JP2008243888A - 電気化学キャパシタの製造方法及びこれにより得られた電気化学キャパシタ - Google Patents

Abstract

【課題】自動車用等に用いる電気化学キャパシタに関し、高耐電圧で大容量、急速充放電サイクルの信頼性に優れ、かつ低抵抗化が可能な製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】集電体上に活性炭主体の電極層を形成した正極を作製する工程、集電体上に炭素材料主体の電極層を形成した負極を作製する工程、上記正極と負極をセパレータを介して巻回して素子を作製する工程、この素子をリチウムイオンを含む有機系電解液と共に金属ケース８内に収容する工程、この金属ケース８を封止する工程とを有し、上記金属ケース８内にあらかじめリチウムを配設し、素子を収容して金属ケース８を封止した後、金属ケース８と素子から引き出された負極リード線７ｂとを電気的に接続して素子を構成する負極の電極層にリチウムイオンを吸蔵させるようにした方法により、簡単な方法で優れた性能を安定して発揮できる。
【選択図】図４

Description

本発明は各種電子機器、ハイブリッド自動車や燃料電池車のバックアップ電源用や回生用、あるいは電力貯蔵用等に使用される電気化学キャパシタの製造方法及びこれにより得られた電気化学キャパシタに関するものである。

従来から、高耐電圧で大容量、しかも急速充放電の信頼性が高いということから電気二重層コンデンサが着目され、多くの分野で使用されている。このような電気二重層コンデンサは正極、負極共に活性炭を主体とする分極性電極を電極として用いたものであり、電気二重層コンデンサとしての耐電圧は、水系電解液を使用すると１．２Ｖ、有機系電解液を使用すると２．５〜３．３Ｖである。電気二重層コンデンサのエネルギは耐電圧の２乗に比例するため、耐電圧の高い有機系電解液の方が水系電解液より高エネルギであるが、有機系電解液を使用した電気二重層コンデンサでも、そのエネルギ密度は鉛蓄電池等の二次電池の１／１０以下であり、更なるエネルギ密度の向上が必要とされている。

このような背景から、活性炭を主体とする電極を正極とし、Ｘ線回折法による〔００２〕面の面間隔が０．３３８〜０．３５６ｎｍである炭素材料にあらかじめリチウムイオンを吸蔵させた電極を負極とする上限電圧３Ｖの二次電池が提案されている（特許文献１）。

また、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料にあらかじめ化学的方法または電気化学的方法でリチウムイオンを吸蔵させた炭素材料を負極に用いる二次電池が提案されている（特許文献２）。

さらに、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料をリチウムと合金を形成しない多孔質集電体に担持させる負極を有する上限電圧４Ｖの二次電池が提案されている（特許文献３）。

また、電気二重層コンデンサ以外に大電流充放電可能な電源としてリチウムイオン電池があり、リチウムイオン電池は電気二重層コンデンサに比べて高電圧かつ高容量という特徴を有するが、抵抗が高く、急速充放電サイクルによる寿命が電気二重層コンデンサに比べて著しく短いという問題があった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１〜３が知られている。
特開昭６４−１４８８２号公報 特開平８−１０７０４８号公報 特開平９−５５３４２号公報

しかしながら上記従来の電気二重層コンデンサの短所を改良する目的で提案された二次電池では、高耐電圧で大容量、しかも急速充放電が可能という長所は有するものの、抵抗値が高いため、例えば、ハイブリッド自動車や燃料電池車のバックアップ電源や回生用等に使用する場合には、多数個を直列接続して使用するために総抵抗値が大きくなりすぎて使用できないという課題があった。

