(57)【要約】【課題】幅広い温度範囲での高い入出力特性と優れた高温耐久性とを両立することができ、高電圧領域でも特性を長期間保持することができる、非水系リチウム型蓄電素子を提供すること。【解決手段】負極、正極、セパレータ、及び非水系電解液を含む非水系リチウム型蓄電素子であって、負極が、負極集電体と負極活物質を含む負極活物質層とを有し、負極活物質層表面のＸＰＳにより得られるＳの元素濃度Ｓ１６８ｅＶとＦの元素濃度Ｆ６８５ｅＶとの比Ｓ１６８ｅＶ／Ｆ６８５ｅＶが０．０２５〜０．５であり、正極が、正極集電体と正極活物質を含む正極活物質層とを有し、正極活物質層の単位面積当たりのＢＥＴ比表面積をＡ（ｍ２／ｃｍ２）が０．２≦Ａ≦１０であり、正極活物質層表面のＸＰＳにより得られるＳの元素濃度Ｓ１６４ｅＶとＣの元素濃度Ｃとの比Ｓ１６４ｅＶ／Ｃが０．００１〜０．０５である、非水系リチウム型蓄電素子。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極、正極、セパレータ、及びリチウム塩を含む非水系電解液を含む非水系リチウム型蓄電素子であって、
前記負極が、負極集電体と、前記負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、かつ、前記負極活物質はリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料を含み、
前記負極活物質層表面のＸ線光電子分光測定（ＸＰＳ）により得られる、Ｓ２ｐスペクトルの１６８ｅＶのピーク面積に基づいて求めたＳの元素濃度をＳ１６８ｅＶ（ａｔｏｍｉｃ％）、Ｆ１ｓスペクトルの６８５ｅＶのピーク面積に基づいて求めたＦの元素濃度をＦ６８５ｅＶ（ａｔｏｍｉｃ％）とするとき、元素濃度比Ｓ１６８ｅＶ／Ｆ６８５ｅＶが、０．０２５以上０．５以下であり、
前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、かつ、前記正極活物質は活性炭を含み、
前記正極活物質層のＢＥＴ法により測定される単位面積当たりの比表面積をＡ（ｍ２／ｃｍ２）とするとき、０．２≦Ａ≦１０であり、かつ、
前記正極活物質層表面のＸ線光電子分光測定（ＸＰＳ）により得られる、Ｓ２ｐスペクトルの１６４ｅＶのピーク面積に基づいて求めたＳの元素濃度をＳ１６４ｅＶ（ａｔｏｍｉｃ％）、Ｃ１ｓスペクトルのＣのピーク面積に基づいて求めたＣの元素濃度をＣ（ａｔｏｍｉｃ％）とするとき、元素濃度比Ｓ１６４ｅＶ／Ｃが、０．００１以上０．０５以下である、非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項２】
前記非水系電解液が、下記化学式（１）で表される化合物Ｘと、下記化学式（２−１）〜（２−５）のそれぞれで表される化合物から選択される１種以上の化合物Ｙとを含む、請求項１に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【化１】
2019091792.tif 000012
{式（１）中、Ｒ１〜Ｒ４はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ホルミル基、炭素数２〜７のアルキルカルボニル基、ニトリル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、炭素数２〜７のアルキルカルボニルオキシ基、又は炭素数２〜７のアルキルオキシカルボニル基を表す。}
【化２】
2019091792.tif 000013
{式（２−１）〜（２−５）中のＲ５〜Ｒ２８は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１２のアルキル基、又は炭素数１〜１２のハロゲン化アルキル基を表し；そして、
式（２−１）〜（２−３）及び（２−５）中のｎは、それぞれ独立に、０〜３の整数である。}
【請求項３】
前記化学式（１）で表される化合物が、チオフェン、２−メチルチオフェン、３−メチルチオフェン、２−シアノチオフェン、３−シアノチオフェン、２，５−ジメチルチオフェン、２−メトキシチオフェン、３−メトキシチオフェン、２−クロロチオフェン、３−クロロチオフェン、２−アセチルチオフェン、及び３−アセチルチオフェンから成る群から選択される１種以上であり、
前記化学式（２−１）で表される化合物が、エチレンスルファート及び１，３−プロピレンスルファートから成る群から選択される１種以上であり、
前記化学式（２−２）で表される化合物が、１，３−プロパンスルトン、２，４−ブタンスルトン、１，４−ブタンスルトン、１，３−ブタンスルトン、及び２，４−ペンタンスルトンから成る群から選択される１種以上であり、
前記化学式（２−３）で表される化合物が、１，３−プロペンスルトン及び１，４−ブテンスルトンから成る群から選択される１種以上であり、
前記化学式（２−４）で表される化合物が、３−スルフォレンであり、そして、
前記化学式（２−５）で表される化合物が、亜硫酸エチレン、１，２−亜硫酸プロピレン、及び１，３−亜硫酸プロピレンから成る群から選択される１種以上である、請求項２に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項４】
前記非水系電解液が、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、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、及びフルオロエチレンカーボネートから成る群から選択される少なくとも１種の非水溶媒を含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項５】
前記非水系電解液が、ＬｉＰＦ６及びＬｉＢＦ４から成る群から選択される１種以上を含有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項６】
前記非水系電解液が、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２を含有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項７】
前記正極集電体及び前記負極集電体が、それぞれ、無孔の金属箔である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項８】
前記正極活物質に含まれる活性炭が、ＢＪＨ法により算出した直径２０Å以上５００Å以下の細孔に由来するメソ孔量を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、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以下を示す活性炭を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項９】
前記正極活物質に含まれる活性炭が、ＢＪＨ法により算出した直径２０Å以上５００Å以下の細孔に由来するメソ孔量Ｖ１（ｃｃ／ｇ）が０．８＜Ｖ１≦２．５を満たし、ＭＰ法により算出した直径２０Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量Ｖ２（ｃｃ／ｇ）が０．８＜Ｖ２≦３．０を満たし、かつ、ＢＥＴ法により測定される比表面積が２，３００ｍ２／ｇ以上４，０００ｍ２／ｇ以下を示す活性炭を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項１０】
前記正極活物質が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な遷移金属酸化物を更に含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項１１】
前記遷移金属酸化物が、層状構造、スピネル構造、及びオリビン構造から選ばれる構造を有する遷移金属酸化物である、請求項１０に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項１２】
前記遷移金属酸化物が、ＬｉｘＮｉａＣｏｂＡｌ（１−ａ−ｂ）Ｏ２｛ａ及びｂは、それぞれ、０．２＜ａ＜０．９７、０．２＜ｂ＜０．９７を満たす。｝、ＬｉｘＮｉｃＣｏｄＭｎ（１−ｃ−ｄ）Ｏ２｛ｃ及びｄは、それぞれ、０．２＜ｃ＜０．９７、０．２＜ｄ＜０．９７を満たす。｝、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＦｅＰＯ４、ＬｉｘＭｎＰＯ４｛ｘは０≦ｘ≦１を満たす。｝、及びＬｉｚＶ２（ＰＯ４）３｛ｚは０≦ｚ≦３を満たす。｝から成る群から選択される１種以上である、請求項１０又は１１に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項１３】
前記負極活物質がリチウムイオンでドープされており、そのドープ量が、前記負極活物質の単位質量当たり５３０ｍＡｈ／ｇ以上２，５００ｍＡｈ／ｇ以下である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項１４】
前記負極活物質のＢＥＴ比表面積が、１ｍ２／ｇ以上１，５００ｍ２／ｇ以下である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項１５】
前記負極活物質が粒子状であり、その平均粒子径が、１μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１３又は１４に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項１６】
セル電圧４．２Ｖでの初期の内部抵抗をＲａ（Ω）、静電容量をＦ（Ｆ）、電力量をＥ（Ｗｈ）、電極体を収納している外装体の体積をＶ（Ｌ）、及び環境温度−１０℃における内部抵抗をＲｂとした時、以下の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）の要件：
（ａ）ＲａとＦの積Ｒａ・Ｆが０．３以上３．０以下である、
（ｂ）Ｅ／Ｖが１５以上５０以下である、及び
（ｃ）Ｒｂ／Ｒａが１０以下である
を同時に満たす、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項１７】
セル電圧４．２Ｖでの初期の内部抵抗をＲａ（Ω）、セル電圧４．２Ｖ及び環境温度６０℃において２か月間保存した後の２５℃における内部抵抗をＲｃ（Ω）とした時、以下の（ｄ）及び（ｅ）の要件：
（ｄ）Ｒｃ／Ｒａが０．３以上３．０以下である、並びに
（ｅ）セル電圧４．２Ｖ及び環境温度６０℃において２か月間保存した時に発生するガス量が、２５℃において３０×１０−３ｃｃ／Ｆ以下である、
を同時に満たす、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項１８】
前記負極、前記正極、前記セパレータ、及び前記非水系電解液が、外層体に収納されており、
前記外装体が、金属缶又はラミネート包材である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、蓄電モジュール。
【請求項２０】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は請求項１９に記載の蓄電モジュールを含む、電力回生システム。
【請求項２１】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は請求項１９に記載の蓄電モジュールを含む、電力負荷平準化システム。
【請求項２２】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は請求項１９に記載の蓄電モジュールを含む、無停電電源システム。
【請求項２３】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は請求項１９に記載の蓄電モジュールを含む、非接触給電システム。
【請求項２４】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は請求項１９に記載の蓄電モジュールを含む、エナジーハーベストシステム。
【請求項２５】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は請求項１９に記載の蓄電モジュールを含む、蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水系リチウム型蓄電素子に関する。
【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、加速時には蓄電システムにおける高出力放電特性が要求されている。
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、耐久性（サイクル特性及び高温保存特性）が高く、前記高出力が要求される分野で最適のデバイスと考えられてきた。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。そのため、電気二重層キャパシタは、更なるエネルギー密度の向上が必要である。
【０００４】
他方、現在ハイブリッド電気自動車で採用されているニッケル水素電池は、電気二重層キャパシタと同等の高出力を有し、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。
【０００５】
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（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となっている。また、その耐久性（サイクル特性及び高温保存特性）については、電気二重層キャパシタに比べ劣る。そのため、リチウムイオン電池は、実用的な耐久性を持たせるためには、放電深度が０〜１００％の範囲よりも狭い範囲で使用される。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。
【０００６】
上記のように、高エネルギー密度、高出力特性、及び耐久性を兼ね備えた蓄電素子の実用化が強く求められている。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。そのため、これらの技術的要求を充足する新たな蓄電素子が求められている。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。
【０００７】
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（非水系リチウム型蓄電素子）の一種であって、正極においては約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・脱着による非ファラデー反応、負極においてはリチウムイオン電池と同様のリチウムイオンの吸蔵・放出によるファラデー反応によって、充放電を行う蓄電素子である。
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、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・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を実現することができるが、エネルギー密度は低い（この場合のエネルギー密度を相対値の基準（例えば１倍）とする。）。一方、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（この場合のエネルギー密度を、活性炭を用いた非ファラデー反応基準の相対値で、例えば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、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。
【０００８】
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、高エネルギー密度（正極１０倍×負極１０倍＝１００）であるが、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。
【０００９】
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、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。そして、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ように放電深度を制限する必要がないことが特徴である。
【００１０】
リチウムイオンキャパシタの用途としては、例えば、鉄道、建機、自動車等における蓄電用途等が挙げられる。これらの用途では、作動環境が過酷なため、使用されるキャパシタは、４０℃以上の高温から０℃以下の低温まで幅広い温度範囲において優れた特性を有する必要がある。４０℃以上の高温環境下では、電解液の分解によるガス発生によって引き起こされる性能低下が問題となっている。
このような課題への対策技術として、非水系電解液中に添加剤を加え、負極活物質及び正極活物質の表面に、その分解物から成る被膜を形成させることによって、以後の充放電に伴う非水系電解液の分解を抑制し、電池の耐久性を向上させる技術がある。
これに関連する技術として、特許文献１及び２では、電解液中に異なる構造を持つ２種の添加剤を含有させた蓄電素子が提案されている。また、特許文献３では、非水系電解液に添加剤を加えることで、負極活物質の表面上に一定量の被膜を形成させた蓄電素子が、特許文献４では、非水系電解液に添加剤を加えることで、正極活物質の表面上に被膜を形成させた蓄電素子が、それぞれ提案されている。
【００１１】
また、０℃以下の低温環境下では、蓄電素子の内部抵抗が大きくなり、急激な出力低下が引き起こされるという問題がある。
このような問題を解決する手段として、特許文献５及び６では、電解液中に特定の溶媒を含有させることで低温特性を向上させたリチウムイオンキャパシタが提案されている。特許文献６では、電解液中の混合溶媒の比率を最適化し、特定の負極活物質との適合性を高めることで、低温特性を向上させ、かつ高温試験時のガス発生を抑制することができるリチウムイオンキャパシタが提案されている。また、特許文献７では、正極活物質層に特定のアルカリ金属化合物を特定量含有させることにより、幅広い温度範囲での高い入出力特性と、高温環境下における電解液の分解によるガス発生及び特性劣化の抑制とを両立することができるリチウムイオンキャパシタが提案されている。
【００１２】
近年、非水系リチウム型蓄電素子には更なる高エネルギー密度化が求められており、この高エネルギー密度化を達成するために、高電圧化が検討されている。しかし、非水系リチウム型蓄電素子の高電圧化、具体的には、４．１Ｖ以上の高電位で作動させることを行うと、正極での電解液溶媒の酸化分解が顕著に起こり、大量のガス発生と、それに伴う蓄電素子の特性劣化とを引き起こすため、耐久性に問題が生ずる。このような問題を解決する手段として、特許文献８では、含燐添加剤を電解液に含有させることで、正極に被膜を形成し、サイクル特性低下とサイクル時の発生ガスとを抑制するリチウムイオン二次電池用電解液が提案されている。
【００１３】
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において提唱されている。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に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１４−２７１９６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０６７９１号公報
【特許文献３】特開２０１４−１３７８６１号公報
【特許文献４】特開２０１５−１９１８０６号公報
【特許文献５】特開２０１５−７００３２号公報
【特許文献６】特開２０１１−２５８９１５号公報
【特許文献７】国際公開第２０１７／１２６６９１号
【特許文献８】特開２０１７−６９１４６号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｅ．Ｐ．Ｂａｒｒｅｔｔ，Ｌ．Ｇ．Ｊｏｙｎｅｒ ａｎｄ Ｐ．Ｈａｌｅｎｄａ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，７３，３７３（１９５１）
【非特許文献２】Ｂ．Ｃ．Ｌｉｐｐｅｎｓ，Ｊ．Ｈ．ｄｅ Ｂｏｅｒ，Ｊ．Ｃａｔａｌｙｓｉｓ，４３１９（１９６５）
【非特許文献３】Ｒ．Ｓ．Ｍｉｋｈａｉｌ，Ｓ．Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｅ．Ｅ．Ｂｏｄｏｒ，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】
