するアルカリ金属ドープ工程において、アルカリ金属ドープが不均一に進むため、得られる非水系リチウム蓄電素子の抵抗が上昇したり、耐久性が低下したりする。含浸の方法としては、特に制限されないが、例えば、注液後の電極体を、外装体が開口した状態で、減圧チャンバーに設置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を減圧状態にし、再度大気圧に戻す方法等を用いることができる。含浸後に、外装体が開口した状態の電極体を減圧しながら封止することで密閉することができる。
【００６６】
［アルカリ金属ドープ工程］
アルカリ金属ドープ工程では、正極前駆体と負極との間に電圧を印加して、正極前駆体中のアルカリ金属化合物を分解してアルカリ金属イオンを放出し、負極でアルカリ金属イオンを還元することにより負極活物質層にアルカリ金属イオンをプレドープすることが好ましい。
アルカリ金属ドープ工程において、正極前駆体中のアルカリ金属化合物の酸化分解に伴い、ＣＯ２等のガスが発生する。そのため、電圧を印加する際には、発生したガスを外装体の外部に放出する手段を講ずることが好ましい。この手段としては、例えば、外装体の一部を開口させた状態で電圧を印加する方法；外装体の一部に予めガス抜き弁、ガス透過フィルム等の適宜のガス放出手段を設置した状態で電圧を印加する方法；等を挙げることができる。
【００６７】
［エージング工程］
アルカリ金属ドープ工程後に、電極体にエージングを行うことが好ましい。エージング工程では、電解液中の溶媒が負極で分解し、負極表面にアルカリ金属イオン透過性の固体高分子被膜が形成される。
エージングの方法としては、特に制限されないが、例えば２５℃〜１００℃の温度、一つの蓄電素子当たり２．０Ｖ〜４．５Ｖの電圧で保存、またはフロート、または充放電サイクル、またはこれらの組み合わせの工程で電解液中の溶媒を反応させる方法等を用いることができる。
【００６８】
［ガス抜き工程］
エージング工程後に、更にガス抜きを行い、電解液、正極、及び負極中に残存しているガスを確実に除去することが好ましい。電解液、正極、及び負極の少なくとも一部にガスが残存している状態では、イオン伝導が阻害されるため、得られる非水系リチウム蓄電素子の抵抗が上昇してしまう。
ガス抜きの方法としては、特に制限されないが、例えば、外装体を開口した状態で電極積層体を減圧チャンバーに設置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を減圧状態にする方法等を用いることができる。ガス抜き後、外装体をシールすることにより外装体を密閉し、非水系リチウム蓄電素子を作製することができる。
【００６９】
＜非水系リチウム蓄電素子の特性評価＞
［静電容量］
本明細書では、容量Ｑ（Ａｈ）とは、以下の方法によって得られる値である。
先ず、非水系リチウム蓄電素子と対応するセルを２５℃に設定した恒温槽内で、２Ｃの電流値で４．０Ｖに到達するまで定電流充電を行い、続いて４．０Ｖの定電圧をセルに印加する定電圧充電を合計で３０分行う。その後、２．０Ｖまで２Ｃの電流値で定電流放電をセルに施した際の容量をＱ（Ａｈ）とする。
ここで電流の放電レート（「Ｃレート」とも呼ばれる）とは、放電容量に対する放電時の電流の相対的な比率であり、一般に、上限電圧から下限電圧まで定電流放電を行う際、１時間で放電が完了する電流値のことを１Ｃという。本明細書では、上限電圧４．０Ｖから下限電圧２．０Ｖまで定電流放電を行う際に１時間で放電が完了する電流値のことを１Ｃとする。
【００７０】
［内部抵抗］
本明細書では、内部抵抗Ｒａ（Ω）とは、以下の方法によって得られる値である：
先ず、非水系リチウム蓄電素子を２５℃に設定した恒温槽内で、２０Ｃの電流値で４．０Ｖに到達するまで定電流充電し、続いて４．０Ｖの定電圧を印加する定電圧充電を合計で３０分間行う。続いて、サンプリング間隔を０．０５秒とし、２０Ｃの電流値で２．０Ｖまで定電流放電を行って、放電カーブ（時間−電圧）を得る。この放電カーブにおいて、放電時間１秒及び２秒の時点における電圧値から、直線近似にて外挿して得られる放電時間＝０秒における電圧をＥｏとしたときに、降下電圧ΔＥ＝４．０−ＥｏからＲａ＝ΔＥ／（２０Ｃの電流値）として算出される値である。
【００７１】
＜正極活物質層中の炭素材料、アルカリ金属化合物の定量＞
正極活物質層中に含まれる炭素材料の質量割合Ａ１、アルカリ金属化合物の質量割合Ａ２の定量の方法は特に限定されないが、例えば下記の方法により定量することができる。
測定する正極前駆体の面積は特に制限されないが、測定のばらつきを軽減するという観点から５ｃｍ２以上２００ｃｍ２以下であることが好ましく、より好ましくは２５ｃｍ２以上１５０ｃｍ２以下である。面積が５ｃｍ２以上あれば測定の再現性が確保される。面積が２００ｃｍ２以下であればサンプルの取扱い性に優れる。
