JP2010135361A - 負極、リチウムイオンキャパシタ及びそれらの製造方法 - Google Patents
負極、リチウムイオンキャパシタ及びそれらの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010135361A JP2010135361A JP2008307156A JP2008307156A JP2010135361A JP 2010135361 A JP2010135361 A JP 2010135361A JP 2008307156 A JP2008307156 A JP 2008307156A JP 2008307156 A JP2008307156 A JP 2008307156A JP 2010135361 A JP2010135361 A JP 2010135361A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- current collector
- active material
- material layer
- collector foil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
【課題】従来のリチウムイオンキャパシタに比べ、製造工程が簡単で、生産性に優れ、かつ、内部抵抗が小さく大電流を流すことができる負極、リチウムイオンキャパシタ及びそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】この発明に係る負極は、負極集電箔の少なくとも片面に略同面積で負極活物質層が設けられた負極であって、前記負極集電箔にのみ長さ方向成分を含むように延長して少なくとも1つのスリットが形成されたことを特徴とするものである。
【選択図】図1
【解決手段】この発明に係る負極は、負極集電箔の少なくとも片面に略同面積で負極活物質層が設けられた負極であって、前記負極集電箔にのみ長さ方向成分を含むように延長して少なくとも1つのスリットが形成されたことを特徴とするものである。
【選択図】図1
Description
この発明は、負極、リチウムイオンキャパシタ及びそれらの製造方法に関するものである。
以前から存在する電気二重層キャパシタは、活性炭などのカーボン材料とバインダーからなるシート状の正極及び負極と、これら両極を電気的に絶縁する多孔質セパレータと、ステンレス、アルミニウムなどの金属からなる円筒型又は角型の容器と、容器内に充填され、両極及び多孔質セパレータに含浸された電解液とで構成され、両極と電解液との界面に発生する電気二重層の静電容量を電解液中のイオンが電極間を移動することにより充放電を行う。この電気二重層キャパシタは、電気化学反応を伴わないため、充放電レート特性、サイクル特性に優れている。このため電子機器のバックアップ電源や自動車を始めとした各種輸送機のバッテリーとして用いられている。しかし、電池に比べるとエネルギー密度が低いことが課題であった。
同じく以前から存在するリチウムイオン二次電池は、正極が一般にLiCoO2等のリチウム含有金属酸化物からなり、負極がグラファイト等の炭素材料から構成されており、充電時には正極のリチウム含有金属酸化物から負極にリチウムを供給し、放電時には負極中のリチウムを正極に戻すというリチウムイオンの挿入及び脱離反応を利用している。この電池は電圧が高く、高エネルギー密度であるため、携帯機器用電源や電動工具、家電製品などに広く使用されている。しかし、エネルギー密度が高い反面、出力特性やサイクル特性、安全性の面での課題がある。
そこで、近年リチウムイオン二次電池と電気二重層キャパシタの蓄電原理を組み合わせたリチウムイオンキャパシタ(以下、LICと記載する)と呼ばれる蓄電装置が注目され、その開発が盛んに行われている。このLICは正極には電気二重層キャパシタの正極活物質材料である活性炭などのカーボン材料を用い、負極にはリチウムイオン二次電池の負極活物質材料であるグラファイト等の炭素材料を用いたハイブリッド型のキャパシタである。
LICは、リチウムイオンを吸蔵、脱離し得る炭素材料に、予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、担持(ドープまたはドーピング。以下、ドープと記載)させて、負極電位を下げることによりエネルギー密度を大幅に大きくできる。リチウムイオン供給源と負極の対向面積を負極面積の75%以上100%未満にしていることによって、セル内にリチウムイオン供給源を残さずに負極にリチウムイオンをドープできる構成とした発明がある(例えば、特許文献1参照)。
また、正極および負極と共に電解質を備えたものであって、負極は、帯状の負極集電体と、この負極集電体の両面に設けられ、ケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含む負極活物質層とを有し、負極集電体および負極活物質層には、これらを貫通するように切り抜かれまたは切り込まれた貫通部が、負極集電体の長さ方向成分を含むように延長して少なくとも1つ形成された電池に関する発明がある(例えば、特許文献2参照)。
前記特許文献1に係る発明では、負極集電体と正極集電体とに多孔材(エキスパンドメタルやパンチングメタル等)を用い、金属リチウム等のリチウムイオンのドープ源と各極を電気化学的接触させることによって、リチウムイオンが電極積層体の端部から両集電体の貫通孔を通って自由に各極間を移動し、電極積層体のすべての負極にリチウムイオンをドープできる構成となっている。多孔材を集電体として用いた場合、一般のLICに用いている平滑金属箔を使用した場合に比較して導電部断面積が著しく小さくなり電気抵抗が高くなる。そこため、LICの特徴である大電流を流すことが困難になるという欠点があった。
また、集電体に開口率の大きい多孔材を用いる場合、ペースト状電極合材を集電体上に塗工する際に一度の塗工では平滑な電極層が得られず、電極表面に凹凸ができ、充放電特性低下の原因となる。これに対して、1度目の塗工で穴部を埋め(目止め塗工)、2度以上の重ね塗工で所定厚さの平滑な電極を得るといった複数回塗工が提案されているが、工程が複雑になると共に、工程数増加にともなう不良率の増大という欠点があった。
前記特許文献2に係る発明では、プレス加工後の負極に切り込まれた貫通部を形成するような構造となっているため、開口率が小さくリチウムイオンのドープに時間がかかり、ドープが不十分になるため、十分な充放電容量が得られないという欠点があった。また、負極に貫通するような切り抜かれた貫通部を形成する構造をとる場合、切り抜き加工が複雑となるばかりでなく、負極面積の変化に対応し、切り抜き面積を変更する作業が複雑となり、負極面積の変化に柔軟に対応できないという欠点があった。
この発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、製造工程が簡単で、生産性に優れ、かつ、内部抵抗が小さく大電流を流すことができる負極、良好な充放電特性を有する負極、LIC及びそれらの製造方法を提供することを目的としている。
この発明に係る負極は、負極集電箔の少なくとも片面に略同面積で負極活物質層が設けられた負極であって、前記負極集電箔にのみ長さ方向成分をもつ少なくとも1つのスリットが形成されたことを特徴とするものである。
この発明によれば、予め負極集電箔に切り込みを設け、負極活物質層を形成した後、所定の温度及び圧力でプレス加工することにより、貫通部分の幅を拡大し、スリットを形成するようにしたものであるため、生産性に優れ量産に対応した簡単な製造工程にもかかわらず、大電流の入出力を容易にし、レート特性の向上が図れる負極、LIC及びそれらの製造方法を提供することができる。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1におけるリチウムイオンキャパシタ(以下、LICと記載することもある)の断面の一部を示す図である。図において、帯状の正極集電箔1の片面に正極材料と導電助剤とをバインダーにより結着させた正極活物質層2が塗布されて正極3が形成されている。スリット4を有する帯状の負極集電箔5の片面に負極材料と導電助剤とをバインダーにより結着させた負極活物質層6が塗布されて負極7が形成されている。ここで、正極集電箔1及び負極集電箔5は帯状であるが、略長方形または略正方形であってもかまわない。また、後述するプレス加工により整形されることから、幅等にある程度ばらつきがあってもかまわない。