【００１６】
特許文献１、２、及び４に記載の技術は、高温保存時のガス発生及び電極劣化を抑制させるものであるが、低温特性については十分とはいえない。特許文献３では、高温におけるサイクル特性に優れたキャパシタが提供されているが、高温保存試験後の特性変化に関しては十分とはいえない。
特許文献４及び５に記載のリチウムイオンキャパシタは、低温における蓄電素子の特性を向上し得るものであるが、高温における耐久性の改善については十分とはいえない。特許文献５では、低温特性の向上に加えて、高温試験時のガス発生が抑制されたリチウムイオンキャパシタが提供されているが、高温試験後の特性変化の抑制については十分とはいえない。
特許文献７では、低温特性の向上、及び高温試験時の特性に優れた蓄電素子が提案されているが、４．１Ｖ以上の高電圧耐久性については十分とはいえない。また、特許文献８では、高電圧領域でのサイクル特性に優れた電解液が提案されているが、高温保存耐久性、及び低温特性については十分とはいえない。
【００１７】
以上のように、従来のリチウムイオンキャパシタにおいては、低温特性及び高温耐久性のうちのどちらか一方に着目して改良を行っているが、低温特性と高温耐久性とを同時に満足するには至っていない。すなわち、実用化に重要となる、高温から低温までの幅広い温度範囲における蓄電素子の入出力特性及び耐久性については不十分である。それに加えて、高電圧、具体的には、４．１Ｖ以上の高電圧に対する耐久性については、考慮されていない。
【００１８】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、幅広い温度範囲での高い入出力特性と優れた高温耐久性とを両立することができ、更に、４．１Ｖ以上の高電圧領域でも、その特性を長期間にわたって保持することができる、非水系リチウム型蓄電素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明者らは、非水系リチウム型蓄電素子において、正極活物質として活性炭を使用し、正極活物質層及び負極活物質層に特定の被膜を形成させ、正極活物質層の比表面積を制御することで、幅広い温度範囲での高い入出力特性と、４．１Ｖ以上の高電圧かつ高温環境下における電解液の分解によるガス発生及びこれに伴う蓄電素子の特性劣化の抑制とを両立することが可能となることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、下記のとおりのものである。
【００２０】
［１］  負極、正極、セパレータ、及びリチウム塩を含む非水系電解液を含む非水系リチウム型蓄電素子であって、
前記負極が、負極集電体と、前記負極集電体の片面上又は両面上に設けられた、負極活物質を含む負極活物質層とを有し、かつ、前記負極活物質はリチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料を含み、
前記負極活物質層表面のＸ線光電子分光測定（ＸＰＳ）により得られる、Ｓ２ｐスペクトルの１６８ｅＶのピーク面積に基づいて求めたＳの元素濃度をＳ１６８ｅＶ（ａｔｏｍｉｃ％）、Ｆ１ｓスペクトルの６８５ｅＶのピーク面積に基づいて求めたＦの元素濃度をＦ６８５ｅＶ（ａｔｏｍｉｃ％）とするとき、元素濃度比Ｓ１６８ｅＶ／Ｆ６８５ｅＶが、０．０２５以上０．５以下であり、
前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の片面上又は両面上に設けられた、正極活物質を含む正極活物質層とを有し、かつ、前記正極活物質は活性炭を含み、
前記正極活物質層のＢＥＴ法により測定される単位面積当たりの比表面積をＡ（ｍ２／ｃｍ２）とするとき、０．２≦Ａ≦１０であり、かつ、
前記正極活物質層表面のＸ線光電子分光測定（ＸＰＳ）により得られる、Ｓ２ｐスペクトルの１６４ｅＶのピーク面積に基づいて求めたＳの元素濃度をＳ１６４ｅＶ（ａｔｏｍｉｃ％）、Ｃ１ｓスペクトルのＣのピーク面積に基づいて求めたＣの元素濃度をＣ（ａｔｏｍｉｃ％）とするとき、元素濃度比Ｓ１６４ｅＶ／Ｃが、０．００１以上０．０５以下である、非水系リチウム型蓄電素子。
［２］  前記非水系電解液が、下記化学式（１）で表される化合物Ｘと、下記化学式（２−１）〜（２−５）のそれぞれで表される化合物から選択される１種以上の化合物Ｙとを含む、［１］に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
【化１】
2019091792.tif 000002
{式（１）中、Ｒ１〜Ｒ４はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ホルミル基、炭素数２〜７のアシル基、ニトリル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、炭素数２〜７のアルキルカルボニルオキシ基、又は炭素数２〜７のアルキルオキシカルボニル基を表す。}
【化２】
2019091792.tif 000003
{式（２−１）〜（２−５）中のＲ５〜Ｒ２８は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１２のアルキル基、又は炭素数１〜１２のハロゲン化アルキル基を表し；そして、
式（２−１）〜（２−３）及び（２−５）中のｎは、それぞれ独立に、０〜３の整数である。}
［３］  前記化学式（１）で表される化合物が、チオフェン、２−メチルチオフェン、３−メチルチオフェン、２−シアノチオフェン、３−シアノチオフェン、２，５−ジメチルチオフェン、２−メトキシチオフェン、３−メトキシチオフェン、２−クロロチオフェン、３−クロロチオフェン、２−アセチルチオフェン、及び３−アセチルチオフェンから成る群から選択される１種以上であり、
前記化学式（２−１）で表される化合物が、エチレンスルファート及び１，３−プロピレンスルファートから成る群から選択される１種以上であり、
前記化学式（２−２）で表される化合物が、１，３−プロパンスルトン、２，４−ブタンスルトン、１，４−ブタンスルトン、１，３−ブタンスルトン、及び２，４−ペンタンスルトンから成る群から選択される１種以上であり、
前記化学式（２−３）で表される化合物が、１，３−プロペンスルトン及び１，４−ブテンスルトンから成る群から選択される１種以上であり、
前記化学式（２−４）で表される化合物が、３−スルフォレンであり、そして、
前記化学式（２−５）で表される化合物が、亜硫酸エチレン、１，２−亜硫酸プロピレン、及び１，３−亜硫酸プロピレンから成る群から選択される１種以上である、［２］に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［４］  前記非水系電解液が、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、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、及びフルオロエチレンカーボネートから成る群から選択される少なくとも１種の非水溶媒を含有する、［１］〜［３］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［５］  前記非水系電解液が、ＬｉＰＦ６及びＬｉＢＦ４から成る群から選択される１種以上を含有する、［１］〜［４］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［６］  前記非水系電解液が、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２を含有する、［１］〜［５］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［７］  前記正極集電体及び前記負極集電体が、それぞれ、無孔の金属箔である、［１］〜［６］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［８］  前記正極活物質に含まれる活性炭が、ＢＪＨ法により算出した直径２０Å以上５００Å以下の細孔に由来するメソ孔量を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、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以下を示す活性炭を含む、［１］〜［７］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［９］  前記正極活物質に含まれる活性炭が、ＢＪＨ法により算出した直径２０Å以上５００Å以下の細孔に由来するメソ孔量Ｖ１（ｃｃ／ｇ）が０．８＜Ｖ１≦２．５を満たし、ＭＰ法により算出した直径２０Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量Ｖ２（ｃｃ／ｇ）が０．８＜Ｖ２≦３．０を満たし、かつ、ＢＥＴ法により測定される比表面積が２，３００ｍ２／ｇ以上４，０００ｍ２／ｇ以下を示す活性炭を含む、［１］〜［８］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［１０］  前記正極活物質が、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な遷移金属酸化物を更に含む、［１］〜［９］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［１１］  前記遷移金属酸化物が、層状構造、スピネル構造、及びオリビン構造から選ばれる構造を有する遷移金属酸化物である、［１０］に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［１２］  前記遷移金属酸化物が、ＬｉｘＮｉａＣｏｂＡｌ（１−ａ−ｂ）Ｏ２｛ａ及びｂは、それぞれ、０．２＜ａ＜０．９７、０．２＜ｂ＜０．９７を満たす。｝、ＬｉｘＮｉｃＣｏｄＭｎ（１−ｃ−ｄ）Ｏ２｛ｃ及びｄは、それぞれ、０．２＜ｃ＜０．９７、０．２＜ｄ＜０．９７を満たす。｝、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＦｅＰＯ４、ＬｉｘＭｎＰＯ４｛ｘは０≦ｘ≦１を満たす。｝、及びＬｉｚＶ２（ＰＯ４）３｛ｚは０≦ｚ≦３を満たす。｝から成る群から選択される１種以上である、［１０］又は［１１］に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［１３］  前記負極活物質がリチウムイオンでドープされており、そのドープ量が、前記負極活物質の単位質量当たり５３０ｍＡｈ／ｇ以上２，５００ｍＡｈ／ｇ以下である、［１］〜［１２］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［１４］  前記負極活物質のＢＥＴ比表面積が１ｍ２／ｇ以上１，５００ｍ２／ｇ以下である、［１］〜［１３］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［１５］  前記負極活物質が粒子状であり、その平均粒子径が、１μｍ以上１０μｍ以下である、［１３］又は［１４］に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［１６］  セル電圧４．２Ｖでの初期の内部抵抗をＲａ（Ω）、静電容量をＦ（Ｆ）、電力量をＥ（Ｗｈ）、電極体を収納している外装体の体積をＶ（Ｌ）、及び環境温度−１０℃における内部抵抗をＲｂとした時、以下の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）の要件：
（ａ）ＲａとＦの積Ｒａ・Ｆが０．３以上３．０以下である、
（ｂ）Ｅ／Ｖが１５以上５０以下である、及び
（ｃ）Ｒｂ／Ｒａが１０以下である
を同時に満たす、［１］〜［１５］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［１７］  セル電圧４．２Ｖでの初期の内部抵抗をＲａ（Ω）、セル電圧４．２Ｖ及び環境温度６０℃において２か月間保存した後の２５℃における内部抵抗をＲｃ（Ω）とした時、以下の（ｄ）及び（ｅ）の要件：
（ｄ）Ｒｃ／Ｒａが０．３以上３．０以下である、並びに
（ｅ）セル電圧４．２Ｖ及び環境温度６０℃において２か月間保存した時に発生するガス量が、２５℃において３０×１０−３ｃｃ／Ｆ以下である、
を同時に満たす、［１］〜［１６］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［１８］  前記負極、前記正極、前記セパレータ、及び前記非水系電解液が、外層体に収納されており、
前記外装体が、金属缶又はラミネート包材である、［１］〜［１７］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子。
［１９］  ［１］〜［１８］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子を含む、蓄電モジュール。
［２０］  ［１］〜［１８］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は［１９］に記載の蓄電モジュールを含む、電力回生システム。
［２１］  ［１］〜［１８］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は［１９］に記載の蓄電モジュールを含む、電力負荷平準化システム。
［２２］  ［１］〜［１８］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は［１９］に記載の蓄電モジュールを含む、無停電電源システム。
［２３］  ［１］〜［１８］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は［１９］に記載の蓄電モジュールを含む、非接触給電システム。
［２２］  ［１］〜［１８］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は［１９］に記載の蓄電モジュールを含む、エナジーハーベストシステム。
［２３］  ［１］〜［１８］のいずれか一項に記載の非水系リチウム型蓄電素子、又は［１９］に記載の蓄電モジュールを含む、蓄電システム。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、幅広い温度範囲での高い入出力特性と、高電圧、高温における電解液の分解によるガス発生及びこれによる蓄電素子の特性劣化の抑制とが両立された非水系リチウム型蓄電素子を提供することができる。
本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、特に、リチウムイオンキャパシタとして適用すると、上記の特徴が最大限に発揮されるため、好ましい。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態（以下、「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、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。
先ず、本明細書中で用いられる用語等の意義について、以下に説明する。
【００２３】
［無孔の集電体］
本願明細書において、「無孔の集電体」とは、少なくとも活物質層が設けられた領域において、リチウムイオンが集電体を通過して、リチウムイオン濃度が電極の表裏で均一化する程度の孔を有しない集電体を意味する。したがって、本発明の効果を奏する範囲内において、極めて小径又は微量の孔を有する集電体、及び活物質層が設けられていない領域に孔を有する集電体を排除するものではない。集電体のうち、活物質層が設けられていない領域には、孔があってもよいし、なくてもよい。
【００２４】
［ＢＥＴ比表面積、平均細孔径、メソ孔量、及びマイクロ孔量］
本明細書におけるＢＥＴ比表面積、平均細孔径、メソ孔量、及びマイクロ孔量は、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、平均細孔径は質量当たりの全細孔容積をＢＥＴ比表面積で除すことにより、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により考案された方法である（非特許文献３）。
【００２５】
［平均粒子径］
本明細書における平均粒子径は、粒度分布測定装置を用いて粒度分布を測定した際、全体積を１００％として累積カーブを求めたとき、その累積カーブが５０％となる点の粒子径（すなわち、５０％径（Ｍｅｄｉａｎ径））を指す。この平均粒子径は市販のレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
【００２６】
［１次粒子径］
本明細書における１次粒子径は、粉体を電子顕微鏡で数視野撮影し、それらの視野中の２，０００〜３，０００個程度の粒子の粒子径を、全自動画像処理装置等を用いて計測し、これらを算術平均した値を１次粒子径とする方法により得ることができる。
【００２７】
［分散度］
本明細書における分散度は、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。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く。次いで、スクレーパーをゲージの表面に垂直になるように保持しながら、ゲージの表面を均等な速度で、溝の深さ０まで溝の長辺方向に１〜２秒間かけて引く。そして、引き終わってから３秒以内に、ゲージの表面に対して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、粒の顕著な斑点が現れる点の深さを読み取る。
【００２８】
［粘度（ηｂ）及びＴＩ値］
本明細書における粘度（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。
先ず、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。ＴＩ値は、上記で得た粘度の値を用いて、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。
【００２９】
［ＸＰＳ］
ＸＰＳを用いて元素の電子状態を解析することにより、化合物の結合状態を判別することができる。
ＸＰＳの測定条件の例として、例えば以下の条件を挙げることができる。
Ｘ線源：単色化ＡｌＫα
Ｘ線ビーム径：１００μｍφ（２５Ｗ、１５ｋＶ）
パスエネルギー（ナロースキャン）：５８．７０ｅＶ
帯電中和：有り
スイープ数（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）、又は５０回（ケイ素）
エネルギーステップ（ナロースキャン）：０．２５ｅＶ
ＸＰＳの測定前に、試料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、以下の条件を挙げることができる。
加速電圧：１．０ｋＶ
スパッタリング範囲：２ｍｍ×２ｍｍ
スパッタリング時間：１分間（ＳｉＯ２換算で１．２５ｎｍ／ｍｉｎ）
【００３０】
得られたＸＰＳスペクトルについての帰属は、以下のとおりとすることができる。
（Ｌｉ１ｓ）
結合エネルギー５０〜５４ｅＶのピーク：ＬｉＯ２又はＬｉ−Ｃ結合
５５〜６０ｅＶのピーク：ＬｉＦ、Ｌｉ２ＣＯ３、又はＬｉｘＰＯｙＦｚ（式中、ｘ、ｙ、及びｚは、それぞれ１〜６の整数である）
（Ｃ１ｓ）
結合エネルギー２８５ｅＶのピーク：Ｃ−Ｃ結合
２８６ｅＶのピーク：Ｃ−Ｏ結合
２８８ｅＶのピーク：ＣＯＯ
２９０〜２９２ｅＶのピーク：ＣＯ３２−又はＣ−Ｆ結合
（Ｏ１ｓ）
結合エネルギー５２７〜５３０ｅＶのピーク：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）
結合エネルギー６８５ｅＶのピーク：ＬｉＦ
６８７ｅＶのピーク：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）、又はＰＦ６−
（Ｐ２ｐ）
結合エネルギー１３３ｅＶのピーク：ＰＯｘ（式中、ｘは１〜４の整数である）
１３４〜１３６ｅＶのピーク：ＰＦｘ（式中、ｘは１〜６の整数である）
（Ｓｉ２ｐ）
結合エネルギー９９ｅＶのピーク：Ｓｉ又はシリサイド
１０１〜１０７ｅＶのピーク：ＳｉｘＯｙ（式中、ｘ及びｙは、それぞれ任意の整数である）
（Ｓ２ｐ）
結合エネルギー１６２ｅＶ〜１６７ｅＶのピーク：Ｃ−Ｓ−Ｃ結合
１６８ｅＶ〜１７３ｅＶのピーク：ＳＯｘ（式中、ｘは２〜４の整数である）
【００３１】
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たうえで、スペクトルを帰属することが好ましい。
【００３２】
＜＜非水系リチウム型蓄電素子＞＞
一般に、非水系リチウム型蓄電素子は、主な構成要素として、負極、正極、セパレータ、及び電解液を備え、これらが外装体内に収納されている。電解液としては、リチウム塩を溶解させた有機溶媒（以下、「非水系電解液」という。）を用いる。
