JP2014212242A - Electrochemical device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical device in which prevention of rapid rise of gas pressure during abnormal time and high capacity of an element can be combined.SOLUTION: An electrochemical device has a power storage element. The power storage element is obtained by winding a laminate of a positive electrode containing a positive electrode material, a negative electrode containing a negative electrode material, and a separator for preventing contact of the positive electrode and negative electrode and transmitting the electrolyte. The void in the center of winding has diameter D defined according to a following formula; D>3.5 mm×(B/A), where A is the initial thickness of the positive electrode or negative electrode, and B is the thicker one of the thicknesses of the positive electrode or negative electrode after application of voltage to the power storage element.

Description

本発明は、正極及び負極がセパレータを介して巻回された蓄電素子を有する電気化学デバイスに関する。   The present invention relates to an electrochemical device having a power storage element in which a positive electrode and a negative electrode are wound via a separator.

近年、キャパシタ等の電気化学デバイスは、電池の補助機能としての必要性が高まっていることもあり、高容量化が望まれている。電気化学デバイスの高容量化は、デバイス内の空隙を減らすことや、高容量な電極材料を使用することによって実現可能である。しかしながら、デバイス内の空隙を減らした場合、異常時に内圧が急激に上昇するため、ある程度の空隙は必要とされている。   In recent years, an electrochemical device such as a capacitor has been increasingly required as an auxiliary function of a battery, and thus a higher capacity is desired. An increase in capacity of an electrochemical device can be realized by reducing voids in the device or using a high-capacity electrode material. However, when the voids in the device are reduced, the internal pressure rapidly increases at the time of abnormality, so that a certain amount of voids is required.

例えば特許文献１には、電解液の流動性を低下させ、又は固定化させることにより安全弁作動時に電解液を飛散させない技術が開示されている。また、特許文献２には、経年劣化により発生したガスを吸収する材料を予めデバイス内に収容させ、ガス圧の上昇を防止する技術が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a technique that prevents the electrolyte from scattering when the safety valve is operated by reducing or fixing the fluidity of the electrolyte. Patent Document 2 discloses a technique for preventing a gas pressure from rising by previously storing a material that absorbs a gas generated due to deterioration over time in a device.

特開２０００−１７３８７３号公報JP 2000-173873 A 特開２００３−２９７６９９号公報JP 2003-297699 A

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、デバイス内に有機溶媒が含まれるため、異常時のガス圧上昇を避けることができない。また、特許文献２に記載の技術では、ガス吸収材によって吸収できるガス量は限られているため、初期のガス発生に対しては有効であるが、ガス発生が継続した場合には効果が低減するおそれがある。一方でガス吸収材を多量にすると、利用可能な容量が不足する。   However, in the technique described in Patent Document 1, since an organic solvent is contained in the device, an increase in gas pressure at the time of abnormality cannot be avoided. Further, the technique described in Patent Document 2 is effective for initial gas generation because the amount of gas that can be absorbed by the gas absorbent is limited, but the effect is reduced when gas generation continues. There is a risk. On the other hand, if the amount of the gas absorbing material is large, the available capacity is insufficient.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、異常時におけるガス圧の急上昇の防止と素子の高容量化を両立させることが可能な電気化学デバイスを提供することにある。   In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide an electrochemical device capable of achieving both prevention of a sudden increase in gas pressure and an increase in the capacity of an element at the time of abnormality.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気化学デバイスは、蓄電素子を有する。
上記蓄電素子は、正極材料を含む正極と、負極材料を含む負極と、前記正極と前記負極の接触を防止し、電解液を透過させるセパレータとが積層された積層体が巻回された蓄電素子であって、巻回中心の空隙が、上記正極又は上記負極の当初の厚みを厚みＡとし、上記蓄電素子に電圧を印加した後の上記正極又は上記負極のうち厚い方の厚みを厚みＢとしたときに下記［式１］で規定される直径Ｄを有する。
Ｄ＞３．５ｍｍ×（Ｂ／Ａ） ［式１］ In order to achieve the above object, an electrochemical device according to one embodiment of the present invention includes a power storage element.
The power storage element is a power storage element in which a laminate in which a positive electrode including a positive electrode material, a negative electrode including a negative electrode material, and a separator that prevents contact between the positive electrode and the negative electrode and permeates an electrolytic solution is stacked is wound. The initial thickness of the positive electrode or the negative electrode is the thickness A, and the thicker one of the positive electrode or the negative electrode after the voltage is applied to the power storage element is the thickness B. And has a diameter D defined by the following [Formula 1].
D> 3.5 mm × (B / A) [Formula 1]

本実施形態に係る電気化学デバイスを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the electrochemical device which concerns on this embodiment. 同電気化学デバイスの蓄電素子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electrical storage element of the same electrochemical device. 同電気化学デバイスの平面図である。It is a top view of the electrochemical device. 比較例に係る電気化学デバイスの平面図である。It is a top view of the electrochemical device which concerns on a comparative example. 本実施形態の変形例に係る電気化学デバイスの蓄電素子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electrical storage element of the electrochemical device which concerns on the modification of this embodiment.