まず、正極前駆体を上記面積に切断し、真空乾燥する。真空乾燥の条件としては、例えば、温度：２５〜２００℃、圧力：０〜１０ｋＰａ、時間：５〜２０時間の範囲で正極前駆体中の残存水分量が１質量％以下になる条件が好ましい。水分の残存量については、カールフィッシャー法により定量することができる。
真空乾燥後に得られた正極前駆体について、重量（Ｍ０）を測定する。続いて、正極前駆体の重量の１００〜１５０倍の蒸留水に３日間以上浸漬させ、アルカリ金属化合物を水中に溶出させる。浸漬の間、蒸留水が揮発しないよう容器に蓋をすることが好ましい。３日間以上浸漬させた後、蒸留水から正極前駆体を取り出し、上記と同様に真空乾燥する。得られた正極前駆体の重量（Ｍ１）を測定する。続いて、スパチュラ、ブラシ、刷毛等を用いて正極集電体の片面、または両面に塗布された正極活物質層を取り除く。残った正極集電体の重量（Ｍ２）を測定し、以下の（１）式でアルカリ金属化合物の質量割合Ａ２を算出する。
Ａ２＝（Ｍ０−Ｍ１）／（Ｍ０−Ｍ２）×１００    （１）式
続いて、Ａ１を算出するため、上記アルカリ金属化合物を取り除いて得られた正極活物質層について、以下の条件にてＴＧ曲線を測定する。
・試料パン：白金
・ガス：大気雰囲気下、又は圧縮空気
・昇温速度：０．５℃／ｍｉｎ以下
・温度範囲：２５℃〜５００℃
【００７２】
また、正極活物質層における炭素材料の含有量Ａ１は以下の（３）式で算出できる。
Ａ１＝｛１−（Ｍ０−Ｍ１）／（Ｍ０−Ｍ２）｝×１００    （３）式
なお、複数のアルカリ金属化合物が正極活物質層に含まれる場合；アルカリ金属化合物の他に、下記式におけるＭをＮａ、Ｋ、Ｒｂ、及びＣｓから選ばれる１種以上として、Ｍ２Ｏ等の酸化物、ＭＯＨ等の水酸化物、ＭＦやＭＣｌ等のハロゲン化物、Ｍ２（ＣＯ２）２等の蓚酸塩、ＲＣＯＯＭ（式中、ＲはＨ、アルキル基、又はアリール基である）等のカルボン酸塩を含む場合；並びに正極活物質層が、ＢｅＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、及びＢａＣＯ３から選ばれるアルカリ土類金属炭酸塩、又はアルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属シュウ酸塩、若しくはアルカリ土類金属カルボン酸塩を含む場合には、これらの総量をアルカリ金属化合物量として算出する。
正極活物質層中に導電材、結着剤、増粘剤等が含まれる場合、炭素材料とこれらの材料の合計量をＡ１として算出する。
【００７３】
＜Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ）＞
ＸＰＳにより電子状態を解析することによりアルカリ金属化合物の結合状態を判別することができる。測定条件の例として、Ｘ線源を単色化ＡｌＫα、Ｘ線ビーム径を１００μｍφ（２５Ｗ、１５ｋＶ）、パスエネルギーをナロースキャン：５８．７０ｅＶ、帯電中和を有り、スイープ数をナロースキャン：１０回（炭素、酸素）２０回（フッ素）３０回（リン）４０回（リチウム元素）５０回（ケイ素）、エネルギーステップをナロースキャン：０．２５ｅＶの条件にて測定できる。ＸＰＳの測定前に正極の表面をスパッタリングにてクリーニングすることが好ましい。スパッタリングの条件として例えば、加速電圧１．０ｋＶ、２ｍｍ×２ｍｍの範囲を１分間（ＳｉＯ２換算で１．２５ｎｍ／ｍｉｎ）の条件にて正極の表面をクリーニングすることができる。
得られたＸＰＳスペクトルについて、
Ｌｉ１ｓの結合エネルギー５０〜５４ｅＶのピークをＬｉＯ２またはＬｉ−Ｃ結合；
５５〜６０ｅＶのピークをＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、ＬｉｘＰＯｙＦｚ（式中、ｘ、ｙ、及びｚは、それぞれ１〜６の整数である）；
Ｃ１ｓの結合エネルギー２８５ｅＶのピークをＣ−Ｃ結合、２８６ｅＶのピークをＣ−Ｏ結合、２８８ｅＶのピークをＣＯＯ、２９０〜２９２ｅＶのピークをＣＯ３２−、Ｃ−Ｆ結合；
Ｏ１ｓの結合エネルギー５２７〜５３０ｅＶのピークをＯ２−（Ｌｉ２Ｏ）、５３１〜５３２ｅＶのピークをＣＯ、ＣＯ３、ＯＨ、ＰＯｘ（式中、ｘは１〜４の整数である）、ＳｉＯｘ（式中、ｘは１〜４の整数である）、５３３ｅＶのピークをＣ−Ｏ、ＳｉＯｘ（式中、ｘは１〜４の整数である）；
Ｆ１ｓの結合エネルギー６８５ｅＶのピークをＬｉＦ、６８７ｅＶのピークをＣ−Ｆ結合、ＬｉｘＰＯｙＦｚ（式中、ｘ、ｙ、及びｚは、それぞれ１〜６の整数である）、ＰＦ６−；
Ｐ２ｐの結合エネルギーについて、１３３ｅＶのピークをＰＯｘ（式中、ｘは１〜４の整数である）、１３４〜１３６ｅＶのピークをＰＦｘ（式中、ｘは１〜６の整数である）；
Ｓｉ２ｐの結合エネルギー９９ｅＶのピークをＳｉ、シリサイド、１０１〜１０７ｅＶのピークをＳｉｘＯｙ（式中、ｘ、及びｙは、それぞれ任意の整数である）
として帰属することができる。