本発明の非水系リチウム型蓄電素子も、負極、正極、セパレータ、及びリチウム塩を含む非水系電解液を含む。本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、好ましくは、正極及び負極がセパレータを介して積層又は捲回された電極体（電極積層体又は電極捲回体）が、非水系電解液とともに外装体内に収納されて構成される。
【００３３】
＜負極＞
負極は、負極集電体と、この負極集電体の片面又は両面上に設けられた負極活物質層とを有する。
【００３４】
［負極集電体］
本実施形態におけ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、非水系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型蓄電素子における負極集電体としては、銅箔が好ましい。
負極集電体として用いる金属箔は、凹凸又は貫通孔を持たない、通常の平滑表面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。
負極作製の容易性、高い電子伝導性等の観点から、本実施形態における負極集電体は、無孔であることが好ましい。
負極集電体の厚さは、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が好ましい。負極集電体が孔又は凹凸を有するときには、負極集電体の厚さは、孔又は凹凸が存在しない領域の厚さに基づいて決定される。
【００３５】
［負極活物質層］
負極活物質層は、負極活物質を含む。
負極活物質層は、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いてもよい。
【００３６】
（負極活物質）
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出できる物質が用いられる。
本実施形態における負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料を含むことを特徴とする。
負極活物質は、このような炭素材料以外の負極活物質を含んでいてもよい。
【００３７】
負極活物質は、粒子状であることが好ましい。
粒子状の負極活物質の平均粒子径は、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。粒子状の負極活物質の平均粒子径は、好ましくは、２μｍ以上又は２．５μｍ以上であり、かつ、６μｍ以下又は４μｍ以下である。
【００３８】
負極活物質のＢＥＴ比表面積が１ｍ２／ｇ以上１，５００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。負極活物質のより好ましいＢＥＴ比表面積は、負極活物質の種類ごとに後述する。
【００３９】
負極活物質には、リチウムイオンをドープすることが好ましい。
本明細書において、負極活物質にドープされたリチウムイオンとしては、主に３つの形態が包含される。
第一の形態としては、非水系リチウム型蓄電素子を作製する前に、負極活物質に設計値として予め吸蔵させるリチウムイオンである。
第二の形態としては、非水系リチウム型蓄電素子を作製し、出荷する際の負極活物質に吸蔵されているリチウムイオンである。
第三の形態としては、非水系リチウム型蓄電素子をデバイスとして使用した後の負極活物質に吸蔵されているリチウムイオンである。
負極活物質にリチウムイオンをドープしておくことにより、得られる非水系リチウム型蓄電素子の容量及び作動電圧を良好に制御することが可能となる。
【００４０】
負極活物質の単位質量当たりのリチウムイオンのドープ量は、５３０ｍＡｈ／ｇ以上２，５００ｍＡｈ／ｇ以下であることが好ましい。より好ましいドープ量は、負極活物質の材料ごとに後述する。
リチウムイオンをドープすることにより、負極電位が低くなる。したがって、リチウムイオンがドープされた負極活物質を含む負極を正極と組み合わせた場合には、非水系リチウム型蓄電素子の電圧が高くなるとともに、正極の利用容量が大きくなる。そのため、得られる非水系リチウム型蓄電素子の容量及びエネルギー密度が高くなる。
該ドープ量が５３０ｍＡｈ／ｇ以上であれば、負極活物質中の、リチウムイオンを一旦挿入したら脱離し得ない不可逆なサイトにもリチウムイオンが良好にドープされ、更に所望のリチウム量に対する負極活物質の量を低減することができる。そのため、負極活物質層の厚さを薄くすることが可能となり、高いエネルギー密度が得られる。ドープ量が多いほど負極電位が下がり、入出力特性、エネルギー密度、及び耐久性は向上する。
一方で、ドープ量が２，５００ｍＡｈ／ｇ以下であれば、リチウム金属の析出等の副作用が発生するおそれがない。
【００４１】
本明細書において、出荷時及び使用後の非水系リチウム型蓄電素子における負極活物質のリチウムイオンのドープ量は、例えば、以下のようにして知ることができる。
先ず、負極活物質層をエチルメチルカーボネート又はジメチルカーボネートで洗浄し風乾した後、メタノール及びイソプロパノールから成る混合溶媒により抽出した抽出液と、抽出後の負極活物質層と、を得る。この抽出は、典型的にはＡｒボックス内にて、環境温度２３℃で行われる。
上記のようにして得られた抽出液と、抽出後の負極活物質層と、に含まれるリチウム量を、それぞれ、例えばＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析計）等を用いて定量し、その合計を求めることによって、負極活物質におけるリチウムイオンのドープ量を知ることができる。そして、得られた値を抽出に供した負極活物質の質量で割り付けて、上記単位の数値を算出すればよい。
【００４２】
本実施形態における負極活物質層に含まれる、リチウムイオンを吸蔵・放出できる炭素材料としては、例えば、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）等の炭素質材料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；等、及びこれらの複合炭素材料等を挙げることができる。
【００４３】
本実施形態における複合炭素材料の好ましい例は、以下の複合炭素材料１及び２である。これらのうちどちらかを選択して使用してもよく、又はこれらの双方を併用してもよい。
【００４４】
−複合炭素材料１−
複合炭素材料１は、ＢＥＴ比表面積が１００ｍ２／ｇ以上３，０００ｍ２／ｇ以下の炭素材料１種以上を基材として用い、この基材に炭素質材料を被着させた複合炭素材料である。
【００４５】
基材としては、特に制限されるものではないが、活性炭、カーボンブラック、鋳型多孔質炭素、高比表面積黒鉛、カーボンナノ粒子等を好適に用いることができる。
複合炭素材料１における基材のＢＥＴ比表面積は、１００ｍ２／ｇ以上１，５００ｍ２／ｇ以下が好ましく、より好ましくは１５０ｍ２／ｇ以上１，１００ｍ２／ｇ以下、更に好ましくは１８０ｍ２／ｇ以上５５０ｍ２／ｇ以下である。このＢＥＴ比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であれば、細孔を適度に保持することができ、リチウムイオンの拡散が良好となるため、高い入出力特性を示すことができる。他方、ＢＥＴ比表面積が１，５００ｍ２／ｇ以下であることにより、リチウムイオンの充放電効率が向上するため、サイクル耐久性が損なわれることがない。
【００４６】
複合炭素材料１における基材の平均粒子径は０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。下限については、より好ましくは１μｍ以上であり、更に好ましくは２μｍ以上である。上限については、より好ましくは１０μｍ以下であり、更に好ましくは８μｍ以下である。平均粒子径が１μｍ以上２０μｍ以下であれば、良好な耐久性が保たれる。
【００４７】
複合炭素材料１における、炭素質材料の基材に対する質量比率は、１０質量％以上２００質量％以下が好ましい。この質量比率は、より好ましくは１２質量％以上１８０質量％以下、更に好ましくは１５質量％以上１６０質量％以下、特に好ましくは１８質量％以上１５０質量％以下である。炭素質材料の質量比率が１０質量％以上であれば、基材が有していたマイクロ孔を炭素質材料で適度に埋めることができ、リチウムイオンの充放電効率が向上するため、良好なサイクル耐久性を示すことができる。また、炭素質材料の質量比率が２００質量％以下であれば、基材が有していた細孔を適度に保持することができ、リチウムイオンの拡散が良好となるため、高い入出力特性を示すことができる。
【００４８】
複合炭素材料１の単位質量当たりのリチウムイオンのドープ量は、５３０ｍＡｈ／ｇ以上２，５００ｍＡｈ／ｇ以下であることが好ましい。ドープ量は、より好ましくは６２０ｍＡｈ／ｇ以上２，１００ｍＡｈ／ｇ以下、更に好ましくは７６０ｍＡｈ／ｇ以上１，７００ｍＡｈ／ｇ以下、特に好ましくは８４０ｍＡｈ／ｇ以上１，５００ｍＡｈ／ｇ以下である。
【００４９】
以下、複合炭素材料１の好ましい例として、基材として活性炭を用い、この基材に、炭素質材料を被着させた場合の複合炭素材料１ａについて説明する。
【００５０】
複合炭素材料１ａは、ＢＪＨ法により算出した直径２０Å以上５００Å以下の細孔に由来するメソ孔量をＶｍ１（ｃｃ／ｇ）、ＭＰ法により算出した直径２０Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をＶｍ２（ｃｃ／ｇ）とするとき、０．０１０≦Ｖｍ１≦０．３００、０．００１≦Ｖｍ２≦０．６５０であることが好ましい。
メソ孔量Ｖｍ１は、より好ましくは０．０１０≦Ｖｍ１≦０．２２５、更に好ましくは０．０１０≦Ｖｍ１≦０．２００である。マイクロ孔量Ｖｍ２は、より好ましくは０．００１≦Ｖｍ２≦０．２００、更に好ましくは０．００１≦Ｖｍ２≦０．１５０、特に好ましくは０．００１≦Ｖｍ２≦０．１００である。
【００５１】
メソ孔量Ｖｍ１が０．３００ｃｃ／ｇ以下であれば、ＢＥＴ比表面積を大きくすることができ、リチウムイオンのドープ量を高めることができることに加え、負極の嵩密度を高めることができる。その結果、負極を薄膜化することができる。また、マイクロ孔量Ｖｍ２が０．６５０ｃｃ／ｇ以下であれば、リチウムイオンに対する高い充放電効率が維持できる。他方、メソ孔量Ｖｍ１及びマイクロ孔量Ｖｍ２が下限以上（０．０１０≦Ｖｍ１、０．００１≦Ｖｍ２）であれば、高い入出力特性が得られる。
【００５２】
複合炭素材料１ａのＢＥＴ比表面積は、１００ｍ２／ｇ以上１，５００ｍ２／ｇ以下が好ましい。より好ましくは１５０ｍ２／ｇ以上１，１００ｍ２／ｇ以下、更に好ましくは１８０ｍ２／ｇ以上５５０ｍ２／ｇ以下である。このＢＥＴ比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であれば、細孔を適度に保持することができ、リチウムイオンの拡散が良好となるため、高い入出力特性を示すことができる。また、リチウムイオンのドープ量を高めることができるため、負極を薄膜化することができる。他方、１，５００ｍ２／ｇ以下であることにより、リチウムイオンの充放電効率が向上するので、サイクル耐久性が損なわれることがない。
【００５３】
複合炭素材料１ａの平均細孔径は、高い入出力特性にする点から、２０Å以上であることが好ましく、２５Å以上であることがより好ましく、３０Å以上であることが更に好ましい。他方、高エネルギー密度にする点から、平均細孔径は、６５Å以下であることが好ましく、６０Å以下であることがより好ましい。
【００５４】
複合炭素材料１ａの平均粒子径は１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。下限については、より好ましくは２μｍ以上であり、更に好ましくは２．５μｍ以上である。上限については、より好ましくは６μｍ以下であり、更に好ましくは４μｍ以下である。平均粒子径が１μｍ以上１０μｍ以下であれば良好な耐久性が保たれる。
【００５５】
複合炭素材料１ａの水素原子／炭素原子の原子数比（Ｈ／Ｃ）は、０．０５以上０．３５以下であることが好ましく、０．０５以上０．１５以下であることがより好ましい。Ｈ／Ｃが０．３５以下である場合には、活性炭表面に被着している炭素質材料の構造（典型的には、多環芳香族系共役構造）が良好に発達して容量（エネルギー密度）及び充放電効率が高くなる。他方、Ｈ／Ｃが０．０５以上である場合には、炭素化が過度に進行することはないため良好なエネルギー密度が得られる。Ｈ／Ｃは、元素分析装置により測定される。
【００５６】
複合炭素材料１ａは、基材の活性炭に由来するアモルファス構造を有し、同時に、主に被着した炭素質材料に由来する結晶構造を有する。Ｘ線広角回折法によると、複合炭素材料１ａは、（００２）面の面間隔ｄ００２が３．６０Å以上４．００Å以下であり、このピークの半価幅から得られるｃ軸方向の結晶子サイズＬｃが８．０Å以上２０．０Å以下であるものが好ましく、ｄ００２が３．６０Å以上３．７５Å以下であり、このピークの半価幅から得られるｃ軸方向の結晶子サイズＬｃが１１．０Å以上１６．０Å以下であるものがより好ましい。
【００５７】
上記の複合炭素材料１ａの基材として用いる活性炭としては、得られる複合炭素材料１ａが所望の特性を発揮する限り、特に制限はない。例えば石油系、石炭系、植物系、高分子系等の各種の原材料から得られた市販品を使用することができる。特に、平均粒子径が１μｍ以上１５μｍ以下の活性炭粉末を用いることが好ましい。基材として用いる活性炭の平均粒子径は、より好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下である。
【００５８】
本実施形態において規定する細孔分布範囲を有する複合炭素材料１ａを得るためには、基材に用いる活性炭の細孔分布が重要である。
該活性炭においては、ＢＪＨ法により算出した直径２０Å以上５００Å以下の細孔に由来するメソ孔量をＶ１（ｃｃ／ｇ）、ＭＰ法により算出した直径２０Å未満の細孔に由来するマイクロ孔量をＶ２（ｃｃ／ｇ）としたとき、０．０５０≦Ｖ１≦０．５００、０．００５≦Ｖ２≦１．０００、かつ、０．２≦Ｖ１／Ｖ２≦２０．０であることが好ましい。
【００５９】
メソ孔量Ｖ１については、０．０５０≦Ｖ１≦０．３５０がより好ましく、０．１００≦Ｖ１≦０．３００が更に好ましい。マイクロ孔量Ｖ２については、０．００５≦Ｖ２≦０．８５０がより好ましく、０．１００≦Ｖ２≦０．８００が更に好ましい。メソ孔量／マイクロ孔量の比率については、０．２２≦Ｖ１／Ｖ２≦１５．０がより好ましく、０．２５≦Ｖ１／Ｖ２≦１０．０が更に好ましい。活性炭のメソ孔量Ｖ１が０．５００以下である場合及びマイクロ孔量Ｖ２が１．０００以下である場合、上記本実施形態における複合炭素材料１ａの細孔構造を得るためには適量の炭素質材料を被着させれば足りるので、細孔構造を制御し易くなる。一方、活性炭のメソ孔量Ｖ１が０．０５０以上である場合及びマイクロ孔量Ｖ２が０．００５以上である場合、Ｖ１／Ｖ２が０．２以上である場合、及びＶ１／Ｖ２が２０．０以下である場合にも構造が容易に得られる。
【００６０】
複合炭素材料１ａにおいて、基材に被着させる炭素質材料の炭素源として、炭素質材料前駆体が用いられる。炭素質材料前駆体とは、熱処理することにより、基材である活性炭に炭素質材料を被着させることができる、固体、液体、又は溶剤に溶解可能な有機材料である。この炭素質材料前駆体としては、例えば、ピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、合成樹脂（例えばフェノール樹脂等）等を挙げることができる。これらの炭素質材料前駆体の中でも、安価であるピッチを用いることが、製造コスト上好ましい。ピッチは、大別して石油系ピッチと石炭系ピッチとに分けられる。石油系ピッチとしては、例えば原油の蒸留残査、流動性接触分解残査（デカントオイル等）、サーマルクラッカーに由来するボトム油、ナフサクラッキングの際に得られるエチレンタール等が例示される。
【００６１】
上記ピッチを用いる場合、該ピッチを活性炭との共存下で熱処理し、活性炭の表面においてピッチの揮発成分又は熱分解成分を熱反応させて該活性炭に炭素質材料を被着させることにより、複合炭素材料１ａが得られる。この場合、２００〜５００℃程度の温度において、ピッチの揮発成分又は熱分解成分の活性炭細孔内への被着が進行し、４００℃以上で該被着成分が炭素質材料となる反応が進行する。熱処理時のピーク温度（最高到達温度）は、得られる複合炭素材料１ａの特性、熱反応パターン、熱反応雰囲気等により適宜決定されるものであるが、４００℃以上であることが好ましく、より好ましくは４５０℃〜１，０００℃であり、更に好ましくは５００〜８００℃程度である。また、熱処理時のピーク温度を維持する時間は、３０分間〜１０時間であることが好ましく、より好ましくは１時間〜７時間、更に好ましくは２時間〜５時間である。例えば、５００〜８００℃程度のピーク温度で２時間〜５時間に亘って熱処理する場合、活性炭表面に被着している炭素質材料は多環芳香族系炭化水素になっているものと考えられる。
【００６２】
炭素質材料前駆体として用いるピッチの軟化点は、３０℃以上２５０℃以下が好ましく、６０℃以上１３０℃以下が更に好ましい。軟化点が３０℃以上であるピッチはハンドリング性に支障がなく、精度よく仕込むことが可能である。軟化点が２５０℃以下であるピッチには比較的低分子の化合物を多く含有し、従って該ピッチを用いると、活性炭内の細かい細孔まで被着することが可能となる。
上記の複合炭素材料１ａを製造するための具体的方法としては、例えば、炭素質材料前駆体から揮発した炭化水素ガスを含む不活性雰囲気中で活性炭を熱処理し、気相で炭素質材料を被着させる方法が挙げられる。また、活性炭と炭素質材料前駆体とを予め混合し熱処理する方法、又は溶媒に溶解させた炭素質材料前駆体を活性炭に塗布して乾燥させた後に熱処理する方法も可能である。
【００６３】
複合炭素材料１ａにおける炭素質材料の活性炭に対する質量比率が１０質量％以上１００質量％以下であるものが好ましい。この質量比率は、好ましくは１５質量％以上８０質量％以下でである。炭素質材料の質量比率が１０質量％以上であれば、活性炭が有していたマイクロ孔を炭素質材料で適度に埋めることができ、リチウムイオンの充放電効率が向上するから、サイクル耐久性が損なわれることがない。また、炭素質材料の質量比率が１００質量％以下であれば、複合炭素材料１ａの細孔が適度に保持されて比表面積が大きいまま維持される。そのため、リチウムイオンのドープ量を高めることができる結果から、負極を薄膜化しても高出力密度かつ高耐久性を維持することができる。
【００６４】
−複合炭素材料２−
複合炭素材料２は、ＢＥＴ比表面積が０．５ｍ２／ｇ以上８０ｍ２／ｇ以下の炭素材料１種以上を基材として用い、この基材に炭素質材料を被着させた複合炭素材料である。この場合の基材は、特に制限されるものではないが、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、低結晶黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンブラック等を好適に用いることができる。
【００６５】
複合炭素材料２における基材のＢＥＴ比表面積は、１ｍ２／ｇ以上５０ｍ２／ｇ以下が好ましく、より好ましくは１．５ｍ２／ｇ以上４０ｍ２／ｇ以下、更に好ましくは２ｍ２／ｇ以上２５ｍ２／ｇ以下である。このＢＥＴ比表面積が１ｍ２／ｇ以上であれば、リチウムイオンとの反応場を十分に確保できるため、高い入出力特性を示すことができる。他方、ＢＥＴ比表面積が５０ｍ２／ｇ以下であれば、リチウムイオンの充放電効率が向上し、かつ充放電中の非水系電解液の分解反応が抑制されるため、高いサイクル耐久性を示すことができる。
【００６６】
複合炭素材料２の平均粒子径は１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。この平均粒子径は、より好ましくは２μｍ以上８μｍ以下、更に好ましくは３μｍ以上６μｍ以下である。平均粒子径が１μｍ以上であれば、リチウムイオンの充放電効率が向上できるため、高いサイクル耐久性を示すことができる。他方、平均粒子径が１０μｍ以下であれば、複合炭素材料２と非水系電解液との反応面積が増加するため、高い入出力特性を示すことができる。
【００６７】
複合炭素材料２における炭素質材料の基材に対する質量比率は、１質量％以上３０質量％以下が好ましい。この質量比率は、より好ましくは１．２質量％以上２５質量％以下、更に好ましくは１．５質量％以上２０質量％以下である。炭素質材料の質量比率が質量１％以上であれば、炭素質材料によりリチウムイオンとの反応サイトを十分に増加でき、かつリチウムイオンの脱溶媒和も容易となるため、高い入出力特性を示すことができる。他方、炭素質材料の質量比率が３０質量％以下であれば、炭素質材料と基材との間のリチウムイオンの固体内拡散を良好に保持できるため、高い入出力特性を示すことができる。また、リチウムイオンの充放電効率が向上できるため、高いサイクル耐久性を示すことができる。
【００６８】