また、リチウムイオンを負極に吸蔵させる技術においては、リチウム吸蔵量の確認、正負極の電位モニター、封止性能の維持をどのように行うのか、等の問題の他に、素子の巻回作業をドライ雰囲気で行わなければならないという問題もあり、容易に製造できるものではないという課題もあった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、高耐電圧で大容量、かつ、急速充放電サイクルの信頼性に優れ、しかも低抵抗化を実現することが可能な電気化学キャパシタを、簡単に安定して製造することができる、電気化学キャパシタの製造方法及びこれにより得られた電気化学キャパシタを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、集電体上に活性炭を主体とした分極性電極層を形成してリード線を接続した正極を作製する工程と、集電体上に炭素材料を主体とした電極層を形成してリード線を接続した負極を作製する工程と、上記正極と負極をその間にセパレータを介して巻回して素子を作製する工程と、この素子をリチウムイオンを含む有機系電解液と共に金属ケース内に収容する工程と、この金属ケースを封止する工程とを有し、上記素子を金属ケース内に収容する際に、あらかじめ金属ケース内にリチウムを配設し、かつ、素子を収容して金属ケースを封止した後、金属ケースと素子から引き出された負極リード線とを電気的に接続することにより、素子を構成する負極の電極層にリチウムイオンを吸蔵させるようにしたものである。

また、この製造方法により得られた電気化学キャパシタとしては、集電体上に活性炭を主体とした分極性電極層を形成してリード線が接続された正極と、集電体上に炭素材料を主体とした電極層を形成してリード線が接続された負極とを、その間にセパレータを介して巻回して構成された素子と、この素子をリチウムイオンを含む有機系電解液と共に収容した金属ケースと、この金属ケースを封止した封口部材からなり、上記素子の少なくとも一方の端面に金属ケースと導通する金属製の接合部材を配設した構成としたものである。

以上のように本発明による電気化学キャパシタの製造方法は、リチウムをあらかじめ金属ケース内に配設しておき、組み立て後に金属ケースと負極リード線を電気的に接続することにより、素子を構成する負極の電極層にリチウムイオンを吸蔵させることができるようになるため、簡単な方法で優れた性能を安定して発揮することができる電気化学キャパシタが提供できるようになるという効果が得られるものである。

また、負極の容量が低下した場合に、金属ケースと負極リード線を電気的に接続させることにより、負極に必要なリチウムを再度吸蔵させることが可能になる。

また、金属ケースを第３の電極とすることにより、正負極の電位を個々に測定することが可能になり、負極が所定の電位を示しているか等の状態検出や、寿命試験での劣化要因の判別を正負極で分離することができるばかりでなく、別途第３電極を設ける必要が無いために、封止性能の低下を招くことがない。

また、金属ケース内にあらかじめリチウムを配設する方法により、素子を巻回する作業を大気中で実施することができるようになり、製造設備の簡素化が可能になる等の効果も得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１による電気化学キャパシタの製造方法により得られた電気化学キャパシタの構成を示した一部切り欠き斜視図、図２（ａ）、（ｂ）は同電気化学キャパシタの原理を説明するために示した放電状態と充電状態の概念図であり、図１と図２において、１は素子であり、この素子１はアルミニウム箔からなる集電体２の表裏面に活性炭を主体とした分極性電極層３を形成した正極と、銅箔からなる集電体４の表裏面に黒鉛の電極層５を形成した負極とを２枚１組とし、その間にセパレータ６を介在させた状態で巻回することにより構成されているものである。

７ａ、７ｂは上記２枚の電極に夫々接続されて引き出された正負一対のリード線、８は上記素子１を図示しない駆動用電解液９と共に収容したステンレス製の金属ケース、１０は上記素子１から引き出された正負一対のリード線７ａ、７ｂが挿通する孔を有して上記金属ケース８の開口部に嵌め込まれ、金属ケース８の開口端の加工により封止を行う封口ゴムである。

また、このように構成された電気化学キャパシタは、図２に示すように、駆動用電解液９に含まれる電解質カチオンとしてのリチウムイオンと、同じく電解質アニオンとしてのＢＦ₄ ^-が移動することによって充放電を行うものであるが、大きな容量を得るためには上記駆動用電解液中のリチウムイオンのみでは絶対量が足りず、従って、図２（ａ）の放電状態に示すように、あらかじめ負極の電極層にリチウムイオンを吸蔵させておく（以下、プレドープと呼ぶ）ことが必要となるものであり、このようなプレドープを主体として、以下に具体的な実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