得られたスペクトルについて、ピークが重なる場合には、ガウス関数又はローレンツ関数を仮定してピーク分離し、スペクトルを帰属することが好ましい。得られた電子状態の測定結果及び存在元素比の結果から、存在するアルカリ金属化合物を同定することができる。
【００７４】
＜電極中のアルカリ金属の同定方法＞
正極中に含まれるアルカリ金属化合物の同定方法は特に限定されないが、例えば下記の方法により同定することができる。アルカリ金属化合物の同定には、以下に記載する複数の解析手法を組み合わせて同定することが好ましい。
解析手法にてアルカリ金属化合物を同定できなかった場合、その他の解析手法として、７Ｌｉ−固体ＮＭＲ、ＸＲＤ（Ｘ線回折）、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ（飛行時間型二次イオン質量分析）、ＡＥＳ（オージェ電子分光）、ＴＰＤ／ＭＳ（加熱発生ガス質量分析）、ＤＳＣ（示差走査熱量分析）等を用いることにより、アルカリ金属化合物を同定することもできる。
【００７５】
＜顕微ラマン分光＞
アルカリ金属炭酸塩及び正極活物質は、観察倍率を１０００倍〜４０００倍にして測定した正極前駆体表面の炭酸イオンのラマンイメージングにより判別できる。測定条件の例として、励起光を５３２ｎｍ、励起光強度を１％、対物レンズの長作動を５０倍、回折格子を１８００ｇｒ／ｍｍ、マッピング方式を点走査（スリット６５ｍｍ、ビニング５ｐｉｘ）、１ｍｍステップ、１点当たりの露光時間を３秒、積算回数を１回、ノイズフィルター有りの条件にて測定することができる。測定したラマンスペクトルについて、１０７１〜１１０４ｃｍ−１の範囲で直線のベースラインを設定し、ベースラインより正の値を炭酸イオンのピークとして面積を算出し、頻度を積算するが、この時にノイズ成分をガウス型関数で近似した炭酸イオンピーク面積に対する頻度を炭酸イオンの頻度分布から差し引く。
【００７６】
＜イオンクロマトグラフィー＞
正極前駆体を蒸留水で洗浄し、洗浄した後の水をイオンクロマトグラフィーで解析することにより、水中に溶出した炭酸イオンを同定することができる。使用するカラムとしては、イオン交換型、イオン排除型、及び逆相イオン対型を使用することができる。検出器としては、電気伝導度検出器、紫外可視吸光光度検出器、電気化学検出器等を使用することができ、検出器の前にサプレッサーを設置するサプレッサー方式、またはサプレッサーを配置せずに電気伝導度の低い溶液を溶離液に用いるノンサプレッサー方式を用いることができる。また、質量分析計又は荷電化粒子検出器を検出器として組み合わせて、測定を行なうこともできる。
サンプルの保持時間は、使用するカラム、溶離液等の条件が決まれば、イオン種成分毎に一定であり、またピークのレスポンスの大きさはイオン種毎に異なるが、イオン種の濃度に比例する。トレーサビリティーが確保された既知濃度の標準液を予め測定しておくことでイオン種成分の定性と定量が可能となる。
【００７７】
＜アルカリ金属元素の定量方法  ＩＣＰ−ＭＳ＞
測定試料について、濃硝酸、濃塩酸、王水等の強酸を用いて酸分解し、得られた溶液を２％〜３％の酸濃度になるように純水で希釈する。酸分解については、試料を適宜加熱、加圧することもできる。得られた希釈液をＩＣＰ−ＭＳにより解析するが、この際に内部標準として既知量の元素を加えておくことが好ましい。測定対象のアルカリ金属元素が測定上限濃度以上になる場合には、希釈液の酸濃度を維持したまま更に希釈することが好ましい。得られた測定結果に対し、化学分析用の標準液を用いて予め作成した検量線に基づいて、各元素を定量することができる。
【００７８】
＜非水系リチウム蓄電素子の用途＞
本実施形態に係る複数個の非水系リチウム蓄電素子を直列又は並列に接続することにより蓄電モジュールを作製することができる。また、本実施形態の非水系リチウム蓄電素子及び蓄電モジュールは、高い入出力特性と高温での安全性とを両立することができるので、電力回生アシストシステム、電力負荷平準化システム、無停電電源システム、非接触給電システム、エナジーハーベストシステム、蓄電システム、電動パワーステアリングシステム、非常用電源システム、インホイールモーターシステム、アイドリングストップシステム、急速充電システム、スマートグリッドシステム等に使用されることができる。
蓄電システムは太陽光発電又は風力発電等の自然発電に、電力負荷平準化システムはマイクログリッド等に、無停電電源システムは工場の生産設備等に、それぞれ好適に利用される。非接触給電システムにおいて、非水系リチウム蓄電素子は、マイクロ波送電又は電界共鳴等の電圧変動の平準化及びエネルギーの蓄電のために、エナジーハーベストシステムにおいて、非水系リチウム蓄電素子は、振動発電等で発電した電力を使用するために、それぞれ好適に利用される。
【００７９】
蓄電システムにおいては、セルスタックとして、複数個の非水系リチウム蓄電素子が直列又は並列に接続されるか、又は非水系リチウム蓄電素子と、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池又は燃料電池とが直列又は並列に接続される。