本実施形態に係る電気化学デバイスは、蓄電素子を有する。
上記蓄電素子は、正極材料を含む正極と、負極材料を含む負極と、前記正極と前記負極の接触を防止し、電解液を透過させるセパレータとが積層された積層体が巻回された蓄電素子であって、巻回中心の空隙が、上記正極又は上記負極の当初の厚みを厚みＡとし、上記蓄電素子に電圧を印加した後の上記正極又は上記負極のうち厚い方の厚みを厚みＢとしたときに下記［式１］で規定される直径Ｄを有する。
Ｄ＞３．５ｍｍ×（Ｂ／Ａ） ［式１］ The electrochemical device according to the present embodiment has a power storage element.
The power storage element is a power storage element in which a laminate in which a positive electrode including a positive electrode material, a negative electrode including a negative electrode material, and a separator that prevents contact between the positive electrode and the negative electrode and permeates an electrolytic solution is stacked is wound. The initial thickness of the positive electrode or the negative electrode is the thickness A, and the thicker one of the positive electrode or the negative electrode after the voltage is applied to the power storage element is the thickness B. And has a diameter D defined by the following [Formula 1].
D> 3.5 mm × (B / A) [Formula 1]

巻回空隙の直径Ｄを上記［式１］で規定される値とすることによって、正極と負極の一方又は両方が膨張した際に、巻回中心の空隙（以下、巻回空隙）が十分に確保される。これにより、蓄電素子を収容する容器内にガスが発生してもガスが巻回空隙を通過することができ、容器の蓋等に設けられている安全弁を緩やかに作動させ、ガス圧の急上昇を防止することが可能である。さらに、上記［式１］によって規定される直径Ｄは正極又は負極において実際に生じる膨張量から求められる値であり、不必要に大きな値ではないため、直径Ｄを最小限にすることができ、即ち、蓄電素子の容量を最大限にすることが可能である。   By setting the diameter D of the winding gap to the value specified by the above [Formula 1], when one or both of the positive electrode and the negative electrode expand, the winding center gap (hereinafter referred to as the winding gap) is sufficient. Secured. As a result, even if gas is generated in the container containing the electricity storage element, the gas can pass through the winding gap, and the safety valve provided on the lid of the container or the like is operated gently, and the gas pressure rapidly increases. It is possible to prevent. Further, the diameter D defined by the above [Equation 1] is a value obtained from the amount of expansion actually generated in the positive electrode or the negative electrode, and is not an unnecessarily large value, so that the diameter D can be minimized, That is, the capacity of the power storage element can be maximized.

上記厚みＢは、上記蓄電素子に上記蓄電素子の設定電圧の１．５倍の電圧を５分間印加したときの上記正極又は上記負極のうち厚い方の厚みであってもよい。   The thickness B may be the thicker of the positive electrode and the negative electrode when a voltage 1.5 times the set voltage of the power storage element is applied to the power storage element for 5 minutes.

この構成によれば、蓄電素子に設定電圧（製品の使用電圧）の１．５倍の電圧が５分間にわったって印加される異常時においてもガス圧の急上昇を防止することが可能である。   According to this configuration, it is possible to prevent a sudden increase in gas pressure even in the event of an abnormality in which a voltage that is 1.5 times the set voltage (product use voltage) is applied to the storage element over 5 minutes.

上記空隙は、上記厚みＢが上記厚みＡの１．１倍を超えるときに上記直径Ｄを有してもよい。   The gap may have the diameter D when the thickness B exceeds 1.1 times the thickness A.

この構成によれば、正極又は負極の膨張の程度が大きい場合において、異常時における
巻回空隙を確保することが可能となる。 According to this configuration, when the degree of expansion of the positive electrode or the negative electrode is large, it is possible to ensure a winding gap at the time of abnormality.

上記正極材料及び上記負極材料は活性炭であってもよい。   The positive electrode material and the negative electrode material may be activated carbon.

この構成によれば、電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタであるものとすることができる。   According to this configuration, the electrochemical device can be an electric double layer capacitor.

上記正極材料は活性炭であり、
上記負極材料は非分極性であり、リチウムイオンを吸蔵し、放出することが可能な材料であってもよい。 The positive electrode material is activated carbon,
The negative electrode material may be non-polarizable and may be a material that can occlude and release lithium ions.

この構成によれば、電気化学デバイスは、リチウムイオンキャパシタであるものとすることができる。 According to this configuration, the electrochemical device can be a lithium ion capacitor.

［電気化学デバイスの構造］
図１は、本実施形態に係る電気化学デバイス１００の斜視図である。同図に示すように電気化学デバイス１００は、蓄電素子１１０が容器１２０に収容されて構成されている。電気化学デバイス１００の種類は限定されず、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタであるものとすることができる。 [Structure of electrochemical device]
FIG. 1 is a perspective view of an electrochemical device 100 according to this embodiment. As shown in the figure, the electrochemical device 100 is configured such that a storage element 110 is accommodated in a container 120. The kind of the electrochemical device 100 is not limited, and can be an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor.