まず、正極として、厚さ３０μｍの高純度アルミニウム箔（Ａｌ：９９．９９％以上）を集電体２として用い、塩酸系のエッチング液中で電解エッチングして表面を粗面化した。

続いて、平均粒径５μｍのフェノール樹脂系活性炭粉末と、導電性付与剤として平均粒径０．０５μｍのカーボンブラック、カルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣと呼ぶ）を溶解した水溶性バインダ溶液を１０：２：１の重量比に混合して混練機で十分に混練した後、メタノールと水の分散溶媒を少しずつ加え、更に混練して所定の粘度のペーストを作製し、このペーストを上記集電体２の表裏面に塗布し、１００℃の大気中で１時間乾燥することにより分極性電極層３を形成した後、所定の寸法に切断して正極を得た。

次に、負極として、厚さ１５μｍの銅箔を集電体４として用い、この集電体４の表裏面に厚さ３０μｍ（片面厚さ）の黒鉛の電極層５を形成した。この黒鉛の電極層５は、黒鉛：アセチレンブラック：バインダ＝８０：１０：１０とし、かつ、バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン（（以下、ＰＴＦＥと呼ぶ）８）：ＣＭＣ（２）の割合で構成した。また、製造方法としては、水にＣＭＣ・アセチレンブラック・黒鉛・ＰＴＦＥの順に添加し、撹拌して混練することによりペースト状にしたものを、コンマコータやダイコータ等を用いて上記集電体４上に厚さ５０μｍ（片面厚さ）に塗工し、これを８０℃の温度で乾燥した後、線圧が７５〜１００ｋｇｆ／ｃｍでプレス加工することにより、厚さ３０μｍ（片面厚さ）、電極密度が１．２〜１．５ｇ／ｃｍ³の黒鉛の電極層５を作製し、これを所定の寸法に切断した。

次に、このようにして得られた正極と負極を２枚１組とし、その間にセパレータを介在させた状態で巻回することにより素子１を得た。そして、この素子１を、図３に示すように、あらかじめ内底面にリチウム１１を配設したステンレス製の金属ケース８内に上記素子１を図示しない駆動用電解液９と共に挿入することにより、素子１に駆動用電解液９を含浸させた。この駆動用電解液９としては、電解質カチオンとしてＬｉ⁺、電解質アニオンとしてＢＦ₄ ^-を、溶媒として高誘電率のエチレンカーボネート（以下、ＥＣと呼ぶ）と低粘度のジエチルカーボネート（以下、ＤＥＣと呼ぶ）を重量比で１：１に混合した混合溶媒を用いた。

次に、このようにして駆動用電解液９と共に金属ケース８内に挿入された素子１から引き出された正負一対のリード線７ａ、７ｂを封口ゴム１０に設けられた孔を貫通させ、この封口ゴム１０を金属ケース８の開口部に嵌め込んだ後、金属ケース８の開口端近傍を絞り加工とカーリング加工することにより封止を行い、本実施の形態による電気化学キャパシタを組み立てた。

次に、このようにして組み立てを終えた電気化学キャパシタを、図４に示すような治具１２を用いてプレドープを行った。この治具１２は、金属ケース８と電気的に接続されるケースホールド部１２ａと、素子１から引き出された負極リード線７ｂと電気的に接続されるリード線ホールド部１２ｂを有し、このケースホールド部１２ａとリード線ホールド部１２ｂを導線１２ｃで結合することによって電気的に接続した構成のものであり、このように構成された治具１２を電気化学キャパシタに装着し、この状態で所定の時間経過させることによってプレドープ作業を行うものであり、このプレドープ作業により、上記金属ケース８の内底面に配設されたリチウム１１はリチウムイオンとして負極の電極層に吸蔵されるようになるものである。

このようにして製造された本実施の形態による電気化学キャパシタの負極の到達電位／容量／抵抗特性を測定した結果を比較例としての従来品と比較して（表１）に示す。

ここで従来品について説明すると、巻回構造の電気化学素子では、一般的に負極が正極に対して外側になるように巻回し、負極の最外周の集電体にリチウムを貼り付けることにより、電解液を注入後、リチウムがリチウムイオンとして負極の電極層に吸蔵されるようにしているため、リチウムが素子の外周面に接するように、金属ケース８の内周面にリチウムを配置した。なお、素子の最外周はセパレータであるため、素子１と金属ケース８とは電気的に独立した状態である。

