JP2017147367A - Electrochemical device and electrochemical device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical device superior in productivity and reliability, and a method for manufacturing the electrochemical device.SOLUTION: An electrochemical device according to the present invention is arranged by laminating a positive electrode, a negative electrode and separators, and winding them so that a first principal face the negative electrode and a third principal face of the positive electrode are put on an inner side of the winding, and a second principal face of the negative electrode and a fourth principal face of the positive electrode are located on an outer side of the winding. In the electrochemical device, the separators serve to separate the positive and negative electrodes from each other. The first principal face has: a first region opposed to the positive electrode; and a second region located on an outermost side of the winding and protruding from an end of the positive electrode, and not opposed to the positive electrode. The second principal face has: a third region on a side opposite to the first region; and a fourth region on a side opposite to the second region. The fourth region includes an uncoated region where no negative electrode active material layer is formed. In the electrochemical device, metallic lithium is joined to the uncoated region, and lithium ions are pre-doped to a negative electrode active material layer by immersion in an electrolytic solution.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、正極、負極及びセパレータが捲回されて構成された蓄電素子を有する電気化学デバイス及びこの電気化学デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to an electrochemical device having a power storage element configured by winding a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a method for manufacturing the electrochemical device.

近年、太陽光、風力発電等によるクリーンエネルギの蓄電システムや、自動車、ハイブリッド電気自動車等の主電源又は補助電源として、キャパシタ等の電気化学デバイスが着目されている。ここで、電気二重層キャパシタは、高出力であるが容量が低く、電池は高容量であるが出力が低い。そこで、正極を分極性電極、負極をリチウム吸蔵可能な電極とするリチウムイオンキャパシタは電池よりも出力が高く、電気二重層キャパシタよりも高容量であるため、電気二重層キャパシタ又は電池からの置き換え用途が広がりつつある。   2. Description of the Related Art In recent years, electrochemical devices such as capacitors have attracted attention as a main power source or auxiliary power source for clean energy storage systems such as sunlight and wind power generation, automobiles, and hybrid electric vehicles. Here, the electric double layer capacitor has high output but low capacity, and the battery has high capacity but low output. Therefore, a lithium ion capacitor having a positive electrode as a polarizable electrode and a negative electrode as an electrode capable of occluding lithium has higher output than a battery and higher capacity than an electric double layer capacitor. Is spreading.

一方で、リチウムイオンキャパシタではリチウムイオンを負極にドープするプレドープと呼ばれる工程を必要とする。例えば、特許文献1には、リチウムイオンを吸蔵ないしドープさせるための金属リチウム板を電極群内に捲回配置したリチウムイオンキャパシタが開示されている。   On the other hand, a lithium ion capacitor requires a process called pre-doping for doping lithium ions into the negative electrode. For example, Patent Document 1 discloses a lithium ion capacitor in which a metal lithium plate for occluding or doping lithium ions is wound in an electrode group.

また、特許文献2には、負極集電体に活物質層を積層したリチウムイオン蓄電素子が開示されており、負極集電体上に活物質層を積層しない領域が形成され、その領域にリチウムが配置され、プレドープがなされている。   Patent Document 2 discloses a lithium ion storage element in which an active material layer is stacked on a negative electrode current collector, and a region in which no active material layer is stacked is formed on the negative electrode current collector, and a lithium ion storage element is formed in the region. Is arranged and pre-doped.

また、特許文献3には、リチウムイオン供給源であるリチウム金属と隣接する正極と負極との間に少なくとも2枚以上のセパレータを挟装させることにより、短絡等の不具合なく所定量のリチウムイオンを負極にドーピングすることができるリチウムイオンキャパシタが開示されている。   Patent Document 3 discloses that at least two separators are sandwiched between a positive electrode and a negative electrode adjacent to a lithium metal that is a lithium ion supply source, so that a predetermined amount of lithium ions can be obtained without a short circuit or the like. A lithium ion capacitor capable of doping the negative electrode is disclosed.