また、本実施形態に係る非水系リチウム蓄電素子は、高い入出力特性と高温での安全性とを両立することができるので、例えば、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、電動バイク等の乗り物に搭載されることができる。上記で説明された電力回生アシストシステム、電動パワーステアリングシステム、非常用電源システム、インホイールモーターシステム、アイドリングストップシステム、又はこれらの組み合わせが、乗り物に好適に搭載される。
【実施例】
【００８０】
以下、実施例及び比較例を示して本発明の実施形態を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例及び比較例により何ら限定されるものではない。
【００８１】
＜実施例１＞
＜正極活物質の調製＞
［調製例１ａ］
破砕されたヤシ殻炭化物を小型炭化炉内へ入れ、窒素雰囲気下、５００℃で３時間炭化処理して炭化物を得た。得られた炭化物を賦活炉内へ入れ、予熱炉で加温した水蒸気を１ｋｇ／ｈで賦活炉内へ導入し、９００℃まで８時間かけて昇温して賦活した。賦活後の炭化物を取り出し、窒素雰囲気下で冷却して、賦活された活性炭を得た。得られた賦活された活性炭を１０時間通水洗浄した後に水切りし、１１５℃に保持された電気乾燥機内で１０時間乾燥した後に、ボールミルで１時間粉砕を行うことにより、活性炭１を得た。
島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ｊ）を用いて、活性炭１の平均粒子径を測定した結果、５．５μｍであった。また、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置（ＡＵＴＯＳＯＲＢ−１  ＡＳ−１−ＭＰ）を用いて、活性炭１の細孔分布を測定した。その結果、ＢＥＴ比表面積が２３６０ｍ２／ｇ、メソ孔量（Ｖ１）が０．５２ｃｃ／ｇ、マイクロ孔量（Ｖ２）が０．８８ｃｃ／ｇ、Ｖ１／Ｖ２＝０．５９であった。
【００８２】
＜正極前駆体の製造＞
活性炭１を正極活物質として用いて正極前駆体を製造した。
活性炭１を６６．４質量部、炭酸リチウムを２６．９質量部、ケッチェンブラックを５．５質量部、フッ素系アクリル樹脂を０．６質量部、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）を０．６質量部、並びに固形分の質量割合が２５．０％になるように蒸留水を混合し、その混合物をＰＲＩＭＩＸ社製の薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス（登録商標）」を用いて、周速２０ｍ／ｓの条件で３分間分散して正極塗工液１を得た。
得られた正極塗工液１の粘度（ηｂ）及びＴＩ値を東機産業社のＥ型粘度計ＴＶＥ−３５Ｈを用いて測定した。その結果、粘度（ηｂ）は２，１００ｍＰａ・ｓ、ＴＩ値は２．２であった。
東レエンジニアリング社製の両面ダイコーターを用いて、厚さ１５μｍのアルミニウム箔の両面に正極塗工液１を塗工速度１ｍ／ｓの条件で塗工し、乾燥炉の温度を５０℃、７０℃、９０℃、１１０℃の順番に調整し、その後ＩＲヒーターで乾燥して正極前駆体１を得た。得られた正極前駆体１を、ロールプレス機を用いて圧力６ｋＮ／ｃｍ、プレス部の表面温度２５℃の条件でプレスした。正極前駆体１の全厚（ｔ１）を、小野計器社製膜厚計Ｌｉｎｅａｒ  Ｇａｕｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ＧＳ−５５１を用いて、正極前駆体１の任意の１０か所で測定した。得られた測定結果より、正極前駆体１の正極活物質層の片面あたりの膜厚は６５μｍであった。
【００８３】
＜正極前駆体の嵩密度測定＞
得られた正極前駆体を８０ｍｍ×８０ｍｍに打ち抜き、ＭＸ−５０（エー・アンド・デイ製）にて、１７０℃の温度で表面５ｍｉｎ、裏面５ｍｉｎ、ＩＲ乾燥をした。乾燥後、ストップウォッチをスタートして、１０秒後の重量ｗ１（ｇ）を電子天秤によって測定した。用いた電子天秤は、ＨＲ−２００（エー・アンド・デイ）であった。次に、集電体の重量ｗ２（ｇ）を電子天秤で測定し、下記式より正極活物質層の目付を算出した。
正極活物質層目付（ｇ／ｍ２）＝（ｗ１−ｗ２）／（６４×０．０００１）
得られた目付を下記式より、正極活物質層の膜厚で除して、嵩密度を得たところ、０．７０ｇ／ｃｃであった。
嵩密度（ｇ／ｃｃ）＝正極活物質層目付（ｇ／ｍ２）／正極活物質層の膜厚（μｍ）
【００８４】
＜電極膨潤率の測定＞
正極前駆体をステンレス製の容器に入れ、２５℃のＡｒボックス内にて、２５℃の標準電解液に浸漬させて蓋をした。そのまま２４時間放置後、正極前駆体を取り出し、上述した方法で全厚を再度測定した（ｔ２）。得られた全厚を用いて、電極膨潤率を（ａ）式により算出したところ、０．９６であった。
