JP2015088605A - Method of manufacturing power storage device and power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電デバイスの製造方法及び蓄電デバイスに関する。本発明は特に、リチウムイオンキャパシタ或いはリチウムイオンをプレドープしたリチウム電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electricity storage device and an electricity storage device. The present invention particularly relates to a method of manufacturing a lithium ion capacitor or a lithium battery predoped with lithium ions.
良好な充放電特性及び高いエネルギー密度を兼ね備えた蓄電デバイスとして、リチウムイオンキャパシタが注目されている。リチウムイオンキャパシタは、正極側にて電気二重層の形成による物理的作用により充放電し、負極側にてリチウムの化学反応により充放電する。この場合、エネルギー密度を向上させるために、負極側の負極活物質中にリチウムイオンが予め吸蔵(プレドープ)される。リチウムイオンのプレドープを如何にして均一且つ迅速に行うかについて、様々な提案がなされている。 As an electricity storage device having both good charge / discharge characteristics and high energy density, a lithium ion capacitor has attracted attention. The lithium ion capacitor is charged and discharged by a physical action by forming an electric double layer on the positive electrode side, and charged and discharged by a chemical reaction of lithium on the negative electrode side. In this case, in order to improve energy density, lithium ions are occluded (pre-doped) in advance in the negative electrode active material on the negative electrode side. Various proposals have been made on how to uniformly and rapidly perform lithium ion pre-doping.
特許文献1は、正極集電体及び負極集電体に微細孔が形成されたリチウムイオンキャパシタを開示する。これによれば、プレドープ時に電解液中に溶出したリチウムイオンが正極集電体及び負極集電体に形成された微細孔を通って各電極板の積層方向に泳動する。このため積層された負極集電体に設けられる負極活物質中に均一にリチウムイオンがプレドープされる。また、特許文献2に記載のリチウムイオンキャパシタの製造方法は、負極集電体の表面の中央部分以外の部分に負極活物質を塗工するとともに、負極活物質が塗工されていない中央部分に金属リチウムを張り付ける工程を有する。プレドープ時に負極集電体の中央部分に張り付けられた金属リチウムがリチウムイオンとして電解液中に溶出して電解液中を泳動することにより、負極集電体に塗工された負極活物質中にリチウムイオンがプレドープされる。
(発明が解決しようとする課題)
特許文献1に記載のリチウムイオンキャパシタの正極集電体及び負極集電体に形成された微細孔の径は概ね30μm程度であり、またその開口率は概ね30%程度である。非常に多くの微細孔が集電体に形成されているので、集電体の強度、ひいてはリチウムイオンキャパシタの強度が低下する。また、非常に多くの微細孔が集電体に形成されていることにより、集電体上において直線的な集電経路が形成されず、曲がりくねり且つ幅の狭い集電経路を形成するため、集電時における抵抗が増大する。したがって、内部抵抗の増加によるエネルギー損失が大きい。また、特許文献2に記載の方法によれば、複数の負極集電体が積層している場合、積層した負極集電体のそれぞれに金属リチウムを張り付ける必要があり、作業工数が増大する虞がある。また、負極活物質が本来塗られている場所に金属リチウムを張り付けるため、負極活物質量が減少し、これによってエネルギー密度が低下する虞が有る。
(Problems to be solved by the invention)
The diameter of the fine holes formed in the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the lithium ion capacitor described in
本発明は、集電抵抗及び作業工数を増大させることなく、積層された各負極集電体上の負極活物質に均一にリチウムイオンをプレドープさせることができる蓄電デバイスの製造方法及びそのような蓄電デバイスを提供することを目的とする。 The present invention relates to a method of manufacturing an electricity storage device capable of uniformly pre-doping lithium ions to a negative electrode active material on each of the stacked negative electrode current collectors without increasing current collection resistance and work man-hours, and such electricity storage. The purpose is to provide a device.
(課題を解決するための手段)
本発明は、平板状の負極集電体及び負極集電体の両面に設けられた負極活物質を有する負極ユニットと、平板状の正極集電体及び正極集電体の両面に設けられた正極活物質を有する正極ユニットとを、セパレータを挟んで交互に積層することにより、内部積層体を形成する第1工程と、第1部分、第2部分及び第3部分がこの順に連なるように形成された平板状の外側負極集電体及び第1部分及び第3部分の一方面に設けられた外側負極活物質並びに第2部分に設けられた金属リチウムを有する外側負極ユニットの外側負極活物質が内部積層体の両端面に面するとともに、金属リチウムが内部積層体の側面に面するように、外側負極ユニットで内部積層体を覆うことにより、内部積層体と外側負極ユニットとを有する蓄電ユニットを形成する第2工程と、蓄電ユニット中の全ての負極集電体及び外側負極集電体とを電気的に接続する第3工程と、第3工程にて全ての負極集電体及び外側負極集電体とが電気的に接続された蓄電ユニットを電解液中に浸すことにより、金属リチウムを負極活物質及び外側負極活物質にプレドープする第4工程と、を含む、蓄電デバイスの製造方法を提供する。
(Means for solving the problem)
The present invention relates to a negative electrode unit having a flat negative electrode current collector and a negative electrode active material provided on both sides of the negative electrode current collector, and a positive electrode provided on both sides of the flat positive electrode current collector and the positive electrode current collector. A positive electrode unit having an active material is alternately laminated with separators interposed therebetween, so that a first step for forming an internal laminate and a first portion, a second portion, and a third portion are formed in this order. The outer flat negative electrode current collector, the outer negative electrode active material provided on one surface of the first part and the third part, and the outer negative electrode active material of the outer negative electrode unit having metallic lithium provided on the second part are contained inside. An electric storage unit having an inner laminate and an outer negative electrode unit is formed by covering the inner laminate with the outer negative electrode unit so that the metal lithium faces the side surfaces of the inner laminate and facing both end faces of the laminate. Do Two steps, a third step of electrically connecting all the negative electrode current collectors and the outer negative electrode current collectors in the power storage unit, and all the negative electrode current collectors and the outer negative electrode current collectors in the third step And a fourth step of pre-doping metallic lithium into the negative electrode active material and the outer negative electrode active material by immersing the power storage unit electrically connected to each other in an electrolytic solution.
本発明によれば、外側負極ユニットに設けられている金属リチウムが、内部積層体の側面に面するように配置されている。したがって、プレドープ時に電解液中に溶出したリチウムイオンが、内部積層体の側面側から内部積層体を構成する各負極ユニットに進入する。内部積層体の側面には積層した各負極ユニットの端部が望んでいるため、電解液中のリチウムイオンはそれぞれの負極ユニットの端部から各負極ユニットの表面まで容易に進入することができる。このため、各負極集電体に微細孔を形成することなく(すなわち集電抵抗を増加させることなく)各負極集電ユニット及び外側負極ユニットの負極活物質にリチウムイオンを均等にプレドープすることができる。また、外側負極集電体のみに金属リチウムを設けておくだけであるため、全ての負極集電体に金属リチウムを設ける場合と比較して作業性が向上する。よって、集電抵抗及び作業工数を増大させることなく、積層された負極ユニット上の負極活物質に均一にリチウムイオンをプレドープさせることができる。 According to the present invention, the metallic lithium provided in the outer negative electrode unit is disposed so as to face the side surface of the inner laminate. Accordingly, lithium ions eluted in the electrolyte during pre-doping enter each negative electrode unit constituting the inner laminate from the side surface side of the inner laminate. Since the end of each laminated negative electrode unit is desired on the side surface of the inner laminate, lithium ions in the electrolytic solution can easily enter from the end of each negative electrode unit to the surface of each negative electrode unit. For this reason, it is possible to uniformly dope lithium ions into the negative electrode active material of each negative electrode current collecting unit and the outer negative electrode unit without forming fine holes in each negative electrode current collector (that is, without increasing the current collecting resistance). it can. Further, since metallic lithium is only provided on the outer negative electrode current collector, workability is improved as compared with the case where metallic lithium is provided on all negative electrode current collectors. Therefore, it is possible to uniformly dope lithium ions into the negative electrode active material on the stacked negative electrode units without increasing the current collecting resistance and the work man-hours.
本発明において、「平板状」とは、厚みが小さく且つ反対方向を向いた2面が形成された形状を意味し、例えばシート状も本発明の平板状に包含される。また、内部積層体の「両端面」とは、内部積層体を構成する負極ユニット及び正極ユニットの積層方向における両端側の面を意味し、内部積層体の「側面」とは、負極ユニット及び正極ユニットの積層方向に沿った表面を意味する。 In the present invention, the term “flat plate” means a shape in which two surfaces having a small thickness and facing in opposite directions are formed. For example, a sheet shape is also included in the flat plate shape of the present invention. The “both end surfaces” of the inner laminate means surfaces on both ends in the stacking direction of the negative electrode unit and the positive electrode unit constituting the inner laminate, and “side surfaces” of the inner laminate mean the negative electrode unit and the positive electrode. It means the surface along the stacking direction of the unit.