（表１）から明らかなように、本実施の形態による電気化学キャパシタは、リチウムをあらかじめ金属ケース８の内底面（素子１の底面部と接する部分）に配設しておき、組み立て後に金属ケース８と負極リード線７ｂを電気的に接続させることによって素子１を構成する負極の電極層５にリチウムイオンを吸蔵させるようにした製造方法により、所定の時間内に到達した負極の電位を従来品よりも低下させることができ、更に、充放電の際に、負極の電極層に対してリチウムイオンの吸蔵・脱離が効率良く行われるようになるため、充放電時の容量の増加と抵抗の低下を実現することができるという格別の効果が得られるものである。

また、金属ケース８と負極リード線７ｂを外部で電気的に接続させることによってリチウムイオンを負極に吸蔵させるようにしているため、金属ケース８を第３の電極とすることで、封止性能の低下を招くことなく負極の電位をモニタリングすることが可能になる。

更に、従来品の負極の電位を本実施の形態と同等の電位にするためには、更に１．９３日を要したことからも、本実施の形態における製造方法は電気化学キャパシタの製造に掛かる時間を短縮することができるという格別の効果も奏するものである。

なお、本実施の形態においては、金属ケース８としてステンレス製のものを用いた例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、リチウムと合金化しない金属であれば何を用いても構わないものである。

また、駆動用電解液はカチオンにリチウムを含む有機系電解液であれば良く、例えばアニオンとしてＰＦ₆ ^-を用いても良い。さらにまた、例えば低温特性を高めるために、溶媒としてＥＣを主体としたものではなく、プロピレンカーボネート（ＰＣ）を主体とした混合溶媒を用いても構わないものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項３、４、６に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で図３を用いて説明した電気化学キャパシタの製造方法のプレドープの方法が一部異なるようにしたものであり、これ以外の方法は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態２による電気化学キャパシタの製造方法を説明するために示した製造工程図であり、図５において、１３はリチウム１１を圧着して保持させるために設けた接合部材としてのニッケル製の網目状部材（以下、Ｎｉメッシュと呼ぶ）である。

図５に示すように、円板状に加工されたＮｉメッシュ１３を準備し、このＮｉメッシュ１３を金属ケース８の内底面に配設して溶接した後、このＮｉメッシュ１３上にリチウム１１を配設して圧着するようにしたものであり、これ以外の方法は実施の形態１と同じである。

このような製造方法により、単独では柔らかすぎて金属ケース８との密着性が不安定なリチウム１１を確実に金属ケース８の内底面に密着させることが可能になるため、上記実施の形態１による電気化学キャパシタの製造方法と比較して、プレドープ作業を安定して行うことができるようになるという格別の効果を奏するものである。

また、図６は（ａ）、（ｂ）は上記図５に示したＮｉメッシュ１３の外周の一部にタブ１４ａを設けたＮｉメッシュ１４を用いた例を示したものであり、このようなＮｉメッシュ１４を用いることにより、Ｎｉメッシュ１４にリチウム１１を圧着する作業を独立して行うことができるために作業性が向上し、かつ、このＮｉメッシュ１４に設けたタブ１４ａを金属ケース８の内周面に溶接することによってＮｉメッシュ１４を金属ケース８に固定することができるため、溶接作業も容易に行えるものである。

なお、本実施の形態においては、リチウム１１を圧着して保持させるために設ける接合部材として、Ｎｉメッシュ１３、１４を用いた例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、銅等の材料を用いた網目状部材でも構わないものであり、さらに網目状部材に代えて、表面を粗面化した板状部材であっても良い。