複合炭素材料２の単位質量当たりのリチウムイオンのドープ量は、５０ｍＡｈ／ｇ以上７００ｍＡｈ／ｇ以下であることが好ましく、より好ましくは７０ｍＡｈ／ｇ以上６５０ｍＡｈ／ｇ以下、更に好ましくは９０ｍＡｈ／ｇ以上６００ｍＡｈ／ｇ以下、特に好ましくは１００ｍＡｈ／ｇ以上５５０ｍＡｈ／ｇ以下である。
【００６９】
以下、複合炭素材料２の好ましい例として、基材として黒鉛材料を用い、この基材に、炭素質材料を被着させた場合の複合炭素材料２ａについて説明する。
【００７０】
複合炭素材料２ａの平均粒子径は１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。この平均粒子径は、より好ましくは２μｍ以上８μｍ以下、更に好ましくは３μｍ以上６μｍ以下である。平均粒子径が１μｍ以上であれば、リチウムイオンの充放電効率が向上できるため、高いサイクル耐久性を示すことができる。他方、１０μｍ以下であれば、複合炭素材料２ａと非水系電解液との反応面積が増加するため、高い入出力特性を示すことができる。
【００７１】
複合炭素材料２ａのＢＥＴ比表面積は、１ｍ２／ｇ以上５０ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、１ｍ２／ｇ以上２０ｍ２／ｇ以下であることがより好ましく、更に好ましくは１ｍ２／ｇ以上１５ｍ２／ｇ以下、１．５ｍ２／ｇ以上１５ｍ２／ｇ以下、又は２ｍ２／ｇ以上１５ｍ２／ｇ以下である。このＢＥＴ比表面積が１ｍ２／ｇ以上であれば、リチウムイオンとの反応場を十分に確保できるため、高い入出力特性を示すことができる。他方、ＢＥＴ比表面積が２０ｍ２／ｇ以下であれば、リチウムイオンの充放電効率が向上し、かつ充放電中の非水系電解液の分解反応が抑制されるため、高いサイクル耐久性を示すことができる。
【００７２】
複合炭素材料２ａの基材として用いる黒鉛材料としては、得られる複合炭素材料２ａが所望の特性を発揮する限り、特に制限はない。例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン小球体、黒鉛ウイスカ等を使用することができる。黒鉛材料の平均粒子径は、好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下、より好ましくは２μｍ以上８μｍ以下である。
【００７３】
複合炭素材料２ａにおいて、基材に被着させる炭素質材料の炭素源として用いる炭素質材料前駆体の機能及び具体例については、複合炭素材料１ａにおける炭素質材料前駆体の場合と同様である。
複合炭素材料２ａにおける炭素質材料の黒鉛材料に対する質量比率は、１質量％以上１０質量％以下が好ましい。この質量比率は、より好ましくは１．２質量％以上８質量％以下、更に好ましくは１．５質量％以上６質量％以下、特に好ましくは２質量％以上５質量％以下である。炭素質材料の質量比率が１質量％以上であれば、炭素質材料によりリチウムイオンとの反応サイトを十分に増加でき、かつリチウムイオンの脱溶媒和も容易となるため、高い入出力特性を示すことができる。他方、炭素質材料の質量比率が１０質量％以下であれば、炭素質材料と黒鉛材料との間のリチウムイオンの固体内拡散を良好に保持できるため、高い入出力特性を示すことができる。また、リチウムイオンの充放電効率が向上できるため、高いサイクル耐久性を示すことができる。
【００７４】
―炭素材料以外の負極活物質―
本実施形態における、炭素材料以外の負極活物質としては、具体的には例えば、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、錫化合物等が例示される。
【００７５】
（負極活物質層のその他の成分）
本実施形態における負極活物質層は、必要に応じて、負極活物質の他に、導電性フィラー、結着剤、分散安定剤等の任意成分を含んでいてもよい。
―導電性フィラー―
導電性フィラーの種類は特に制限されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維等が例示される。導電性フィラーの使用量は、負極活物質１００質量部に対して、好ましくは０質量部以上３０質量部以下である。より好ましくは０質量部以上２０質量部以下、更に好ましくは０質量部以上１５質量部以下である。
【００７６】
―結着剤―
結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミド、ラテックス、スチレン−ブタジエン共重合体、フッ素ゴム、アクリル共重合体等を用いることができる。結着剤の使用量は、負極活物質１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上３０質量部以下であり、より好ましくは２質量部以上２７質量部以下、更に好ましくは３質量部以上２５質量部以下である。結着剤の量が１質量部以上であれば、十分な電極強度が発現される。一方で、結着剤の量が３０質量部以下であれば、負極活物質へのリチウムイオンの出入りを阻害せず、高い入出力特性が発現される。
【００７７】
―分散安定剤―
分散安定剤としては、特に制限されるものではないが、例えばＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、セルロース誘導体等を用いることができる。分散安定剤の使用量は、負極活物質１００質量部に対して、好ましくは０質量部以上１０質量部以下である。分散安定剤の量が１０質量部以下であれば、負極活物質へのリチウムイオンの出入りを阻害せず、高い入出力特性が発現される。
【００７８】
［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が設けられて成る。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、これを乾燥することにより、負極を得ることができる。更に、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。代替的には、溶剤を使用せずに、負極活物質を含む各種材料を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて負極集電体に貼り付ける方法も可能である。
以下、塗工液を用いる負極の製造方法について説明する。
【００７９】
（塗工液）
塗工液は、負極活物質と溶媒とを含み、更に結着剤、分散剤等の任意添加成分を含んでいてもよい。
塗工液の調製は、例えば、負極活物質を含む全部の材料をドライブレンドし、次いで水若しくは有機溶媒を加えて調製してもよいし；
負極活物質を含む材料の一部をドライブレンドして水若しくは有機溶媒を加えた後、結着剤、分散安定剤等を含む残りの材料が溶解又は分散した溶液若しくはスラリーを追加して調製してもよいし；又は、
水若しくは有機溶媒に結着剤、分散安定剤等が溶解若しくは分散した溶液若しくはスラリー中に、負極活物質を含む残りの材料を追加して調製してもよい。
【００８０】
水又は有機溶媒中に材料粉末を溶解又は分散させる方法は、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、は多軸分散機、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できる。良好な分散状態の塗工液を得るためには、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っても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。
【００８１】
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、更に好ましくは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、塗膜幅及び膜厚が良好に制御できる。また、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に制御できる。
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、更に好ましくは１．５以上である。ＴＩ値が１．１以上であれば、塗膜幅及び膜厚が良好に制御できる。
【００８２】
（塗工方法）
前記塗膜の形成は、特に制限されるものではないが、好適には例えば、ダイコーター、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て行うことがでる。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。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、更に好ましくは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。
【００８３】
（塗膜の乾燥）
渡航により得られた塗膜は、次いで乾燥（溶媒除去）してもよい。
塗膜の乾燥方法は、特に制限されるものではないが、好適には例えば、熱風乾燥、赤外線（ＩＲ）乾燥等の乾燥方法を用いることができる。塗膜の乾燥は、単一の温度で乾燥させてもよいし、多段的又は漸進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、２５℃以上２００℃以下であることが好ましく、より好ましくは４０℃以上１８０℃以下、更に好ましくは５０℃以上１６０℃以下である。乾燥温度が２５℃以上であれば、塗膜中の溶媒を十分に揮発させることができる。他方、乾燥温度が２００℃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、及び負極集電体又は負極活物質層の酸化を抑制できる。
乾燥時間は、塗膜の厚さ、溶媒の沸点等に応じて適宜に調整されてよい。
【００８４】
（プレス）
塗膜を乾燥して得られる負極には、更にプレスを施して、負極活物質層の膜厚、嵩密度等を調整してもよい。  負極のプレス方法は特に制限されるものではないが、好適には油圧プレス機、真空プレス機、ロールプレス機等のプレス機を用いて行うことができる。負極活物質層の膜厚、嵩密度、及び電極強度は、プレス圧力、隙間、プレス部の表面温度等により調整できる。プレス圧力は、０．５ｋＮ／ｃｍ以上２０ｋＮ／ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは１ｋＮ／ｃｍ以上１０ｋＮ／ｃｍ以下、更に好ましくは２ｋＮ／ｃｍ以上７ｋＮ／ｃｍ以下である。プレス圧力が０．５ｋＮ／ｃｍ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２０ｋＮ／ｃｍ以下であれば、負極に撓み又はシワが生じることがなく、所望の負極活物質層の厚さ及び嵩密度に調整できる。また、プレスロール同士の隙間は、所望の負極活物質層の厚さ及び嵩密度となるように、プレス後の負極膜厚に応じて任意の値を設定できる。更に、プレス速度は負極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、使用する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４５℃以上、更に好ましくは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３０℃以下、更に好ましくは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、更に好ましくは１２０℃以上１７０℃以下で加温することである。また、結着剤にスチレン−ブタジエン共重合体（融点１００℃）を用いた場合、４０℃以上１５０℃以下に加温することが好ましく、より好ましくは５５℃以上１３０℃以下、更に好ましくは７０℃以上１２０℃以下に加温することである。
【００８５】
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、昇温過程における吸熱ピーク温度が融点となる。
【００８６】
プレス圧力、隙間、速度、及び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。
【００８７】
[負極活物質層表面のＸＰＳ分析]
本実施形態に係る負極活物質層は、負極活物質層表面のＸ線光電子分光測定（ＸＰＳ）により得られる、Ｓ２ｐスペクトルの１６８ｅＶのピーク面積に基づいて求めたＳの元素濃度をＳ１６８ｅＶ（ａｔｏｍｉｃ％）、Ｆ１ｓスペクトルの６８５ｅＶのピーク面積に基づいて求めたＦの元素濃度をＦ６８５ｅＶ（ａｔｏｍｉｃ％）とするとき、元素濃度比Ｓ１６８ｅＶ／Ｆ６８５ｅＶが、０．０２５以上０．５以下であることが好ましく、０．０８以上０．３以下であることが更に好ましい。この値が０．０２５以上であれば、非水系電解液が還元分解されて生ずるガスの抑制効果が発現する。この値が０．５以下であれば、初期の抵抗及び、高電圧、高温保存時の抵抗増加を抑制できる。
【００８８】
本実施形態の負極活物質層の表面が、ＸＰＳにおいて示す上記のピークは、負極活物質層の表面に含硫黄化合物が作用して生じる被膜に起因すると考えられる。
本実施形態における負極活物質層の表面に、ＸＰＳ測定の際に上記のピークを発現させるための方法としては、例えば、
負極活物質層に含硫黄化合物を混合する方法、
負極活物質層に含硫黄化合物を吸着させる方法、
負極活物質層に含硫黄化合物を電気化学的に析出させる方法
等が挙げられる。
中でも、非水系電解液中に、特定の上記の含硫黄化合物の前駆体を含有させておき、本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子を製造する工程における分解反応を利用して、負極活物質層表面に上記の含硫黄化合物前駆体の分解物を含む被膜を堆積させる方法が好ましい。特に、後述の正極前駆体中のアルカリ金属化合物を高電位で酸化分解させる工程を経て、上記被膜を堆積させる方法は、原理は定かではないが、低温環境下でも高い入出力特性を維持することができる被膜が形成するため、より好ましい。
【００８９】
負極活物質層の表面のＸＰＳにおいて示す上記ピークを発現させる含硫黄化合物前駆体としては、後述の化学式（２−１）〜（２―５）のそれぞれで表される化合物の中から選択される含硫黄化合物を用い、これを電解液に含有させるのが好ましい。
【００９０】
＜正極＞
正極は、正極集電体と、その片面又は両面に存在する正極活物質層とを有する。
正極活物質層には、正極活物質として活性炭を含み、更にアルカリ金属化合物を含むことが好ましい。
正極活物質層は、正極活物質として活性炭を含み、リチウムドープ工程前の「正極前駆体」の段階では、正極活物質層はアルカリ金属化合物を更に含むことが好ましい。後述のように、本実施形態では蓄電素子組み立て工程内で、正極前駆体における正極活物質層中のアルカリ金属化合物が、負極に対するリチウムイオンのプレドープ源として機能する。
本明細書中、リチウムドープ工程前における、所定のアルカリ金属化合物を含む正極を「正極前駆体」といい、リチウムドープ工程後の正極を単に「正極」という。
【００９１】
［正極集電体］
本実施形態におけ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、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が、金属箔が好ましい。本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子における正極集電体としては、アルミニウム箔が特に好ましい。
正極集電体として用いる金属箔は、凹凸又は貫通孔を持たない、通常の平滑表面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。
電極作製の容易性、及び高い電子伝導性の観点から、本実施形態における正極集電体は、無孔であることが好ましい。
正極集電体の厚さは、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。
【００９２】
［正極活物質層］
正極における正極活物質層は、正極活物質を含む。
正極活物質層は、正極活物質以外に、必要に応じて、遷移金属酸化物、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いてもよい。
また、正極前駆体の正極活物質層には、正極活物質以外のアルカリ金属化合物が更に含有されることが好ましい。
【００９３】
（正極活物質）
正極活物質は、活性炭を含む。
正極活物質としては、活性炭のみを使用してよく、又は活性炭に加えて、他の正極活物質を併用してよい。この他の正極活物質としては、例えば、活性炭以外の炭素材料、遷移金属酸化物等を挙げることができる。
【００９４】
−活性炭−
正極活物質として用いる活性炭の種類及びその原料には特に制限はない。しかしながら、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、
（１）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（以下、「活性炭１」ともいう。）が好ましく、また、
（２）高いエネルギー密度を得るためには、０．８＜Ｖ１≦２．５、及び０．８＜Ｖ２≦３．０を満たし、かつ、ＢＥＴ法により測定される比表面積が２，３００ｍ２／ｇ以上４，０００ｍ２／ｇ以下である活性炭（以下、「活性炭２」ともいう。）が好ましい。
【００９５】
以下、上記（１）活性炭１及び上記（２）活性炭２について、個別に順次説明していく。
【００９６】
（１）活性炭１
活性炭１のメソ孔量Ｖ１は、蓄電素子に組み込んだときの入出力特性を大きくする観点で、０．３ｃｃ／ｇより大きい値であることが好ましい。他方、正極の嵩密度の低下を抑える観点から、０．８ｃｃ／ｇ以下であることが好ましい。上記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。他方、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観点から、１．０ｃｃ／ｇ以下であることが好ましい。上記Ｖ２は、より好ましくは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。
【００９７】
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観点から、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観点から、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。
【００９８】
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観点から、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、容量を最大にする観点から、活性炭１の平均細孔径は２５Å以下であることが好ましい。
【００９９】
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バインダーを多量に入れる必要がないので、電極体積当たりの性能が高くなる。
【０１００】
活性炭１の平均粒子径は、２〜２０μｍであることが好ましい。
上記平均粒子径が２μｍ以上であると、活物質層の密度が過度に高いために、電極体積当たりの容量が高くなる傾向がある。ここで、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、高速充放電に適合し易くなる傾向がある。上記平均粒子径は、より好ましくは２〜１５μｍであり、更に好ましくは３〜１０μｍである。
【０１０１】
上記のような特徴を有する活性炭１は、例えば、以下に説明する原料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。
【０１０２】
これらの原料を活性炭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。
【０１０３】
上記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、上記炭化物を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ことが好ましい。
更に、上記炭化物の賦活処理に先立ち、予め上記炭化物を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。
上記炭化方法における焼成温度及び焼成時間と、上記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、上記の特徴を有する活性炭１を製造することができる。
【０１０４】
（２）活性炭２
活性炭２のメソ孔量Ｖ１は、蓄電素子に組み込んだときの出力特性を大きくする観点から、０．８ｃｃ／ｇより大きい値であることが好ましい。他方、Ｖ１は、蓄電素子の容量の低下を抑える観点から、２．５ｃｃ／ｇ以下であることが好ましい。上記Ｖ１は、より好ましくは１．００ｃｃ／ｇ以上２．０ｃｃ／ｇ以下、更に好ましくは、１．２ｃｃ／ｇ以上１．８ｃｃ／ｇ以下である。