図1は、本発明の実施の形態1におけるリチウムイオンキャパシタ(以下、LICと記載することもある)の断面の一部を示す図である。図において、帯状の正極集電箔1の片面に正極材料と導電助剤とをバインダーにより結着させた正極活物質層2が塗布されて正極3が形成されている。スリット4を有する帯状の負極集電箔5の片面に負極材料と導電助剤とをバインダーにより結着させた負極活物質層6が塗布されて負極7が形成されている。ここで、正極集電箔1及び負極集電箔5は帯状であるが、略長方形または略正方形であってもかまわない。また、後述するプレス加工により整形されることから、幅等にある程度ばらつきがあってもかまわない。
正極3と負極7とは帯状の正極集電箔1の短辺の中心線と帯状の負極集電箔5の短辺の中心線とがほぼ一致し、正極活物質層2と負極活物質層6が対面するように、電子絶縁性で多孔性のセパレータ8を介して対向配置されている。さらに負極集電箔5に対向してリチウムイオン供給源としてのリチウム金属(リチウム極)9が電子絶縁性で多孔性のセパレータ8を介して配置して構成される。
ここで、正極3、および、正極活物質層2と負極活物質層6との間に設けられたセパレータ8が積層されてなる構成部分を必要に応じて正極層10と、負極7、および、負極集電箔5とリチウム金属9との間に設けられたセパレータ8が積層されてなる構成部分を必要に応じて負極層11と呼ぶ。積層された正極3は正極取出し部12によって正極接続端子13に例えば溶接で接続されており、また負極7およびリチウム金属9はそれぞれ負極取出し部14およびリチウムドープ極取出し部15によって負極接続端子16に接続されている。ここで、正極層10、負極層11、及びリチウム金属9が積層され、電極端子等が取り付けられた状態で外装容器17に収納される前の状態のものをLICセル18とする。本実施の形態では正極接続端子13と負極接続端子16を図1に示すようにLICセル18のそれぞれ左側端部と右側端部に設けているが、これら接続端子の位置は適宜変えることができる。なお、図1において、外装容器17は点線において概略を示している。
この実施の形態では、正極3及び負極6は、それぞれ帯状の正極集電箔1及び負極集電箔5の片面に正極活物質層2及び負極活物質層6が塗布されて形成されているが、必ずしも片面である必要は無く、図3に示すように、それぞれの両面もしくはどちらか一方の極の両面に塗布されて形成されてもよい。
図2は本発明の実施の形態1におけるLICセル18の構造を示す断面図である。図1は、LICセル18としての最小構成単位を示しているが、図2に示すように、LICとして必要な容量を蓄積するために、正極層10と負極層11及びリチウム金属9を交互に積層する構造をとることが一般的である。図2では活物質層の数で正極3が3層、負極7が3層、及び、リチウム金属9が3層の合計9層によってLICセル18を構成しているが、LICセル18に組み込まれる正極3および負極7の層数は、LICセル18の種類やLICセル18に配置するリチウム金属9の層数などによって異なり特定されない。通常は正極層10と負極層11とをあわせて5〜20層程度である。また、ここでは正極3が多孔層で無い場合を想定し、各正極層10と負極層11に対してリチウム金属9を設けたが、正極3がリチウムイオンの通り抜け可能な多孔性材料により構成されている場合には、LICセル18の底部もしくは最上部にリチウム金属9を一層のみ設けてもかまわない。さらに、LICセル18は外装容器17に縦方向または横方向いずれの方向に収容してもかまわない。
上記説明した構造のみならず、本実施の形態では負極7に対して正極3が対向しており、この正負極間に電解液を含浸させたセパレータ8が存在している構造であればよい。例えば、平板状の電極を複数枚重ね合わせた積層型構造、帯状の電極を捲回した捲回構造、または、帯状の電極を折り畳みながら重ねた折り畳み型構造等である。また、これらを組み合わせた複合構造にしてもよい。
また、LICの集電体部分に接続される接続端子は、LIC内で安定に存在する導電性の材質であれば特に限定はしない。
LICセル18において、特にリチウム金属9が配置される側の最外部(図1では下部)はセパレータ8であり、その内側に負極7が設置されるのが好ましい。LICセル18の最外部をセパレータ8にすることによって、電極にリチウム金属9が直接に接触するのを回避して電解液の注液後の急激なドープによる電極表面へのダメージを防ぐことができ、さらにLICセル18を予め外部で作ってから外装容器17に設置するようなときには、セパレータ8で電極を覆って保護できる。また、該セパレータ8の内側を負極7にすることによって、負極7とリチウム金属9と短絡しても問題が無い等の利点が得られる。
図4は本発明の実施の形態1におけるLICの捲回構造の一例を示す断面図である。図2では、正極層10と負極層11が交互に積層された構造を示しているが、図4に示すように、帯状の正極層10と同じく帯状の負極層11とを積層し、捲回することで層状構造(捲回構造)をとってもかまわない。図4において、正極接続端子13と負極接続端子16はフィルム型のLICセル18のそれぞれ中心部に設けられているが、これら接続端子の位置は適宜変えることができる。
また、図4に示すLICは帯状の正極集電箔1及び負極集電箔5の両面に正極活物質層2及び負極活物質層6が塗布された状態のものを捲回構造としたものであり、正極3がリチウムイオンの通り抜け可能な多孔性材料により構成されている場合を例示しているが、これに限られない。なお、図において、リチウム金属9は捲回構造の最外周に設けられているが、中心部に設けられてもよい。また、正極3がリチウムイオンの通り抜け不能な場合等、リチウムイオンのドープ源を正極3及び負極7と同様に巻き込む場合については、一例を後述の実施の形態4で示している。
以下、この発明の実施の形態1における負極7及びLICの製造方法について詳細に記載する。図5は本発明の実施の形態1における負極7の製造工程のフローを示す図である。また、図6は本発明の実施の形態1におけるLICの製造工程のフローを示す図である。また、図7は本発明の本実施の形態1における負極原反21のプレス工程を模式的に示した図である。基本的な構造、及び、製造方法は、正極3と負極7について違いはないが、負極7では、スリット4の形成工程が付加される点で異なる。
図6において、この実施の形態における正極3の製造工程について説明する。正極3は一般的な電気二重層キャパシタの正極と同様の構成であり、たとえばアルミニウム箔からなる帯状の正極集電箔1に正極材料と導電助剤とを圧延法、塗布法およびモールド成形法などにより、バインダーによって結着させた正極活物質層2を形成する。ここで、正極材料には表面積が広く静電容量が大きいカーボン材料を用いる。例えば、直径10μm程度の粒子状の活性炭などであり、水蒸気賦活活性炭、アルカリ活性炭およびナノゲートカーボンなどを用いることができる。また、バインダーにはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素樹脂やSBR(スチレンブタジエンラバー)系やアクリル系合成ゴム、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)などが用いられている。その後、乾燥工程とプレス工程を経て、正極取出し部12などの取り付け等加工工程を経て完成する。なお、正極集電箔1と正極活物質層2とは略同面積で構成される。
ここで、帯状の正極集電箔1に正極活物質層2を塗布した後、乾燥行程を経て乾燥させたものを正極原反19と呼ぶ。図14は、正極原反19のプレス工程を模式的に示した概略図である。なお、図において括弧内で示された構成要素は後述する本実施の形態3を示すものである。
図5及び図7において、この実施の形態における負極7の製造工程について説明する。なお、図5における負極7の製造工程は、図6から同部分を抜き出したものである。負極7は、たとえば銅箔からなる帯状の負極集電箔5に長さ方向成分を含むように延長して少なくとも1つ貫通するように切り込み20を形成する。次に負極材料と導電助剤とを圧延法、塗布法およびモールド成形法などにより、バインダーによって結着させた負極活物質層6を塗布する。ここで、負極活物質には電気化学反応によってリチウムの脱挿入が可能な材料、例えば黒鉛を用いることが出来るが、それに限定されるものはない。そのほかにも、アモルファス状のカーボン、スズやシリコン系の合金など、一般的なリチウムイオン電池の負極として用いられている負極材料などが使用可能である。負極7と正極3とでは使用するカーボンの種類などの違いにより最適な厚さが異なる。その後、乾燥工程とプレス工程を経て、負極取出し部11などの取り付け等加工工程を経て完成する。なお、負極集電箔5と負極活物質層6は略同面積で形成される。