特開2011−139006号公報JP 2011-139006 A 特開2010−232565号公報JP 2010-232565 A 特許2009−059732号公報Japanese Patent No. 2009-059732

上記のようにリチウムイオンのプレドープが必要な電気化学デバイスにおいて、リチウム源の配置方法には、リチウム用集電体にリチウムを貼付し、このリチウム用集電体を負極集電体に接続する方法がある。しかし、リチウム用集電体を別途用意する必要があり、リチウム用集電体を負極集電体に接続する工程も必要となることから生産性が低いという問題がある。   In the electrochemical device that requires lithium ion pre-doping as described above, the lithium source is disposed by attaching lithium to the lithium current collector and connecting the lithium current collector to the negative electrode current collector. There is. However, it is necessary to prepare a current collector for lithium separately, and a process of connecting the current collector for lithium to the negative electrode current collector is also required, so that there is a problem that productivity is low.

また、特許文献1〜3に記載の発明では、リチウムイオンを負極にプレドープする際に発生する微小なリチウム粉が負極と対向する正極に到達して電圧降下が生じたり、高温下で負極が劣化したりする等、信頼性が確保されないおそれもある。   In addition, in the inventions described in Patent Documents 1 to 3, minute lithium powder generated when lithium ions are pre-doped into the negative electrode reaches the positive electrode facing the negative electrode, causing a voltage drop, or deterioration of the negative electrode at high temperatures. Reliability may not be ensured.

以上のような事情の鑑み、本発明の目的は、生産性かつ信頼性に優れた電気化学デバイス及びこの電気化学デバイスの製造方法を提供することを目的とする。   In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide an electrochemical device excellent in productivity and reliability and a method for producing the electrochemical device.

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、負極と、正極と、セパレータと、電解液とを有する。
上記負極は、金属箔であり、第1の主面と上記第1の主面とは反対側の第2の主面を有する負極集電体と、上記第1の主面と上記第2の主面に形成された負極活物質層とを有する。
上記正極は、金属箔であり、第3の主面と上記第3の主面とは反対側の第4の主面を有する正極集電体と、上記第3の主面と上記第4の主面に形成された正極活物質層とを有する。
上記セパレータは、上記正極と上記負極を絶縁する。
上記電解液は、上記正極と上記負極と上記セパレータを浸漬する。
上記電気化学デバイスは、上記正極、上記負極及び上記セパレータが積層され、上記第1の主面及び上記第3の主面が捲回内側となり、上記第2の主面及び上記第4の主面が捲回外側となるように捲回され、上記セパレータが上記正極と上記負極を隔てている電気化学デバイスであって、
上記第1の主面は、上記セパレータを介して上記正極と対向する第1の領域と、最も捲回外側の上記正極の端部よりも突出し、上記セパレータを介して上記正極と対向しない第2の領域とを有し、
上記第2の主面は、上記第1の領域と反対側の領域である第3の領域と、上記第2の領域と反対側の領域である第4の領域とを有し、
上記第4の領域は上記負極活物質層が形成されていない未塗工領域を含み、上記未塗工領域には金属リチウムが接合され、上記電解液に浸漬されることで、上記負極活物質層にリチウムイオンのプレドープがなされている
電気化学デバイスである。
In order to achieve the above object, an electrochemical device according to an embodiment of the present invention includes a negative electrode, a positive electrode, a separator, and an electrolytic solution.
The negative electrode is a metal foil, a negative electrode current collector having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, the first main surface, and the second main surface. A negative electrode active material layer formed on the main surface.
The positive electrode is a metal foil, a positive electrode current collector having a third main surface and a fourth main surface opposite to the third main surface, the third main surface, and the fourth main surface. A positive electrode active material layer formed on the main surface.
The separator insulates the positive electrode and the negative electrode.
The electrolytic solution immerses the positive electrode, the negative electrode, and the separator.
In the electrochemical device, the positive electrode, the negative electrode, and the separator are laminated, and the first main surface and the third main surface are wound inside, the second main surface, and the fourth main surface. Is an electrochemical device wound so as to be wound outside, and the separator separates the positive electrode and the negative electrode,
The first main surface protrudes from the first region facing the positive electrode through the separator and the end of the positive electrode on the outermost winding side, and does not face the positive electrode through the separator. And having an area of
The second main surface has a third region which is a region opposite to the first region, and a fourth region which is a region opposite to the second region,
The fourth region includes an uncoated region in which the negative electrode active material layer is not formed, and metallic lithium is joined to the uncoated region and immersed in the electrolytic solution, whereby the negative electrode active material An electrochemical device in which the layer is pre-doped with lithium ions.