したがって、内部積層体が直方体状である場合、積層方向における2つの端面(両端面)と積層方向に沿った4つの側面により内部積層体が形作られる。内部積層体が直方体形状である場合、本発明では4つの側面のうち少なくとも一つの側面に外側負極集電体に設けられた金属リチウムが対面配置される。この場合、1つの側面に金属リチウムが対面配置されていてもよいし、2つの側面に金属リチウムが対面配置されていてもよいし、3つの側面に金属リチウムが対面配置されていても良い。ただし、内部積層体の一つの側面には、電気エネルギーを取り出すためのリード部が設けられるので、リード部が設けられている側面以外の側面に金属リチウムが対面配置されているのがよい。 Therefore, when the inner laminate is a rectangular parallelepiped, the inner laminate is formed by two end faces (both end faces) in the stacking direction and four side faces along the stacking direction. In the case where the inner laminated body has a rectangular parallelepiped shape, in the present invention, metallic lithium provided on the outer negative electrode current collector is opposed to at least one of the four side surfaces. In this case, metallic lithium may be disposed facing one side surface, metallic lithium may be disposed facing two side surfaces, or metallic lithium may be disposed facing three side surfaces. However, since a lead portion for taking out electric energy is provided on one side surface of the inner laminated body, it is preferable that metallic lithium is disposed facing the side surface other than the side surface where the lead portion is provided.
前記セパレータは内部セパレータ及び側部セパレータを備えるのがよい。この場合、第1工程は、負極ユニットと正極ユニットとを内部セパレータを挟んで交互に積層するとともに、側部セパレータが内部積層体の側面を形成するように側部セパレータを負極ユニットと正極ユニットの積層方向に沿って配設して内部積層体を形成する工程であるのがよい。また、第2工程は、外側負極ユニットの外側負極活物質が内部積層体の両端面に面するとともに、金属リチウムが側部セパレータに面するように、外側負極ユニットで内部積層体を覆うことにより、蓄電ユニットを形成する工程であるのがよい。これによれば、電解液中に溶出した金属イオンが、側部セパレータを通過して、積層された各負極ユニットの端部から各負極ユニットの表面に進入する。 The separator may comprise an internal separator and a side separator. In this case, in the first step, the negative electrode unit and the positive electrode unit are alternately stacked with the inner separator interposed therebetween, and the side separator is formed between the negative electrode unit and the positive electrode unit so that the side separator forms a side surface of the inner stacked body. The step may be a step of forming an internal laminated body by being arranged along the laminating direction. Further, the second step is to cover the inner laminate with the outer negative electrode unit so that the outer negative electrode active material of the outer negative electrode unit faces both end faces of the inner laminate and the metallic lithium faces the side separator. The step of forming the power storage unit is preferable. According to this, the metal ion eluted in electrolyte solution passes a side part separator, and approachs the surface of each negative electrode unit from the edge part of each laminated | stacked negative electrode unit.
また、内部セパレータは側部セパレータに連結されているのがよい。より具体的には、隣接する2つの内部セパレータの一方の端部間の隙間が側部セパレータで塞がれるように内部セパレータが側部セパレータに連結されているとよい。これによれば、隣接する2つの内部セパレータ間に配設される負極ユニット或いは正極ユニットの一方の端部が側部セパレータに覆われることにより、これらの端部が内部積層体の側面から露出することが防止される。このため、外側負極ユニットで内部積層体を覆う際に正極ユニット及び負極ユニットが湾曲して内部積層体の側面から部分的に露出することが防止される。その結果、部分的に露出した部分が接触して正極ユニットと負極ユニットとが短絡することを確実に防止できる。 Also, the inner separator is preferably connected to the side separator. More specifically, the internal separator may be connected to the side separator so that a gap between one end portions of two adjacent internal separators is closed by the side separator. According to this, one end of the negative electrode unit or the positive electrode unit disposed between two adjacent internal separators is covered with the side separator, so that these end portions are exposed from the side surface of the internal laminate. It is prevented. This prevents the positive electrode unit and the negative electrode unit from being curved and partially exposed from the side surface of the inner laminate when the outer laminate unit covers the inner laminate. As a result, it is possible to reliably prevent the partially exposed portion from contacting and the short circuit between the positive electrode unit and the negative electrode unit.
また、セパレータは更に一対の端部セパレータを備えるのがよい。この場合、第1工程は、負極ユニットと正極ユニットとを内部セパレータを挟んで交互に積層し、一対の端部セパレータを内部積層体の両端面に配設するとともに、側部セパレータが内部積層体の側面を形成するように側部セパレータを負極ユニットと正極ユニットの積層方向に沿って配設することにより、内部積層体を形成する工程であり、第2工程は、外側負極ユニットの外側負極活物質が端部セパレータに面するとともに、金属リチウムが側部セパレータに面するように、外側負極ユニットで内部積層体を覆うことにより、蓄電ユニットを形成する工程であるのがよい。 The separator preferably further includes a pair of end separators. In this case, in the first step, the negative electrode unit and the positive electrode unit are alternately stacked with the inner separator interposed therebetween, and a pair of end separators are disposed on both end surfaces of the inner stacked body, and the side separator is the inner stacked body. The side separator is disposed along the stacking direction of the negative electrode unit and the positive electrode unit so as to form the side surface of the negative electrode unit and the positive electrode unit, thereby forming the inner laminate, and the second step is the outer negative electrode active of the outer negative electrode unit. It is preferable that the storage unit be formed by covering the inner laminate with the outer negative electrode unit so that the substance faces the end separator and the metallic lithium faces the side separator.
また、本発明は、平板状の負極集電体及び負極集電体の両面に設けられた負極活物質を有する負極ユニットと、平板状の正極集電体及び正極集電体の両面に設けられた正極活物質を有する正極ユニットと、セパレータとを有し、セパレータを挟んで負極ユニットと正極ユニットとを交互に積層することにより形成された内部積層体と、第1部分、第2部分及び第3部分がこの順に連なるように形成された平板状の外側負極集電体と、第1部分及び第2部分の一方面に設けられリチウムイオンがプレドープされた外側負極活物質とを有し、外側負極活物質が内部積層体の両端面に面するとともに第2部分が内部積層体の側面に面するように、内部積層体を覆う外側負極ユニットと、を備える蓄電ユニットと、蓄電ユニットを内部に収納するケースと、ケースに充填された電解液と、を備える蓄電デバイスを提供する。 The present invention also provides a negative electrode unit having a flat negative electrode current collector and a negative electrode active material provided on both surfaces of the negative electrode current collector, and a flat positive electrode current collector and a positive electrode current collector on both surfaces. A positive electrode unit having a positive electrode active material and a separator, and an internal laminate formed by alternately laminating negative electrode units and positive electrode units across the separator, a first portion, a second portion, and a second portion A plate-like outer negative electrode current collector formed so that three portions are connected in this order, and an outer negative electrode active material provided on one surface of the first portion and the second portion and pre-doped with lithium ions, A power storage unit comprising an outer negative electrode unit that covers the inner stacked body so that the negative electrode active material faces both end faces of the inner stacked body and the second portion faces the side surface of the inner stacked body; Case to store If, to provide a power storage device and an electrolytic solution filled in the case.
この場合、セパレータは内部セパレータ及び側部セパレータを備え、内部セパレータを挟んで負極ユニットと正極ユニットとが交互に積層されており、側部セパレータは、内部積層体の側面を形成するように内部積層体の積層方向に沿って配設されており、第2部分が側部セパレータに対面配置されているとよい。また、セパレータは更に端部セパレータを備え、端部セパレータは、内部積層体の両端面に配設されており、第1部分及び第2部分に設けられた外側負極活物質が端部セパレータに対面配置されているとよい。 In this case, the separator includes an internal separator and a side separator, and the negative electrode unit and the positive electrode unit are alternately stacked with the internal separator interposed therebetween, and the side separator is internally laminated so as to form a side surface of the internal laminate. It is good to arrange | position along the lamination direction of a body, and the 2nd part is good to be arrange | positioned facing a side part separator. The separator further includes an end separator, and the end separator is disposed on both end faces of the inner laminate, and the outer negative electrode active material provided in the first part and the second part faces the end separator. It is good to be arranged.