図２は、蓄電素子１１０の構造を示す模式図である。同図に示すように、蓄電素子１１０は、正極１１１、負極１１２、第１セパレータ１１３及び第２セパレータ１１４を有し、これらが積層された積層体が巻回されて構成されている。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of the electricity storage element 110. As shown in the figure, the power storage element 110 includes a positive electrode 111, a negative electrode 112, a first separator 113, and a second separator 114, and is configured by winding a stacked body in which these are stacked.

正極１１１は、蓄電素子１１０の正極として機能する。具体的には、正極１１１は、正極集電体１１５と正極電極層１１６が積層されたものとすることができる。正極集電体１１５は、導電性を有する材料からなり、例えばアルミニウム箔及び、それらの表面が化学的、機械的に粗面化されたもの、貫通孔を有するものとすることができる。正極集電体１１５には図示しない導線が接続されているものとすることができる。   The positive electrode 111 functions as the positive electrode of the power storage element 110. Specifically, the positive electrode 111 can be formed by stacking a positive electrode current collector 115 and a positive electrode layer 116. The positive electrode current collector 115 is made of a conductive material, and may be, for example, an aluminum foil, a surface of which is chemically and mechanically roughened, or a through hole. A conductive wire (not shown) may be connected to the positive electrode current collector 115.

正極電極層１１６は、正極材料を含み、さらにバインダ樹脂や導電助材を含んでもよい。正極材料は電気化学デバイス１００が電気二重層キャパシタ又はリチウムイオンキャパシタである場合には、活性炭であるものとすることができる。この他にも正極材料は、蓄電素子の正極として機能する各種材料であるものとすることができる。   The positive electrode layer 116 includes a positive electrode material, and may further include a binder resin or a conductive additive. The positive electrode material can be activated carbon when the electrochemical device 100 is an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor. In addition, the positive electrode material may be various materials that function as the positive electrode of the power storage element.

負極１１２は、蓄電素子１１０の負極として機能する。具体的には、負極１１２は、負極集電体１１７と負極電極層１１８が積層されたものとすることができる。負極集電体１１７は導電性を有する材料からなり、例えばアルミニウム箔や銅箔及び、それらの表面が化学的、機械的に粗面化されたもの、貫通孔を有するものとすることができる。負極集電体１１７には図示しない導線が接続されているものとすることができる。   The negative electrode 112 functions as the negative electrode of the power storage element 110. Specifically, the negative electrode 112 can be formed by stacking a negative electrode current collector 117 and a negative electrode layer 118. The negative electrode current collector 117 is made of a conductive material, and can be, for example, an aluminum foil or a copper foil, a surface of which is chemically and mechanically roughened, or a through hole. A conductive wire (not shown) may be connected to the negative electrode current collector 117.

負極電極層１１８は、負極材料を含み、さらにバインダ樹脂や導電助材を含んでもよい。負極材料は、電気化学デバイス１００が電気二重層キャパシタである場合には活性炭であるものとすることができ、リチウムイオンキャパシタである場合には、非分極性であり、リチウムイオンを吸蔵し、放出することが可能な材料（炭素系材料等）であるものとすることができる。この他にも負極材料は、蓄電素子の正極として機能する各種材料であるものとすることができる。   The negative electrode layer 118 includes a negative electrode material, and may further include a binder resin or a conductive additive. The negative electrode material can be activated carbon when the electrochemical device 100 is an electric double layer capacitor, and is nonpolarizable when the electrochemical device 100 is a lithium ion capacitor, occludes and releases lithium ions. It can be a material that can be used (carbon-based material or the like). In addition, the negative electrode material may be various materials that function as the positive electrode of the power storage element.

第１セパレータ１１３及び第２セパレータ１１４は、正極１１１と負極１１２の接触を防止（絶縁）し、後述する電解液中に含まれるイオンを透過する。具体的には、第１セパレータ１１３及び第２セパレータ１１４は、織布、不織布、合成樹脂微多孔膜等であるものとすることができる。   The first separator 113 and the second separator 114 prevent (insulate) the contact between the positive electrode 111 and the negative electrode 112 and transmit ions contained in an electrolyte solution described later. Specifically, the first separator 113 and the second separator 114 can be woven fabric, non-woven fabric, synthetic resin microporous membrane, or the like.