さらに、本実施の形態の電気化学キャパシタの製造方法により得られた電気化学キャパシタは、上記実施の形態１と同様のプレドープ作業を行った後、Ｎｉメッシュ１３（または１４）に圧着されたリチウム１１と、金属ケース８の内底面に配設されたリチウム１１はリチウムイオンとして負極の電極層に吸蔵されるようになるが、Ｎｉメッシュ１３（または１４）は金属ケース８の内底面に金属ケース８と導通状態で残るようになるものである。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項２〜４に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で図３を用いて説明した電気化学キャパシタの製造方法のプレドープの方法が一部異なるようにしたものであり、これ以外の方法は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図７（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態３による電気化学キャパシタの製造方法を説明するために示した製造工程図であり、図７において、１５はタブ１５ａを設けたＮｉメッシュであり、このＮｉメッシュ１５には後述する正負一対のリード線７ａ、７ｂに挿入される絶縁リング１７が挿通する孔１５ｂが一対で設けられている。１６は同じく同様の孔１６ａが一対で設けられたリチウムである。１７は素子１から引き出された正負一対のリード線７ａ、７ｂに夫々挿入される絶縁リングである。

このように構成された部材を用い、まず、図７（ａ）に示すように、タブ１５ａを設けたＮｉメッシュ１５の裏面側にリチウム１６を配設して圧着する。

次に、図７（ｂ）に示すように、内底面にリチウム１１を配設した金属ケース８内に素子１を挿入し、この素子１から引き出された正負一対のリード線７ａ、７ｂに絶縁リング１７を夫々挿入した後、上記リチウム１６が圧着されたＮｉメッシュ１５をリチウム１６が素子１の上面側と接するようにしてリード線７ａ、７ｂならびに絶縁リング１７を挿通して配設する。

次に、図７（ｃ）に示すように、Ｎｉメッシュ１５に設けられたタブ１５ａを金属ケース８の内周面に溶接して固定するようにしたものであり、これ以外の方法は実施の形態１と同じである。

このような製造方法により、素子１の両端面にリチウムを配設することができるようになるため、上記実施の形態１と比較してプレドープ作業の時間を略半減することができると共に、プレドープの状態を安定化させることができるという格別の効果を奏するものである。

なお、本実施の形態の電気化学キャパシタの製造方法により得られた電気化学キャパシタは、上記実施の形態１と同様のプレドープ作業を行った後、Ｎｉメッシュ１５に圧着されたリチウム１６と、金属ケース８の内底面に配設されたリチウム１１はリチウムイオンとして負極の電極層に吸蔵されるようになるが、Ｎｉメッシュ１５は素子１の上端面に金属ケース８と導通状態で残るようになるものである。

（実施の形態４）
以下、実施の形態４を用いて、本発明の特に請求項４に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で図３を用いて説明した電気化学キャパシタの製造方法のプレドープの方法が一部異なるようにしたものであり、これ以外の方法は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図８（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態４による電気化学キャパシタの製造方法を説明するために示した製造工程図であり、図８において、１３はＮｉメッシュ、１８はこのＮｉメッシュ１３が溶接により結合されるニッケル製の円板（以下、Ｎｉ円板と呼ぶ）であり、１８ａはこのＮｉ円板１８に設けられたタブである。

このように構成された部材を用い、まず、図８（ａ）に示すように、タブ１８ａを設けたＮｉ円板１８上にＮｉメッシュ１３を配設し、これらを溶接により結合した後、上記Ｎｉメッシュ１３上にリチウム１１を圧着する。

次に、このようにしてリチウム１１が圧着されたＮｉ円板１８を、図８（ｂ）に示すように金属ケース８の内底面に挿入し、Ｎｉ円板１８に設けられたタブ１８ａを金属ケース８の内周面に溶接して固定するようにしたものであり、これ以外の方法は実施の形態１と同じである。

このような製造方法により、Ｎｉ円板１８によってＮｉメッシュ１３の強度が補強されるようになるため、リチウム１１をより確実に金属ケース８の内底面に密着させることが可能になり、プレドープ作業の更なる安定化が図れるようになるという格別の効果を奏するものである。