本発明によれば、集電抵抗及び作業工数を増大させることなく、均一に負極活物質にリチウムイオンがプレドープした蓄電デバイスを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electricity storage device in which lithium ions are pre-doped uniformly on a negative electrode active material without increasing current collection resistance and work man-hours.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る蓄電デバイスとしてのリチウムイオンキャパシタを示す概略断面図である。図1に示すように、本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタ1は、袋状のケース6と、ケース6内に充填された非水電解液5と、非水電解液5に浸された蓄電ユニット2とを備える。なお、以下の説明において、各構成を方向を伴って説明する場合、図1の上下方向を高さ方向と定義し、左右方向を幅方向と定義する。また、図1の紙面に垂直な方向、すなわち高さ方向および幅方向に垂直な方向を前後方向と定義する。
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a lithium ion capacitor as an electricity storage device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, a
ケース6は、非水電解液5及び蓄電ユニット2を密閉収容できるように構成される。ケース6は本実施形態ではアルミニウム製のソフトケースである。ケース6は、アルミニウムからなる矩形状のラミネートフィルムを二枚重ね、溶着により四方の端辺同士を接合することにより矩形袋状に形成される。ケース6に正極端子61及び負極端子62が取付けられている。正極端子61及び負極端子62は、ケース6内の密閉状態を維持しつつ先端部分がケース6から突出するように、ケース6に取り付けられる。この端子61,62の基端側にケース6内の蓄電ユニット2が電気的に接続される。したがって、正極端子61と負極端子62との間に電気負荷を接続することにより、蓄電ユニット2で生じた電気エネルギーが取り出される。
The
非水電解液5は、電気伝導性を有する非水溶液であり、例えばリチウム塩電解質を有機溶媒に溶解することにより生成される。リチウム塩電解質として例えばLiPF6が用いられるがこの限りでない。有機溶媒として例えばエチレンカーボネート(EC)やジエチルカーボネート(DEC)が用いられるがこの限りでない。
The
図2は図1のII−II断面図、図3は図1のIII−III断面図、図4は図1のIV−IV断面図である。なお、図2及び図3は、リチウムイオンキャパシタ1を幅方向に垂直な平面で切断した断面図であり、図4は、リチウムイオンキャパシタ1を高さ方向に垂直な平面で切断した断面図である。図2〜図4に示すように、蓄電ユニット2は、内部積層体3と外側負極ユニット4とを備える。
2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 1, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2 and 3 are cross-sectional views of the
図5は、図4に示す内部積層体3のみを示す断面図である。図5に示すように、内部積層体3は、複数の負極ユニット31と、複数の正極ユニット32と、セパレータ33とを備える。セパレータ33を挟んで複数の負極ユニット31と複数の正極ユニット32が前後方向に沿って積層される。本実施形態において内部積層体3は直方体形状を呈する。したがって、内部積層体3は、負極ユニット31と正極ユニット32の積層方向(前後方向)の両端面及び積層方向に沿って形成される4側面によって形作られる。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing only the
図6は負極ユニット31を示す図であり、図6(a)が負極ユニット31を前後方向から見た正面図、図6(b)が幅方向から見た側面図である。図6に示すように、負極ユニット31は、シート状の負極集電体311と、負極活物質312とを有する。負極集電体311は正面から見て略長方形状である。負極集電体311には、正面から見て左上部分から突出するように負極リード部Aが形成される。負極集電体311は導電性の良好な材質で形成される。例えば本実施形態では銅箔が負極集電体311として用いられる。負極活物質312は負極集電体311の両面に塗工される。負極リード部Aには負極活物質312は塗工されていない。負極活物質312は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材料により構成される。負極活物質312は、例えば、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、CNT(カーボンナノチューブ)等により構成されてもよいが、上述した機能を果たすことができる材料であれば、この限りでないい。
6A and 6B are views showing the
図7は正極ユニット32を示す図であり、図7(a)が正極ユニット32を前後方向から見た正面図、図7(b)が幅方向から見た側面図である。図7に示すように、正極ユニット32は、シート状の正極集電体321と、正極活物質322とを有する。正極集電体321は正面から見て略長方形状である。正極集電体321には、正面から見て右上部分から突出するように正極リード部Bが形成される。正極集電体321は導電性の良好な材質で形成される。例えば本実施形態ではアルミニウム箔が正極集電体321として用いられる。正極活物質322は正極集電体321の両面に塗工される。正極リード部Bには正極活物質322は塗工されていない。正極活物質322は、リチウムイオンもしくは電解質アニオンを可逆的に担持可能な材料により構成される。正極活物質322は、例えば活性炭により構成されてもよいが、上述した機能を果たすことができる材料であれば、この限りでない。
7A and 7B are diagrams showing the
図5に示すように、内部積層体3のセパレータ33は、複数の内部セパレータ331と、一対の端部セパレータ332と、一つの側部セパレータ333とを有する。複数の内部セパレータ331を挟んで負極ユニット31と正極ユニット32が前後方向に沿って交互に積層され、積層方向(前後方向)における内部積層体3の両端面に一対の端部セパレータ332,332が配設される。また、側部セパレータ333は、内部積層体3の側面の一部(図5において左側面)を形成するように積層方向に沿って配設される。
As shown in FIG. 5, the
また、図5に示すように、全ての内部セパレータ331及び一対の端部セパレータ332の幅方向における左方の端部が側部セパレータ333に連結される。具体的には、隣接する端部セパレータ332と内部セパレータ331のそれぞれの左方端に形成される隙間、及び、隣接する2つの内部セパレータ331,331のそれぞれの左方端に形成される隙間が、側部セパレータ333で塞がれるように、全ての内部セパレータ331及び一対の端部セパレータ332が側部セパレータ333に連結されている。したがって、セパレータ33内には、一方端(図5において左方端)が側部セパレータ333で塞がれた空間が積層方向(前後方向)に沿って形成される。この空間内にそれぞれ負極ユニット31或いは正極ユニット32が配設される。なお、端部セパレータ332とそれに隣接する内部セパレータ331との間の空間、すなわち積層方向における両端に位置する空間には、正極ユニット32が配設される。
Further, as shown in FIG. 5, the left end portions in the width direction of all the
セパレータ33は負極ユニット31と正極ユニット32との接触を防止するために設けられる。セパレータ33として多孔質基材が好ましく用いられる。セパレータ33として、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔質フィルム基材等が採用され得るが、上述の機能を果たすものであれば、この限りでない。
The
図4に示すように、内部積層体3を包むように外側負極ユニット4が設けられる。図8は、内部積層体3を包んでいる外側負極ユニット4を展開して示す図であり、図8(a)が正面図、図8(b)が側面図である。図8に示すように、外側負極ユニット4は、シート状の外側負極集電体41と、外側負極活物質42とを有する。外側負極集電体41は、それぞれ長方形状の第1部分41a、第2部分41b、第3部分41cがこの順に横方向に連なった横長の長方形状を呈する。第1部分41aの左上部分及び第3部分41cの右上部分に負極リード部Aが形成される。第1部分41a及び第3部分41cは、負極ユニット31の負極集電体311と同一の大きさ及び形状を有する。外側負極集電体41は、負極集電体311と同一の材質で形成されているのがよいが、導電性の良好な材質で形成されていれば、この限りでない。
As shown in FIG. 4, the outer
第1部分41a及び第3部分41cの同じ側を向いた一方面に、外側負極活物質42が塗工される。外側負極活物質42は、負極集電体311に塗工されている負極活物質312と同じ材質であるのがよいが、違う材質であってもよい。一方、第1部分41a及び第3部分41cの同じ側を向いた他方面、第2部分41b及び負極リード部A,Aには、外側負極活物質42は塗工されていない。また、第2部分41bのうち、第1部分41a及び第3部分41cの一方面(外側負極活物質42が塗られた面)と同じ側を向いた面(図8において黒塗りしている部分)には、このリチウムイオンキャパシタ1の製造時に用いる金属リチウム43が貼り付けられている。金属リチウム43は、リチウムイオンキャパシタ1の製造過程において非水電解液5中にイオンとして溶出するため、リチウムイオンキャパシタ1の製造が完了したとき、厳密にはプレドープが完了したときには、既に消失している。
The outer negative electrode
図4に良く示すように、外側負極ユニット4は、負極ユニット31と正極ユニット32の積層方向(前後方向)における内部積層体3の両端面及び幅方向における内部積層体3の左側面に対面するように、内部積層体3を覆う。この場合において、内部積層体3の前方端面に配設された端部セパレータ332に外側負極集電体41の第1部分41aに塗工された外側負極活物質42が対面接触する。また、内部積層体3の後方端面に配設された端部セパレータ332に外側負極集電体41の第3部分41cに塗工された外側負極活物質42が対面接触する。さらに、外側負極集電体41の第2部分41bが、内部積層体3の幅方向における左側面に設けられた側部セパレータ333に対面配置する。