容器１２０は、円筒形状を有し、蓄電素子１１０を収容する。上述のように蓄電素子１１０は積層体が巻回されて構成されているので円柱形状を有し、円筒形状を有する容器１２０は蓄電素子１１０を一定の間隙を空けて収容する。容器１２０の上面及び下面は図示しない蓋によって閉塞されるものとすることができ、正極集電体１１５及び負極集電体１１７にそれぞれ接続された導線が接続される端子が設けられるものとすることができる。また、当該蓋には、容器１２０の内圧が異常に上昇した際に開放する安全弁が設けられているものとすることができる。容器１２０は、電極と接続する構造でなければ材質を限定するものではない。容器１２０が正極１１１と接続する構造であればアルミ、チタン等が使用できる。容器１２０が負極１１２と接続する構造であればニッケルや鉄を主成分とする金属、または、ステンレスを使用することができる。   The container 120 has a cylindrical shape and accommodates the power storage element 110. As described above, since the power storage element 110 is formed by winding the laminated body, the power storage element 110 has a columnar shape, and the container 120 having a cylindrical shape accommodates the power storage element 110 with a certain gap therebetween. The upper surface and the lower surface of the container 120 can be closed by a lid (not shown), and terminals to which conductive wires connected to the positive electrode current collector 115 and the negative electrode current collector 117 are connected are provided. Can do. Further, the lid may be provided with a safety valve that opens when the internal pressure of the container 120 abnormally increases. The material of the container 120 is not limited as long as it is not a structure connected to the electrode. If the container 120 is connected to the positive electrode 111, aluminum, titanium, or the like can be used. As long as the container 120 is connected to the negative electrode 112, a metal mainly composed of nickel or iron, or stainless steel can be used.

容器１２０内には、蓄電素子１１０と共に電解液が収容されている。電解液は特に限定されず、電気化学デバイス１００が電気二重層キャパシタである場合には、アニオンとカチオンを含む液体、例えばＳＢＰ・ＢＦ４（５−アゾニアスピロ［４．４］ノナンテトラフルオロボラート）／ＰＣ（プロピレンカーボネート）等を利用することが可能である。また、電気化学デバイス１００がリチウムイオンキャパシタである場合には、アニオンとリチウムイオンを含む液体、例えばＬｉＢＦ４やＬｉＰＦ６を電解質として、炭酸エステルに電解質を溶解させた液体を電解液として利用することが可能である。 In the container 120, an electrolytic solution is stored together with the power storage element 110. The electrolytic solution is not particularly limited. When the electrochemical device 100 is an electric double layer capacitor, a liquid containing an anion and a cation, for example, SBP · BF 4 (5-azoniaspiro [4.4] nonanetetrafluoroborate) / PC (propylene carbonate) or the like can be used. Further, when the electrochemical device 100 is a lithium ion capacitor, a liquid containing anions and lithium ions, for example, LiBF 4 or LiPF 6 is used as an electrolyte, and a liquid obtained by dissolving an electrolyte in a carbonate is used as an electrolytic solution. Is possible.

［巻回中心の間隙について］
上述のように、蓄電素子１１０は、正極１１１、第１セパレータ１１３、負極１１２及び第２セパレータ１１４の積層体が巻回されて構成されており、その巻回中心には空隙（以下、巻回空隙１１０ａとする）が形成されている。図３は、巻回空隙１１０ａを示す模式図であり、電気化学デバイス１０を巻回軸方向からみた図である。同図に示すように、巻回空隙１１０ａの直径を直径Ｄとすると、直径Ｄは次のように規定される。 [Gap at the center of winding]
As described above, the power storage element 110 is configured by winding a laminated body of the positive electrode 111, the first separator 113, the negative electrode 112, and the second separator 114, and a gap (hereinafter referred to as a winding) is wound around the winding center. A gap 110a) is formed. FIG. 3 is a schematic view showing the winding gap 110a, and is a view of the electrochemical device 10 as seen from the winding axis direction. As shown in the figure, when the diameter of the winding gap 110a is a diameter D, the diameter D is defined as follows.

即ち、直径Ｄは、正極１１１又は負極１１２の当初の厚みを厚みＡとし、電圧を印加した後の正極１１１又は負極１１２のうち厚い方の厚みを厚みＢとしたときに、下記［式１］で表される。   That is, the diameter D is expressed by the following [formula 1] when the initial thickness of the positive electrode 111 or the negative electrode 112 is a thickness A, and the thicker one of the positive electrode 111 or the negative electrode 112 after the voltage is applied is a thickness B. It is represented by

Ｄ＞３．５ｍｍ×（Ｂ／Ａ） ［式１］   D> 3.5 mm × (B / A) [Formula 1]

なお、正極１１１の厚みは、正極集電体１１５と正極電極層１１６の厚みの和であり、負極１１２の厚みは、負極集電体１１７と負極電極層１１８の厚みの和である。   Note that the thickness of the positive electrode 111 is the sum of the thicknesses of the positive electrode current collector 115 and the positive electrode layer 116, and the thickness of the negative electrode 112 is the sum of the thicknesses of the negative electrode current collector 117 and the negative electrode layer 118.

それぞれ厚みＡを有する正極１１１と負極１１２間に所定の電圧を印加すると、いずれか一方又は両方が膨張し厚みが増大する。正極１１１と負極１１２のうち、厚み（膨張量）が大きい方の厚みが厚みＢとなる。   When a predetermined voltage is applied between the positive electrode 111 and the negative electrode 112 each having a thickness A, one or both expands and the thickness increases. Of the positive electrode 111 and the negative electrode 112, the thickness with the larger thickness (expansion amount) is the thickness B.