【０１０５】
活性炭２のマイクロ孔量Ｖ２は、活性炭の比表面積を大きくし、容量を増加させるために、０．８ｃｃ／ｇより大きい値であることが好ましい。一方、Ｖ２は、活性炭の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観点から、３．０ｃｃ／ｇ以下であることが好ましい。Ｖ２は、より好ましくは１．０ｃｃ／ｇ超２．５ｃｃ／ｇ以下、更に好ましくは１．５ｃｃ／ｇ以上２．５ｃｃ／ｇ以下である。
【０１０６】
上述したメソ孔量及びマイクロ孔量を有する活性炭２は、従来の電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタ用として使用されていた活性炭よりもＢＥＴ比表面積が高いものである。活性炭２のＢＥＴ比表面積の具体的な値としては、２，３００ｍ２／ｇ以上４，０００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。ＢＥＴ比表面積の下限としては、３，０００ｍ２／ｇ以上であることがより好ましく、３，２００ｍ２／ｇ以上であることが更に好ましい。一方、ＢＥＴ比表面積の上限としては、３，８００ｍ２／ｇ以下であることがより好ましい。ＢＥＴ比表面積が２，３００ｍ２／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４，０００ｍ２／ｇ以下の場合には、電極の強度を保つためにバインダーを多量に入れる必要がないので、電極体積当たりの性能が高くなる。
【０１０７】
上記のような特徴を有する活性炭２は、例えば以下に説明するような原料及び処理方法を用いて得ることができる。
活性炭２の原料として用いられる炭素源としては、通常活性炭原料として用いられる炭素源であれば特に限定されるものではなく、例えば、木材、木粉、ヤシ殻等の植物系原料；石油ピッチ、コークス等の化石系原料；フェノール樹脂、フラン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、レゾルシノール樹脂等の各種合成樹脂等が挙げられる。これらの原料の中でも、フェノール樹脂及びフラン樹脂は、高比表面積の活性炭を作製するのに適しており、特に好ましい。
【０１０８】
これらの原料を炭化する方式又は賦活処理時の加熱方法としては、例えば、固定床方式、移動床方式、流動床方式、スラリー方式、ロータリーキルン方式等の公知の方式が挙げられる。加熱時の雰囲気は、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス、又はこれらの不活性ガスを主成分として他のガスと混合した混合ガス等が用いられる。炭化温度は４００℃以上７００℃以下（下限について、好ましくは４５０℃以上、更に好ましくは５００℃以上。上限について、好ましくは６５０℃以下）程度で、０．５〜１０時間程度にわたって焼成することが好ましい。
【０１０９】
上記炭化処理後の炭化物の賦活方法としては、炭化物を、水蒸気、二酸化炭素、酸素等の賦活ガスを用いて焼成するガス賦活法；及び炭化物をアルカリ化合物と混合した後に加熱処理を行う、アルカリ賦活法がある。これらのうち、高比表面積の活性炭を作製するにはアルカリ賦活法が好ましい。
この賦活方法では、炭化物とＫＯＨ、ＮａＯＨ等のアルカリ化合物との質量比が１：１以上（アルカリ化合物の量が、炭化物の量と同じかこれよりも多い量）となるように混合した後に、不活性ガス雰囲気下で６００℃以上９００℃以下（好ましくは６５０℃以上８５０℃以下）の範囲において、０．５〜５時間にわたって加熱を行い、その後アルカリ化合物を酸及び水により洗浄除去し、更に乾燥を行う。
【０１１０】
炭化物とアルカリ化合物とを混合するときに、アルカリ化合物の割合が増えるほどメソ孔量が増えるが、質量比１：３．５付近を境に、急激に孔量が増える傾向がある。したがって、炭化物とアルカリ化合物との質量比は、１：３よりもアルカリ化合物が多い比とすることが好ましく、１：５．５以下であることが好ましい。この質量比は、アルカリ化合物が増えるほど孔量が大きくなるが、その後の洗浄等の処理効率を考慮すると、上記範囲であることが好ましい。
マイクロ孔量を大きくし、メソ孔量を大きくしないためには、賦活する際に炭化物の量を多めにしてアルカリ化合物と混合するとよい。マイクロ孔量及びメソ孔量の双方を大きくするためには、アルカリ化合物の量を多めに使用するとよい。また、主としてメソ孔量を大きくするためには、アルカリ賦活処理を行った後に、水蒸気賦活を更に行うことが好ましい。
活性炭２の平均粒子径は、２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３μｍ以上１０μｍ以下である。
【０１１１】
（３）活性炭の使用態様
活性炭１及び２は、それぞれ、１種の活性炭から成るものであってもよいし、２種以上の活性炭の混合物であって、上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。
上記の活性炭１及び２は、これらのうちのいずれか一方を選択して使用してもよいし、両者を混合して使用してもよい。
【０１１２】
−活性炭以外の正極活物質−
正極活物質は、活性炭１及び２のみから成っていてもよいし、活性炭１及び２と、これら以外の正極活物質（例えば、上特定のＶ１及び／若しくはＶ２を有さない活性炭、又は活性炭以外の炭素材料、炭素材料以外の正極活物質）を含んでもよい。例示の態様において、活性炭１及び２の合計含有量が、それぞれ、全正極活物質の５０質量％より多い量であることが好ましく、より好ましくは７０質量％以上である。活性炭１及び２の合計の含有率は、全正極活物質の１００質量％であることができる。しかしながら、他の材料、例えばリチウム遷移金属酸化物との併用による効果を良好に得る観点から、活性炭１及び２の合計の含有率は、例えば９０質量％以下であることが好ましい。
【０１１３】
本実施形態において正極活物質として用いられる、活性炭以外の炭素材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、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い。
【０１１４】
本実施形態において正極活物質として用いられる、炭素材料以外の正極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な、遷移金属酸化物が挙げられる。
この遷移金属酸化物には、特に制限はないが、層状構造、オリビン構造、及びスピネル構造から選ばれる構造を有する遷移金属酸化物であることが好ましい。
本実施形態では、正極前駆体に、正極活物質とは異なるアルカリ金属化合物が含まれていれば、後述のリチウムドープにて、アルカリ金属化合物がリチウムイオンのドーパント源となり、負極にプレドープができる。そのため、遷移金属化合物に予めリチウムイオンが含まれていなくても、リチウムドープ工程後には非水系リチウム蓄電素子として電気化学的な充放電をすることができる。しかしながら本実施形態における遷移金属酸化物としては、リチウム元素と、遷移金属元素とを有する酸化物が好ましい。この場合の遷移金属元素としては、例えば、コバルト、ニッケル、マンガン、鉄、バナジウム、及びクロムから成る群より選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
【０１１５】
本実施形態における好ましい遷移金属酸化物として、具体的には、例えば、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＮｉｙＭ（１−ｙ）Ｏ２（ＭはＣｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｇ、及びＴｉから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｙは０．２＜ｙ＜０．９７を満たす。）、ＬｉｘＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉｘＭｎＯ２、α−ＬｉｘＦｅＯ２、ＬｉｘＶＯ２、ＬｉｘＣｒＯ２、ＬｉｘＦｅＰＯ４、ＬｉｘＭｎＰＯ４、ＬｉｚＶ２（ＰＯ４）３、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＭｙＭｎ（２−ｙ）Ｏ４（ＭはＣｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｇ、及びＴｉから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｙは０．２＜ｙ＜０．９７を満たす。）、ＬｉｘＮｉａＣｏｂＡｌ（１−ａ−ｂ）Ｏ２（ａ及びｂは０．２＜ａ＜０．９７、０．２＜ｂ＜０．９７を満たす。）、ＬｉｘＮｉｃＣｏｄＭｎ（１−ｃ−ｄ）Ｏ２（ｃ及びｄは０．２＜ｃ＜０．９７、０．２＜ｄ＜０．９７を満たす。）等が挙げられる。
上記において、ｘは０≦ｘ≦１を満たし、ｚは０≦ｚ≦３を満たす。
【０１１６】
（アルカリ金属化合物）
本実施形態における正極活物質層に好ましく含有されるアルカリ金属化合物としては、後述のリチウムドープ工程において正極で分解し、リチウムイオンを放出することが可能であるという観点から、リチウム化合物であることが好ましく、具体的には例えば、炭酸リチウム、酸化リチウム、水酸化リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、シュウ化リチウム、ヨウ化リチウム、窒化リチウム、シュウ酸リチウム、酢酸リチウム、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１種以上が好適に用いられる。中でも、炭酸リチウム、酸化リチウム、及び水酸化リチウムから成る群から選択される１種以上がより好ましく、空気中での取り扱いが可能であり、かつ吸湿性が低いという観点から、炭酸リチウムが更に好ましい。
このようなアルカリ金属化合物は、電圧の印加によって分解し、負極へのリチウムドープのドーパント源として機能するとともに、正極活物質層において空孔を形成するから、電解液の保持性に優れ、イオン伝導性に優れる正極を形成することができる。
【０１１７】
（１）正極前駆体中のアルカリ金属化合物
本実施形態の正極前駆体における正極集電体上に形成された正極活物質層には、正極活物質以外のアルカリ金属化合物が含有されることが好ましい。アルカリ金属化合物は、正極前駆体の正極活物質層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もよく、正極活物質層の表面上に存在してもよいし、正極活物質層の内部に存在していてもよい。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の内部に含有されることが好ましい。
【０１１８】
アルカリ金属化合物は、粒子状であることが好ましい。正極前駆体中に含有されるアルカリ金属化合物の平均粒子径は、０．１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。この平均粒子径の上限としては、５０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることが更に好ましく、１０μｍ以下であることが最も好ましい。他方、この平均粒子径の下限としては、０．１μｍ超であることがより好ましく、０．５μｍ以上であることが更に好ましい。アルカリ金属化合物の平均粒子径が０．１μｍ以上であれば、正極において、アルカリ金属化合物の分解反応後に残る空孔が電解液を保持するのに十分な容積を有することとなるため、高負荷充放電特性が向上する。アルカリ金属化合物の平均粒子径が１００μｍ以下であれば、アルカリ金属化合物の表面積が過度に小さくはならないから、該アルカリ金属化合物の分解反応の速度を確保することができる。
【０１１９】
正極前駆体が含有する、正極活物質以外のアルカリ金属化合物は、正極における正極活物質層の全質量を基準として、１質量％以上５０質量％以下であることが好ましく、２．５質量％以上２５質量％以下であることがより好ましい。アルカリ金属化合物量が１質量％以上であると、後述のリチウムドープ工程において、十分な量のリチウムイオンを負極にドープすることができる。アルカリ金属化合物量が５０質量％以下であると、負極へのリチウムイオンのドープ量が過度に多量になることが抑制されるとともに、アルカリ金属化合物の分解反応後に残る空孔の容積が過度に大きくならないため、正極活物質層の強度を維持することができる。
【０１２０】
（２）正極のアルカリ金属化合物
本実施形態の正極における正極集電体上に形成された正極活物質層には、正極活物質以外のアルカリ金属化合物が含有されることが好ましい。
正極が含有する、正極活物質以外のアルカリ金属化合物の平均粒子径をＸ１とし、正極活物質の平均粒子径をＹ１とするとき、０．１μｍ≦Ｘ１≦１０μｍであり、２μｍ≦Ｙ１≦２０μｍであり、かつＸ１＜Ｙ１であることが好ましい。Ｘ１は、更に好ましくは、０．５μｍ≦Ｘ１≦５μｍである。Ｘ１が０．１μｍ以上の場合、高負荷充放電サイクルで生成するフッ素イオンを吸着することにより、高負荷充放電サイクル特性が向上する。Ｘ１が１０μｍ以下の場合、高負荷充放電サイクルで生成するフッ素イオンとの反応面積が増加するため、フッ素イオンの吸着を効率良く行うことができる。Ｙ１が２μｍ以上の場合、正極活物質間の電子伝導性を確保できる。Ｙ１が２０μｍ以下の場合、電解質イオンとの反応面積が増加するために高い出力特性を発現できる。Ｘ１＜Ｙ１である場合、正極活物質間に生じる隙間にアルカリ金属化合物が充填されるため、正極活物質間の電子伝導性を確保しつつ、エネルギー密度を高めることができる。
【０１２１】
正極が含有する、正極活物質以外のアルカリ金属化合物は、正極における正極活物質層の全質量を基準として、１質量％以上５０質量％以下であることが好ましく、２．５質量％以上２５質量％以下であることがより好ましい。アルカリ金属化合物量が１質量％以上であると、高温環境下における正極上での電解液溶媒の分解反応を炭酸リチウムが抑制するため、高温耐久性が向上し、２．５質量％以上であると、その効果が顕著になる。また、アルカリ金属化合物量が５０質量％以下であると、正極活物質間の電子伝導性がアルカリ金属化合物により阻害されることが比較的小さいため、高い入出力特性を示し、２５質量％以下であると、高入出力特性が顕著になる。
【０１２２】
−正極又は正極前駆体中のアルカリ金属化合物の分析方法−
（１）定性分析
正極活物質層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。例えば、ＳＥＭ−ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分析）、顕微ラマン分析、ＸＰＳ、固体７Ｌｉ−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）等から選択される１種以上の分析手法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。
【０１２３】
（２）定量分析
正極又は正極前駆体に含まれるアルカリ金属化合物の定量方法を以下に記載する。
正極又は正極前駆体を有機溶媒で洗浄し、その後蒸留水で洗浄し、蒸留水での洗浄前後の正極又は正極前駆体の質量変化からアルカリ金属化合物を定量することができる。
洗浄のための有機溶媒としては、正極表面に堆積した非水系電解液の分解物を除去できればよく、特に限定されないが、アルカリ金属化合物の溶解度が２質量％以下である有機溶媒を用いれば、アルカリ金属化合物の溶出が抑制されるため好ましい。洗浄のための有機溶媒としては、例えば、メタノール、アセトン等の極性溶媒が好適に用いられる。
【０１２４】
（正極活物質層の任意成分）
本実施形態における正極活物質層は、必要に応じて、正極活物質及びアルカリ金属化合物の他に、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いてもよい。
これらの導電性フィラー、結着剤、及び分散安定剤については、負極活物質層における任意成分としての導電性フィラー、結着剤、及び分散安定剤として上記に説明した内容を、「負極」を「正極」と読み替えたうえで適宜援用してよい。
【０１２５】
（正極活物質層の好ましい態様）
本実施形態における正極活物質層の目付は、正極集電体の片面当たり２０ｇ／ｍ２以上１８０ｇ／ｍ２以下であることが好ましく、より好ましくは片面当たり２５ｇ／ｍ２以上１２０ｇ／ｍ２以下であり、更に好ましくは３０ｇ／ｍ２以上８０ｇ／ｍ２以下である。この目付が２０ｇ／ｍ２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、この目付が１８０ｇ／ｍ２以下であれば、正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、したがって得られる蓄電素子のエネルギー密度を高めることができる。
【０１２６】
正極活物質層の厚さは、正極集電体の片面当たり２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは片面当たり２５μｍ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２０μｍ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、正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、したがって得られる蓄電素子の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における正極活物質層の、片面当たりの厚さの平均値をいう。
【０１２７】
後述のリチウムドープ工程後の正極における正極活物質層の嵩密度は、０．２５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、より好ましくは０．３０ｇ／ｃｍ３以上１．３ｇ／ｃｍ３以下の範囲である。正極活物質層の嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ３以上であれば、高いエネルギー密度を発現でき、蓄電素子の小型化を達成できる。他方、この嵩密度が１．３ｇ／ｃｍ３以下であれば、正極活物質層内の空孔における非水系電解液の拡散が十分となり、高い出力特性が得られる。
【０１２８】
本実施形における正極活物質層の、正極集電体単位面積当たりのＢＥＴ比表面積は０．２ｍ２／ｃｍ２以上１０ｍ２／ｃｍ２以下であることが好ましい。このＢＥＴ比表面積が０．２ｍ２／ｃｍ２以上であれば、アニオンの吸着脱離がしやすいため低抵抗な蓄電素子になり、１０ｍ２／ｃｍ２以下であれば、酸化反応場が少ないため、高電圧時の分解ガスの発生を抑制できる。
【０１２９】
［正極の製造］
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子における正極は、正極活物質とアルカリ金属化合物とを含む正極活物質層を有する正極前駆体が、リチウムドープ工程を経て、アルカリ金属化合物を負極に対するリチウムイオンのプレドープ源として利用した後に形成される。したがって以下では先ず「正極前駆体」の製造について説明する。
【０１３０】
（正極前駆体の製造）
正極前駆体は、正極集電体の片面上又は両面上に正極活物質層が設けられて成る。正極前駆体における正極活物質層は、上述のとおり、正極活物質とアルカリ金属化合物とを含む。典型的な態様において、正極活物質層は正極集電体に固着している。
本実施形態において、非水系リチウム型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。例えば、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し、この塗工液を正極集電体上の片面又は両面に塗工して塗膜を形成し、これを乾燥することにより正極前駆体を得ることができる。更に、得られた正極前駆体にプレスを施して、正極活物質層の厚さ若しくは嵩密度、又はこれらの双方を調整してもよい。代替的には、溶剤を使用せずに、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使用されるその他の任意成分を乾式で混合し、得られた混合物をプレス成型した後、導電性接着剤を用いて正極集電体に貼り付ける方法も可能である。
以下、塗工液を用いる正極前駆体の製造方法について説明する。
【０１３１】
（塗工液）
正極前駆体の塗工液は、正極活物質及びアルカリ金属化合物を含み、更に結着剤、分散剤等の任意添加成分を含んでいてもよい。
塗工液の調製は、例えば、正極活物質及びアルカリ金属化合物を含む全部の材料をドライブレンドし、次いで水若しくは有機溶媒を加えて調製してもよいし；