As shown in FIG. 4, the outer
内部積層体3の各負極ユニット31の負極集電体311に設けられた負極リード部Aおよび外側負極ユニット4の外側負極集電体41に設けられた2つの負極リード部Aは、図2に示すように、リード線等の負極側導電性接続部材25で連結される。この負極側導電性接続部材25が負極端子62に電気的に接続される。また、内部積層体3の各正極ユニット32の正極集電体321に設けられた正極リード部Bが、図3に示すように、リード線等の正極側導電性接続部材26で連結される。この正極側導電性接続部材26が正極端子61に電気的に接続される。なお、負極リード部Aは、負極側導電性接続部材25を介さずに、負極端子62に接合及びリベット締結等により接続されるように構成しても良い。同様に、正極リード部Bは、正極側導電性接続部材26を介さずに、正極端子61に接合及びリベット締結等により接続されるように構成しても良い。
The negative electrode lead part A provided on the negative electrode
各負極ユニット31の負極活物質312および外側負極ユニット4の外側負極活物質42には、予めリチウムイオンが吸蔵(プレドープ)されている。
Lithium ions are occluded (pre-doped) in advance in the negative electrode
このような構成のリチウムイオンキャパシタ1においては、負極ユニット31及び外側負極ユニット4にて、リチウムイオンの電気化学反応により電気エネルギーの充放電が行われ、正極ユニット32にて、リチウムイオン或いはアニオンの物理的な吸脱着により電気エネルギーの充放電が行われる。
In the
次に、このような構成のリチウムイオンキャパシタ1の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
(第1工程)
まず、図5に示すような内部積層体3を形成する。つまり、負極ユニット31と正極ユニット32とを内部セパレータ331を挟んで交互に積層する。また、一対の端部セパレータ332,332を、負極ユニット31と正極ユニット32との積層体の両端面に配設する。さらに、側部セパレータ333が内部積層体3の図5における左側面を形成するように側部セパレータ333を積層方向に沿って配設する。このようにして、積層方向における両端面に一対の端部セパレータ332,332が配置し、左側面に側部セパレータ333が配置した内部積層体3が形成される。
(First step)
First, the inner
(第2工程)
次いで、外側負極集電体41を用意する。そして、用意した外側負極集電体41の第1部分41a及び第3部分41cの一方面に外側負極活物質42を塗工するとともに、第2部分41bの一方面に金属リチウム43を貼り付けることにより、外側負極ユニット4を形成する。この場合において、金属リチウム43が確実に外側負極集電体41の第2部分41bに接触するように、金属リチウム43を第2部分41bに圧着させるとよい。
(Second step)
Next, the outer negative electrode
次いで、外側負極ユニット4で内部積層体3を覆う。この場合において、内部積層体3中の負極ユニット31及び正極ユニット32の積層方向(前後方向)における前方端面に配置された端部セパレータ332に外側負極集電体41の第1部分41aに塗工されている外側負極活物質42が面し、積層方向における後方端面に配置された端部セパレータ332に外側負極集電体41の第3部分41cに塗工されている外側負極活物質42が面し、内部積層体3の一側面に配設されている側部セパレータ333に外側負極集電体41の第2部分41bに圧着された金属リチウム43が面するように、内部積層体3を外側負極集電体41で覆う。これによりプレドープ前の蓄電ユニット2が形成される。図9は第2工程にて形成されたプレドープ前の蓄電ユニット2を示す図である。ここで、図9に示すように、外側負極集電体41の第2部分41bに設けられた金属リチウム43は、内部積層体3内の負極ユニット31及び正極ユニット32の積層方向(前後方向)の全域に亘って側部セパレータ333に対面配置する。
Next, the
(第3工程)
次に、負極集電体311及び外側負極集電体41の負極リード部Aを負極側導電性接続部材25で接続することにより、蓄電ユニット2中の全ての負極集電体311及び外側負極集電体41とを電気的に接続する。また、正極集電体321の正極リード部Bを正極側導電性接続部材26で接続することにより、蓄電ユニット2中の全ての正極集電体321を電気的に接続する。
(Third step)
Next, the negative electrode
続いて、2枚の矩形状のアルミニウム製ラミネートフィルムを用意し、これらを重ね合わせ、重ね合わせたそれぞれのラミネートフィルムの4辺のうちの3辺を溶着により封止することにより、1辺が開口した袋状のケース6を成形する。ケース6の開口部分から蓄電ユニット2をケース6内に入れる。そして、負極側導電性接続部材25を負極端子62に接続し、正極側導電性接続部材26を正極端子61に接続する。
Subsequently, two rectangular aluminum laminate films were prepared, these were overlaid, and 3 sides of the 4 sides of each of the overlaid laminate films were sealed by welding to open one side. The formed bag-
(第4工程)
その後、ケース6内に非水電解液5を充填する。充填後、ケース6の開口に正極端子61及び負極端子62を挟み、その状態で開口部分を溶着により封止する。図10に第4工程が完了したリチウムイオンキャパシタ1を示す。
(4th process)
Thereafter, the nonaqueous
第4工程にてケース6内に非水電解液5を充填することにより、蓄電ユニット2が非水電解液5に浸される。これにより、蓄電ユニット2の外側負極集電体41の第2部分41bに取付けられた金属リチウム43も非水電解液5に浸される。この金属リチウム43は、外側負極集電体41及び負極側導電性接続部材25を介して各負極集電体311に短絡されている。そのため金属リチウム43は外側負極集電体41及び各負極集電体311に電子を放出するとともに、非水電解液5中にリチウムイオンとして溶出される。
By filling the
非水電解液5中に溶出されたリチウムイオンは、幅方向に沿って蓄電ユニット2内の外側負極ユニット4の表面を泳動するとともに、側部セパレータ333を通過して各負極ユニット31の表面を幅方向に沿って泳動する。そして、外側負極ユニット4の外側負極活物質42及び各負極ユニット31の負極活物質312にリチウムイオンが吸蔵される。こうしてプレドープが完了する。プレドープが完了した場合、図4に示すように外側負極ユニット4に設けられていた金属リチウム43は消失する。
The lithium ions eluted in the
このように、本実施形態によれば、外側負極集電体41に取付けられた金属リチウム43が、内部積層体3の側面に対面している。よって、非水電解液5に溶出したリチウムイオンが、内部積層体3にその側面から進入する。内部積層体3の側面には各負極ユニット31の端部が望んでいる。したがって、リチウムイオンはそれぞれの負極ユニット31の端部から各負極ユニット31内に容易に進入し、各負極ユニット31の表面に沿って泳動することができる。よって、全ての負極ユニット31に設けられた負極活物質312及び外側負極ユニット4に設けられた外側負極活に均一にリチウムイオンをプレドープすることができる。さらに、本実施形態によれば、図9に示すように、第2工程にて、金属リチウム43が内部積層体3内の負極ユニット31及び正極ユニット32の積層方向(前後方向)の全域に亘って側部セパレータ333に対面配置するように、外側負極ユニット4で内部積層体3が覆われる。つまり、金属リチウム43が、側部セパレータ333を挟んで内部積層体3の全ての負極ユニット31の端部に面している。このため非水電解液5に溶出したリチウムイオンは全ての負極ユニット31に均等に進入し、全ての負極ユニット31の負極活物質312に均等にリチウムイオンをドープすることができる。
Thus, according to the present embodiment, the
また、図5に示すように、全ての内部セパレータ331及び端部セパレータ332の幅方向における左方の端部が側部セパレータ333に連結されている。このため、隣接する内部セパレータ331の左方の端部間の隙間、或いは隣接する端部セパレータ332と内部セパレータ331の左方の端部間の隙間が、側部セパレータ333により塞がれる。よって、隣接する2つのセパレータ間に配設される負極ユニット31或いは正極ユニット32の左方の端部(外側負極ユニット4に覆われる側の端部)が側部セパレータ333に覆われ、これらの端部が内部積層体3の側面から露出することが防止される。その結果、外側負極ユニット4で内部積層体3を覆う際に負極ユニット31及び正極ユニット32が湾曲して内部積層体3の側面からこれらの端部が部分的に露出することが防止される。故に、部分的に露出した部分が接触して負極ユニット31と正極ユニット32とが短絡することを確実に防止できる。
Further, as shown in FIG. 5, the left ends in the width direction of all the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態に係る蓄電デバイスとしてのリチウムイオンキャパシタの全体構成は、上記第1実施形態で説明した図1に示す構成と同一である。したがって、本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタも、蓄電ユニット2と、非水電解液5と、ケース6とを備える。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The overall configuration of the lithium ion capacitor as the electricity storage device according to the present embodiment is the same as the configuration illustrated in FIG. 1 described in the first embodiment. Therefore, the lithium ion capacitor according to the present embodiment also includes the