具体的には、電気化学デバイス１００が電気二重層キャパシタである場合、正極１１１と負極１１２は共に、集電体上に活性炭を含む電極層が積層されたものとすることができ、電圧の印加によって膨張する。この場合、正極１１１と負極１１２のうち、膨張量が大きい電極の厚みを厚みＢとする。   Specifically, when the electrochemical device 100 is an electric double layer capacitor, both the positive electrode 111 and the negative electrode 112 may be formed by stacking an electrode layer containing activated carbon on a current collector, and voltage application Inflates by. In this case, of the positive electrode 111 and the negative electrode 112, the thickness of the electrode having a large expansion amount is defined as thickness B.

また、電気化学デバイス１００がリチウムイオンキャパシタである場合、正極１１１は集電体上に活性炭を含む電極層が積層されたものとすることができ、負極１１２は集電体上に非分極性材料を含む電極層が積層されたものとすることができる。この場合、正極１１１は電圧の印加によって膨張し、負極１１２は電圧の印加によって膨張しない、又は膨張の程度が小さいため、正極１１１の膨張後の厚みを厚みＢとする。   In addition, when the electrochemical device 100 is a lithium ion capacitor, the positive electrode 111 can be formed by laminating an electrode layer containing activated carbon on a current collector, and the negative electrode 112 is a non-polarizable material on the current collector. The electrode layer containing can be laminated. In this case, the positive electrode 111 expands when a voltage is applied, and the negative electrode 112 does not expand when the voltage is applied or the degree of expansion is small.

図４は、比較例として、従来構造を有する電気化学デバイス２００を示す。電気化学デバイス２００は蓄電素子２１０が容器２２０に収容されて構成されている。同図に示すように、電気化学デバイス２００の巻回空隙２１０ａの直径Ｅは本実施形態に係る電気化学デバイス１００の巻回空隙１１０ａの直径Ｄより小さいものである。   FIG. 4 shows an electrochemical device 200 having a conventional structure as a comparative example. The electrochemical device 200 is configured by storing a power storage element 210 in a container 220. As shown in the figure, the diameter E of the winding gap 210a of the electrochemical device 200 is smaller than the diameter D of the winding gap 110a of the electrochemical device 100 according to this embodiment.

電気化学デバイス２００において、正極と負極の間に電圧が印加され、正極と負極の一方又は両方が膨張すると、巻回空隙２１０ａが狭められる。このため、電気化学デバイス２００のように巻回空隙２１０ａの直径Ｅが小さすぎると、容器２２０内で発生したガスが巻回空隙２１０ａを十分に通過することができず、容器２２０の蓋に設けられている安全弁が急激に（例えば破裂音を伴なって）作動するおそれがある。   In the electrochemical device 200, when a voltage is applied between the positive electrode and the negative electrode and one or both of the positive electrode and the negative electrode expand, the winding gap 210a is narrowed. For this reason, when the diameter E of the winding gap 210a is too small as in the electrochemical device 200, the gas generated in the container 220 cannot sufficiently pass through the winding gap 210a and is provided on the lid of the container 220. There is a risk that the safety valve being actuated will operate rapidly (eg with a popping sound).

しかし、電気化学デバイス１００においては、巻回空隙１１０ａの直径Ｄを上記［式１］で規定される値とすることによって、正極１１１と負極１１２の一方又は両方が膨張した際に、巻回空隙１１０ａが十分に確保される。これにより、容器１２０内にガスが発生しても、ガスが巻回空隙１１０ａを通過することができ、容器１２０の蓋に設けられている安全弁を緩やかに作動させることが可能である。   However, in the electrochemical device 100, by setting the diameter D of the winding gap 110a to the value defined by the above [Formula 1], when one or both of the positive electrode 111 and the negative electrode 112 expand, the winding gap 110a is sufficiently secured. Thereby, even if gas is generated in the container 120, the gas can pass through the winding gap 110a, and the safety valve provided on the lid of the container 120 can be operated gently.

一方で、上記［式１］によって規定される直径Ｄは正極１１１又は負極１１２において実際に生じる膨張量から求められる値であり、不必要に大きな値ではないため、直径Ｄを最小限にすることができ、即ち、蓄電素子１１０の容量を最大限にすることが可能である。   On the other hand, the diameter D defined by the above [Formula 1] is a value obtained from the amount of expansion actually generated in the positive electrode 111 or the negative electrode 112, and is not an unnecessarily large value. That is, the capacity of the power storage element 110 can be maximized.