電極膨潤率  ＝  ｔ２／ｔ１      （ａ）
上述した標準電解液は、下記のようにして調製した。
エチレンカーボネート（ＥＣ）：エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）＝３３：６７（体積比）の混合溶媒を用い、ＬｉＰＦ６の濃度が１．２ｍｏｌ／Ｌとなるように電解質塩を溶解して標準電解液とした。
【００８５】
＜結着剤の耐電圧測定＞
作用極にフッ素系アクリル樹脂と導電剤が７：３になるように混合した作製電極、対極と参照極にＬｉ金属を用いて、標準電解液、微多孔膜セパレータを使用してセルを構成した。４５℃に制御された恒温槽内で、１時間放置した後、作用極に３．５Ｖから５．５Ｖまで、掃引速度２ｍＶ／ｓｅｃで電圧を印加し、応答電流を計測したところ、４．５３Ｖで電流密度が、５０μＡ／ｃｍ２に達した。したがって、耐電圧は４．５３Ｖであった。
【００８６】
＜正極集電体表面のＸＰＳ解析＞
得られた正極試料の活物質層を、蒸留水を含ませた麺棒で擦り取り、集電体Ａｌを蒸留水に浸漬洗浄した。浸漬洗浄の際には蒸留水を２回入れ替えた。この試料から５ｍｍ×５ｍｍ四方の小片を切り出してＸＰＳ測定を行った。ＸＰＳの測定条件は以下に示すとおりである。
（ＸＰＳ測定条件）
使用機器：アルバックファイ    ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅII
励起源：ｍｏｎｏ．ＡｌＫα  ２０ｋｖ×５ｍＡ
分析サイズ：１００μｍ×１．４ｍｍ
光電子取り込み角：４５度（分光器の軸と試料面が垂直）
取り込み領域：
Ｓｕｒｖｅｙ  ｓｃａｎ：０〜１１００ｅＶ
Ｎａｒｒｏｗ  ｓｃａｎ：Ａｌ２ｐ、Ｆ１ｓ、Ｏ１ｓ，Ｎ１ｓ、Ｃ１ｓ、Ｌｉ１ｓ
Ｐａｓｓ  Ｅｎｅｒｇｙ：
Ｓｕｒｖｅｙ  ｓｃａｎ：１１７．４ｅＶ
Ｎａｒｒｏｗ  ｓｃａｎ：４６．９５ｅＶ
上記測定でＡｌ２ｐ、Ｏ１ｓ、Ｃ１ｓ、Ｆ１ｓ，Ｎ１ｓ，Ｌｉ１ｓについてのスペクトルを取得し、それらのピーク面積を用いて、前記相対元素濃度Ａｏｘ、Ａｍ、、Ｏをそれぞれ算出したところ、Ａｌｏｘ／Ａｌｍ＝２．８、Ｏ／Ａｌｍ＝７．０であった。
【００８７】
＜負極の製造＞
平均粒子径４．５μｍの人造黒鉛を８４質量部、アセチレンブラックを１０質量部、及びポリアクリル酸ナトリウムを５質量部、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）を１質量部、並びに固形分の質量割合が３９．０％になるように蒸留水を混合し、その混合物をＰＲＩＭＩＸ社製の薄膜旋回型高速ミキサー「フィルミックス（登録商標）」を用いて、周速１７ｍ／ｓの条件で分散して負極塗工液を得た。
得られた負極塗工液の粘度（ηｂ）及びＴＩ値を東機産業社のＥ型粘度計ＴＶＥ−３５Ｈを用いて測定した。その結果、粘度（ηｂ）は２，１００ｍＰａ・ｓ、ＴＩ値は５．１であった。
東レエンジニアリング社製のダイコーターを用いて厚さ１０μｍの電解銅箔の両面に負極塗工液を塗工速度１ｍ／ｓの条件で塗工し、乾燥温度７０℃で乾燥して負極１を得た。ロールプレス機を用いて圧力５ｋＮ／ｃｍ、プレス部の表面温度２５℃の条件でプレスした。プレスされた負極１の全厚を、小野計器社製膜厚計Ｌｉｎｅａｒ  Ｇａｕｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ＧＳ−５５１を用いて、負極１の任意の１０か所で測定した。得られた測定結果より、負極１の負極活物質層の膜厚は片面あたり３０μｍであった。
【００８８】
＜電解液の調製＞
有機溶媒として、エチレンカーボネート（ＥＣ）：エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）＝３３：６７（体積比）の混合溶媒を用い、ＬｉＰＦ６が、１．２ｍｏｌ／Ｌの濃度となるように電解質塩を溶解して非水系電解液１を得た。
【００８９】
＜非水系リチウム蓄電素子の作製＞
得られた正極前駆体１を、正極活物質層が１０．０ｃｍ×１０．０ｃｍ（１００ｃｍ２）の大きさになるように２０枚切り出した。続いて負極１を、負極活物質層が１０．１ｃｍ×１０．１ｃｍ（１０２ｃｍ２）の大きさになるよう２１枚切り出した。また、１０．３ｃｍ×１０．３ｃｍ（１０６ｃｍ２）の紙製のセパレータ（厚み２０μｍ）を４０枚用意した。これらについて、負極１を最外層に配置し、正極前駆体１、セパレータ、負極１、セパレータ、の順に、セパレータを挟んで正極活物質層と負極活物質層とが対向するよう積層し、電極体を得た。得られた電極体に正極端子及び負極端子を超音波溶接し、アルミラミネート包材で形成された容器に入れ、電極端子部を含む３辺をヒートシールによりシールした。