なお、本実施の形態の電気化学キャパシタの製造方法により得られた電気化学キャパシタは、上記実施の形態１と同様のプレドープ作業を行った後、Ｎｉ円板１８に結合されたＮｉメッシュ１３に圧着されたリチウム１１と、金属ケース８の内底面に配設されたリチウム１１はリチウムイオンとして負極の電極層に吸蔵されるようになるが、Ｎｉ円板１８ならびにＮｉメッシュ１３は金属ケース８の内底面に金属ケース８と導通状態で残るようになるものである。

（実施の形態５）
以下、実施の形態５を用いて、本発明の特に請求項２〜４に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態３で図７を用いて説明した電気化学キャパシタの製造方法のプレドープの方法が一部異なるようにしたものであり、これ以外の方法は実施の形態３と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図９（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態５による電気化学キャパシタの製造方法を説明するために示した製造工程図であり、図９において、１９はタブ１９ａが設けられたＮｉ円板であり、このＮｉ円板１９には正負一対のリード線７ａ、７ｂに挿入される絶縁リング１７が挿通する孔１９ｂが一対で設けられている。２０は同じく同様の孔２０ａが一対で設けられたＮｉメッシュである。

このように構成された部材を用い、まず、図９（ａ）に示すように、タブ１９ａを設けたＮｉ円板１９の裏面側にＮｉメッシュ２０を配設し、これらを溶接により結合した後、上記Ｎｉメッシュ２０上に一対の孔１６ａを設けたリチウム１６を圧着する。

次に、図９（ｂ）に示すように、内底面にリチウム１１を配設した金属ケース８内に素子１を挿入し、この素子１から引き出された正負一対のリード線７ａ、７ｂに絶縁リング１７を夫々挿入した後、上記リチウム１６が圧着されたＮｉ円板１９をリチウム１６が素子１の上面側と接するようにしてリード線７ａ、７ｂならびに絶縁リング１７を挿通して配設する。

次に、図９（ｃ）に示すように、Ｎｉ円板１９に設けられたタブ１９ａを金属ケース８の内周面に溶接して固定するようにしたものであり、これ以外の方法は実施の形態１と同じである。

このような製造方法により、上記実施の形態３による電気化学キャパシタの製造方法により得られる効果に加え、Ｎｉメッシュ２０の強度が補強されるようになるため、リチウム１６をより確実に素子１の上面に配設することが可能になり、プレドープ作業の更なる安定化が図れるようになるという格別の効果を奏するものである。

なお、本実施の形態の電気化学キャパシタの製造方法により得られた電気化学キャパシタは、上記実施の形態１と同様のプレドープ作業を行った後、Ｎｉ円板１９に結合されたＮｉメッシュ２０に圧着されたリチウム１６と、金属ケース８の内底面に配設されたリチウム１１はリチウムイオンとして負極の電極層に吸蔵されるようになるが、Ｎｉ円板１９ならびにＮｉメッシュ２０は素子１の上端面に金属ケース８と導通状態で残るようになるものである。

さらに、本実施の形態に、上記実施の形態４で説明したリチウム１１が圧着されたＮｉ円板１８を金属ケース８の内底面に配設することも可能であり、このような方法により、プレドープ作業の更なる安定化が図れるようになることは言うまでもないものである。

（実施の形態６）
以下、実施の形態６を用いて、本発明の特に請求項５に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１〜５で説明した電気化学キャパシタの製造方法において、素子を金属ケース内に収容する際に、あらかじめ金属ケース内にリチウムを金属ケースと導通状態で配設する方法に代えて、あらかじめ金属ケース内面に蒸着によりリチウム層を形成する（図示せず）ようにしたものであり、このような方法によっても、上記実施の形態１〜５と同様の効果が得られるものである。

本発明による電気化学キャパシタの製造方法は、簡単な方法でプレドープ作業を行うことができ、かつ、優れた性能を安定して発揮することができるという効果を有し、特にハイブリッド自動車や燃料電池車のバックアップ電源や回生用等として有用である。