図11は、本実施形態に係る蓄電ユニット2を高さ方向に垂直な断面で切断した断面図である。図11に示すように、本実施形態に係る蓄電ユニット2は、内部積層体3’と外側負極ユニット4’とを有する。外側負極ユニット4’によって内部積層体3’が覆われる。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the
図12は、図11に示す蓄電ユニット2の内部積層体3’を示す図である。図12に示すように、内部積層体3’は、複数の負極ユニット31と、複数の正極ユニット32と、セパレータ33’とを備える。セパレータ33’を挟んで複数の負極ユニット31と複数の正極ユニット32が前後方向に沿って積層される。本実施形態に係る内部積層体3’は直方体形状を呈し、負極ユニット31と正極ユニット32の積層方向(前後方向)の両端面及び積層方向に沿った4側面によって形作られる。負極ユニット31の構成及び正極ユニット32の構成は、上記第1実施形態で説明した負極ユニット31の構成及び正極ユニット32の構成と同一であるので、その説明は省略する。
FIG. 12 is a diagram showing the inner
内部積層体3’のセパレータ33’は、複数の内部セパレータ331’と、一対の端部セパレータ332’と、一対の側部セパレータ(左側部セパレータ333L、右側部セパレータ333R)とを有する。複数の内部セパレータ331’を挟んで負極ユニット31と正極ユニット32が前後方向に沿って交互に積層され、積層方向(前後方向)における両端に一対の端部セパレータ332’,332’が配設される。また、左側部セパレータ333Lは内部積層体3’の4側面のうち図12の左側面を形成するように積層方向に沿って配設され、右側部セパレータ333Rは内部積層体3’の4側面のうち図12の右側面を形成するように積層方向に沿って配設される。全ての内部セパレータ331及び端部セパレータ332の幅方向における左方の端部が左側部セパレータ333Lに連結される。したがって、図12に示すように、セパレータ33’内に一方の端部が左側部セパレータ333Lで塞がれた空間が積層方向(前後方向)に沿って形成され、この空間内にそれぞれ負極ユニット31或いは正極ユニット32が配設される。なお、端部セパレータ332’とそれに隣接する内部セパレータ331’との間の空間、すなわち積層方向における両端に位置する空間には、正極ユニット32が配設される。また、全ての内部セパレータ331’及び端部セパレータ332’の幅方向における右方の端部は、右側部セパレータ333Rに連結されていてもよいが、内部積層体3’を形成することが困難である場合は連結していなくても良い。
The
図11に示すように、内部積層体3’を包むように外側負極ユニット4’が設けられる。図13は、外側負極ユニット4’を展開して示す図であり、図13(a)が正面図、図13(b)が側面図である。図13に示すように、本実施形態に係る外側負極ユニット4’は、シート状の外側負極集電体41’と、外側負極活物質42とを有する。外側負極集電体41’は、それぞれ長方形状の第1部分41a、第2部分41b、第3部分41c、第4部分41dがこの順に図13の横方向に連なった横長の長方形状を呈する。第1部分41aの左上部分及び第3部分41cの右上部分に負極リード部Aが形成される。第1部分41a及び第3部分41cは、負極ユニット31の負極集電体311と同一の大きさ及び形状を有する(図5参照)。
As shown in FIG. 11, an outer negative electrode unit 4 'is provided so as to enclose the inner laminate 3'. FIG. 13 is a developed view of the outer
第1部分41a及び第3部分41cの同じ側を向いた一方面に、外側負極活物質42が塗工される。一方、第1部分41a及び第3部分41cの同じ側を向いた他方面、第2部分41b、第4部分41d及び負極リード部A,Aには、外側負極活物質42は塗工されていない。第2部分41b及び第4部分41dのうち、第1部分41a及び第3部分41cの一方面(外側負極活物質42が塗られた面)と同じ側を向いた面(図13において黒塗りしている部分)には、このリチウムイオンキャパシタ1の製造時に用いる金属リチウム43が貼り付けられている。金属リチウム43は、リチウムイオンキャパシタ1の製造過程において非水電解液5中にイオンとして溶出するため、リチウムイオンキャパシタ1の製造が完了したとき、厳密にはプレドープが完了したときには、既に消失している。
The outer negative electrode
図11に良く示すように、外側負極ユニット4’は、負極ユニット31と正極ユニット32の積層方向(前後方向)における内部積層体3’の両端面及び幅方向における左右側面に対面するように、内部積層体3’を覆う。この場合において、内部積層体3’の前方端面に配設された端部セパレータ332’に外側負極集電体41’の第1部分41aに塗工された外側負極活物質42が対面接触する。また、内部積層体3’の後方端面に配設された端部セパレータ332に外側負極集電体41’の第3部分41cに塗工された外側負極活物質42が対面接触する。さらに、外側負極集電体41’の第2部分41bが、内部積層体3’の幅方向における左側面に設けられた左側部セパレータ333Lに対面配置し、外側負極集電体41’の第4部分41dが、内部積層体3’の幅方向における右側面に設けられた右側部セパレータ333Rに対面配置する。
As shown in FIG. 11, the outer
その他の構成は、上記第1実施形態で同様であるので、その説明は省略する。 Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
次に、本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタの製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a lithium ion capacitor according to this embodiment will be described.
(第1工程)
まず、図12に示すような内部積層体3’を形成する。つまり、負極ユニット31と正極ユニット32とを内部セパレータ331’を挟んで交互に積層する。また、一対の端部セパレータ332’,332’を、負極ユニット31と正極ユニット32との積層体の両端面に配設する。さらに、左側部セパレータ333Lが内部積層体3’の図12において左側面を形成するように左側部セパレータ333Lを積層方向に沿って配設し、右側部セパレータ333Rが内部積層体3’の図12において右側面を形成するように右側部セパレータ333Rを積層方向に沿って配設する。このようにして、積層方向における両端面に一対の端部セパレータ332,332が配置し、左側面に左側部セパレータ333Lが配置し、右側面に右側部セパレータ333Rが配置した内部積層体3が形成される。
(First step)
First, an
(第2工程)
次いで、外側負極集電体41’を用意する。そして、用意した外側負極集電体41’の第1部分41a及び第3部分41cの一方面に外側負極活物質42を塗工するとともに、第2部分41b及び第4部分41dの一方面に金属リチウム43を貼り付けることにより、外側負極ユニット4’を形成する。この場合において、金属リチウム43が確実に外側負極集電体41’の第2部分41b及び第4部分41dに接触するように、金属リチウム43を第2部分41b及び第4部分41dに圧着させるとよい。
(Second step)
Next, an outer negative electrode
次いで、外側負極ユニット4’で内部積層体3’を覆う。この場合において、内部積層体3’中の負極ユニット31及び正極ユニット32の積層方向(前後方向)における前方端面に配置された端部セパレータ332’に外側負極集電体41’の第1部分41aに塗工されている外側負極活物質42が面し、積層方向における後方端面に配置された端部セパレータ332’に外側負極集電体41’の第3部分41cに塗工されている外側負極活物質42が面し、内部積層体3’の左側面に配設されている左側部セパレータ333Lに外側負極集電体41’の第2部分41bに圧着された金属リチウム43が面し、内部積層体3の右側面に配設されている右側部セパレータ333Rに外側負極集電体41’の第4部分41dに圧着された金属リチウム43が面するように、内部積層体3’を外側負極ユニット4’によって覆う。これによりプレドープ前の蓄電ユニット2が形成される。図14は第2工程にて形成されたプレドープ前の蓄電ユニット2を示す図である。ここで、図14に示すように、外側負極集電体41’の第2部分41b及び第4部分41dに設けられた金属リチウム43は、内部積層体3内の負極ユニット31及び正極ユニット32の積層方向(前後方向)の全域に亘って側部セパレータ333(左側部セパレータ333L、右側部セパレータ333R)に対面配置する。
Next, the
(第3工程)
次に、負極集電体311及び外側負極集電体41’の負極リード部Aを負極側導電性接続部材25で接続することにより、蓄電ユニット2中の全ての負極集電体311及び外側負極集電体41’とを電気的に接続する。また、正極集電体321の正極リード部Bを正極側導電性接続部材26で接続することにより、蓄電ユニット2中の全ての正極集電体321を電気的に接続する。そして、蓄電ユニット2をケース6内に入れ、負極側導電性接続部材25を負極端子62に接続し、正極側導電性接続部材26を正極端子61に接続する。
(Third step)
Next, by connecting the negative electrode lead part A of the negative electrode
(第4工程)
その後、ケース6内に非水電解液5を充填する。充填後、ケース6の開口に正極端子61及び負極端子62を挟み、その状態で開口部分を溶着により封止する。図15に第4工程が完了したリチウムイオンキャパシタを示す。
(4th process)
Thereafter, the nonaqueous
第4工程にてケース6内に非水電解液5を充填することにより、蓄電ユニット2が非水電解液5に浸される。これにより、蓄電ユニット2の外側負極集電体41’の第2部分41b及び第4部分41dに取付けられた金属リチウム43も非水電解液5に浸される。この金属リチウム43は、外側負極集電体41’及び負極側導電性接続部材25を介して各負極集電体311に短絡されている。そのため金属リチウム43は外側負極集電体41’及び各負極集電体311に電子を放出するとともに、非水電解液5中にリチウムイオンとして溶出される。
By filling the