この構成によれば、金属リチウムが、最も捲回外側の正極の端部よりも突出し、セパレータを介して正極と対向しない第4の領域に接合される。これにより、負極にリチウムイオンがプレドープされる際に、微小なリチウム粉が発生したとしても、当該リチウム粉の正極との接触が抑制される。よって、負極へのプレドープの過程で発生するリチウム粉の影響による不具合が発生しにくくなり、これまでのリチウムイオンキャパシタよりも安定した信頼性を確保することが可能となる。   According to this structure, metallic lithium protrudes from the end part of the positive electrode on the outermost winding side, and is bonded to the fourth region that does not face the positive electrode via the separator. Thereby, even when a minute lithium powder is generated when lithium ions are pre-doped on the negative electrode, the contact of the lithium powder with the positive electrode is suppressed. Therefore, it becomes difficult to produce the malfunction by the influence of the lithium powder which generate | occur | produces in the process of the pre dope to a negative electrode, and it becomes possible to ensure more reliable reliability than the conventional lithium ion capacitor.

また、上記電気化学デバイスは、負極集電体の第2の主面における第4の領域を金属リチウムの設置面として利用することができる。これにより、負極にリチウムイオンをプレドープするために、リチウム用集電体等の部品を別途準備し、当該部品を負極に接続する工程が不要となるので、生産性を向上させることもできる。従って、本発明により、生産性かつ信頼性に優れた電気化学デバイスを提供することが可能となる。   Moreover, the said electrochemical device can utilize the 4th area | region in the 2nd main surface of a negative electrode collector as a metal lithium installation surface. Thereby, in order to pre-dope lithium ions into the negative electrode, a step of separately preparing components such as a current collector for lithium and connecting the components to the negative electrode becomes unnecessary, and thus productivity can be improved. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an electrochemical device excellent in productivity and reliability.

上記未塗工領域は、上記第4の領域の全体に設けられていてもよい。   The uncoated area may be provided in the entire fourth area.

この構成によれば、負極集電体の第2の主面における第4の領域の全体に金属リチウムを貼り付けることができる。これにより、負極に十分な量のリチウムイオンをプレドープでき、キャパシタの高容量化を図ることができる。   According to this configuration, metallic lithium can be attached to the entire fourth region of the second main surface of the negative electrode current collector. Thereby, a sufficient amount of lithium ions can be pre-doped in the negative electrode, and the capacity of the capacitor can be increased.

上記負極は、上記第3の領域に形成された第1の負極活物質層と、上記第4の領域に形成され、上記第1の負極活物質層と離間し、上記負極集電体の端部に形成された第2の負極活物質層とを含み、
上記未塗工領域は、上記第1の負極活物質層と上記第2の負極活物質層との間に設けられていてもよい。
The negative electrode is formed in the first region, the first negative electrode active material layer formed in the third region, and separated from the first negative electrode active material layer in the fourth region. A second negative electrode active material layer formed on the portion,
The uncoated region may be provided between the first negative electrode active material layer and the second negative electrode active material layer.

負極集電体の端部に第2の負極活物質層が設けられることにより、負極集電体の切断辺によるセパレータの破損を防止することができる。   By providing the second negative electrode active material layer at the end of the negative electrode current collector, it is possible to prevent the separator from being damaged by the cutting edge of the negative electrode current collector.

上記負極集電体は、銅からなるものであってもよい。   The negative electrode current collector may be made of copper.

銅は、薄くても強度があり、柔軟性も高いため、負極集電体の材料として好適である。銅と金属リチウムとを圧着することで、圧着した界面に電解液が入り込むことによる界面側からの金属リチウムの溶融が抑制されると共に、負極集電体と金属リチウムの導通が維持される。これにより、リチウムイオンを適正に負極にプレドープすることができる。   Copper is suitable as a material for the negative electrode current collector because it is strong even when thin and has high flexibility. By crimping copper and metallic lithium, melting of metallic lithium from the interface side due to the electrolyte entering the crimped interface is suppressed, and conduction between the negative electrode current collector and metallic lithium is maintained. Thereby, lithium ion can be appropriately pre-doped to the negative electrode.

上記負極集電体は、複数の貫通孔を有してもよい。   The negative electrode current collector may have a plurality of through holes.

負極集電体に貫通孔を形成することにより、負極へのリチウムイオンのプレドープの効率を向上させることができる。   By forming a through hole in the negative electrode current collector, the efficiency of pre-doping lithium ions into the negative electrode can be improved.