アルミラミネート包材の中に収納された電極体に、大気圧下、温度２５℃、露点−４０℃以下のドライエアー環境下にて、非水系電解液１を約７５ｇ注入した。続いて、電極積層体及び非水系電解液を収納しているアルミラミネート包材を減圧チャンバーの中に入れ、大気圧から−８７ｋＰａまで減圧した後、大気圧に戻し、５分間静置した。その後、チャンバー内の包材を大気圧から−８７ｋＰａまで減圧した後、大気圧に戻す工程を４回繰り返した後、１５分間静置した。さらに、チャンバー内の包材を大気圧から−９１ｋＰａまで減圧した後、大気圧に戻した。同様に包材を減圧し、大気圧に戻す工程を合計７回繰り返した（大気圧から、それぞれ−９５，−９６，−９７，−８１，−９７，−９７，−９７ｋＰａまで減圧した）。以上の工程により、非水系電解液１を電極積層体に含浸させた。
その後、非水系電解液１を含浸させた電極積層体を減圧シール機に入れ、−９５ｋＰａに減圧した状態で、１８０℃で１０秒間、０．１ＭＰａの圧力でシールすることによりアルミラミネート包材を封止した。
【００９０】
［アルカリ金属ドープ工程］
封止後に得られた電極体を、温度４０℃、露点−４０℃以下のドライボックス内に入れた。アルミラミネート包材の余剰部を切断して開封し、電流値５００ｍＡで電圧４．５Ｖに到達するまで定電流充電を行った後、続けて４．５Ｖ定電圧充電を１０時間継続する手法により初期充電を行い、負極にアルカリ金属ドープを行った。アルカリ金属ドープ終了後、富士インパルス社製のヒートシール機（ＦＡ−３００）を用いてアルミラミネートを封止した。
［エージング工程］
アルカリ金属ドープ後の電極体をドライボックスから取り出し、２５℃環境下、１００ｍＡで電圧３．８Ｖに到達するまで定電流放電を行った後、３．８Ｖでの定電流放電を１時間行うことにより、電圧を３．８Ｖに調整した。続いて、電極体を６０℃の恒温槽に４８時間保管した。
［ガス抜き工程］
エージング後の電極体を、温度２５℃、露点−４０℃のドライエアー環境下でアルミラミネート包材の一部を開封した。続いて、減圧チャンバーの中に電極体を入れ、ダイヤフラムポンプを用いて大気圧から−８０ｋＰａまで３分間かけて減圧した後、３分間かけて大気圧に戻す工程を合計３回繰り返した。その後、減圧シール機に電極体を入れ、−９０ｋＰａに減圧した後、２００℃で１０秒間、０．１ＭＰａの圧力でシールすることによりアルミラミネート包材を封止し、非水系リチウム蓄電素子を作製した。
［微短絡検査工程］
以上の工程により非水系リチウム蓄電素子を１０個作製し、上述の微短絡検査試験を行ったところ、微短絡数は０個であった。
【００９１】
＜剥離強度の測定＞
正極前駆体１を幅２５ｍｍ、長さ１２０ｍｍ（１００ｍｍが正極活物質層、残りの２０ｍｍは正極活物質層が塗布されていない未塗工部である。）に切り取り、幅２４ｍｍのセロテープ（登録商標）（ニチバン製  ＣＴ４０５ＡＰ−２４）を１００ｍｍの長さに切り取り、正極活物質層に貼り付けた。テンシロン（株式会社エーアンドデイ製  ＳＴＢ−１２２５Ｓ）を用い、下部クリップジョウ側に正極集電体の未塗工部、上部クリップジョウ側にセロテープ（登録商標）の端部を挟み、以下の条件で剥離強度を測定した。セロテープ（登録商標）を正極活物質層に貼り付けてから、３分以内に剥離強度の測定を開始した。
・環境温度：２５℃
・サンプル幅：２５ｍｍ
・ストローク：１００ｍｍ
・速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ
・データ取得：２５〜６５ｍｍの積分平均荷重
測定を合計３個のサンプルで行い、その平均値は０．０３０Ｎ／ｃｍであった。
【００９２】
＜非水系リチウム蓄電素子の評価＞
［容量Ｑの測定］
得られた非水系リチウム蓄電素子の内の１個について、２５℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス福島株式会社製の充放電装置（５Ｖ，３６０Ａ）を用い、上述の方法により容量Ｑを測定したところ、容量は９１０ｍＡｈであった。
［内部抵抗Ｒａの測定］
非水系リチウム蓄電素子について、２５℃に設定した恒温槽内で、富士通テレコムネットワークス福島株式会社製の充放電装置（５Ｖ，３６０Ａ）を用いて、上述の方法により内部抵抗Ｒａを算出したところ、０．７８ｍΩであった。
【００９３】
＜実施例２＞
活性炭１を６４．３質量部、炭酸リチウムを２６．０質量部、ケッチェンブラックを５．３質量部、フッ素系アクリル樹脂を２．２質量部、ＣＭＣを２．２質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例３＞
活性炭１を６２．１質量部、炭酸リチウムを２５．２質量部、ケッチェンブラックを５．２質量部、フッ素系アクリル樹脂を５．４質量部、ＣＭＣを２．１質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例４＞
活性炭１を５５．９質量部、炭酸リチウムを２３．５質量部、ケッチェンブラックを４．８質量部、フッ素系アクリル樹脂を１２．８質量部、ＣＭＣを３．０質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例５＞