外側負極集電体41’の第2部分41bに設けられた金属リチウム43から非水電解液5中に溶出されたリチウムイオンは、幅方向に沿って蓄電ユニット2内の外側負極ユニット4’の表面を泳動するとともに、左側部セパレータ333Lを通過して各負極ユニット31の表面を幅方向に沿って泳動する。そして、外側負極ユニット4’の外側負極活物質42及び各負極ユニット31の負極活物質312にリチウムイオンが吸蔵される。また、外側負極集電体41’の第4部分41dに設けられた金属リチウム43から非水電解液5中に溶出されたリチウムイオンは、幅方向に沿って蓄電ユニット2内の外側負極ユニット4’の表面を泳動するとともに、右側部セパレータ333Rを通過して各負極ユニット31の表面を幅方向に沿って泳動する。そして、外側負極ユニット4’の外側負極活物質42及び各負極ユニット31の負極活物質312にリチウムイオンが吸蔵される。こうしてプレドープが完了する。プレドープが完了した場合、外側負極ユニット4に設けられていた金属リチウム43は消失する。
Lithium ions eluted into the
このように、本実施形態によれば、外側負極集電体41’に取付けられた金属リチウム43が、内部積層体3’の対向する2側面に対面している。よって、非水電解液5に溶出したリチウムイオンが、内部積層体3’にその対向する2側面から進入する。内部積層体3’の側面には各負極ユニット31の端部が望んでいる。したがって、リチウムイオンはそれぞれの負極ユニット31の端部から各負極ユニット31内に容易に進入し、各負極ユニット31の表面に沿って泳動することができる。よって、全ての負極ユニット31に設けられた負極活物質312及び外側負極ユニット4’に設けられた外側負極活物質42に均一にリチウムイオンをプレドープすることができる。さらに、本実施形態によれば、図14に示すように、第2工程にて、外側負極ユニット4’に設けられた金属リチウム43が内部積層体3’内の負極ユニット31及び正極ユニット32の積層方向(前後方向)の全域に亘って左側部セパレータ333L及び右側部セパレータ333Rに対面配置するように、外側負極ユニット4’で内部積層体3’が覆われる。つまり、金属リチウム43が、側部セパレータを挟んで内部積層体3’の全ての負極ユニット31の端部に面している。このため非水電解液5に溶出したリチウムイオンは全ての負極ユニット31に均等に進入し、全ての負極ユニット31の負極活物質312に均等にリチウムイオンをドープすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、非水電解液5中のリチウムイオンが各負極ユニット31に対向する2方向から進入するため、効率的にプレドープが進行し、プレドープ時間を短縮できるとともに、一つの負極集電体311上の負極活物質312内の全領域にむらなくリチウムイオンをプレドープすることができる。
In addition, according to the present embodiment, since lithium ions in the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態に係る蓄電デバイスとしてのリチウムイオンキャパシタの全体構成も上記第1実施形態で説明した図1に示す構成と同一である。したがって、本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタも、蓄電ユニット2と、非水電解液5と、ケース6とを備える。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The overall configuration of the lithium ion capacitor as the electricity storage device according to this embodiment is also the same as the configuration shown in FIG. 1 described in the first embodiment. Therefore, the lithium ion capacitor according to the present embodiment also includes the
図16は、本実施形態に係る蓄電ユニット2を高さ方向に垂直な断面で切断した断面図である。図16に示すように、本実施形態に係る蓄電ユニット2は、内部積層体3”と外側負極ユニット4”とを有する。外側負極ユニット4”によって内部積層体3”が覆われる。
FIG. 16 is a cross-sectional view of the
図17は、図16に示す蓄電ユニット2の内部積層体3”を示す図である。図16に示すように、内部積層体3”は、複数の負極ユニット31と、複数の正極ユニット32と、セパレータ33”とを備える。セパレータ33”を挟んで複数の負極ユニット31と複数の正極ユニット32が前後方向に沿って積層される。内部積層体3”は直方体形状を呈し、負極ユニット31と正極ユニット32の積層方向(前後方向)の両端面及び積層方向に沿った4側面によって形作られる。負極ユニット31の構成及び正極ユニット32の構成は、上記第1実施形態で説明した負極ユニット31の構成及び正極ユニット32の構成と同一であるので、その説明は省略する。
FIG. 17 is a diagram showing the
内部積層体3”のセパレータ33”は、複数の内部セパレータ331”と、一対の端部セパレータ332”と、一対の側部セパレータ(左側部セパレータ333L、右側部セパレータ333R)と、後述する下側部セパレータ333Dとを有する。複数の内部セパレータ331”を挟んで負極ユニット31と正極ユニット32が前後方向に沿って交互に積層され、積層方向(前後方向)における両端面に一対の端部セパレータ332”,332”が配設される。また、左側部セパレータ333Lは内部積層体3”の4側面のうち図17の左側面を形成するように積層方向に沿ってに配設され、右側部セパレータ333Rは内部積層体3”の4側面のうち図17の右側面を形成するように積層方向に沿って配設される。全ての内部セパレータ331及び端部セパレータ332の幅方向における左方の端部が左側部セパレータ333Lに連結される。したがって、図17に示すように、セパレータ33”内に一方の端部が左側部セパレータ333Lで塞がれた空間が積層方向(前後方向)に沿って形成され、この空間内にそれぞれ負極ユニット31或いは正極ユニット32が配設される。なお、端部セパレータ332”とそれに隣接する内部セパレータ331”との間の空間、すなわち積層方向における両端に位置する空間には、正極ユニット32が配設される。また、全ての内部セパレータ331”及び端部セパレータ332”の幅方向における右方の端部は、右側部セパレータ333Rに連結されていてもよいが、内部積層体3”を形成することが困難である場合は連結していなくても良い。
The
図18は、図16のXVIII−XVIII断面図である。図18に示すように、積層方向(前後方向)における内部積層体3”の前方端に配設された端部セパレータ332”の高さ方向下方端に、下側部セパレータ333Dが接続されている。下側部セパレータ333Dは、内部積層体3”の4側面のうち図18の下側面に配設される。
18 is a cross-sectional view taken along the line XVIII-XVIII in FIG. As shown in FIG. 18, the
図19は、外側負極ユニット4”を展開して示す図であり、図19(a)が正面図、図19(b)が側面図である。図19に示すように、本実施形態に係る外側負極ユニット4”は、シート状の外側負極集電体41”と、外側負極活物質42とを有する。外側負極集電体41”は、それぞれ長方形状の第1部分41a、第2部分41b、第3部分41c、第4部分41d、及び第5部分41eを備える。第1部分41a、第2部分41b、第3部分41c及び第4部分41dがこの順に図19の横方向に連なる。また、第1部分41aの図19において下端に第5部分41eが連なる。第1部分41aの左上部分及び第3部分41cの右上部分に負極リード部Aが形成される。第1部分41a及び第3部分41cは、負極ユニット31の負極集電体311と同一の大きさ及び形状を有する(図5参照)。
19 is an expanded view of the outer
第1部分41a及び第3部分41cの同じ側を向いた一方面に、外側負極活物質42が塗工される。一方、第1部分41a及び第3部分41cの同じ側を向いた他方面、第2部分41b、第4部分41d、第5部分41e及び負極リード部A,Aには、外側負極活物質42は塗工されていない。第2部分41b、第4部分41d及び第5部分41eのうち、第1部分41a及び第3部分41cの一方面(外側負極活物質42が塗られた面)と同じ側を向いた面(図13において黒塗りしている部分)には、このリチウムイオンキャパシタ1の製造時に用いる金属リチウム43が貼り付けられている。金属リチウム43は、リチウムイオンキャパシタ1の製造過程において非水電解液5中にイオンとして溶出するため、リチウムイオンキャパシタ1の製造が完了したとき、厳密にはプレドープが完了したときには、既に消失している。
The outer negative electrode
図16及び図18からわかるように、外側負極ユニット4”は、負極ユニット31と正極ユニット32の積層方向(前後方向)における内部積層体3”の両端面、内部積層体3”の幅方向の左右側面、及び高さ方向の下側面に、それぞれ対面するように、内部積層体3”を覆う。つまり、直方体状の内部積層体3”を形作る6面(2端面及び4側面)のうちの5面(両端面及び3側面)に外側負極ユニット4”が配設される。外側負極ユニット4”に覆われていない側面からは、負極リード部A及び正極リード部Bが突出している。この場合において、積層方向(前後方向)における内部積層体3”の前方端面に配設された端部セパレータ332”に外側負極集電体41”の第1部分41aに塗工された外側負極活物質42が対面接触し、後方端面に配設された端部セパレータ332”に外側負極集電体41”の第3部分41cに塗工された外側負極活物質42が対面接触する。さらに、外側負極集電体41”の第2部分41bが、内部積層体3”の幅方向における左側面に設けられた左側部セパレータ333Lに対面配置し、外側負極集電体41”の第4部分41dが、内部積層体3”の幅方向における右側面に設けられた右側部セパレータ333Rに対面配置する。さらに、外側負極集電体41”の第5部分41eが、内部積層体3”の高さ方向における下側面に設けられた下側部セパレータ333Dに対面配置する。
As can be seen from FIGS. 16 and 18, the outer
その他の構成は、上記第1実施形態で同様であるので、その説明は省略する。 Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
次に、本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタの製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a lithium ion capacitor according to this embodiment will be described.