正極１１１と負極１１２の間に印加する電圧は、電気化学デバイス１００の設計電圧の１．５倍が好適であり、その印加時間は５分間が好適である。これにより、設計電圧の１．５倍の電圧が５分間にわたって印加される異常時においても、巻回空隙１１０ａを確保することが可能となる。   The voltage applied between the positive electrode 111 and the negative electrode 112 is preferably 1.5 times the design voltage of the electrochemical device 100, and the application time is preferably 5 minutes. As a result, the winding gap 110a can be secured even during an abnormality in which a voltage 1.5 times the design voltage is applied for 5 minutes.

なお、正極１１１及び負極１１２が電圧の印加によって膨張しない場合、具体的には、厚みＢが厚みＡの１．１倍以下の場合には、直径Ｄを［式１］で規定される値とする必要はない。換言すれば、正極１１１又は負極１１２の膨張の程度が大きい場合（１．１倍
を超える場合）には、上記［式１］で規定される直径Ｄが、電圧印加後においても巻回空隙１１０ａを確保する上で有効である。 In addition, when the positive electrode 111 and the negative electrode 112 do not expand due to the application of voltage, specifically, when the thickness B is 1.1 times or less of the thickness A, the diameter D is a value defined by [Equation 1]. do not have to. In other words, when the degree of expansion of the positive electrode 111 or the negative electrode 112 is large (over 1.1 times), the diameter D defined by the above [Formula 1] is equal to the winding gap 110a even after voltage application. It is effective in securing.

さらに、巻回空隙１１０ａの直径Ｄを上記［式１］で規定される値とすることにより、正極１１１又は負極１１２が膨張した際に巻回空隙１１０ａを確保することができるため、容器１２０と蓄電素子１１０の間の空隙（以下、外周空隙１１０ｂとする）を従来に比べ短縮することが可能である。図３に電気化学デバイス１００の外周空隙１１０ｂの幅Ｆを示し、図４に電気化学デバイス２００の外周空隙２１０ｂの幅Ｇを示す。   Furthermore, by setting the diameter D of the winding gap 110a to the value specified by the above [Formula 1], the winding gap 110a can be secured when the positive electrode 111 or the negative electrode 112 expands. It is possible to shorten the gap between the power storage elements 110 (hereinafter referred to as the outer circumferential gap 110b) as compared with the conventional case. 3 shows the width F of the outer peripheral space 110b of the electrochemical device 100, and FIG. 4 shows the width G of the outer peripheral space 210b of the electrochemical device 200.

具体的には図４に示す従来構造では、外周空隙２１０ｂの幅Ｇは０．７ｍｍ程度が必要であったが、本実施形態に係る電気化学デバイス１００においては、外周空隙１１０ｂの幅Ｆを０．３ｍｍとすることが可能である。この外周空隙の幅の短縮によっても蓄電素子１１０の容量を向上させることができる。   Specifically, in the conventional structure shown in FIG. 4, the width G of the outer peripheral space 210b needs to be about 0.7 mm. However, in the electrochemical device 100 according to this embodiment, the width F of the outer peripheral space 110b is set to 0. .3 mm is possible. The capacity of the power storage element 110 can also be improved by shortening the width of the outer peripheral gap.

以上のように、本実施形態に係る電気化学デバイス１００は、蓄電素子を高容量とすると共に、高電圧が印加された場合であっても安全弁を緩やかに作動させ、ガス圧の急上昇を防止することができる電気化学デバイスとすることが可能である。   As described above, the electrochemical device 100 according to the present embodiment increases the capacity of the power storage element and gently operates the safety valve even when a high voltage is applied to prevent a sudden increase in gas pressure. It can be an electrochemical device that can be used.

［変形例］
上記実施形態に係る電気化学デバイス１００の変形例について説明する。図５は、変形例に係る電気化学デバイス１００の蓄電素子１１０の構造を示す模式図である。上記実施形態では、正極１１１は、正極集電体１１５と正極電極層１１６が積層されたものしたが、正極電極層１１６は正極集電体１１５の表裏両面に積層されるものとすることも可能である。図５に示す正極１１１は、正極集電体１１５の表裏両面にそれぞれ積層された外側正極電極層１１６ａと内側正極電極層１１６ｂを有する。 [Modification]
A modification of the electrochemical device 100 according to the above embodiment will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of the electricity storage element 110 of the electrochemical device 100 according to the modification. In the above embodiment, the positive electrode 111 is formed by laminating the positive electrode current collector 115 and the positive electrode layer 116, but the positive electrode layer 116 may be laminated on both the front and back surfaces of the positive electrode current collector 115. It is. A positive electrode 111 illustrated in FIG. 5 includes an outer positive electrode layer 116 a and an inner positive electrode layer 116 b that are respectively stacked on the front and back surfaces of the positive electrode current collector 115.

負極１１２も同様に、負極集電体１１７と負極電極層１１８が積層されたものしたが、負極電極層１１８は負極集電体１１７の表裏両面に積層されるものとすることも可能である。図５に示す負極１１２は、負極集電体１１７の表裏両面にそれぞれ積層された外側負極電極層１１８ａと内側負極電極層１１８ｂを有する。   Similarly, the negative electrode 112 is formed by laminating the negative electrode current collector 117 and the negative electrode layer 118, but the negative electrode layer 118 may be laminated on both the front and back surfaces of the negative electrode current collector 117. A negative electrode 112 illustrated in FIG. 5 includes an outer negative electrode layer 118 a and an inner negative electrode layer 118 b that are respectively stacked on the front and back surfaces of the negative electrode current collector 117.