正極活物質及びアルカリ金属化合物のうちの少なくとも一方を含む材料の一部をドライブレンドして水若しくは有機溶媒を加えた後、結着剤、分散安定剤等を含む残りの材料が溶解又は分散した溶液又はスラリーを追加して調製してもよいし；又は、
水若しくは有機溶媒に結着剤、分散安定剤等が溶解又は分散した溶液又はスラリー中に、正極活物質及びアルカリ金属化合物のうちの少なくとも一方を含む残りの材料を追加して調製してもよい。
【０１３２】
上記において、ドライブレンドする際には、例えば、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性フィラー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、後述のリチウムドープ工程において、正極前駆体においてアルカリ金属化合物が分解し易くなる。このドライブレンドには、例えばボールミル等を使用することができる。
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によって塗工液がアルカリ性になることがある。そのような場合には、必要に応じて塗工液にｐＨ調整剤を添加してもよい。
塗工液の調製は、負極の塗工液と同様にして行うことができる。
【０１３３】
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、更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仕込み時の粒子径以下のサイズとなり、塗工液の調製時に材料を破砕する必要が生じ、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、塗膜のスジ発生等がなく、安定に塗工ができる。
【０１３４】
正極前駆体の塗工液の粘度（ηｂ）、ＴＩ値、塗工方法、塗膜の乾燥方法、及び任意的に行わるプレスについては、負極活物質層の形成と同様であってよい。
【０１３５】
［正極活物質層表面のＸＰＳ分析］
本実施形態に係る正極活物質層は、正極活物質層表面のＸ線光電子分光測定（ＸＰＳ）により得られる、元素濃度比Ｓ１６４ｅＶ／Ｃは、０．００１以上０．０５以下である。この値は、０．００４以上０．０１以下であることが好ましい。
Ｓ１６４ｅＶ／Ｃが０．００１以上であれば、非水系電解液の添加剤に由来する正極被膜が十分であるため、高電圧、高温保存時の電解液溶媒の分解ガスの生成が抑制される。Ｓ１６４ｅＶ／Ｃが０．０５以下であれば、得られる蓄電素子の初期の抵抗を低く維持することができ、また、高電圧、高温保存時の抵抗増加も抑制できる。
【０１３６】
本実施形態の正極活物質層の表面が、ＸＰＳにおいて示す上記のピークは、正極活物質層の表面にＣ−Ｓ−Ｃ構造を有する化合物が作用して生じる被膜に起因すると考えられる。
本実施形態における正極活物質層の表面に、ＸＰＳ測定の際に上記のピークを発現させるための方法としては、例えば、
正極活物質層にＣ−Ｓ−Ｃ構造を有する化合物を混合する方法、
正極活物質層にＣ−Ｓ−Ｃ構造を有する化合物を吸着させる方法、
正極活物質層にＣ−Ｓ−Ｃ構造を有する化合物を電気化学的に析出させる方法
等が挙げられる。
中でも、非水系電解液中にＣ−Ｓ−Ｃ構造を有する特定の化合物を含有させておき、本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子を製造する工程における分解反応を利用して、正極活物質層表面に上記の化合物の分解物を含む被膜を堆積させる方法が好ましい。特に、後述の正極前駆体中のアルカリ金属化合物を高電位で酸化分解させる工程を経て上記被膜を堆積させる方法は、低温環境下でも高い入出力特性を維持することができる被膜が形成するため、より好ましい。
【０１３７】
正極活物質層の表面のＸＰＳにおいて示す上記ピークを発現させるＣ−Ｓ−Ｃ構造を有する化合物の前駆体としては、後述の化学式（１）で表される化合物を用い、これを電解液に含有させるのが好ましい。
【０１３８】
＜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されて、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、又はセパレータを介して積層したうえで捲回されて、正極前駆体、負極及びセパレータを有する電極捲回体が形成される。
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又は両面に、有機又は無機の微粒子から成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又は無機の微粒子が含まれていてもよい。
セパレータの厚さは５μｍ以上３５μｍ以下が好ましい。５μｍ以上の厚さとすることにより、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以下の厚さとすることにより、非水系リチウム型蓄電素子の入出力特性が高くなる傾向があるため好ましい。
有機又は無機の微粒子から成る膜の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。この膜を１μｍ以上の厚さとすることにより、セパレータ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以下の厚さとすることにより、非水系リチウム型蓄電素子の入出力特性が高くなる傾向があるため好ましい。
【０１３９】
＜電解液＞
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子における電解液は、非水系電解液である。すなわち、この電解液は、後述する非水溶媒を含む。非水系電解液は、この非水系電解液の総量を基準として、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上のリチウム塩を含有することが好ましい。すなわち、非水系電解液は、このリチウム塩が電離して生ずるリチウムイオンを電解質として含むことが好ましい。
【０１４０】
［リチウム塩］
本実施形態における非水系電解液は、リチウム塩として、例えば、（ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２）、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）（ＳＯ２Ｃ２Ｆ４Ｈ）、ＬｉＣ（ＳＯ２Ｆ）３、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＣ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）３、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４等から選ばれる１種以上を含有する。これらは、単独で用いることができ、２種以上を混合して用いてもよい。
高い伝導度を発現できることから、非水系電解液は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２、及びＬｉＢＦ４から成る群から選択される少なくとも１つを含むことが好ましく、ＬｉＰＦ６及びＬｉＢＦ４から成る群から選択される１種以上と、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２とを含有することがより好ましい。ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２は、非水系電解液のイオン伝導度を高めるとともに、負極・正極界面に電解質被膜が適量堆積し、これにより電解液が分解して生ずるガスの発生を低減することができる。
【０１４１】
非水系電解液中のリチウム塩濃度は、該非水系電解液の総量を基準として、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上２．０ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲がより好ましい。リチウム塩濃度が０．５ｍｏｌ／Ｌ以上であれば、陰イオンが十分に存在するので蓄電素子の容量を十分高くできる。また、リチウム塩濃度が２．０ｍｏｌ／Ｌ以下である場合、未溶解のリチウム塩が非水系電解液中に析出すること、及び電解液の粘度が高くなり過ぎることを防止でき、伝導度が低下せず、出力特性も低下しないため好ましい。
【０１４２】
［化合物Ｘ及び化合物Ｙ］
非水系電解液は、下記化学式（１）で表される化合物Ｘと、下記化学式（２−１）〜（２−５）のそれぞれで表される化合物から選択される１種以上の化合物Ｙとを含むことが好ましい。
【化３】
2019091792.tif 000004
{式（１）中、Ｒ１〜Ｒ４はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ホルミル基、炭素数２〜７のアシル基、ニトリル基、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、炭素数２〜７のアルキルカルボニルオキシ基、又は炭素数２〜７のアルキルオキシカルボニル基を表す。}
【化４】
2019091792.tif 000005
{式（２−１）〜（２−５）中のＲ５〜Ｒ２８は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１２のアルキル基、又は炭素数１〜１２のハロゲン化アルキル基を表し；そして、
式（２−１）〜（２−３）及び（２−５）中のｎは、それぞれ独立に、０〜３の整数である。}
【０１４３】
化合物Ｘは、正極活物質表面のＸＰＳにおいて、Ｓ２ｐスペクトル及びＣ１ｓスペクトルを発現する被膜を与えるＣ−Ｓ−Ｃ構造を有する化合物の前駆体として機能する。
化学式（１）中におけるＲ１〜Ｒ４の炭素数２〜７のアシル基は、典型的にはアセチル基である。Ｒ１〜Ｒ４の炭素数２〜７のアルキルカルボニルオキシ基は、典型的にはアセチルオキシ基（ＣＨ３Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−）である。Ｒ１〜Ｒ４の炭素数２〜７のアルキルオキシカルボニル基は、典型的にはメトキシカルボニル基（ＣＨ３−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−）である。
化合物Ｘとして、具体的には、例えば、チオフェン、２−メチルチオフェン、３−メチルチオフェン、２−シアノチオフェン、３−シアノチオフェン、２，５−ジメチルチオフェン、２−メトキシチオフェン、３−メトキシチオフェン、２−クロロチオフェン、３−クロロチオフェン、２−アセチルチオフェン、３−アセチルチオフェン等を挙げることができ、これらから選択される１種以上を、本実施形態における非水系電解液に含有させるのが好ましい。
非水系電解液中の化合物Ｘの含有割合は、非水系電解液の全質量に対して、０．０１質量％以上４．５質量％以下が好ましく、０．０５質量％以上４．０質量％以下がより好ましく、０．１質量％以上３．５質量％以下が更もに好ましい。
【０１４４】
一方、化合物Ｙは、負極活物質表面のＸＰＳにおいて、Ｓ２ｐスペクトルを発現する被膜を与える含硫黄化合物の前駆体として機能する。
式（２−１）〜（２−５）中のＲ５〜Ｒ２８における炭素数１〜１２のアルキル基としては、炭素数１〜６のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、へキシル基等である。炭素数１〜１２のハロゲン化アルキル基としては、炭素数１〜６のハロゲン化アルキル基が好ましく、例えば、クロロメチル基、ジクロロエチル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基、パーフルオロプロピル基等である。
化合物Ｘとして、具体的には、
化学式（２−１）で表される化合物として例えば、エチレンスルファート、１，３−プロピレンスルファート等を；
化学式（２−２）で表される化合物として例えば、１，３−プロパンスルトン、２，４−ブタンスルトン、１，４−ブタンスルトン、１，３−ブタンスルトン、２，４−ペンタンスルトン等を；
化学式（２−３）で表される化合物として例えば、１，３−プロペンスルトン、１，４−ブテンスルトン等を；
化学式（２−４）で表される化合物として例えば、３−スルフォレン等を；
化学式（２−５）で表される化合物として例えば、亜硫酸エチレン、１，２−亜硫酸プロピレン、１，３−亜硫酸プロピレン等を；
それぞれ挙げることができ、それぞれこれらから選択される１種以上を、本実施形態の非水系電解液に含有させるのが好ましい。
非水系電解液中の化合物Ｙの含有割合は、化学式（２−１）〜（２−５）のそれぞれで表される化合物の合計質量が、非水系電解液の全質量に占める割合として、０．０１質量％以上４．５質量％以下が好ましく、０．０５質量％以上４．０質量％以下がより好ましく、０．１質量％以上３．５質量％以下が更もに好ましい。
【０１４５】
［非水溶媒］
本実施形態における非水系電解液は、非水溶媒として、好ましくは、環状カーボネート及び鎖状カーボネートから選択される１種以上を含有する。
非水系電解液が環状カーボネートを含有することは、所望の濃度のリチウム塩を溶解させる点で有利である。環状カーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、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、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、ジフルオロエチレンカーボネート（ｄＦＥＣ）等が挙げられる。
環状カーボネートの合計含有量は、非水系電解液の総量基準で、好ましくは１５質量％以上、より好ましくは２０質量％以上である。上記合計含有量が１５質量％以上であれば、所望の濃度のリチウム塩を溶解させることが可能となり、高いリチウムイオン伝導度を発現することができる。環状カーボネートの合計含有量は、非水系電解液の総量基準で、７０質量％以下、又は６５質量％以下であることが好ましい。
【０１４６】
また、本実施形態における非水系電解液が鎖状カーボネートを含有することは、高いリチウムイオン伝導度を発現する点で有利である。鎖状カーボネートとしては、例えば、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、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート等に代表されるジアルキルカーボネート化合物が挙げられる。ジアルキルカーボネート化合物は典型的には非置換である。
鎖状カーボネートの合計含有量は、非水系電解液の総量基準で、好ましくは３０質量％以上、より好ましくは３５質量％以上であり、好ましくは９５質量％以下、より好ましくは９０質量％以下である。上記鎖状カーボネートの含有量が３０質量％以上であれば、電解液の低粘度化が可能であり、高いリチウムイオン伝導度を発現することができる。上記合計濃度が９５質量％以下であれば、電解液が、後述する添加剤を更に含有することが容易になる。
【０１４７】
本実施形態における非水系電解液は、非水溶媒として、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、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、及びフルオロエチレンカーボネートから成る群から選択される少なくとも１種を含有することが好ましく、
ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネートから選択される少なくとも１種の鎖状カーボネートと、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、及びフルオロエチレンカーボネートから選択される少なくとも１種の環状カーボネートと、を含有することが、より好ましい。
【０１４８】
［添加剤］
本実施形態における非水系電解液は、上記の化合物Ｘ及び化合物Ｙ、並びに非水溶媒の他に、環状ホスファゼン、非環状含フッ素エーテル、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、環状酸無水物等から選択される１種以上を含んでいてもよい。
【０１４９】
（環状ホスファゼン）
上記環状ホスファゼンとしては、例えば、エトキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、ジエトキシテトラフルオロシクロトリホスファゼン、フェノキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン等を挙げることができ、これらのうちから選択される１種以上が好ましい。
【０１５０】
非水系電解液中の環状ホスファゼンの含有率は、非水系電解液の総量を基準として、０．５質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。この値が０．５重量％以上であれば、高温における電解液の分解を抑制してガス発生を抑えることが可能となる。他方、この値が２０質量％以下であれば、電解液のイオン伝導度の低下を抑えることができ、高い入出力特性を保持することができる。環状ホスファゼンの含有率は、より好ましくは２質量％以上１５質量％以下であり、更に好ましくは４質量％以上１２質量％以下である。
【０１５１】
（非環状含フッ素エーテル）
非環状含フッ素エーテルとしては、例えば、ＨＣＦ２ＣＦ２ＯＣＨ２ＣＦ２ＣＦ２Ｈ、ＣＦ３ＣＦＨＣＦ２ＯＣＨ２ＣＦ２ＣＦ２Ｈ、ＨＣＦ２ＣＦ２ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＦ２ＣＦ２Ｈ、ＣＦ３ＣＦＨＣＦ２ＯＣＨ２ＣＦ２ＣＦＨＣＦ３等が挙げられ、これらのうちから選択される１種以上を使用することができる。中でも、電気化学的安定性の観点から、ＨＣＦ２ＣＦ２ＯＣＨ２ＣＦ２ＣＦ２Ｈが好ましい。
【０１５２】
非水系電解液中の非環状含フッ素エーテルの含有量は、非水系電解液の総量を基準として、０．５質量％以上１５質量％以下が好ましく、１質量％以上１０質量％以下であることが更に好ましい。非環状含フッ素エーテルの含有量が０．５質量％以上であれば、非水系電解液の酸化分解に対する安定性が高まり、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、非環状含フッ素エーテルの含有量が１５質量％以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ、非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができるため、高度の入出力特性を発現することが可能となる。
【０１５３】
（環状炭酸エステル）
環状炭酸エステルについては、ビニレンカーボネートが好ましい。
環状炭酸エステルの含有量は、非水系電解液の総量を基準として、０．５質量％以上１０質量％以下が好ましく、１質量％以上５質量％以下であることが更に好ましい。環状炭酸エステルの含有量が０．５質量％以上であれば、負極上の良質な被膜を形成することができ、負極上での電解液の還元分解を抑制することにより、高温における耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、環状炭酸エステルの含有量が１０質量％以下であれば、リチウム塩の溶解度が良好に保たれ、かつ、非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができるため、高度の入出力特性を発現することが可能となる。
【０１５４】
（環状カルボン酸エステル）
環状カルボン酸エステルとしては、例えば、ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン、ガンマカプロラクトン、イプシロンカプロラクトン等を挙げることができ、これらのうちから選択される１種以上を使用することが好ましい。中でも、ガンマブチロラクトンが、リチウムイオン解離度の向上に由来する電池特性向上の点から、特に好ましい。
環状カルボン酸エステルの含有量は、非水系電解液の総量を基準として、０．５質量％以上１５質量％以下が好ましく、１質量％以上５質量％以下であることがより好ましい。環状酸無水物の含有量が０．５質量％以上であれば、負極上に良質な被膜を形成することができ、負極上での非水系電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、環状カルボン酸エステルの含有量が１５質量％以下であれば、リチウム塩の溶解度が良好に保たれ、かつ、非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができるため、高度の入出力特性を発現することが可能となる。
【０１５５】
（環状酸無水物）
環状酸無水物については、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、及び無水イタコン酸から選択される１種以上が好ましい。中でも工業的な入手のし易さによって電解液の製造コストが抑えられる点、非水系電解液中に溶解し易い点等から、無水コハク酸及び無水マレイン酸から選択することが好ましい。