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の製造方法は、
金属箔であり第1の主面と上記第1の主面とは反対側の第2の主面を有する負極集電体の上記第1の主面と上記第2の主面に負極活物質層を形成し、上記第2の主面に上記負極活物質層が設けられていない未塗工領域を形成して負極を作製する工程と、
上記未塗工領域に金属リチウムを接合する工程と、
金属箔であり、第3の主面と上記第3の主面とは反対側の第4の主面を有する正極集電体と、上記第3の主面と上記第4の主面に形成された正極活物質層とを有する正極を準備し、上記正極、セパレータ及び上記負極を積層して積層体を形成する工程と、
上記積層体を上記第1の主面及び上記第3の主面が捲回内側となり、上記第2の主面及び上記第4の主面が捲回外側となるように捲回して、上記セパレータが上記正極と上記負極を隔てている蓄電素子を形成する工程であって、上記第1の主面は上記セパレータを介して上記正極と対向する第1の領域と、最も捲回外側の上記正極の端部よりも突出し、上記セパレータを介して上記正極と対向しない第2の領域とを有し、上記第2の主面は上記第1の領域と反対側の領域である第3の領域と、上記第2の領域と反対側の領域である第4の領域とを有し、上記第4の領域に上記未塗工領域が設けられている蓄電素子を形成する工程と、
上記蓄電素子を電解液に浸漬させ、上記金属リチウムから上記負極活物質層にリチウムイオンをドープさせる工程と
を具備する。
In order to achieve the above object, a method for producing an electrochemical device according to an aspect of the present invention includes:
A negative electrode active material on the first main surface and the second main surface of the negative electrode current collector that is a metal foil and has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface Forming a layer, forming an uncoated region in which the negative electrode active material layer is not provided on the second main surface, and producing a negative electrode;
Bonding metal lithium to the uncoated region,
A positive electrode current collector, which is a metal foil and has a fourth main surface opposite to the third main surface and the third main surface, and is formed on the third main surface and the fourth main surface Preparing a positive electrode having a positive electrode active material layer formed, laminating the positive electrode, the separator and the negative electrode to form a laminate;
The separator is wound so that the first main surface and the third main surface are wound inside, and the second main surface and the fourth main surface are wound outside, and the separator Is a step of forming a storage element separating the positive electrode and the negative electrode, wherein the first main surface is a first region facing the positive electrode with the separator interposed therebetween, and the positive electrode on the outermost winding side. And a second region that does not face the positive electrode through the separator, and the second main surface is a region opposite to the first region, and a third region Forming a power storage element having a fourth region that is a region opposite to the second region, and wherein the uncoated region is provided in the fourth region;
Immersing the electricity storage element in an electrolytic solution, and doping lithium ions into the negative electrode active material layer from the metal lithium.

上記負極を作製する工程では、第1の主面と上記第1の主面とは反対側の第2の主面を有する金属箔である負極集電体を準備し、
上記第1の主面の全体に第1の負極活物質層を形成し、上記第2の主面に所定の間隔を空けて複数の第2の負極活物質層を形成し、
第2の負極活物質層、上記負極集電体及び上記第1の負極活物質層を共に裁断してもよい。
In the step of manufacturing the negative electrode, a negative electrode current collector that is a metal foil having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface is prepared.
Forming a first negative electrode active material layer on the entire first main surface, forming a plurality of second negative electrode active material layers at a predetermined interval on the second main surface;
The second negative electrode active material layer, the negative electrode current collector, and the first negative electrode active material layer may be cut together.

上記負極を作製する工程では、第1の主面と上記第1の主面とは反対側の第2の主面を有する金属箔である負極集電体を準備し、
上記第1の主面の全体に第1の負極活物質層を形成し、上記第2の主面に所定の間隔を空けて複数の第2の負極活物質層を形成し、
第2の負極活物質層の間で上記負極集電体と上記第1の負極活物質層を共に裁断してもよい。
In the step of manufacturing the negative electrode, a negative electrode current collector that is a metal foil having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface is prepared.
Forming a first negative electrode active material layer on the entire first main surface, forming a plurality of second negative electrode active material layers at a predetermined interval on the second main surface;
The negative electrode current collector and the first negative electrode active material layer may be cut together between the second negative electrode active material layers.

以上のように、本発明によれば生産性かつ信頼性に優れた電気化学デバイス及びこの電気化学デバイスの製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electrochemical device excellent in productivity and reliability and a method for manufacturing the electrochemical device.