活性炭１を６６．４質量部、炭酸リチウムを２６．９質量部、ケッチェンブラックを５．５質量部、フッ素系アクリル樹脂を０．６質量部、ＣＭＣを０．６質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例６＞
活性炭１を６４．３質量部、炭酸リチウムを２６．０質量部、ケッチェンブラックを５．３質量部、フッ素系アクリル樹脂を２．２質量部、ＣＭＣを２．２質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例７＞
活性炭１を６２．１質量部、炭酸リチウムを２５．２質量部、ケッチェンブラックを５．２質量部、フッ素系アクリル樹脂を５．４質量部、ＣＭＣを２．１質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例８＞
活性炭１を５５．９質量部、炭酸リチウムを２３．５質量部、ケッチェンブラックを４．８質量部、フッ素系アクリル樹脂を１２．８質量部、ＣＭＣを３．０質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例９＞
活性炭１を６６．４質量部、炭酸リチウムを２６．９質量部、ケッチェンブラックを５．５質量部、ポリアクリル酸誘導体を０．６質量部、ＣＭＣを０．６質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例１０＞
活性炭１を６４．３質量部、炭酸リチウムを２６．０質量部、ケッチェンブラックを５．３質量部、ポリアクリル酸誘導体を２．２質量部、ＣＭＣを２．２質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例１１＞
活性炭１を６２．１質量部、炭酸リチウムを２５．２質量部、ケッチェンブラックを５．２質量部、ポリアクリル酸誘導体を５．４質量部、ＣＭＣを２．１質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例１２＞
活性炭１を５５．９質量部、炭酸リチウムを２３．５質量部、ケッチェンブラックを４．８質量部、ポリアクリル酸誘導体を１２．８質量部、ＣＭＣを３．０質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例１３＞
活性炭１を６６．４質量部、炭酸リチウムを２６．９質量部、ケッチェンブラックを５．５質量部、ポリアクリル酸誘導体を０．６質量部、ＣＭＣを０．６質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例１４＞
活性炭１を６４．３質量部、炭酸リチウムを２６．０質量部、ケッチェンブラックを５．３質量部、ポリアクリル酸誘導体を２．２質量部、ＣＭＣを２．２質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例１５＞
活性炭１を６２．１質量部、炭酸リチウムを２５．２質量部、ケッチェンブラックを５．２質量部、ポリアクリル酸誘導体を５．４質量部、ＣＭＣを２．１質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例１６＞
活性炭１を５５．９質量部、炭酸リチウムを２３．５質量部、ケッチェンブラックを４．８質量部、ポリアクリル酸誘導体を１２．８質量部、ＣＭＣを３．０質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例１７＞
活性炭１を６６．４質量部、炭酸リチウムを２６．９質量部、ケッチェンブラックを５．５質量部、フッ素系アクリル樹脂を０．３質量部、ポリアクリル酸誘導体を０．３質量部、ＣＭＣを０．６質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜実施例１８＞
活性炭１を５５．９質量部、炭酸リチウムを２３．５質量部、ケッチェンブラックを４．８質量部、フッ素系アクリル樹脂を６．４質量部、ポリアクリル酸誘導体を６．４質量部、ＣＭＣを３．０質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
【００９４】
＜比較例１＞
活性炭１を５６．１質量部、炭酸リチウムを２２．８質量部、ケッチェンブラックを４．７質量部、フッ素系アクリル樹脂を１６．０質量部、ＣＭＣを０．５質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜比較例２＞
活性炭１を５３．８質量部、炭酸リチウムを２１．８質量部、ケッチェンブラックを４．５質量部、フッ素系アクリル樹脂を１９．５質量部、ＣＭＣを０．５質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜比較例３＞