環状酸無水物の含有量は、該非水系電解液の総量を基準として、０．５質量％以上１５質量％以下が好ましく、１質量％以上１０質量％以下であることがより好ましい。環状酸無水物の含有量が０．５質量％以上であれば、負極上に良質な被膜を形成することができ、負極上における電解液の還元分解を抑制することにより、高温時耐久性が高い蓄電素子が得られる。他方、環状酸無水物の含有量が１５質量％以下であれば、電解質塩の溶解度が良好に保たれ、かつ非水系電解液のイオン伝導度を高く維持することができ、従って高度の入出力特性を発現することが可能となる。尚、上記の環状酸無水物は、単独で使用しても、２種以上を混合して使用してもよい。
【０１５６】
＜外装体＞
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子における外装体としては、例えば、金属缶、ラミネート包材等を使用できる。
金属缶としては、アルミニウム製のものが好ましい。
ラミネート包材としては、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、内部に収納する非水系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。
【０１５７】
＜非水系リチウム型蓄電素子＞
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、負極、正極、セパレータ、及び非水系電解液が、外層体に収納されて構成される。好ましくは、負極、正極、及びセパレータは、後述する電極積層体又は電極捲回体が、上記の非水系電解液とともに、後述の外装体内に収納されて構成される。
【０１５８】
＜非水系リチウム型蓄電素子の製造方法＞
［組みたて工程  電極体の作製］
本明細書における電極体とは、電極積層体及び電極捲回体を包含する概念であり、正極前駆体、セパレータ、及び負極がこの順に積層された構造を少なくとも１つ含む。
電極積層体は、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たものである。電極捲回体は、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たものである。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はされないが、抵抗溶接、超音波溶接等の方法で行われてよい。
【０１５９】
本実施形態における非水系リチウム型蓄電素子は、典型的には、以下の外装体への収納工程、任意的に行われる乾燥工程、注液・含浸・封止工程、リチウムドープ工程、及びエージング工程を順次に行うことにより、製造することができる。エージング工程後に、更に、追加充電工程若しくはガス抜き工程、又はこれらの双方を行ってもよい。
【０１６０】
［外装体への収納工程］
電極体は、必要に応じて乾燥したうえで、金属缶又はラミネート包材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方だけ残した状態で封止することが好ましい。外装体の封止方法は特に限定されないが、ラミネート包材を用いる場合は、ヒートシール、インパルスシール等の方法を用いることができる。
【０１６１】
［乾燥工程］
外装体へ収納した電極体は、更に乾燥することにより、残存溶媒を除去することが好ましい。乾燥方法に限定はないが、例えば真空乾燥等により、乾燥してよい。残存溶媒は、正極活物質層又は負極活物質層の質量あたり、１．５質量％以下が好ましい。残存溶媒が１．５質量％より多いと、系内に残存する溶媒による、自己放電特性又はサイクル特性の悪化が顕著になるため、好ましくない。
【０１６２】
［注液・含浸・封止工程］
外装体への収納工程、及び任意的な乾燥工程の終了後に、電極体が収納された外装体内に、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が非水系電解液に浸っていない状態では、後述するリチウムドープ工程において、ドープが不均一に進むため、得られる非水系リチウム型蓄電素子の抵抗が上昇する、耐久性が低下する等の不都合が生じる場合がある。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。
注液後、好ましくは含浸後に、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により、外装体を密閉することができる。
【０１６３】
［リチウムドープ工程］
リチウムドープ工程において、前記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リチウムイオンを放出し、負極でリチウムイオンを還元することにより、負極活物質層にリチウムイオンがプレドープされる。
このリチウム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。
このリチウムイオン工程を経ることにより、蓄電素子中の「正極前駆体」は「正極」となる。
【０１６４】
［エージング工程］
リチウムドープ工程後に、エージング工程を行うことが好ましい。エージング工程において、非水系電解液中の溶媒が負極で分解し、負極表面にリチウムイオン透過性の固体高分子被膜が形成される。この固体高分子被膜は、ＳＥＩ（ＳｏｌｉｄＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）として機能すると考えられる。
エージングの方法としては、特に制限されないが、例えば、高温環境下で非水系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。
【０１６５】
［追加充電工程］
エージング後に、電極体に追加充電を行うことが好ましい。追加充電により、非水系電解液中の電解質が正極で分解する。このことにより、フッ化物イオンが放出されて、セパレータ表面に付着して、粒子状の物質が生成される。その結果、セパレータへの電解液の浸透性及び保液性が向上するので、低抵抗な非水系リチウム型蓄電素子が得られる。また、上記セパレータ表面への粒子状物質の付着によって、高温下でのセパレータの機械的、電気化学的な耐久性が増し、その結果、高温保存下での耐久性に優れる非水系リチウム型蓄電素子を得ることができる。
【０１６６】
［ガス抜き工程］
更にガス抜き工程を行い、非水系電解液、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。非水系電解液、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型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。
【０１６７】
＜非水系リチウム型蓄電素子の特性＞
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、常温においても高温においても内部抵抗が低く、充放電サイクルを繰り返した場合の容量維持率が高く、リチウムの析出が抑制されている。更に、高充電状態で高温環境下に長期間保存した場合の発生ガス量が少なく、内部抵抗の上昇率が抑制されている。
【０１６８】
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、セル電圧４．２Ｖでの初期の常温内部抵抗をＲａ（Ω）、静電容量をＦ（Ｆ）、電力量をＥ（Ｗｈ）、電極体を収納している外装体の体積をＶ（Ｌ）、及び環境温度−１０℃における内部抵抗をＲｂとした時、以下の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）の要件：
（ａ）ＲａとＦの積Ｒａ・Ｆが０．３以上３．０以下である、
（ｂ）Ｅ／Ｖが１５以上５０以下である、及び
（ｃ）Ｒｂ／Ｒａが１０以下である、
を同時に満たすことができる。
【０１６９】
要件（ａ）について、Ｒａ・Ｆは、大電流に対して十分な充電容量と放電容量とを発現させる観点から、３．０以下であることが好ましく、より好ましくは２．６以下であり、更に好ましくは２．４以下である。Ｒａ・Ｆが上記の上限値以下であれば、優れた入出力特性を有する非水系リチウム型蓄電素子を得ることができる。そのため、非水系リチウム型蓄電素子を用いた蓄電システムと、例えば高効率エンジンと、を組み合わせること等によって、非水系リチウム型蓄電素子に印加される高負荷にも十分に耐え得ることになる。
【０１７０】
要件（ｂ）について、Ｅ／Ｖは、十分な充電容量と放電容量とを発現させる観点から、１５以上であることが好ましく、より好ましくは１８以上であり、更に好ましくは２０以上である。Ｅ／Ｖが上記の下限値以上であれば、優れた体積エネルギー密度を有する蓄電素子を得ることができる。そのため、蓄電素子を用いた蓄電システムを、例えば、自動車のエンジンと組み合わせて使用する場合に、自動車内の限られた狭いスペースに蓄電システムを設置することが可能となる。
【０１７１】
要件（ｃ）について、Ｒｂ／Ｒａは、−１０℃という低温環境下においても十分な充電容量と放電容量とを発現させる観点から、１０以下であることが好ましく、より好ましくは８以下であり、更に好ましくは６以下である。Ｒｂ／Ｒａが上記の上限値以下であれば、低温環境下においても優れた出力特性を有する蓄電素子を得ることができる。そのため、低温環境下での自動車・バイク等のエンジン始動時に、モーターを駆動するための十分な電力を与える蓄電素子を得ることが可能となる。
【０１７２】
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子は、セル電圧４．２Ｖでの初期の常温内部抵抗をＲａ（Ω）、セル電圧４．２Ｖ及び環境温度６０℃において２か月間保存した後の２５℃における内部抵抗をＲｃ（Ω）とした時、以下の（ｄ）及び（ｅ）の要件：
（ｄ）Ｒｃ／Ｒａが０．３以上３．０以下である、並びに
（ｅ）セル電圧４．２Ｖ及び環境温度６０℃において２か月間保存した時に発生するガス量が、２５℃において６０×１０−３ｃｃ／Ｆ以下である、
を同時に満たすことができる。
【０１７３】
要件（ｄ）について、Ｒｃ／Ｒａは、高温環境下に長時間さらされた場合に、大電流に対して十分な充電容量と放電容量とを発現させる観点から、３．０以下であることが好ましく、より好ましくは２．０以下であり、更に好ましくは１．５以下である。Ｒｃ／Ｒａが上記の上限値以下であれば、長期間安定して優れた出力特性を得ることができるため、デバイスの長寿命化につながる。
【０１７４】
要件（ｅ）について、セル電圧４．２Ｖ及び環境温度６０℃において２か月間保存した際に発生するガス量は、発生したガスにより素子の特性を低下させないという観点から、発生ガス量を２５℃において測定した値として、６０×１０−３ｃｃ／Ｆ以下であることが好ましく、より好ましくは４５×１０−３ｃｃ／Ｆ以下であり、更に好ましくは３０×１０−３ｃｃ／Ｆ以下である。上記の条件下で発生するガス量が上記の上限値以下であれば、デバイスが長期間高温にさらされた場合であっても、ガス発生によってセルが膨張するおそれがない。そのため、十分な安全性及び耐久性を有する蓄電素子を得ることができる。
【０１７５】
以上におけるパラメータＲａ・Ｆ、Ｅ／Ｖ、Ｒｂ／Ｒａ、及びＲｃ／Ｒａ、並びに発生ガス量は、それぞれ、後述の実施例に記載の手法によって測定・算出される値である。
【０１７６】
＜非水系リチウム型蓄電素子の用途＞
本実施形態に係る複数個の非水系リチウム型蓄電素子は、これら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。
本実施形態の非水系リチウム型蓄電素子及び蓄電モジュールは、高出力かつ高容量であり、幅広い環境温度でその特性を維持することができるから、例えば、電力回生システム、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、蓄電システム等に適用できる。特に、高負荷充放電サイクル特性が求められる用途、例えば、自動車のハイブリット駆動システムの電力回生システム；太陽光発電又は風力発電等の自然発電、マイクログリッド等における電力負荷平準化システム；工場の生産設備等における無停電電源システム；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を目的とした非接触給電システム；振動発電等で発電した電力の利用を目的としたエナジーハーベストシステム；等に、好適に適用できる。
【実施例】
【０１７７】
以下に、本発明を実施例及び比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１７８】
＜正極前駆体の製造＞
（１）炭酸リチウムの粉砕
平均粒子径５３μｍの炭酸リチウム２００ｇを、アイメックス社製の粉砕機（液体窒素ビーズミルＬＮＭ）を用い、液体窒素で−１９６℃に冷却化した後、ドライアイスビーズを用い、周速１０．０ｍ／ｓにて９分間粉砕した。
以上の操作により、−１９６℃で熱変性を防止しつつ脆性破壊することにより、炭酸リチウムを粉砕した。
この粉砕後の炭酸リチウムについて平均粒子径を測定したところ、１．５μｍであった。
【０１７９】
（２）正極活物質の調製
（２−１）正極活物質（活性炭Ａ）の調製
破砕されたヤシ殻炭化物を、窒素雰囲気下、小型炭化炉中５００℃において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、１ｋｇ／ｈの水蒸気を予熱炉で加温した状態で前記賦活炉内へ導入し、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。得られた活性炭を１０時間通水洗浄した後に水切りした。その後、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、正極活物質としての活性炭Ａを得た。
この活性炭Ａについて、島津製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ｊ）を用いて平均粒径を測定した結果、４．２μｍ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）を用いて細孔分布を測定した。その結果、ＢＥＴ比表面積が２，３６０ｍ２／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。
【０１８０】
（２−２）正極活物質（活性炭Ｂ）の調製
フェノール樹脂について、窒素雰囲気下、焼成炉中６００℃において２時間の炭化処理を行った後、ボールミルにて粉砕し、更に分級を行って、平均粒径７μｍの炭化物を得た。この炭化物とＫＯＨとを、質量比１：５で混合し、窒素雰囲下、焼成炉中８００℃で１時間加熱して賦活化を行った。その後、濃度２ｍｏｌ／Ｌに調整した希塩酸中で１時間にわたって混合物の撹拌洗浄を行った。更に、蒸留水でｐＨ５〜６の間で安定するまで混合物を煮沸洗浄した後に乾燥を行うことにより、正極活物質としての活性炭Ｂを得た。
この活性炭Ｂについて、ユアサアイオニクス社製細孔分布測定装置（ＡＵＴＯＳＯＲＢ−１  ＡＳ−１−ＭＰ）を用いて細孔分布を測定した。その結果、ＢＥＴ比表面積が３，６２７ｍ２／ｇ、メソ孔量（Ｖ１）が１．５０ｃｃ／ｇ、マイクロ孔量（Ｖ２）が２．２８ｃｃ／ｇ、Ｖ１／Ｖ２＝０．６６であった。
【０１８１】
＜負極の製造＞
（１）負極Ａの製造
（１−１）負極活物質Ａの調製
基材として、平均粒子径３．０μｍ、ＢＥＴ比表面積が１，７８０ｍ２／ｇの市販のヤシ殻活性炭１５０ｇをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ（軟化点：５０℃）２７０ｇを入れたステンレス製バットの上に置き、両者を電気炉（炉内有効寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）内に設置して、熱反応を行うことにより、複合炭素材料Ａを得た。この熱処理は、窒素雰囲気下で行い、６００℃まで８時間で昇温し、同温度で４時間保持する方法によった。続いて自然冷却により６０℃まで冷却した後、複合炭素材料Ａを炉から取り出した。
得られた複合炭素材料Ａについて、活性炭Ａの場合と同様の方法で平均粒子径及びＢＥＴ比表面積を測定した。その結果、平均粒子径は３．２μｍ、ＢＥＴ比表面積は２６２ｍ２／ｇであった。
複合炭素材料Ａにおいて、石炭系ピッチ由来の炭素質材料の活性炭に対する質量比率は７８％であった。
【０１８２】
（１−２）負極Ａの製造
次いで、上記で得た複合炭素材料Ａを負極活物質として用いて負極Ａを製造した。
複合炭素材料Ａを８５質量部、アセチレンブラックを１０質量部、及びＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）を５質量部、並びにＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を混合して混合液を得た。得られた混合液を、ＰＲＩＭＩＸ社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速１５ｍ／ｓの条件で分散して、塗工液を得た。
得られた塗工液の粘度（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２，７８９ｍＰａ・ｓ、ＴＩ値は４．３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、上記塗工液を、貫通孔を持たない厚さ１０μｍの電解銅箔の両面に塗工速度１ｍ／ｓの条件で塗工し、乾燥温度８５℃で乾燥した後、ロールプレス機を用いて圧力４ｋＮ／ｃｍ、プレス部の表面温度２５℃の条件でプレスを実施することにより、負極Ａ（両面負極Ａ）を得た。
得られた負極Ａの負極活物質層の厚さを、小野計器社製膜厚計Ｌｉｎｅａｒ  Ｇａｕｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ＧＳ−５５１を用いて測定した。具体的には、負極Ａの任意の１０か所で負極Ａの厚さを測定し、得られた厚さの平均値から銅箔の厚さを引いた値を、負極活物質層の厚さとして求めた。その結果、負極Ａの負極活物質層の厚さは、片面当たり４０μｍであった。
【０１８３】
（２）負極Ｂの製造
（２−１）負極活物質Ｂの調製
複合炭素材料Ａの代わりに平均粒子径４．９μｍの人造黒鉛を基材として用い、石炭系ピッチの使用量を５０ｇとし、更に熱処理温度を１，０００℃とした他は負極活物質Ａの調製と同様にして、複合炭素材料Ｂを製造し、評価を行った。その結果、複合炭素材料ＢのＢＥＴ比表面積は６．１ｍ２／ｇであった。
複合炭素材料Ｂにおいて、石炭系ピッチ由来の炭素質材料の人造黒鉛に対する質量比率は２％であった。
【０１８４】
（２−２）負極Ｂの製造
上記で得た複合炭素材料Ｂを負極活物質として用いて負極Ｂを製造した。
複合炭素材料Ｂを８０質量部、アセチレンブラックを８質量部、及びＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）を１２質量部、並びにＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を混合して混合液を得た。得られた混合液を、ＰＲＩＭＩＸ社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速１５ｍ／ｓの条件で分散して塗工液を得た。
得られた塗工液の粘度（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２，７９８ｍＰａ・ｓ、ＴＩ値は２．７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、上記塗工液を、貫通孔を持たない厚さ１０μｍの電解銅箔の両面に塗工速度１ｍ／ｓの条件で塗工し、乾燥温度８５℃で乾燥した後、ロールプレス機を用いて圧力４ｋＮ／ｃｍ、プレス部の表面温度２５℃の条件でプレスを実施することにより、負極Ｂ（両面負極Ｂ）を得た。
また、負極Ａと同様の方法により測定した負極Ｂの負極活物質層の厚さは、片面当たり２５μｍであった。
【０１８５】
（３）負極Ｃの製造
上記「（１）負極Ａの製造」において、負極集電体として厚さ１５μｍの、貫通孔を持つ銅箔とした以外は、負極Ａの製造と同様の方法で負極Ｃ（両面負極Ｃ）を製造した。
負極Ｃの負極活物質層の厚さは、片面当たり４０μｍであった。
【０１８６】
（４）負極Ｄの製造
上記「（２）負極Ｂの製造」において、負極集電体として厚さ１５μｍの、貫通孔を持つ銅箔とした以外は、負極Ｂの製造と同様の方法で負極Ｄ（両面負極Ｄ）を製造した。
負極Ｄの負極活物質層の厚さは、片面当たり２５μｍであった。
【０１８７】
＜実施例１＞
（１）正極前駆体の製造
上記（２−１）で得た活性炭Ａを正極活物質として用い、上記（１）で得た粉砕後の炭酸リチウムをアルカリ金属化合物として用いて、正極前駆体を製造した。