図1からも明らかなように、このようにして得られた負極7は、スリット4が設けられた負極集電箔5とスリット4が設けられていない負極活物質層6とからなる。ここで、帯状の負極集電箔5に切り込み20を設け、負極活物質層6を塗布した後、乾燥行程を経て乾燥させたものを負極原反21と呼ぶ。以下、必要な場合は負極原反21と記載する。また、スリット4と切り込み20の違いは、幅を有する形で切り抜かれたか否かで区別する。具体的には、カッター等で切り込み20を形成した後、プレス工程を経て幅が拡大し、スリット4を形成する。なお、厳密には切り込み20についても刃幅等の切り込み幅が形成されるが、幅を設けることを目的とし意識的に設けられた幅ではないためスリット4とは呼ばないこととする。なお、本実施の形態では、切り込み20を設けた後、プレス加工を行い、幅を広げてスリット4を形成したが、意識的に細い幅のスリット4を設けた後、プレス加工を行い幅の広いスリット4を形成してもかまわない。また、プレス加工の際の温度、圧力、または、張力を調整することで、形成されるスリット4の幅を調整できることは言うまでもない。
前記のようにして製造された正極3と負極7とをセパレータ8を挟んで一体化する。ここで、セパレータ8は正極3と負極7とを隔離し、両極間の絶縁を確保しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ8は例えば、ポリエチレンやポリプロピレンにより構成されている。また、セルロース系の紙セパレータ等を用いてもよい。
次にリチウムイオンのドープ源であるリチウム金属9を負極7とセパレータ8を介して設置する。
このようにして得られたLICセル18を外装容器17に収容する。ここで外装容器17は特に限定はしないが、ステンレス、アルミニウムなどの金属からなる円筒型又は角型の容器がある。また、金属と樹脂により構成されるラミネートフィルムからなる袋状又は箱型の容器であってもよい。このラミネートフィルムによる容器は熱融着(ヒートシール)によってシールすることができ、LIC内部からの電解液の漏出やLIC外部からの水分の侵入を防げるものであればよい。シール部に熱融着性を有する樹脂フィルムを用いることもできるが、金属を蒸着したり、金属めっきでコートしたり、アルミ等の金属箔をラミネートしたものが好ましい。金属箔を用いる場合、十分な厚さがあれば単独で用いることもできるが、一般には軽量化のために、数ミクロンから数十ミクロンの厚さの金属箔に樹脂がラミネートされたものが用いられる。そして、その内面には熱融着性を付与するためのポリエチレンやポリプロピレンのフィルム、外面には強度向上のためのポリエチレンテレフタレートや延伸ナイロンフィルムを積層させることが好ましい。
前記袋状容器の形成方法は各種のものが適用可能であり、例えば、角形に裁断したフィルムを二つ折りにして三方をヒートシールする方法、円筒型に形成したフィルムの両開口部をヒートシールする方法等を挙げることができる。容器材料は裁断したままのものを用いる場合もあるが、電極体に対応した凹部をプレス加工してから用いることもできる。ヒートシールした後に余分な容器材料を切断したり、曲げ加工を施したりしてもよい。
次に、外装容器17に電解液を注入し、封口する。ここで、電解液は外装容器17内に充填されているが、本発明とは直接の関係が無いため、図示は省略する。電解液は、特に限定されないが、例えば、LiPF6、LIClO4、LiBF4、LiAsF6、LICF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LIC(CF3SO2)3などの電解質を有機溶媒に溶解したものを挙げることができる。有機溶媒としては、ジメトキシエタン、ジエチルエーテル等のエーテル系溶媒、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、エチルメチルカーボネート(MEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等のエステル系溶媒、γ―ブチロラクトン(GBL)、テトラヒドロフラン(THF)、テトラヒドロピラン(THP)、1,3−ジオキサン(DOX)、リン酸エチルジメチル(EDMP)、リン酸トリメチル(TMP)、リン酸プロピルジメチル(PDMP)などの溶媒を挙げることができ、これらを単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
さらに、電解液には、他の添加物が含まれていても良い。組合せ例として、LiPF6/EC+DEC,LiBF4/EC+DEC,LiN(CF3SO2)2/EC+DEC、LiN(C2F5SO2)2/EC+DEC,LiPF6/EC+PC,LiPF6/EC+GBL,LiBF4/EC+PC,LiBF4/EC+GBL,LiBF4/EDMP,LiBF4/EC+EDMP,LiN(CF3SO2)2/EC+GBL、LiN(C2F5SO2)2/EC+GBL,LiN(CF3SO2)2/EC+EDMP、LiN(C2F5SO2)2/EC+EDMP等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、100℃以上の高温においても、イオン伝導性を有するために、有機溶媒はEC、PC,GBLなどの高沸点溶媒を含むことが望ましい。
ここで、負極7の電位を下げてリチウムイオンキャパシタを使用可能な状態にするにはリチウムイオンを負極7にドープする必要があるが、この実施の形態では負極7へのリチウムイオンのドープを負極7とセパレータ8を介して設置したリチウム金属9をドープ源として電解液中にリチウムイオンを拡散させて挿入を行う。
また、金属リチウムの代わりにコバルト酸リチウム等のリチウム金属酸化物をドープ源として使用し、外部電源より充電を行うことにより強制的にドープする場合もある。金属リチウム以外のドープ源としては、例えばリチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な正極3の材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどのバインダーを含んでいてもよい。リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な正極3の材料としては、オリビン酸リン酸鉄リチウムやリチウムと遷移金属とを含むリチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。
この実施の形態では、リチウムイオンを透過させるために負極集電箔5にリチウムイオンが拡散する経路とし、1または2以上のスリット4が形成されている。このスリット4は、負極原反21を所定の温度および圧力でプレスすることによって開口されて得られる。そのため、リチウムイオンが効率良く透過できるようになる。
このプレス工程は平板プレスで行うこともできるが、前記カレンダーロールプレスのようなロール型のプレスで実施すればより大面積の電極板を効率よくプレスすることができる。
以下、この実施の形態におけるLICの製造方法の1実施例を具体的な数値を挙げて説明すると共に、得られたLICの性能について以下の複数の比較例と比較した結果を示す。
正極原反19を用いた正極3の製造方法について説明する。正極集電箔1として、幅300mm、厚さ50μmの帯状のアルミニウム箔を用いる。正極材料としての活性炭とバインダーとしてのスチレンブタジエンポリマー、溶媒としての水からなる電極ペーストを混合調製し、帯状のアルミニウム箔の片面に塗工形成する。その後、乾燥行程を経て得られた正極原反19をカレンダーロールプレスにて105℃で加圧して電極の気孔率を調整した。
ここで、正極活物質層2は正極集電箔1に比較して伸縮率が大きいことから、プレスにより拡大した正極活物質層2が正極集電箔1の周辺についても押し広げられた正極活物質層2が若干はみ出すが、特に影響はない。
その後、プレス後の正極原反19から正極3を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の正極活物質層2をはがして正極取出し部12とし、この正極取出し部12にアルミ箔を超音波溶接により接続して正極接続端子13とした。