本発明の実施の形態１による電気化学キャパシタの製造方法により得られた電気化学キャパシタの構成を示した一部切り欠き斜視図 （ａ）、（ｂ）同電気化学キャパシタの原理を説明するために示した放電状態と充電状態の概念図 同電気化学キャパシタの製造方法を説明するための分解斜視図 同プレドープ用の治具を装着した状態を示した斜視図 （ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態２による電気化学キャパシタの製造方法を示した製造工程図 （ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態２による電気化学キャパシタの製造方法の他の例を示した製造工程図 （ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態３による電気化学キャパシタの製造方法を示した製造工程図 （ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態４による電気化学キャパシタの製造方法を示した製造工程図 （ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態５による電気化学キャパシタの製造方法を示した製造工程図

符号の説明

１ 素子
２、４ 集電体
３ 分極性電極層
５ 黒鉛の電極層
６ セパレータ
７ａ 正極リード線
７ｂ 負極リード線
８ 金属ケース
９ 駆動用電解液
１０ 封口ゴム
１１、１６ リチウム
１２ 治具
１２ａ ケースホールド部
１２ｂ リード線ホールド部
１２ｃ 導線
１３、１４、１５、２０ Ｎｉメッシュ
１４ａ、１５ａ、１８ａ、１９ａ タブ
１５ｂ、１６ａ、１９ｂ、２０ａ 孔
１７ 絶縁リング
１８、１９ Ｎｉ円板

Claims (6)

1. 金属箔からなる集電体上に活性炭を主体とした分極性電極層を形成すると共に正極リード線を接続して正極を作製する工程と、金属箔からなる集電体上に炭素材料またはシリコンを主体とした電極層を形成すると共に負極リード線を接続して負極を作製する工程と、上記正極と負極をその間にセパレータを介在させて夫々の電極層が対向した状態で積層または巻回することにより素子を作製する工程と、この素子をリチウムイオンを含む有機系電解液と共に金属ケース内に収容する工程と、上記素子から引き出された正負一対のリード線が挿通する孔を備えた封口部材により上記金属ケースの開口部を封止する工程と、を有した電気化学キャパシタの製造方法において、上記素子を金属ケース内に収容する際に、あらかじめ金属ケース内にリチウムを金属ケースと導通状態で配設し、かつ、素子を収容して金属ケースの開口部を封止した後に、この金属ケースと上記素子から引き出された負極リード線とを電気的に接続することにより、素子を構成する負極の電極層にリチウムイオンを吸蔵させるようにした電気化学キャパシタの製造方法。
2. 金属ケース内に素子を挿入した後、リチウムを、素子から引き出された正負一対のリード線と絶縁状態で、かつ、金属ケースと導通状態で素子の上面側に配設するようにした請求項１に記載の電気化学キャパシタの製造方法。
3. リチウムを金属製の接合部材上に圧着し、この接合部材を金属ケースに接合するようにした請求項１または２に記載の電気化学キャパシタの製造方法。
4. リチウムを圧着する金属製の接合部材が網目状部材、またはリチウムが圧着される側の面が粗面化された板状部材、またはリチウムが圧着される側に網目状部材を接合した板状部材、のいずれかからなる請求項３に記載の電気化学キャパシタの製造方法。
5. 素子を金属ケース内に収容する際に、あらかじめ金属ケース内にリチウムを金属ケースと導通状態で配設する方法に代えて、あらかじめ金属ケース内面に蒸着によりリチウム層を形成するようにした請求項１に記載の電気化学キャパシタの製造方法。
6. 金属箔からなる集電体上に活性炭を主体とした分極性電極層を形成すると共に正極リード線が接続された正極と、金属箔からなる集電体上に炭素材料またはシリコンを主体とした電極層を形成すると共に負極リード線が接続された負極とを、その間にセパレータを介在させて夫々の電極層が対向した状態で積層または巻回することにより構成された素子と、この素子をリチウムイオンを含む有機系電解液と共に収容した金属ケースと、上記素子から引き出された正負一対のリード線が挿通する孔を備えて上記金属ケースの開口部を封止した封口部材からなる電気化学キャパシタにおいて、上記素子の少なくとも一方の端面に金属ケースと導通する金属製の接合部材を配設した請求項３または４に記載の電気化学キャパシタの製造方法により得られた電気化学キャパシタ。

Images