活性炭Ａを５７．５質量部、アルカリ金属化合物として平均粒径１．５μｍの炭酸リチウムを３０．０質量部、ＫＢ（ケッチェンブラック）を３．０質量部、ＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）を１．５質量部、及びＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を８．０質量部、並びにＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を混合して混合液を得た。得られた混合液を、ＰＲＩＭＩＸ社製の薄膜旋回型高速ミキサーフィルミックスを用いて、周速１７ｍ／ｓの条件で分散して、塗工液を得た。
得られた塗工液の粘度（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２，７００ｍＰａ・ｓ、ＴＩ値は３．５であった。また、得られた塗工液の分散度をヨシミツ精機社製の粒ゲージを用いて測定した。その結果、粒度は３５μｍ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、上記塗工液を、正極集電体としての厚さ１５μｍのアルミニウム箔の片面又は両面に、塗工速度１ｍ／ｓの条件で塗工し、乾燥温度１００℃で乾燥した後、ロールプレス機を用いて圧力４ｋＮ／ｃｍ、プレス部の表面温度２５℃の条件でプレスを行うことにより、正極前駆体を得た。
得られた正極前駆体の正極活物質層の膜厚を、小野計器社製膜厚計Ｌｉｎｅａｒ  Ｇａｕｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ＧＳ−５５１を用いて測定した。具体的には、正極前駆体の任意の１０か所で、正極前駆体の厚さを測定し、得られた厚さの平均値からアルミニウム箔の厚さを引いた値を、正極活物質層の厚さとして求めた。その結果、正極前駆体の正極活物質層の厚さは、片面当たり６０μｍであった。
【０１８８】
（２）電解液の調製
有機溶媒として、エチレンカーボネート（ＥＣ）：ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）：メチルエチルカーボネート（ＥＭＣ）＝３３．０：４４．０：２３．０（体積比）の混合溶媒を用い、全電解液に対するＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２及びＬｉＰＦ６の濃度比が５０：５０（モル比）であり、かつ、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２及びＬｉＰＦ６の濃度の和が１．２ｍｏｌ／Ｌとなるように、それぞれの電解質塩を溶解して得た溶液に、添加剤のうちの化合物Ｘとしてチオフェン０．１質量％、及び化合物Ｙとして１，３−プロパンスルトン０．１質量％を添加することにより、非水系電解液を調製した。
ここで調製した電解液におけるＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２及びＬｉＰＦ６の濃度は、それぞれ、０．６ｍｏｌ／Ｌ及び０．６ｍｏｌ／Ｌであった。
【０１８９】
（３）蓄電素子の組立
両面負極Ａ、片面正極前駆体及び両面正極前駆体を、それぞれ１０ｃｍ×１０ｃｍ（１００ｃｍ２）にカットした。最上面と最下面には片面正極前駆体を用い、更に両面負極Ａ２１枚と両面正極前駆体２０枚とを用い、負極Ａと正極前駆体との間のそれぞれに、厚さ１５μｍの微多孔膜セパレータを挟んで積層した。その後、負極Ａと正極前駆体Ａとに、それぞれ負極端子と正極端子とを超音波溶接にて接続して、電極積層体とした。この電極積層体を、８０℃、５０Ｐａで、６０時間、真空乾燥した。この電極積層体を、露点−４５℃のドライエアー環境下にて、アルミラミネート包材から成る外装体内に収納した後、非水系電解液注入口を残して外装体をヒートシールすることにより、蓄電素子を組み立てた。このヒートシールは、１８０℃、２０ｓｅｃ、１．０ＭＰａの条件にて行った。
【０１９０】
（４）非水系リチウム型蓄電素子の製造（非水系電解液の注液、含浸、及び封止工程）
上記のようにしてアルミラミネート包材の中に収納された電極積層体を、露点−４０℃以下のドライエアー環境下に置き、上記で調製した非水系電解液約８０ｇを温度２５℃の大気圧下で注入した。続いて、非水系電解液注入後の電極積層体を減圧チャンバーの中に入れ、常圧から−８７ｋＰａまで減圧した後、大気圧に戻し、５分間静置した。その後、常圧から−８７ｋＰａまで減圧した後、大気圧に戻す第１減圧工程を４回繰り返した後、１５分間静置した。更に、常圧から−９１ｋＰａまで減圧した後、大気圧に戻した。同様に減圧し、大気圧に戻す第２減圧工程を合計７回繰り返した。この第２減圧工程のときの減圧度は、それぞれ、−９５、９６、９７、８１、９７、９７、及び９７ｋＰａとした。
以上の工程により、非水系電解液を電極積層体に含浸させた。
その後、非水系リチウム型蓄電素子を減圧シール機に入れ、−９５ｋＰａに減圧した状態で、非水系電解液注入口を、１８０℃で１０秒間、０．１ＭＰａの圧力でヒートシールしてアルミラミネート包材を封止することにより、非水系リチウム型蓄電素子を製造した。
【０１９１】
（５）リチウムドープ工程
得られた非水系リチウム型蓄電素子に対して、東洋システム社製の充放電装置（ＴＯＳＣＡＴ−３１００Ｕ）を用いて、２５℃環境下、電流値０．２Ａ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３０時間継続する手法にで初期充電を行うことにより、負極にリチウムドープを行った。
【０１９２】
（６）エージング工程
リチウムドープ後の非水系リチウム型蓄電素子を、４５℃環境下、０．７Ａで電圧３．０Ｖに到達するまで定電流放電を行った後、１Ａで４．０Ｖまで定電流充電を行って、電圧を４．０Ｖに調整した。続いて、電圧調整後の非水系リチウム型蓄電素子を、６０℃の恒温槽に４８時間保管することにより、エージングを行った。
【０１９３】
（７）ガス抜き工程
エージング後の非水系リチウム型蓄電素子を、温度２５℃、露点−４０℃のドライエアー環境下に置き、外装体である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、外装体の一部を開封した非水系リチウム型蓄電素子を入れ、ＫＮＦ社製のダイヤフラムポンプ（Ｎ８１６．３ＫＴ．４５．１８）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、減圧シール機に非水系リチウム型蓄電素子を入れ、−９０ｋＰａに減圧した後、２００℃で１０秒間、０．１ＭＰａの圧力で開封口をヒートシールしてアルミラミネート包材を封止することにより、ガス抜きを行った。
【０１９４】
（８）電解液中の添加剤の同定
完成した非水系リチウム型蓄電素子を２．９Ｖに調整した後、２３℃の部屋に設置された露点−９０℃以下、酸素濃度１ｐｐｍ以下で管理されているＡｒボックス内で、シリンジを用いて電解液を採取し、ポリプロピレン製のバイアルに入れ、密封した。大気非暴露を維持したまま、バイアル内の電解液をマイクロシリンジで採取し、ＧＣ／ＭＳ測定を行った。
ＧＣ／ＭＳ測定は、アジレント・テクノロジー製ＭＳＤ５９７５を用いて実施した。測定条件は以下のとおりとした。
ＧＣの注入口温度：３００℃
キャリアガス：Ｈｅ
流速：１ｍＬ／ｍｉｎ
カラム：アジレント・テクノロジー製、無極性カラムＤＢ−１（３０ｍ×０．２５ｍｍＩ．Ｄ．、膜厚０．２５μｍ）
カラム温度：４０℃から３００℃まで２０℃／ｍｉｎで昇温：
スプリット比：１／１００
注入量：１μＬ
ＭＳとのインターフェイスの温度：３００℃
ＭＳのイオン源温度：２３０℃
イオン化法：電子イオン化法
上記手法で実施した結果、電解液中にチオフェン及び１，３−プロパンスルトンが検出された。
【０１９５】
（９）非水系リチウム型蓄電素子の評価
（９−１）正極活物質層表面のＸＰＳ
リチウムドープ及びガス抜きを行って完成した非水系リチウム型蓄電素子を、電圧２．９Ｖに調整した後、２３℃の部屋に設置された露点−９０℃以下、酸素濃度１ｐｐｍ以下で管理されているＡｒボックス内で解体して、正極を取り出した。取り出した正極を、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）で浸漬洗浄した後、大気非暴露を維持した状態下でサイドボックス中で真空乾燥させた。
乾燥後の正極を、トランスファーベッセルに入れ、大気非暴露を維持した状態でＸＰＳ測定を行った。
測定条件は以下のとおりとした。
Ｘ線源：単色化ＡｌＫα
Ｘ線ビーム径：１００μｍφ（２５Ｗ、１５ｋＶ）
パスエネルギー（ナロースキャン）：５８．７０ｅＶ
帯電中和：有り
スイープ数（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）、又は５０回（ケイ素）
エネルギーステップ（ナロースキャン）：０．２５ｅＶ
【０１９６】
なお、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した。スパッタリングの条件は、以下のとおりとした。
加速電圧：１．０ｋＶ
スパッタリング範囲：２ｍｍ×２ｍｍ
スパッタリング時間：１分間（ＳｉＯ２換算で１．２５ｎｍ／ｍｉｎ）
【０１９７】
得られたＸＰＳスペクトルを、上述の基準にしたがって、Ｌｉ１ｓ、Ｃ１ｓ、Ｏ１ｓ、Ｆ１ｓ、Ｐ２ｐ、Ｓｉ２ｐ、及びＳ２ｐの各結合エネルギーに帰属して、各ピークの面積、及び各元素の感度係数から、Ｓ２ｐスペクトルの１６４ｅＶのピーク面積に基づいて求めた元素濃度をＳ１６４ｅＶ（ａｔｏｍｉｃ％）、Ｃ１ｓスペクトルのＣのピーク面積に基づいて求めた元素濃度をＣ（ａｔｏｍｉｃ％）としたときの元素濃度比Ｓ１６４ｅＶ／Ｃを算出した。
その結果、実施例１の非水系リチウム型蓄電素子の正極のＳ１６４ｅＶは０．０５ａｔｏｍｉｃ％、Ｃの元素濃度Ｃは４６ａｔｏｍｉｃ％であり、その比Ｓ１６４ｅＶ／Ｃは０．００１１であった。
【０１９８】
（９−２）正極集電体単位面積当たりの正極活物質層ＢＥＴ比表面積
完成した非水系リチウム型蓄電素子から（９−１）正極活物質層表面のＸＰＳと同様にして取り出した正極を、２００℃で一昼夜真空乾燥した後、窒素を吸着質として吸脱着の等温線の測定を行った。得られた吸着側の等温線を用いて算出した、正極集電体単位面積当たりの正極活物質層ＢＥＴ比表面積（表２では「単位面積当たりＢＥＴ」と記載）は、９．１３ｍ２／ｃｍ２であった。
【０１９９】
（９−３）負極活物質層表面のＸＰＳ
完成した非水系リチウム型蓄電素子から（９−１）正極活物質層表面のＸＰＳと同様にして取り出した負極を用いて、正極活物質層表面のＸＰＳと同様の方法で、負極活物質層の解析を行った。
その結果、実施例１の非水系リチウム型蓄電素子の負極のＳ１６８ｅＶは０．３ａｔｏｍｉｃ％、Ｆ６８５ｅＶは１１．５ａｔｏｍｉｃ％であり、その比Ｓ１６８ｅＶ／Ｆ６８５ｅＶは０．０２６であった。
【０２００】
（９−４）初期特性の評価
ｉ）体積エネルギー密度の算出  完成した非水系リチウム型蓄電素子について、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株式会社製の充放電装置（５Ｖ，３６０Ａ）を用いて、２Ｃの電流値で４．２Ｖに到達するまで定電流充電を行い、続いて４．２Ｖの定電圧を印加する定電圧充電を、合計で３０分行った。その後、２．２Ｖまで２Ｃの電流値で定電流放電を施した際の容量をＱとし、Ｆ＝Ｑ／（４．２−２．２）により算出された静電容量Ｆ（Ｆ）と、体積Ｖ（Ｌ）とを用いて、下記数式：
Ｅ／Ｖ＝Ｆ×（４．２−２．２）／２／３６００／Ｖ
により、体積エネルギー密度を算出したところ、３９．１Ｗｈ／Ｌであった。
なお、上記数式中の記号「Ｅ」は、静電容量Ｆ（Ｆ）を用いて、下記数式：
Ｅ＝Ｆ×（４．２２−２．２２）／２／３６００
により算出される電力量である。
【０２０１】
ｉｉ）初期時定数の評価（Ｒａ・Ｆの算出）
完成した非水系リチウム型蓄電素子について、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株式会社製の充放電装置（５Ｖ，３６０Ａ）を用いて、２０Ｃの電流値で４．２Ｖに到達するまで定電流充電し、続いて４．２Ｖの定電圧を印加する定電圧充電を、合計で３０分間行い、続いて、２０Ｃの電流値で２．２Ｖまで定電流放電を行って、放電カーブ（時間−電圧）を得た。この放電カーブにおいて、放電時間２秒及び４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、降下電圧ΔＥ＝４．２−Ｅｏ、及びＲ＝ΔＥ／（２０Ｃ（電流値Ａ））により常温内部抵抗Ｒａを算出した。
また、完成した非水系リチウム型蓄電素子について、２５℃に設定した恒温槽内で、２０Ｃの電流値で４．２Ｖに到達するまで定電流充電を行い、次いで、４．２Ｖの定電圧を印加する定電圧充電を、合計で３０分行った。その後、２．２Ｖまで２Ｃの電流値で定電流放電を施した際の容量をＱとして、数式：Ｆ＝Ｑ／（４．２−２．２）により、静電容量Ｆを算出した。
上記で得られた静電容量Ｆと、常温内部抵抗Ｒａとの積Ｒａ・Ｆは、２．５８ΩＦであった。
【０２０２】
ｉｉｉ）低温特性の評価（Ｒｂ／Ｒａの算出）
完成した非水系リチウム型蓄電素子について、−１０℃に設定した恒温槽内に２時間静置した後、恒温槽を−１０℃に保ったまま富士通テレコムネットワークス株式会社製の充放電装置（５Ｖ，３６０Ａ）を用いて、１．０Ｂの電流値で４．２Ｖに到達するまで定電流充電し、続いて４．２Ｖの定電圧を印加する定電圧充電を、合計で２時間行った。次いでて、５０Ｃの電流値で２．２Ｖまで定電流放電を行って、放電カーブ（時間−電圧）を得た。この放電カーブにおいて、放電時間２秒及び４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として、下記数式：
降下電圧ΔＥ＝４．２−Ｅｏ、及び
Ｒｂ＝ΔＥ／（１０Ｃ（電流値Ａ））
により、低温内部抵抗Ｒｂを算出した。
そして、この低温内部抵抗Ｒｂと、上記「ｉｉ）初期時定数の評価（Ｒａ・Ｆの算出）」で求めた常温内部抵抗Ｒａとから求めた比Ｒｂ／Ｒａは、６．２であった。
【０２０３】
（９−５）高温保存特定の評価
ｉ）抵抗上昇率の評価（（Ｒｃ／Ｒａの算出））
完成した非水系リチウム型蓄電素子について、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株式会社製の充放電装置（５Ｖ，３６０Ａ）を用いて、１００Ｃの電流値で４．２Ｖに到達するまで定電流充電し、続いて４．２Ｖの定電圧を印加する定電圧充電を合計で１０分間行った。その後、セルを６０℃環境下に保存し、２週間毎に６０℃環境下から取り出し、同様の充電工程にてセル電圧を４．２Ｖに充電した後、再びセルを６０℃環境下で保存した。この工程を２か月間繰り返すことにより、非水系リチウム型蓄電素子の２か月間の高温保存試験を行った。
この高温保存試験後の蓄電素子に対して、上記「ｉｉ）初期時定数の評価（Ｒａ・Ｆの算出）」におけるＲａを算出する手法と同様の操作により、高温保存試験後の常温内部抵抗Ｒｃを算出した。
このＲｃ（Ω）を、上記「ｉｉ）初期時定数の評価（Ｒａ・Ｆの算出）」で求めた高温保存試験前の常温内部抵抗Ｒａ（Ω）で除して算出した比Ｒｃ／Ｒａは、１．７５であった。
【０２０４】
ｉｉ）ガス発生量の測定
完成した非水系リチウム型蓄電素子について、高温保存試験開始前のセル体積Ｖａ、及び高温保存試験を２か月間行った後のセルの体積Ｖｂを、それぞれ、アルキメデス法によって測定した。
これらの値を用いて数式：Ｖｂ−Ｖａにより求めたガス発生量は、５９×１０−３ｃｃ／Ｆであった。
【０２０５】
＜実施例２〜３０、及び比較例１〜１０＞
正極活物質の種類を表１に記載のとおりとした以外は、実施例１の「（１）正極前駆体の製造」と同じ方法に従って、正極集電体の片面及び両面に、片面当たりの厚さ６０μｍの正極活物質層を有する正極前駆体を得た。
そして、上記の正極前駆体を用い、負極種、並びに非水系電解液に添加する添加剤である化合物Ｘ及び化合物Ｙの種類及び添加量を、それぞれ表１に記載のとおりに変更した他は、実施例１と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を製造し、各種の評価を行った。
評価結果は表２に示した。
【０２０６】
＜実施例３１〜３７、及び比較例１１〜１４＞
活性炭Ａの使用量を４７．５質量部とし、かつ、表１に記載した種類及び量の遷移金属化合物を更に使用して塗工液を調製した他は、実施例１の「（１）正極前駆体の製造」と同じ方法に従って、正極集電体の片面及び両面に、片面当たりの厚さ６０μｍの正極活物質層を有する正極前駆体を得た。
そして、上記の正極前駆体を用い、非水系電解液に添加する添加剤である化合物Ｘ及び化合物Ｙの種類及び添加量を、それぞれ表１に記載のとおりに変更した他は、実施例１と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を製造し、各種の評価を行った。
評価結果は表２に示した。
【０２０７】
【表１】
2019091792.tif 000006
【０２０８】
【表２】
2019091792.tif 000007
【０２０９】
【表３】
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【０２１０】
【表４】
2019091792.tif 000009
【０２１１】
＜実施例３８〜４１、並びに比較例１５及び１６＞
表３に示したとおり、実施例１と同様にして蓄電阻止を組み立て、非水系電解液の注液、含浸、及び封止工程を順次に行って、非水系リチウム型蓄電素子を製造した。
得られた非水系リチウム型蓄電素子について、「（５）リチウムドープ工程」の際の初期充電電圧、及び「（６）エージング工程」の際の定電流充電の到達電圧を、それぞれ、表４に記載のとおりとした他は、実施例１と同様にしてリチウムドープ及びエージング、並びに各種の評価を行った。
評価結果は、実施例１の結果とともに表４に示した。
【０２１２】
＜比較例１７＞
（１）正極前駆体の製造
表３に示したとおり、活性炭Ａの使用量を８７．５質量部とし、かつ、アルカリ金属化合物を使用しなかった他は、実施例１の「（１）正極前駆体の製造」と同じ方法に従って、正極集電体の片面及び両面に、片面当たりの厚さ６０μｍの正極活物質層を有する正極前駆体を得た。
（２）蓄電素子の組立
両面負極Ｃ、及び上記で得た正極前駆体を、それぞれ、１０ｃｍ×１０ｃｍ（１００ｃｍ２）にカットした。カットした両面負極Ｃの片面に、複合多孔性材料Ａの単位質量当たり７６０ｍＡｈ／ｇに相当するリチウム金属箔を貼り付けた。
最上面と最下面には、片面正極前駆体を用い、更に、片面にリチウム箔を貼り付けた両面負極Ｃ２１枚と両面正極前駆体２０枚とを用い、負極Ｃと正極前駆体との間に、厚さ１５μｍの微多孔膜セパレータを挟んで積層した。この積層体を用いた他は実施例１の「（２）蓄電素子の組立」と同様にして、非水系リチウム型蓄電素子を組立てた。
（３）非水系リチウム型蓄電素子の製造（非水系電解液の注液、含浸、及び封止工程）
非水系電解液の注液、含浸、及び封止工程を、それぞれ、実施例１におけるのと同様にして行うことにより、非水系リチウム型蓄電素子を得た。
【０２１３】
（４）リチウムドープ工程
得られた非水系リチウム型蓄電素子に対して、４５℃に設定した恒温槽内で２１時間静置することにより、負極にリチウムドープを行った。
（５）エージング工程
リチウムドープ後の非水系リチウム型蓄電素子について、セル電圧を３．０Ｖに調整した後、４５℃に設定した恒温槽内で２４時間保存した。続いて、アスカ電子製の充放電装置を用いて、充電電流１０Ａ、放電電流１０Ａとし、下限電圧２．０Ｖ、上限電圧４．０Ｖの間で定電流充電、定電流放電による充放電サイクルを２回繰り返した。
（６）非水系リチウム型蓄電素子の評価
上記充放電サイクル後の非水系リチウム型蓄電素子を用いた他は、実施例１と同様にして、各種の評価を行った。
評価結果は、実施例１の結果とともに表４に示した。
【０２１４】
＜比較例１８〜２０＞
負極の種類、及び正極前駆体の製造に使用した正極活物質の種類を、それぞれ表３に記載のとおりとした他は、比較例１７と同様にして非水系リチウム型蓄電素子を製造し、各種の評価を行った。
評価結果は、実施例１の結果とともに表４に示した。
【０２１５】
表４の「正極分析結果」における「単位面積当たりＢＥＴ」とは、正極集電体単位面積当たりの正極活物質層ＢＥＴ比表面積である。
【０２１６】
【表５】
2019091792.tif 000010
【０２１７】
【表６】
2019091792.tif 000011
【産業上の利用可能性】
【０２１８】
本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、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型蓄電素子は、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好適に適用することができる。本発明の非水系リチウム型蓄電素子は、特に、リチウムイオンキャパシタ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。