図7はこの実施の形態における負極原反21のプレス工程を模式的に示した図である。以下負極原反21を用いた負極7の製造方法について説明する。負極集電箔5として、幅300mm、厚さ20μmの帯状の銅箔に5mm間隔で切り込み20(0.08mm)を形成したものを用いる。負極材料としての黒鉛とバインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、溶媒としてのn-メチルピロリドンからなる電極ペーストを混合調製し、切り込み20を形成した帯状の銅箔の片面に塗工形成する。その後、乾燥行程を経て得られた負極原反21をカレンダーロールプレスにて105℃で加圧して電極の気孔率を調整した。プレス前の切り込み20の開口幅は0.08mmであったのに対して、プレス後の切り込み20の開口幅は0.16mmまで拡大されスリット4が形成された。
カレンダーロールプレス後に切り込み20の開口幅が倍程度にまで拡大されて、スリット4が形成された理由は、負極集電箔5と負極活物質層6の伸縮率が異なることに起因する。負極活物質層6は負極集電箔5に比較して伸縮率が大きいことからプレスにより拡大した負極活物質層6が負極集電箔5の下に滑り込み、切り込み20を押し広げた結果による。なお、負極集電箔5の周辺についても押し広げられた負極活物質層6が若干はみ出すが、特に影響はない。
その後、プレス後の負極原反21から負極7を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層6をはがして負極取出し部14とし、この負極取出し部14にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子16とした。
正極3と負極7の中心を揃えてそれぞれの活物質層が対向するように積層し、その間に厚さ40μmのセルロース系紙セパレータ8をはさんだ。負極7の裏面の銅箔に金属リチウム8として厚さ30μm、一辺60mm×80mmの方形の金属リチウム箔を重ね、全体を外装容器17としてのアルミラミネートフィルムの外装に収納した。この積層電極に電解液として、1.2mol/lのLiPF6を含む、エチレンカーボネート−ジエチルカーボネート3:7混合溶媒を注液し、最後に外装容器17であるアルミラミネート外装を封口しキャパシタセル(リチウムイオン挿入前のLICを示す)を完成させた。その後、負極7へのリチウムイオン挿入を促進するために、キャパシタセルを50℃の恒温槽内で7日間のエージングを実施した。
このLICについて、室温25℃の環境下で下限電圧2.0V、上限電圧4.0Vで充放電試験を行った。この試験結果と以下に示す比較例1乃至6の試験結果とで放電電流を変化させた場合の放電容量を表1に示す。表1の結果からも、この実施の形態に係るLICの性能の優位性が明らかである。
(比較例1)
(比較例1の作製法)
負極集電箔として、幅300mm、厚さ30μm、開口率55%のエキスパンドメタルを使用し、前記実施の形態と同様に作製したペーストを塗布したが、ペーストがエキスパンドメタルの開口部に浸透し、所定量の活物質量が得られなかった。再度塗布を行うことにより所定量の活物質量となったため、この負極原反をカレンダーロールプレスにて105℃で加圧して電極の気孔率を調整した。プレス後の負極原反を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層をはがして負極取出し部とし、この負極取出し部にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子とした。この比較例の正極の作製及びLICセルの作製方法は、前記実施の形態と同様にした。
(比較例1の作製法)
負極集電箔として、幅300mm、厚さ30μm、開口率55%のエキスパンドメタルを使用し、前記実施の形態と同様に作製したペーストを塗布したが、ペーストがエキスパンドメタルの開口部に浸透し、所定量の活物質量が得られなかった。再度塗布を行うことにより所定量の活物質量となったため、この負極原反をカレンダーロールプレスにて105℃で加圧して電極の気孔率を調整した。プレス後の負極原反を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層をはがして負極取出し部とし、この負極取出し部にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子とした。この比較例の正極の作製及びLICセルの作製方法は、前記実施の形態と同様にした。
(比較例2)
(比較例2の作製法:切り込みを広げない場合)
負極集電箔として、幅300mm、厚さ20μmの銅箔上にスリットを形成せずに、前記実施の形態と同様に作製したペーストを塗布し負極原反を製作した。この負極原反をカレンダーロールプレスにて105℃で加圧して電極の気孔率を調整した。その後、プレス後の負極原反に5mm間隔で切り込みを入れた。このプレス後の負極原反を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層をはがして負極取出し部とし、この負極取出し部にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子とした。この比較例の正極の作製及びLICセルの作製方法は、前記実施の形態と同様にした。
(比較例2の作製法:切り込みを広げない場合)
負極集電箔として、幅300mm、厚さ20μmの銅箔上にスリットを形成せずに、前記実施の形態と同様に作製したペーストを塗布し負極原反を製作した。この負極原反をカレンダーロールプレスにて105℃で加圧して電極の気孔率を調整した。その後、プレス後の負極原反に5mm間隔で切り込みを入れた。このプレス後の負極原反を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層をはがして負極取出し部とし、この負極取出し部にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子とした。この比較例の正極の作製及びLICセルの作製方法は、前記実施の形態と同様にした。
(比較例3)
(比較例3の作製法:スリットの開口面積が小さい場合)
負極集電箔として、幅300mm、厚さ20μmの銅箔上にスリットを形成せずに、前記実施の形態と同様に作製したペーストを塗布し負極原反を製作した。この負極原反をカレンダーロールプレスにて105℃で加圧して電極の気孔率を調整した。その後、プレス後の負極原反に開口幅が0.08mmで長さが10mmのスリットを面積が100cm2あたり10個形成した。このプレス後の負極原反を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層をはがして負極取出し部とし、この負極取出し部にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子とした。この比較例の正極の作製及びLICセルの作製方法は、前記実施の形態と同様にした。
(比較例3の作製法:スリットの開口面積が小さい場合)
負極集電箔として、幅300mm、厚さ20μmの銅箔上にスリットを形成せずに、前記実施の形態と同様に作製したペーストを塗布し負極原反を製作した。この負極原反をカレンダーロールプレスにて105℃で加圧して電極の気孔率を調整した。その後、プレス後の負極原反に開口幅が0.08mmで長さが10mmのスリットを面積が100cm2あたり10個形成した。このプレス後の負極原反を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層をはがして負極取出し部とし、この負極取出し部にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子とした。この比較例の正極の作製及びLICセルの作製方法は、前記実施の形態と同様にした。
(比較例4)
(比較例4の作製法:スリットの開口面積が大きい場合)