これらの正極１１１及び負極１１２と第１セパレータ１１３及び第２セパレータ１１４が積層された積層体が巻回されることにより蓄電素子１１０が構成される。この場合、正極１１１の厚みは、正極集電体１１５、外側正極電極層１１６ａ及び内側正極電極層１１６ｂの厚みの和であり、負極１１２の厚みは、負極集電体１１７、外側負極電極層１１８ａ及び内側負極電極層１１８ｂの厚みの和である。   The power storage element 110 is configured by winding a laminate in which the positive electrode 111 and the negative electrode 112 and the first separator 113 and the second separator 114 are laminated. In this case, the thickness of the positive electrode 111 is the sum of the thicknesses of the positive electrode current collector 115, the outer positive electrode layer 116a, and the inner positive electrode layer 116b, and the negative electrode 112 has a thickness of the negative electrode current collector 117 and the outer negative electrode layer 118a. And the thickness of the inner negative electrode layer 118b.

上記実施形態に係る電気化学デバイスの実施例について説明する。   Examples of the electrochemical device according to the above embodiment will be described.

［電気二重層キャパシタ］
集電体上に活性炭を含有する電極層を積層した電極を１対作製し、電極より大きなセパレータを介して対向させ、積層体を形成した。積層体に電解液を添加して電気二重層キャパシタとした。予め剛直な板で積層体を挟み、電極間に電圧を印加した。製品の上限電圧を２．５Ｖとして、１．５倍の３．７５Ｖの電圧を５分間印加した。当初の電極の厚みを厚みＡとし、電圧印加後の電極のうち厚みが大きい方の電極の厚みを厚みＢとした。 [Electric double layer capacitor]
A pair of electrodes in which an electrode layer containing activated carbon was stacked on a current collector was prepared, and opposed to each other through a separator larger than the electrodes, thereby forming a stacked body. An electrolytic solution was added to the laminate to obtain an electric double layer capacitor. The laminate was previously sandwiched between rigid plates, and a voltage was applied between the electrodes. The upper limit voltage of the product was 2.5 V, and a voltage of 3.75 V, which is 1.5 times higher, was applied for 5 minutes. The initial thickness of the electrode was defined as thickness A, and the thickness of the electrode having the greater thickness among the electrodes after voltage application was defined as thickness B.

上記［式１］に従って算出した直径Ｄを有する巻回芯を設定し、上記電気化学デバイスを作製した。容器と蓄電素子の間隙は０．３ｍｍとした。この電気化学デバイスは従来構造のものに対して高容量である。上記電圧（３．７５Ｖ）を正極と負極の間に印加すると、安全弁作動時に緩やかにガスがリークし、破裂音は認められなかった。   A winding core having a diameter D calculated according to the above [Equation 1] was set, and the electrochemical device was produced. The gap between the container and the electricity storage element was 0.3 mm. This electrochemical device has a higher capacity than the conventional structure. When the voltage (3.75 V) was applied between the positive electrode and the negative electrode, gas gradually leaked during the operation of the safety valve, and no burst sound was observed.

［リチウムイオンキャパシタ］
エッチング等によって貫通穴が形成されたアルミニウム箔を集電体とし、分極性材料を含有する電極層を積層した正極と、開孔を有する銅箔を集電体とし、非分極性であり、リチウムイオンを吸蔵し、放出することが可能な材料を含有する電極層を積層した負極を作製した。負極表面には予め、リチウム充電可能なリチウム量を測定し、最大充電できる９０％のリチウムを貼付した。リチウム箔は厚さ５０μｍのものを使用した。 [Lithium ion capacitor]
Aluminum foil with through-holes formed by etching or the like is used as a current collector, a positive electrode in which an electrode layer containing a polarizable material is laminated, and a copper foil having apertures is used as a current collector. A negative electrode was produced in which an electrode layer containing a material capable of occluding and releasing ions was laminated. The amount of lithium that can be charged with lithium was measured in advance on the surface of the negative electrode, and 90% of lithium that could be charged at maximum was pasted. A lithium foil having a thickness of 50 μm was used.

