JP2008098361A - 蓄電素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】負極集電体232に表裏面を貫通する孔を形成する一方、金属リチウム42を積層電極体20の積層端面に沿って配置し、その積層端面にて負極集電体232の縁端を金属リチウム42に接触させる。
【選択図】図1
Description
充放電特性に注目するならば、上記二次電池よりも、電気二重層キャパシタが適している。電気二重層キャパシタは、電極に形成されるイオンの物理吸着層(電気二重層)に電荷を蓄えるものであって、原理的に電気化学反応を使用しないため、無保守、長寿命であるとともに、充放電への応答が速く、急速充放電が可能である。しかし、電気二重層キャパシタは、キャパシタとしては非常に大きな容量(静電容量)を持つことができるが、充放電可能な電気容量はリチウムイオン二次電池等に比べてかなり見劣りする。つまり、エネルギー密度が低いという弱点があった。
電気二重層キャパシタのセル電圧を高める手段としては、負極にリチウムイオンをあらかじめ吸蔵(リチウムプレドープ)させた電極材を用いる。この電極材の主材料としては、例えば炭素材料が検討されている。
負極にリチウムイオンを予備吸蔵させて充放電使用する蓄電素子として、図7に示すように、シート状に形成された正極21と負極23を、間にセパレータ22を挟みながら積層し、正極21および負極23の面と対向して金属リチウム42を配置した積層構造の積層電極体200が提案されている。
各層の正極集電体212の一部にはリード端子213が形成されており、各リード端子213は、直接または導電線を介して一体に接続される。
また、各層の負極集電体232の一部にはリード端子233が形成され、さらに導電支持体40の一部には連結リード44が形成されている。各リード端子233および連結リード44は、直接または導電線を介して一体に接続される。
このようにして積層電極体200が形成される。なお、リード端子213は正極端子(図示省略)と接続され、リード端子233および連結リード44は負極端子(図示省略)と接続される。
さらに、リチウムイオンが正極を通過するため、負極に予備吸蔵されるリチウムイオンが積層電極体の上下層と内部層で均一になりにくかった。
積層電極体20は、図2(a),(b)に示すように正極21と負極23とが、間にセパレータ22を介して積層されて構成されたものである。
また、図1(a),(c)に示すように積層電極体20の積層端面のうち、上記リード端子213,233が引き出される積層端面とは異なる積層端面、および積層電極体20の下面に沿って金属箔からなる導電支持体40が設置されている。そして、積層電極体20の上記積層端面に沿うように、導電支持体40に金属リチウム42が貼着されている。
素子容器11は、非水電解液を含む素子構成要素を安定に密閉収容できるものであればとくに限定されないが、この実施形態では、ラミネートフィルム等の気密性軟包装材を融着等により矩形袋状に加工したソフト容器が使用されている。このソフト容器は、開口部の熱融着により簡単に封止することができる。熱融着による封止は、その融着部に正極端子31および負極端子33を挟み込んだ状態で行うことができる。素子容器11は、アルミニウムなどの金属ハードケースでもよい。
正極の作製:
正極材料である黒鉛粉末と結着剤であるカルボキシメチルセルロース(第一工業薬品(株)セロゲン4H)を97:3の重量比で混合し、これにイオン交換水を加えてペースト状の合剤(正極材料)を調製した。この合剤を、集電体となるメッシュ状のアルミニウム金網の両面に塗布した。これに乾燥および圧延操作を行った後、所定形状に切断してシート状の正極を作製した。この正極の端部には、正極端子との接続のためのリード端子となる未塗布部分も含まれている。
負極材料である難黒鉛化炭素材料(呉羽化学(株)製のPIC)と結着剤であるポリフッ化ビニリデン樹脂(呉羽化学(株)性のKF#1100)を95:5の重量比で混合し、これに、溶剤としてN−メチル−2−ピロリジノンを加えてペースト状の合剤を調製した。
この合剤を、集電体となるメッシュ状の銅金網の両面に塗布した。これに乾燥および圧延操作を行った後、所定形状に切断してシート状の負極を作製した。この負極の端部には、負極端子との接続のためのリード端子となる未塗布部分も含まれている。
作製した負極と正極を、間にポリオレフィン系セパレータを介して、対向するように複数ペア積層して、図2(a)に示したような積層電極体を構成した。なお、リード端子が形成される面以外は、正極の上下のセパレータを、端部に熱をかけることにより、正極を包み込むように接合した。
そして、正極のリード端子を束ねて接続し、負極のリード端子を束ねて接続した。
所定厚さの金属リチウムが貼着された銅箔またはニッケル箔などの導電支持体を上記積層電極体の端面に沿って屈曲することにより、積層電極体の負極集電体と金属リチウムを接触させた。そして、正極のリード端子を正極端子に溶接し、負極のリード端子及び導電支持体の一端の連結リードを負極端子に接続した。
上記積層電極体を素子容器となるラミネートパッケージに挿入し、非水電解液を注入した。そして、真空引きを行った後、正極端子および負極端子の各一端側がそれぞれ容器の外に出るようにした状態で、ラミネートパッケージの開口部を熱融着により密閉封止した。このようにして蓄電素子を作製した(図1参照)。
11 素子容器
20 積層電極体
21 正極
211 正極材
212 正極集電体
213 リード端子(正極)
22 セパレータ
23 負極
231 負極材
232 負極集電体
233 リード端子(負極)
31 正極端子
33 負極端子
40 導電支持体
42 金属リチウム
44 連結リード
Claims (4)
- アニオンの吸蔵・放出が可能な正極材がシート状の正極集電体上に添着された正極と、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な負極材がシート状の負極集電体上に添着された負極とが、間にセパレータを介在させながら交互に積層された積層電極体と、リチウム塩を溶解させた非水電解液と、上記積層電極体を上記非水電解液とともに収容して密閉封止された素子容器とを備えた蓄電素子において、
上記負極集電体に表裏面を貫通する孔が形成され、さらに、上記積層電極体の負極と導電接続されるとともに上記積層電極体の積層端面に沿って設置された導電支持体と、上記導電支持体の上記積層端面側に貼着された金属リチウムとを有することを特徴とする蓄電素子。 - 請求項1において、上記金属リチウムと対面する上記積層端面における正極の上部および下部に配置される上記セパレータは、当該正極端部を包み込んでいることを特徴とする蓄電素子。
- 請求項1または2において、上記各正極集電体は、上記積層電極体の一の積層端面からリード端子がそれぞれ引き出され、上記各負極集電体子は、上記積層電極体の一の積層端面からリード端子がそれぞれ引き出され、上記導電支持体は、上記各リード端子が引き出される積層端面とは異なる積層端面に対面して設置され、上記各負極集電体は、当該積層端面側に、上記各正極集電体よりも張り出すように積層されていることを特徴とする蓄電素子。
- アニオンの吸蔵・放出が可能な正極材がシート状の正極集電体上に添着された正極と、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な負極材がシート状の負極集電体上に添着された負極とが、間にセパレータを介在させながら交互に積層された積層電極体と、リチウム塩を溶解させた非水電解液と、上記積層電極体を上記非水電解液とともに収容して密閉封止された素子容器とを備えた蓄電素子において、
上記負極集電体に表裏面を貫通する孔が形成され、当該負極集電体に上記負極材が添着されていない部分的な領域が1箇所以上形成され、上記領域に金属リチウムを貼着したことを特徴とする蓄電素子。
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