負極集電箔として、幅300mm、厚さ20μmの帯状の銅箔に5mm間隔で切り込み20(1.0mm)を形成し、前記実施の形態と同様に作製したペーストを塗布した。この負極原反をカレンダーロールプレスにて105℃で加圧して電極の気孔率を調整した。プレス後のスリットの開口幅は1.1mmで電極面積に対する開口率は12%であった。その後、このプレス後の負極原反を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層をはがして負極取出し部とし、この負極取出し部にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子とした。この比較例の正極の作製及びLICセルの作製方法は、前記実施の形態と同様にした。
(比較例4の作製法:スリットの開口面積が大きい場合)
負極集電箔として、幅300mm、厚さ20μmの帯状の銅箔に5mm間隔で切り込み20(1.0mm)を形成し、前記実施の形態と同様に作製したペーストを塗布した。この負極原反をカレンダーロールプレスにて105℃で加圧して電極の気孔率を調整した。プレス後のスリットの開口幅は1.1mmで電極面積に対する開口率は12%であった。その後、このプレス後の負極原反を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層をはがして負極取出し部とし、この負極取出し部にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子とした。この比較例の正極の作製及びLICセルの作製方法は、前記実施の形態と同様にした。
(比較例5)
(比較例5の作製法:スリットの間隔が10mm以上の場合)
負極集電箔として、幅300mm、厚さ20μmの銅箔上にスリットを形成せずに、前記実施の形態と同様に作製したペーストを塗布し負極原反を製作した。この負極原反に11mm間隔で切り込みを形成し、その後、カレンダーロールプレスにて105℃で加圧して電極の気孔率を調整した。プレス後のスリットの開口幅は30μmであった。このプレス後の負極原反を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層をはがして負極取出し部とし、この負極取出し部にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子とした。この比較例の正極の作製及びLICセルの作製方法は、前記実施の形態と同様にした。
(比較例5の作製法:スリットの間隔が10mm以上の場合)
負極集電箔として、幅300mm、厚さ20μmの銅箔上にスリットを形成せずに、前記実施の形態と同様に作製したペーストを塗布し負極原反を製作した。この負極原反に11mm間隔で切り込みを形成し、その後、カレンダーロールプレスにて105℃で加圧して電極の気孔率を調整した。プレス後のスリットの開口幅は30μmであった。このプレス後の負極原反を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層をはがして負極取出し部とし、この負極取出し部にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子とした。この比較例の正極の作製及びLICセルの作製方法は、前記実施の形態と同様にした。
(比較例6)
(比較例6の作製法:プレス温度が90℃の場合)
負極集電箔として、幅300mm、厚さ20μmの銅箔上にスリットを形成せずに、前記実施の形態と同様に作製したペーストを塗布し負極原反を製作した。この負極原反に5mm間隔で切り込みを形成し、その後、カレンダーロールプレスにて90℃で加圧して電極の気孔率を調整した。プレス後のスリットの開口幅は0.1mmであった。このプレス後の負極原反を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層をはがして負極取出し部とし、この負極取出し部にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子とした。この比較例の正極の作製及びLICセルの作製方法は、前記実施の形態と同様にした。
(比較例6の作製法:プレス温度が90℃の場合)
負極集電箔として、幅300mm、厚さ20μmの銅箔上にスリットを形成せずに、前記実施の形態と同様に作製したペーストを塗布し負極原反を製作した。この負極原反に5mm間隔で切り込みを形成し、その後、カレンダーロールプレスにて90℃で加圧して電極の気孔率を調整した。プレス後のスリットの開口幅は0.1mmであった。このプレス後の負極原反を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層をはがして負極取出し部とし、この負極取出し部にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子とした。この比較例の正極の作製及びLICセルの作製方法は、前記実施の形態と同様にした。
実施の形態2.
前記実施の形態1における負極7の製造方法では、負極集電箔5に切り込み20を入れた負極原反21に対して、プレス加工により開口幅を押し広げてスリット4を形成したが、負極集電箔5に切り込み20を設けず、負極原反21に対して切り込み20を入れることで、プレス加工により開口幅を押し広げてスリット4を形成するような方法で製造しても同様の効果が得られる。図8は本発明の実施の形態2における負極の製造工程のフローを示す図である。また、図9は本発明の実施の形態2におけるリチウムイオンキャパシタ(以下、LICと記載することもある)の製造工程のフローを示す図である。また、図10は、本発明の実施の形態2におけるLICの断面の一部を示す図である。前記実施の形態1との主な相違点は、負極7の製造工程に関する点であることから、ここでは負極7の製造工程について主に説明し、その他の部分は上記実施の形態1と同様であるため説明を省略する。この実施の形態における負極7の製造方法は以下のとおりである。
前記実施の形態1における負極7の製造方法では、負極集電箔5に切り込み20を入れた負極原反21に対して、プレス加工により開口幅を押し広げてスリット4を形成したが、負極集電箔5に切り込み20を設けず、負極原反21に対して切り込み20を入れることで、プレス加工により開口幅を押し広げてスリット4を形成するような方法で製造しても同様の効果が得られる。図8は本発明の実施の形態2における負極の製造工程のフローを示す図である。また、図9は本発明の実施の形態2におけるリチウムイオンキャパシタ(以下、LICと記載することもある)の製造工程のフローを示す図である。また、図10は、本発明の実施の形態2におけるLICの断面の一部を示す図である。前記実施の形態1との主な相違点は、負極7の製造工程に関する点であることから、ここでは負極7の製造工程について主に説明し、その他の部分は上記実施の形態1と同様であるため説明を省略する。この実施の形態における負極7の製造方法は以下のとおりである。
図8において、この実施の形態における負極7の製造工程について説明する。なお、図8における負極7の製造工程は、図9から同部分を抜き出したものである。たとえば銅箔からなる帯状の負極集電箔5に負極材料と導電助剤とを圧延法、塗布法およびモールド成形法などにより、バインダーによって結着させた負極活物質層6を塗布する。ここで、負極材料には電気化学反応によってリチウムの脱挿入が可能な材料、例えば黒鉛を用いることが出来るが、それに限定されるものはない。そのほかにも、アモルファス状のカーボン、スズやシリコン系の合金など、一般的なリチウムイオン電池の負極として用いられている負極材料などが使用可能である。負極7と正極3とでは使用するカーボンの種類などの違いにより最適な厚さが異なる。その後、乾燥工程を経て得られた負極原反21に長さ方向成分を含むように延長して少なくとも1つ貫通するように切り込み20を形成する。次にプレス工程を経て、負極取出し部11などの取り付け等加工工程を経て完成する。ここで負極集電箔5と負極活物質層6は略同面積で形成される。
図8からも明らかなように、このようにして得られた負極7は、共にスリット4が設けられた負極集電箔5と負極活物質層6とからなる。なお、負極活物質層6に設けられたスリット4は、負極集電箔5に設けられたスリット4と比較し、その中心を略同一(略同心上)とし、幅(負極7がスリット4の端部を含む場合は、幅及び長さ)が短いスリットとなる。これは、先に説明したように負極活物質層6は負極集電箔5に比較して伸縮率が大きいことから明らかである。以下、この実施の形態におけるLICの負極7の製造方法の1実施例を具体的な数値を挙げて説明すると共に、この負極7を用いて製造されたLICの性能について前記複数の比較例と比較した結果を示す。