(第1工程)
まず、内部積層体3”を形成する。つまり、負極ユニット31と正極ユニット32とを内部セパレータ331”を挟んで交互に積層する。また、一対の端部セパレータ332”,332”を、負極ユニット31と正極ユニット32との積層体の積層方向の両端面に配設する。さらに、左側部セパレータ333Lが内部積層体3”の図17においてを左側面を形成するように左側部セパレータ333Lを積層方向に沿って配設し、右側部セパレータ333Rが内部積層体3”の図17において右側面を形成するように右側部セパレータ333Rを積層方向に沿って配設する。さらに、下側部セパレータ333Dが内部積層体3”の図18において下側面を形成するように下側部セパレータ333Dを積層方向に沿って配設する。このようにして、積層方向における両端面に一対の端部セパレータ332,332が配置し、左側面に左側部セパレータ333Lが配置し、右側面に右側部セパレータ333Rが配置し、下側面に下側部セパレータ333Dが配置した内部積層体3”が形成される。
(First step)
First, the inner
(第2工程)
次いで、外側負極集電体41”を用意する。そして、用意した外側負極集電体41”の第1部分41a及び第3部分41cの一方面に外側負極活物質42を塗工するとともに、第2部分41b、第4部分41d及び第5部分41eの一方面に金属リチウム43を貼り付けることにより、外側負極ユニット4”を形成する。この場合において、金属リチウム43が確実に外側負極集電体41’の第2部分41b、第4部分41d及び第5部分41eに接触するように、金属リチウム43を第2部分41b、第4部分41d及び第5部分41eに圧着させるとよい。
(Second step)
Next, an outer negative electrode
次いで、外側負極ユニット4”で内部積層体3”を覆う。この場合において、内部積層体3”中の負極ユニット31及び正極ユニット32の積層方向(前後方向)における前方端面に配置された端部セパレータ332”に外側負極集電体41”の第1部分41aに塗工されている外側負極活物質42が面し、積層方向における後方端面に配置された端部セパレータ332”に外側負極集電体41”の第3部分41cに塗工されている外側負極活物質42が面し、内部積層体3”の左側面に配設されている左側部セパレータ333Lに外側負極集電体41”の第2部分41bに圧着された金属リチウム43が面し、内部積層体3の右側面に配設されている右側部セパレータ333Rに外側負極集電体41”の第4部分41dに圧着された金属リチウム43が面し、さらに内部積層体3”の下側面に配設されている下側部セパレータ333Dに外側負極集電体41”の第5部分41eに圧着された金属リチウム43が面するように、内部積層体3”を外側負極ユニット4”によって覆う。これによりプレドープ前の蓄電ユニット2が形成される。
Next, the
(第3工程)
次に、負極集電体311及び外側負極集電体41”の負極リード部Aを負極側導電性接続部材25で接続することにより、蓄電ユニット2中の全ての負極集電体311及び外側負極集電体41”とを電気的に接続する。また、正極集電体321の正極リード部Bを正極側導電性接続部材26で接続することにより、蓄電ユニット2中の全ての正極集電体321を電気的に接続する。そして、蓄電ユニット2をケース6内に入れ、負極側導電性接続部材25を負極端子62に接続し、正極側導電性接続部材26を正極端子61に接続する。
(Third step)
Next, by connecting the negative electrode lead part A of the negative electrode
(第4工程)
その後、ケース6内に非水電解液5を充填する。充填後、ケース6の開口に正極端子61及び負極端子62を挟み、その状態で開口部分を溶着により封止する。図20,21に第4工程が完了したリチウムイオンキャパシタの断面図を示す。
(4th process)
Thereafter, the nonaqueous
第4工程にてケース6内に非水電解液5を充填することにより、蓄電ユニット2が非水電解液5に浸される。これにより、蓄電ユニット2の外側負極集電体41”の第2部分41b、第4部分41d及び第5部分41eに取付けられた金属リチウム43も非水電解液5に浸される。この金属リチウム43は、外側負極集電体41”及び負極側導電性接続部材25を介して各負極集電体311に短絡されている。そのため金属リチウム43は外側負極集電体41”及び各負極集電体311に電子を放出するとともに、非水電解液5中にリチウムイオンとして溶出される。
By filling the
外側負極集電体41”の第2部分41bに設けられた金属リチウム43から非水電解液5中に溶出されたリチウムイオンは、幅方向に沿って蓄電ユニット2内の外側負極ユニット4”の表面を泳動するとともに、左側部セパレータ333Lを通過して各負極ユニット31の表面を幅方向に沿って泳動する。そして、外側負極ユニット4”の外側負極活物質42及び各負極ユニット31の負極活物質312にリチウムイオンが吸蔵される。また、外側負極集電体41”の第4部分41dに設けられた金属リチウム43から非水電解液5中に溶出されたリチウムイオンは、幅方向に沿って蓄電ユニット2内の外側負極ユニット4”の表面を泳動するとともに、右側部セパレータ333Rを通過して各負極ユニット31の表面を幅方向に沿って泳動する。そして、外側負極ユニット4”の外側負極活物質42及び各負極ユニット31の負極活物質312にリチウムイオンが吸蔵される。さらに、外側負極集電体41”の第5部分41eに設けられた金属リチウム43から非水電解液5中に溶出されたリチウムイオンは、高さ方向に沿って蓄電ユニット2内の外側負極ユニット4”の表面を泳動するとともに、下側部セパレータ334を通過して各負極ユニット31の表面を高さ方向に沿って泳動する。そして、外側負極ユニット4”の外側負極活物質42及び各負極ユニット31の負極活物質312にリチウムイオンが吸蔵される。こうしてプレドープが完了する。プレドープが完了した場合、外側負極ユニット4に設けられていた金属リチウム43は消失する。
Lithium ions eluted into the
このように、本実施形態によれば、外側負極集電体41”に取付けられた金属リチウム43が、内部積層体3”の3側面に対面している。よって、非水電解液5に溶出したリチウムイオンが、内部積層体3”の3側面から内部積層体3”内に進入する。内部積層体3”の側面には各負極ユニット31の端部が望んでいる。したがって、リチウムイオンはそれぞれの負極ユニット31の端部から各負極ユニット31内に容易に進入し、各負極ユニット31の表面に沿って泳動することができる。よって、全ての負極ユニット31に設けられた負極活物質312及び外側負極ユニット4”に設けられた外側負極活物質42に均一にリチウムイオンをプレドープすることができる。さらに、本実施形態によれば、図20,21に示すように、外側負極ユニット4”に設けられた金属リチウム43が内部積層体3”内の負極ユニット31及び正極ユニット32の積層方向(前後方向)の全域に亘って左側部セパレータ333L、右側部セパレータ333R及び下側部セパレータ333Dに対面配置するように、外側負極ユニット4”で内部積層体3”が覆われる。つまり、金属リチウム43が、側部セパレータを挟んで内部積層体3”の全ての負極ユニット31の端部に面している。このため非水電解液5に溶出したリチウムイオンは全ての負極ユニット31に均等に進入し、全ての負極ユニット31の負極活物質312に均等にリチウムイオンをドープすることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、非水電解液5中のリチウムイオンが各負極ユニット31に3方向から進入するため、より効率的にプレドープが進行し、プレドープ時間をより一層短縮できるとともに、一つの負極集電体311上の負極活物質312内の全領域にむらなくリチウムイオンをプレドープすることができる。
In addition, according to the present embodiment, since lithium ions in the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記各実施形態においては、内部積層体の形状が直方体形状である例について説明したが、多角柱形状であってもよく、また円柱形状であってもよい。すなわち内部積層体が両端面及び側面を有する形状であればよい。また、上記実施形態では蓄電デバイスとしてリチウムイオンキャパシタを例示したが、リチウムイオンがプレドープされたリチウム電池にも本発明を適用することができる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention should not be limited to the said embodiment. For example, in each of the above-described embodiments, the example in which the shape of the inner laminated body is a rectangular parallelepiped shape has been described, but it may be a polygonal column shape or a cylindrical shape. That is, the inner laminate may have a shape having both end faces and side faces. Moreover, although the lithium ion capacitor was illustrated as an electrical storage device in the said embodiment, this invention is applicable also to the lithium battery by which lithium ion was pre-doped. Thus, the present invention can be modified without departing from the gist thereof.