活性炭１を６６．６質量部、炭酸リチウムを２７．０質量部、ケッチェンブラックを５．５質量部、フッ素系アクリル樹脂を０．５質量部、ＣＭＣを０．５質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜比較例４＞
活性炭１を６６．９質量部、炭酸リチウムを２７．１質量部、ケッチェンブラックを５．５質量部、フッ素系アクリル樹脂を０．２質量部、ＣＭＣを０．２質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜比較例５＞
活性炭１を６６．４質量部、炭酸リチウムを２６．９質量部、ケッチェンブラックを５．５質量部、ポリフッ化ビニリデンを１．２質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜比較例６＞
活性炭１を６３．５質量部、炭酸リチウムを２５．８質量部、ケッチェンブラックを５．３質量部、ポリフッ化ビニリデンを５．４質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜比較例７＞
活性炭１を５７．８質量部、炭酸リチウムを２３．４質量部、ケッチェンブラックを４．８質量部、ポリフッ化ビニリデンを１４．０質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
＜比較例８＞
活性炭１を６３．５質量部、炭酸リチウムを２５．８質量部、ケッチェンブラックを５．３質量部、スチレンブタジエンゴムを５．０質量部、ＣＭＣを０．４質量部用いたこと以外は実施例１と同様の方法で非水系リチウム蓄電素子を作製した。
【００９５】
【表１】
2020013867.tif 000002
【００９６】
正極活物質、アルカリ金属化合物、及び水溶性高分子を含み、嵩密度が、０．５０ｇ／ｃｃ以上０．７０ｇ／ｃｃ以下であって、かつ、２５℃の標準電解液に２４時間浸漬させたときの電極膨潤率が０．９５以上１．１０以下である正極前駆体を用いることで、結着剤の含有量を低減させても十分な剥離強度を実現し、高エネルギー密度、高出力な非水系リチウム蓄電素子を実現できた。
正極活物質層の剥離強度は、０．０２０Ｎ／ｃｍ以上あれば、充放電時やドープ工程における活物質の剥離を抑制し、良好な特性の非水系リチウム蓄電素子が得られた。前述した良好な特性とは、容量が８００ｍＡｈ以上、内部抵抗が１ｍΩ未満であることを指す。
他方、電極膨潤率が１．１０を超えると、結着剤の量が過剰であり、容量の低下及び高抵抗化を引き起こした。また、０．９５未満であれば、結着剤の量が少なく、十分な結着力が発揮できなかった。
電極膨潤率を制御する因子は、結着剤の種類及び量の他に、嵩密度、結着剤の耐電圧、活物質種及び量、集電箔の表面組成、作製プロセス等の要因も存在するため、複合的な要素が重なり、良好な特性が得られたと考えられる。
【００９７】
＜実施例１９〜実施例２３及び比較例９〜比較例１３＞
実施例２と同じ組成で、塗工液作製及び塗工を実施し、一次乾燥工程、プレス工程、二次乾燥工程、工程順序について下表に示す条件にて正極前駆体を作製した。
得られた正極前駆体の剥離強度と非水系リチウム蓄電素子の容量密度と内部抵抗について、下表に示した。ただし、容量密度は、得られた容量を電極体厚みで除した値である。
【００９８】
【表２】
2020013867.tif 000003
【００９９】
４５℃〜１２０℃の一次乾燥温度で予乾燥を行い、かつ５００ｋｇｆ／ｃｍ２〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ２のプレス工程を行い、かつ１２０℃より高く１５０℃以下の二次乾燥温度で本乾燥を行うことで、剥離強度及び、活物質の細孔内での電解液の拡散を良好に保つことができ、高エネルギー密度化、高出力化がなされた。あるいは、４５℃〜１２０℃の一次乾燥温度で本乾燥まで行い、その後、５００ｋｇｆ／ｃｍ２〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ２のプレス工程を行うことによっても、剥離強度及び、活物質の細孔内での電解液の拡散を良好に保つことができ、高エネルギー密度化、高出力化がなされた。
正極活物質層の剥離強度が０．０２０Ｎ／ｃｍ以上の場合、リチウムドープ後に正極活物質層の欠落が抑制でき、利用される活物質及び細孔が維持され、高エネルギー密度化、高出力化したと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明の非水系リチウム蓄電素子は、例えば、自動車のハイブリット駆動システムの、瞬間電力ピークのアシスト用途等における蓄電素子として好適に利用できる。
本発明の非水系リチウム蓄電素子は、例えば、リチウムイオンキャパシタ又はリチウムイオン二次電池として適用したときに、本発明の効果が最大限に発揮されるため好ましい。