負極集電箔5として、幅300mm、厚さ20μmの帯状の銅箔に負極材料としての黒鉛とバインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、溶媒としてのn-メチルピロリドンからなる電極ペーストを混合調製し、帯状の銅箔の片面に塗工形成する。その後、乾燥行程を経て得られた負極原反21に長さ方向成分を含むように延長して少なくとも1つ貫通するように5mm間隔で切り込み20(0.08mm)を形成する。この切り込み20が設けられた負極原反21をカレンダーロールプレスにて105度で加圧して電極の気孔率を調整した。プレス前の切り込み20の開口幅は0.08mmであったのに対して、プレス後の切り込み20の開口幅は0.14mmまで拡大されスリット4が形成された。
カレンダーロールプレス後に切り込み20の開口幅が倍程度にまで拡大されて、スリット4が形成された理由は、負極集電箔5と負極活物質層6の伸縮率が異なることに起因する。負極活物質層6は負極集電箔5に比較して伸縮率が大きいことからプレスにより拡大した負極活物質層6が負極集電箔5の下に滑り込み、切り込み20を押し広げた結果による。なお、負極集電箔5の周辺についても押し広げられた負極活物質層6が若干はみ出すが、特に影響はない。また、負極活物質層6にも負極集電箔5に比較して幅の狭いスリット4が形成されるが、これは、主としてプレスによる圧縮力と引っ張り力により形成されるスリット4である。
図7は本実施の形態1における負極原反21のプレス工程を模式的に示した図であるが、本実施の形態2における負極原反21のプレス工程も模式的に表現する場合には差異が無い。プレス後に設けられるスリット4の長さと幅については、特に規定されるものではないが、負極7の面積に対して開口部の面積が0.1%以上10%以下であることが好ましい。また、隣り合うスリット4同士の間隔は10mm未満であることが好ましい。プレス時のロールの回転方向に対するスリット4の方向については、特に規定しないが、例えば、図7に示すようなロールプレス加工を行う場合、プレス時のロールの回転方向に対してスリット4の長手方向が垂直もしくは斜め30度以上となっていることが好ましい。これはプレス時のロールの回転方向に対して切り込み20が略垂直になるため、切り込み20の全体に対して同時に圧力がかかるため、スリット幅が効率的に広がるからである。逆に、スリットが設けられた負極層11を用いて捲回構造とする場合、捲回(長手)方向に対して平行もしくは斜め30度未満となっている方が好ましい。捲回時及び捲回後のプレス時のテンションによってスリット4が必要以上に大きく開口してしまい、捲きずれ等の原因となるためである。
その後、プレス後の負極原反21から負極7を一辺92mm×129mmの長方形に切り出し、短辺側の負極活物質層6をはがして負極取出し部14とし、この負極取出し部14にNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極接続端子16とした。
このようにして得られた負極7は前記実施の形態1により得られた負極7に対して負極活物質層6にも貫通口が設けられている点で構造的に異なり、そのため実施の形態1と性能面で若干の差異がある。図10は、本発明の実施の形態2におけるLICの断面の一部を示す図である。なお、負極7以外の部分は上記実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
次に、この実施の形態におけるLICについて、室温25℃の環境下で下限電圧2.0V、上限電圧4.0Vで充放電試験を行った。この試験結果と前記実施の形態1におけるLIC及び前記複数の比較例におけるLICの試験結果とで放電電流を変化させた場合の放電容量を表2に示す。表2の結果からも、この実施の形態に係るLICの性能の他の比較例に対する優位性が明らかである。
比較例1においては負極集電箔としてエキスパンドメタルを使用しているため、高電流で放電した場合に集電箔の電流密度が高くなり、集電が不十分となるため十分な容量が得られなかった。また比較例2においては、負極板をプレスした後にスリットを形成したため、リチウムイオンのドープが不均一で、十分な放電容量が得られなかった。また比較例3においては、スリット開口率が電極面積の0.1%未満と小さいため、イオンのドープが不均一で、十分な放電容量が得られなかった。比較例4においては、スリット開口率が電極面積の12%と大きいため電極反応面積が減少して十分な放電容量が得られなかった。また比較例5においては、スリット同士の間隔が10mm以上と大きいため、イオンのドープが不均一且つ不十分で十分な放電容量が得られなかった。また比較例6においては、負極板のプレス温度が低くプレス後のスリット開口が不十分であるため、イオンのドープが不均一で、十分な放電容量が得られなかった。
実施の形態3.
前記実施の形態2では、リチウムイオンのドープ層として金属リチウムを用いたが、本実施の形態3は、リチウムイオンドープ層集電箔22としての厚さ20μmのアルミニウム箔上に活物質として、コバルト酸リチウム、導電助剤としてアセチレンブラック、及びバインダーとして、ポリフッ化ビニリデンを分散媒であるNMPに分散させて得られた活物質層ペーストを塗布したものをリチウムイオンのドープ源として用いたものである。その他の部分は上記実施の形態と同様であるため説明を省略する。この実施の形態におけるリチウムイオンのドープ層の製造方法は以下のとおりである。
前記実施の形態2では、リチウムイオンのドープ層として金属リチウムを用いたが、本実施の形態3は、リチウムイオンドープ層集電箔22としての厚さ20μmのアルミニウム箔上に活物質として、コバルト酸リチウム、導電助剤としてアセチレンブラック、及びバインダーとして、ポリフッ化ビニリデンを分散媒であるNMPに分散させて得られた活物質層ペーストを塗布したものをリチウムイオンのドープ源として用いたものである。その他の部分は上記実施の形態と同様であるため説明を省略する。この実施の形態におけるリチウムイオンのドープ層の製造方法は以下のとおりである。
図11は、本発明の実施の形態3におけるリチウムイオンキャパシタ(以下、LICと記載することもある)の断面の一部を示す図である。図において、リチウムイオンドープ層23は以下のように製造される。
リチウムイオンドープ層集電箔22としての厚さ20μmのアルミニウム箔上に活物質として、コバルト酸リチウム、導電助剤としてアセチレンブラック、及びバインダーとして、ポリフッ化ビニリデンを分散媒であるNMPに分散させて得られた活物質層ペーストを塗布し、100℃で乾燥させた後、厚さ約100μmのリチウムイオンドープ層原反24を得た。その後、このリチウムイオンドープ層原反24をカレンダーロールプレスにて105℃で加圧して厚さ約70μmとする。プレス後のリチウムイオンドープ層原反24を一辺90mm×127mmの長方形に切り出し、短辺側の集電体を延伸してリチウムドープ極取出し部15とし、このリチウムドープ極取出し部15にアルミ箔を超音波溶接により接続してリチウムイオンドープ極端子25とした。なお、リチウムイオンドープ層原反24のプレス工程については、正極原反19のプレス工程と同様であるため、図14において代用する。なお、図において括弧内で示された構成要素が本実施の形態3を示すものである。
正極3と負極7の中心を揃えてそれぞれの活物質層が対向するように積層し、その間に厚さ40μmのセルロース系紙セパレータ8をはさんだ。負極7の裏面の銅箔に上記リチウムイオンドープ層23を重ね全体を外装容器17としてのアルミラミネートフィルムの外装に収納した。この積層電極に電解液として、1.2mol/lのLiPF6を含む、エチレンカーボネート−ジエチルカーボネート3:7混合溶媒を注液し、最後に外装容器17であるアルミラミネート外装を封口し、この実施の形態におけるキャパシタを完成させた。その後、負極7へのリチウムイオン挿入を促進するために、リチウムイオンドープ層23のリチウムドープ極取出し部15をリチウムイオン極端子25に接続し充放電装置の+端子に、負極取出し部14を−端子に接続して1mAで4.0VまでのCC−CV充電を行い、負極7へのリチウムイオンのドープを実施した。
この実施の形態により得られたLICについても、上記実施の形態と同様な試験を行いその結果を表3に示す。表3の結果からも、この実施の形態に係るLICも他の実施の形態に係るLIC同様他の比較例に対し性能の優位性が明らかである。
実施の形態4.