セパレータを介して負極が正極を覆うような電極面積比及び配置とし、積層体を形成した。積層体に電解液を添加してリチウムイオンキャパシタとした。予め剛直な板で積層体を挟み、２０日間保管してリチウムイオンを負極にドープさせた。その後、電極間に電圧を印加した。製品の上限電圧が３．８Ｖとして、１．５倍の５．７Ｖの電圧を５分間印加した。当初の正極の厚みを厚みＡとし、電圧印加後の正極の厚みを厚みＢとした。   The laminate was formed with the electrode area ratio and arrangement such that the negative electrode covered the positive electrode through the separator. An electrolyte solution was added to the laminate to obtain a lithium ion capacitor. The laminate was sandwiched between rigid plates in advance and stored for 20 days to dope lithium ions into the negative electrode. Thereafter, a voltage was applied between the electrodes. The upper limit voltage of the product was 3.8V, and a voltage of 5.7V, which is 1.5 times higher, was applied for 5 minutes. The initial thickness of the positive electrode was thickness A, and the thickness of the positive electrode after voltage application was thickness B.

上記［式１］に従って算出した直径Ｄを有する巻回芯を設定し、上記電気化学デバイスを作製した。容器と蓄電素子の間隙は０．３ｍｍとした。この電気化学デバイスは従来構造のものに対して高容量である。上記電圧（５．７Ｖ）を正極と負極の間に印加すると、安全弁作動時に緩やかにガスがリークし、破裂音は認められなかった。   A winding core having a diameter D calculated according to the above [Equation 1] was set, and the electrochemical device was produced. The gap between the container and the electricity storage element was 0.3 mm. This electrochemical device has a higher capacity than the conventional structure. When the voltage (5.7 V) was applied between the positive electrode and the negative electrode, gas gradually leaked during the operation of the safety valve, and no burst sound was observed.

以上のように、巻回空隙の直径Ｄを上記［式１］によって規定される値とすることにより、蓄電素子を高容量とすると共に、高電圧が印加された場合であってもガス圧の急上昇を防止することができる電気化学デバイスとすることが可能であるといえる。   As described above, by setting the diameter D of the winding gap to the value specified by the above [Equation 1], the storage element is made to have a high capacity and the gas pressure can be reduced even when a high voltage is applied. It can be said that it is possible to make an electrochemical device capable of preventing a sudden rise.

１００…電気化学デバイス
１１０…蓄電素子
１１１…正極
１１２…負極
１１３…第１セパレータ
１１４…第２セパレータ
１１５…正極集電体
１１６…正極電極層
１１７…負極集電体
１１８…負極電極層
１２０…容器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Electrochemical device 110 ... Power storage element 111 ... Positive electrode 112 ... Negative electrode 113 ... 1st separator 114 ... 2nd separator 115 ... Positive electrode collector 116 ... Positive electrode layer 117 ... Negative electrode collector 118 ... Negative electrode layer 120 ... Container

Claims (5)

正極材料を含む正極と、負極材料を含む負極と、前記正極と前記負極の接触を防止し、電解液を透過させるセパレータとが積層された積層体が巻回された蓄電素子であって、巻回中心の空隙が、前記正極又は前記負極の当初の厚みを厚みＡとし、前記蓄電素子に電圧を印加した後の前記正極又は前記負極のうち厚い方の厚みを厚みＢとしたときに下記［式１］で規定される直径Ｄを有する蓄電素子
Ｄ＞３．５ｍｍ×（Ｂ／Ａ） ［式１］
を具備する電気化学デバイス。 A power storage device in which a laminate in which a positive electrode including a positive electrode material, a negative electrode including a negative electrode material, and a separator that prevents contact between the positive electrode and the negative electrode and permeates an electrolyte is stacked, is wound. When the initial center thickness of the positive electrode or the negative electrode is a thickness A and the thicker thickness of the positive electrode or the negative electrode after applying a voltage to the power storage element is a thickness B, Power storage element having diameter D defined by Formula 1] D> 3.5 mm × (B / A) [Formula 1]
An electrochemical device comprising: 請求項１に記載の電気化学デバイスであって、
前記厚みＢは、前記蓄電素子に前記蓄電素子の設定電圧の１．５倍の電圧を５分間印加したときの前記正極又は前記負極のうち厚い方の厚みである
電気化学デバイス。 The electrochemical device according to claim 1,
The thickness B is a thicker thickness of the positive electrode or the negative electrode when a voltage 1.5 times the set voltage of the power storage element is applied to the power storage element for 5 minutes. 請求項１に記載の電気化学デバイスであって、
前記空隙は、前記厚みＢが前記厚みＡの１．１倍を超えるときに前記直径Ｄを有する
電気化学デバイス。 The electrochemical device according to claim 1,
The electrochemical device has the diameter D when the thickness B exceeds 1.1 times the thickness A. 請求項１に記載の電気化学デバイスであって、
前記正極材料及び前記負極材料は活性炭である
電気化学デバイス。 The electrochemical device according to claim 1,
The electrochemical device, wherein the positive electrode material and the negative electrode material are activated carbon. 請求項１に記載の電気化学デバイスであって、
前記正極材料は活性炭であり、
前記負極材料は非分極性であり、リチウムイオンを吸蔵し、放出することが可能な材料である
電気化学デバイス。 The electrochemical device according to claim 1,
The positive electrode material is activated carbon,
The electrochemical device, wherein the negative electrode material is non-polarizable and capable of occluding and releasing lithium ions.
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