1…リチウムイオンキャパシタ(蓄電デバイス)、2…蓄電ユニット、3,3’,3”…内部積層体、31…負極ユニット、311…負極集電体、312…負極活物質、32…正極ユニット、321…正極集電体、322…正極活物質、33,33’,33”…セパレータ、331,331’,331”…内部セパレータ、332,332’,332”…端部セパレータ、333…側部セパレータ、333D…下側部セパレータ、333L…左側部セパレータ、333R…右側部セパレータ、4…外側負極ユニット、41…外側負極集電体、41a…第1部分、41b…第2部分、41c…第3部分、41d…第4部分、41e…第5部分、42…外側負極活物質、43…金属リチウム、5…非水電解液、6…ケース
DESCRIPTION OF
Claims (6)
第1部分、第2部分及び第3部分がこの順に連なるように形成された平板状の外側負極集電体及び前記第1部分及び前記第3部分の一方面に設けられた外側負極活物質並びに前記第2部分に設けられた金属リチウムを有する外側負極ユニットの前記外側負極活物質が前記内部積層体の両端面に面するとともに、前記金属リチウムが前記内部積層体の側面に面するように、前記外側負極ユニットで前記内部積層体を覆うことにより、前記内部積層体と前記外側負極ユニットとを有する蓄電ユニットを形成する第2工程と、
前記蓄電ユニット中の全ての前記負極集電体及び前記外側負極集電体とを電気的に接続する第3工程と、
前記第3工程にて全ての前記負極集電体及び前記外側負極集電体とが電気的に接続された前記蓄電ユニットを電解液中に浸すことにより、前記金属リチウムを前記負極活物質及び前記外側負極活物質にプレドープする第4工程と、
を含む、蓄電デバイスの製造方法。 A negative electrode unit having a flat negative electrode current collector and a negative electrode active material provided on both surfaces of the negative electrode current collector, a flat positive electrode current collector, and a positive electrode active material provided on both surfaces of the positive electrode current collector A first step of forming an inner laminate by alternately laminating positive electrode units having a separator therebetween,
A plate-like outer negative electrode current collector formed such that the first part, the second part, and the third part are connected in this order; an outer negative electrode active material provided on one surface of the first part and the third part; The outer negative electrode active material of the outer negative electrode unit having metal lithium provided in the second portion faces both end surfaces of the inner laminate, and the metal lithium faces side surfaces of the inner laminate. A second step of forming a power storage unit having the inner multilayer body and the outer negative electrode unit by covering the inner multilayer body with the outer negative electrode unit;
A third step of electrically connecting all the negative electrode current collector and the outer negative electrode current collector in the power storage unit;
By immersing the power storage unit in which all the negative electrode current collector and the outer negative electrode current collector are electrically connected in the third step in an electrolytic solution, the metal lithium is added to the negative electrode active material and the negative electrode active material. A fourth step of pre-doping the outer negative electrode active material;
A method for manufacturing an electricity storage device, comprising:
前記セパレータは内部セパレータ及び側部セパレータを備え、
前記第1工程は、前記負極ユニットと前記正極ユニットとを前記内部セパレータを挟んで交互に積層するとともに、前記側部セパレータが前記内部積層体の側面を形成するように前記側部セパレータを前記負極ユニットと前記正極ユニットの積層方向に沿って配設することにより、前記内部積層体を形成する工程であり、
前記第2工程は、前記外側負極ユニットの前記外側負極活物質が前記内部積層体の両端面に面するとともに、前記金属リチウムが前記側部セパレータに面するように、前記外側負極ユニットで前記内部積層体を覆うことにより、蓄電ユニットを形成する工程である、蓄電デバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the electrical storage device according to claim 1,
The separator comprises an internal separator and a side separator;
In the first step, the negative electrode unit and the positive electrode unit are alternately stacked with the inner separator interposed therebetween, and the side separator is attached to the negative electrode so that the side separator forms a side surface of the inner stacked body. A step of forming the inner laminate by disposing the unit and the positive electrode unit along the lamination direction;
In the second step, the outer negative electrode active material of the outer negative electrode unit faces both end surfaces of the inner laminate, and the inner negative electrode unit causes the inner lithium electrode to face the side separator. A method for manufacturing an electricity storage device, which is a step of forming an electricity storage unit by covering a laminate.
前記セパレータは更に一対の端部セパレータを備え、
前記第1工程は、前記負極ユニットと前記正極ユニットとを前記内部セパレータを挟んで交互に積層し、前記一対の端部セパレータを前記内部積層体の両端面に配設するとともに、前記側部セパレータが前記内部積層体の側面を形成するように前記側部セパレータを前記負極ユニットと前記正極ユニットの積層方向に沿って配設することにより、前記内部積層体を形成する工程であり、
前記第2工程は、前記外側負極ユニットの前記外側負極活物質が前記端部セパレータに面するとともに、前記金属リチウムが前記側部セパレータに面するように、前記外側負極ユニットで前記内部積層体を覆うことにより、蓄電ユニットを形成する工程である、蓄電デバイスの製造方法。 In the manufacturing method of the electrical storage device of Claim 2,
The separator further comprises a pair of end separators,
In the first step, the negative electrode unit and the positive electrode unit are alternately stacked with the inner separator interposed therebetween, the pair of end separators are disposed on both end surfaces of the inner stacked body, and the side separator Is a step of forming the inner laminate by disposing the side separator along the lamination direction of the negative electrode unit and the positive electrode unit so as to form a side surface of the inner laminate,
In the second step, the outer negative electrode active material of the outer negative electrode unit faces the end separator, and the inner laminate is formed by the outer negative electrode unit so that the metallic lithium faces the side separator. A method of manufacturing an electricity storage device, which is a step of forming an electricity storage unit by covering.
第1部分、第2部分及び第3部分がこの順に連なるように形成された平板状の外側負極集電体と、前記第1部分及び前記第2部分の一方面に設けられリチウムイオンがプレドープされた外側負極活物質とを有し、前記外側負極活物質が前記内部積層体の両端面に面するとともに前記第2部分が前記内部積層体の側面に面するように、前記内部積層体を覆う外側負極ユニットと、を備える蓄電ユニットと、
前記蓄電ユニットを内部に収納するケースと、
前記ケースに充填された電解液と、
を備える、蓄電デバイス。 A negative electrode unit having a flat negative electrode current collector and a negative electrode active material provided on both surfaces of the negative electrode current collector, a flat positive electrode current collector, and a positive electrode active material provided on both surfaces of the positive electrode current collector An internal laminate formed by alternately laminating the negative electrode unit and the positive electrode unit with the separator interposed therebetween,
A flat plate-like outer negative electrode current collector formed so that the first part, the second part, and the third part are connected in this order, and lithium ions are pre-doped on one surface of the first part and the second part. And covering the inner laminate so that the outer negative electrode active material faces both end faces of the inner laminate and the second portion faces a side surface of the inner laminate. An electricity storage unit comprising an outer negative electrode unit;
A case for storing the power storage unit therein;
An electrolyte filled in the case;
An electricity storage device comprising:
前記セパレータは内部セパレータ及び側部セパレータを備え、
前記内部セパレータを挟んで前記負極ユニットと前記正極ユニットとが交互に積層されており、
前記側部セパレータは、前記内部積層体の側面を形成するように前記内部積層体の積層方向に沿って配設されており、
前記第2部分が前記側部セパレータに対面配置されている、蓄電デバイス。 The electricity storage device according to claim 4,
The separator comprises an internal separator and a side separator;
The negative electrode unit and the positive electrode unit are alternately stacked with the inner separator interposed therebetween,
The side separator is disposed along the stacking direction of the inner laminate so as to form a side surface of the inner laminate,
The electricity storage device, wherein the second portion is disposed facing the side separator.
前記セパレータは更に端部セパレータを備え、
前記端部セパレータは、前記内部積層体の両端面に配設されており、
前記第1部分及び前記第2部分に設けられた前記外側負極活物質が前記端部セパレータに対面配置されている、蓄電デバイス。 The electricity storage device according to claim 5,
The separator further comprises an end separator,
The end separator is disposed on both end faces of the inner laminate,
The electricity storage device, wherein the outer negative electrode active material provided in the first part and the second part is arranged to face the end separator.
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