前記実施の形態3では一対の長方形の正極3、負極7及びセパレータ8からなるカードタイプのLICセル18であったが、本実施の形態では捲回構造のLICセル18としたものを示す。図12は、本発明の実施の形態4におけるリチウムイオンキャパシタ(以下、LICと記載することもある)の断面の一部を示す図である。図13は本発明の実施の形態4におけるLICセル18の概略図である。以下本実施の形態におけるLICの製造方法について説明する。なお、負極原反21の製造方法については、前記実施の形態1と同様であるため、ここでは説明を省略する。以下、本実施の形態における正極3及びリチウムイオンドープ層23の作製方法について説明する。
前記実施の形態3では一対の長方形の正極3、負極7及びセパレータ8からなるカードタイプのLICセル18であったが、本実施の形態では捲回構造のLICセル18としたものを示す。図12は、本発明の実施の形態4におけるリチウムイオンキャパシタ(以下、LICと記載することもある)の断面の一部を示す図である。図13は本発明の実施の形態4におけるLICセル18の概略図である。以下本実施の形態におけるLICの製造方法について説明する。なお、負極原反21の製造方法については、前記実施の形態1と同様であるため、ここでは説明を省略する。以下、本実施の形態における正極3及びリチウムイオンドープ層23の作製方法について説明する。
正極集電箔1として、幅300mm、厚さ50μmの帯状のアルミニウム箔を用いる。正極材料としての活性炭とバインダーとしてのスチレンブタジエンポリマー、溶媒としての水からなる電極ペーストを混合調製し、帯状のアルミニウム箔の片面に塗工し、正極活物質層2を形成する。その後、乾燥行程を経て得られた正極原反19をカレンダーロールプレスにて105℃で加圧して正極3の気孔率を調整した。その後、この正極3において、正極活物質層2と正極集電箔1を挟んで反対の面にリチウムイオンドープ層23として、コバルト酸リチウム、アセチレンブラック、PVDFをNMPに分散させ100℃で乾燥させた後、厚さ100μmのドープ層を得た。その後ロールプレスして気孔率を調整し、これを248mm×46mmの大きさに切断し、長尺方向の端部10mmの正極活物質層2を一辺のみ剥がし、箔部を露出させて正極取出し部12とした。この正極取出し部12にアルミ端子をスポット溶接により接続し、正極接続端子13とした。
前記実施の形態1と同様にして得られた負極原反21をプレスし、262mm×50mmの大きさに切断し、長尺方向の端部10mmの負極活物質層6を一辺のみ剥して、箔部を露出させて負極取出し部14とした。この負極取出し部14に融着材を付着させた厚さ0.1mmのニッケル板をスポット溶接により接合し、負極接続端子16とした。
各部材を十分に乾燥させた後、正極活物質層2と負極活物質層6が対向するように正極3と負極7を向かいあわせ、その間にセパレータ8を挟み込み重ね合わせた後、端部より捲き回してテープで固定した。これをアルミラミネートシートで作製した外装袋に入れ、電解液として、1.2mol/lのLiPF6を含む、エチレンカーボネート−ジエチルカーボネート3:7混合溶媒を注液し、最後に外装容器17であるアルミラミネート外装を封口し、この実施の形態におけるLICを完成させた。その後、負極7へのリチウムイオン挿入を促進するために、リチウムイオンドープ層23の正極取出し部12を充放電装置の+端子に、負極取出し部14を負極接続端子16に接続して1mAで4.0VまでのCC−CV充電を行い、負極7へのリチウムイオンのドープを実施した。
その後所定電流で充放電を行った。この実施の形態では、コバルト酸リチウムを使用したリチウムイオンドープ層23がドープのみならず電極反応に寄与するため、大きな容量が得られる。
1 正極集電箔、2 正極活物質層、3 正極、4 スリット、5 負極集電箔、6 負極活物質層、7 負極、8 セパレータ、9 リチウム金属、10 正極層、11 負極層、12 正極取出し部、13 正極接続端子、14 負極取出し部、15 リチウムドープ極取出し部、16 負極接続端子、17 外装容器、18 LICセル、19 正極原反、20 切り込み、21 負極原反、22 リチウムイオンドープ層集電箔、23 リチウムイオンドープ層、24 リチウムイオンドープ層原反、25 リチウムイオン極端子
Claims (8)
- 負極集電箔の少なくとも片面に略同面積で負極活物質層が設けられた負極であって、前記負極集電箔にのみ長さ方向成分をもつ少なくとも1つのスリットが形成されたことを特徴とする負極。
- 負極集電箔の少なくとも片面に略同面積で負極活物質層が設けられた負極であって、前記負極集電箔及び前記負極活物質層のいずれにも長さ方向成分をもつ少なくとも1つのスリットが形成され、前記負極集電箔におけるスリットと前記負極活物質層におけるスリットとが略同心上で異なる幅を有し、かつ、前記負極活物質層におけるスリット幅が前記負極集電箔におけるスリット幅より狭いことを特徴とする負極。
- 正極および負極と共に電解質を備えたリチウムイオンキャパシタであって、前記負極は負極集電箔の少なくとも片面に略同面積で負極活物質層が設けられ、前記負極集電箔にのみ長さ方向成分をもつ少なくとも1つのスリットが形成されたことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
- 正極および負極と共に電解質を備えたリチウムイオンキャパシタであって、前記負極は負極集電箔の少なくとも片面に略同面積で負極活物質層が設けられ、前記負極集電箔及び前記負極活物質層のいずれにも長さ方向成分をもつ少なくとも1つのスリットが形成され、前記負極集電箔におけるスリットと前記負極活物質層におけるスリットとが同心上で異なる幅を有し、かつ、前記負極活物質層におけるスリット幅が前記負極集電箔におけるスリット幅より狭いことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
- 負極集電箔の少なくとも片面に負極活物質層が形成された負極の製造方法であって、前記負極集電箔に貫通するように切り込まれた貫通部が長さ方向成分をもつ少なくとも1つ形成する工程と、前記負極集電箔の少なくとも片面に略同面積で前記負極活物質層を形成する工程と、その後のプレス工程により前記貫通部が前記負極活物質層の面積拡大と共に押し広げられることを特徴とする請求項1記載の負極の製造方法。
- 負極集電箔の少なくとも片面に負極活物質層が形成された負極の製造方法であって、前記負極集電箔の少なくとも片面に略同面積で前記負極活物質層を形成する工程と、前記負極集電箔及び前記負極活物質層に貫通するように切り込まれた貫通部が長さ方向成分をもつ少なくとも1つ形成する工程と、その後のプレス工程により前記貫通部が前記負極集電箔及び前記負極活物質層の面積拡大と共に押し広げられることを特徴とする請求項2記載の負極の製造方法。
- 正極および負極と共に電解質を備えたリチウムイオンキャパシタの製造方法であって、前記負極の製造方法は請求項5記載の製造方法であることを特徴とするリチウムイオンキャパシタの製造方法。
- 正極および負極と共に電解質を備えたリチウムイオンキャパシタの製造方法であって、前記負極の製造方法は請求項6記載の製造方法であることを特徴とするリチウムイオンキャパシタの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008307156A JP2010135361A (ja) | 2008-12-02 | 2008-12-02 | 負極、リチウムイオンキャパシタ及びそれらの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008307156A JP2010135361A (ja) | 2008-12-02 | 2008-12-02 | 負極、リチウムイオンキャパシタ及びそれらの製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010135361A true JP2010135361A (ja) | 2010-06-17 |
Family
ID=42346396
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008307156A Pending JP2010135361A (ja) | 2008-12-02 | 2008-12-02 | 負極、リチウムイオンキャパシタ及びそれらの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010135361A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101108855B1 (ko) | 2010-06-23 | 2012-01-31 | 삼성전기주식회사 | 전기 화학 커패시터 |
JP2013051226A (ja) * | 2011-08-30 | 2013-03-14 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | キャパシタ及びその製造方法 |
US8542478B2 (en) | 2010-11-19 | 2013-09-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electric double layer capacitor, lithium ion capacitor, and charging device |
US8541783B2 (en) | 2010-08-04 | 2013-09-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electric double-layer capacitor and solar power generation device |
US8749953B2 (en) | 2010-06-30 | 2014-06-10 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electric double layer capacitor, lithium ion capacitor and manufacturing method thereof |
WO2016006632A1 (ja) * | 2014-07-09 | 2016-01-14 | 旭化成株式会社 | 非水系リチウム型蓄電素子 |
US9343241B2 (en) | 2011-08-26 | 2016-05-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Power storage device |
DE102016112943A1 (de) | 2015-07-17 | 2017-01-19 | Jtekt Corporation | Bahnbeschichtungsvorrichtung und Bahnbeschichtungsverfahren |
US10546545B2 (en) | 2016-04-28 | 2020-01-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electronic device |
-
2008
- 2008-12-02 JP JP2008307156A patent/JP2010135361A/ja active Pending
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8169773B2 (en) | 2010-06-23 | 2012-05-01 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Electrochemical capacitor |
KR101108855B1 (ko) | 2010-06-23 | 2012-01-31 | 삼성전기주식회사 | 전기 화학 커패시터 |
US8749953B2 (en) | 2010-06-30 | 2014-06-10 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electric double layer capacitor, lithium ion capacitor and manufacturing method thereof |
US9275798B2 (en) | 2010-06-30 | 2016-03-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing a double layer capacitor and a lithium ion capacitor |
US8541783B2 (en) | 2010-08-04 | 2013-09-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electric double-layer capacitor and solar power generation device |
US8542478B2 (en) | 2010-11-19 | 2013-09-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electric double layer capacitor, lithium ion capacitor, and charging device |
US10748673B2 (en) | 2011-08-26 | 2020-08-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Power storage device |
US9343241B2 (en) | 2011-08-26 | 2016-05-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Power storage device |
JP2013051226A (ja) * | 2011-08-30 | 2013-03-14 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | キャパシタ及びその製造方法 |
WO2016006632A1 (ja) * | 2014-07-09 | 2016-01-14 | 旭化成株式会社 | 非水系リチウム型蓄電素子 |
JPWO2016006632A1 (ja) * | 2014-07-09 | 2017-04-27 | 旭化成株式会社 | 非水系リチウム型蓄電素子 |
US10446847B2 (en) | 2014-07-09 | 2019-10-15 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Nonaqueous lithium-type power storage element |
DE102016112943A1 (de) | 2015-07-17 | 2017-01-19 | Jtekt Corporation | Bahnbeschichtungsvorrichtung und Bahnbeschichtungsverfahren |
US10546545B2 (en) | 2016-04-28 | 2020-01-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electronic device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5157244B2 (ja) | 電気化学デバイス及びその製造方法 | |
JP5195341B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用セパレータ及びリチウムイオン二次電池 | |
JP4623039B2 (ja) | 電気化学素子 | |
JP4581888B2 (ja) | 電気化学素子用電極の製造方法および電気化学素子の製造方法 | |
JP2010135361A (ja) | 負極、リチウムイオンキャパシタ及びそれらの製造方法 | |
CN106165152B (zh) | 方形二次电池 | |
EP2849258A1 (en) | Separator for electrochemical element and fabrication method for same | |
JP2008010253A (ja) | リチウム二次電池用電極及びその製造方法、並びにリチウム二次電池 | |
JP5680868B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2010121029A (ja) | 繊維含有高分子膜及びその製造方法、並びに、電気化学デバイス及びその製造方法 | |
JP2012059396A (ja) | 蓄電デバイス用負極及び蓄電デバイス並びにそれらの製造方法 | |
JP5025936B2 (ja) | 電子部品用電極−多孔質シート複合体の製造方法 | |
JP2012138408A (ja) | 電気化学デバイスおよびその製造方法 | |
JP2005243455A (ja) | 電気化学デバイス | |
JP2002157997A (ja) | 折り畳み型リチウム電池の製造方法 | |
JP2009199962A (ja) | セパレータ合体型の電極およびその製造方法、並びにそれを用いた蓄電装置 | |
JP2011165930A (ja) | 電力貯蔵デバイス及び電力貯蔵デバイスの共通負極の製造方法 | |
JP6962231B2 (ja) | 非水電解液二次電池 | |
JP2013089606A (ja) | 電極シートおよびその製造方法、並びにそれを用いた蓄電デバイス | |
JP2019145331A (ja) | 非水電解液二次電池 | |
KR101157500B1 (ko) | 리튬이온 커패시터 셀 및 그 제조방법 | |
JP5576654B2 (ja) | 蓄電デバイス | |
JP2010278300A (ja) | リチウムイオンキャパシタの製造方法 | |
JP2012204748A (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2011192784A (ja) | リチウムイオンキャパシタ |