本実施形態に係る電気化学デバイスの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the electrochemical device which concerns on this embodiment. 同実施形態の蓄電素子の斜視図である。It is a perspective view of the electrical storage element of the embodiment. 同実施形態の蓄電素子の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the electrical storage element of the embodiment. 同実施形態の捲回前の負極を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the negative electrode before winding of the embodiment. 同実施形態の捲回前の正極を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the positive electrode before winding of the embodiment. 同実施形態の蓄電素子の断面図である。It is sectional drawing of the electrical storage element of the embodiment. 同実施形態に係る電気化学デバイスの製造プロセスを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the electrochemical device which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る電気化学デバイスの製造プロセスを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the electrochemical device which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る電気化学デバイスの製造プロセスを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the electrochemical device which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る電気化学デバイスの製造プロセスを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the electrochemical device which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る電気化学デバイスの製造プロセスを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the electrochemical device which concerns on the same embodiment. 同実施形態の変形例に係る電気化学デバイスの製造プロセスを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the electrochemical device which concerns on the modification of the embodiment. 同実施形態の変形例に係る蓄電素子の断面図である。It is sectional drawing of the electrical storage element which concerns on the modification of the embodiment. 本発明の実施例及び比較例に係る電気化学デバイスの特性試験の結果を示す表である。It is a table | surface which shows the result of the characteristic test of the electrochemical device which concerns on the Example and comparative example of this invention.

本発明の電気化学デバイスについて説明する。本実施形態に係る電気化学デバイスは、リチウムイオンキャパシタ等の、電荷の輸送にリチウムイオンを利用する電気化学デバイスである。   The electrochemical device of the present invention will be described. The electrochemical device according to the present embodiment is an electrochemical device that uses lithium ions for charge transport, such as a lithium ion capacitor.

[電気化学デバイスの構成]
図1は、本実施形態に係る電気化学デバイス100の構成を示す斜視図である。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(蓋及び端子は図示略)に収容されて構成されている。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。
[Configuration of electrochemical device]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an electrochemical device 100 according to the present embodiment. As shown in the figure, the electrochemical device 100 is configured such that a storage element 110 is accommodated in a container 120 (a lid and a terminal are not shown). In the container 120, an electrolytic solution is stored together with the power storage element 110.

図2は蓄電素子110の斜視図であり、図3は蓄電素子110の拡大断面図である。図2及び図3に示すように、蓄電素子110は、負極130、正極140及びセパレータ150を有し、これらが積層された積層体が捲回芯Cの回りに捲回されて構成されている。なお、以下の図においてX、Y及びZ方向は相互に直交する3方向である。なお、捲回芯Cは必ずしも設けられなくてもよい   FIG. 2 is a perspective view of the power storage element 110, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the power storage element 110. As shown in FIGS. 2 and 3, the power storage device 110 includes a negative electrode 130, a positive electrode 140, and a separator 150, and a stacked body in which these are stacked is wound around a winding core C. . In the following drawings, the X, Y, and Z directions are three directions orthogonal to each other. Note that the wound core C is not necessarily provided.

蓄電素子110を構成する負極130、正極140、セパレータ150の積層順は、図2に示すように、捲回芯C側に向かって(捲回外側から)セパレータ150、負極130、セパレータ150、正極140の順となる。また、蓄電素子110は、図2に示すように負極端子131と正極端子141を有する。負極端子131は負極、正極端子141は正極に接続され、図2に示すように、それぞれ蓄電素子110の外部に引き出されている。   As shown in FIG. 2, the stacking order of the negative electrode 130, the positive electrode 140, and the separator 150 constituting the power storage element 110 is the separator 150, the negative electrode 130, the separator 150, and the positive electrode toward the wound core C (from the wound outer side). The order is 140. In addition, the storage element 110 has a negative electrode terminal 131 and a positive electrode terminal 141 as shown in FIG. The negative electrode terminal 131 is connected to the negative electrode, and the positive electrode terminal 141 is connected to the positive electrode, and as shown in FIG.

負極130は、図3に示すように、負極集電体132及び負極活物質層133を有する。負極集電体132は、導電性材料からなり、銅箔等の金属箔であるものとすることができる。負極集電体132は表面が化学的あるいは機械的に粗面化された金属箔や、貫通孔が形成された金属箔であってもよく、本実施形態では典型的には貫通孔が形成された金属箔が採用される。   As illustrated in FIG. 3, the negative electrode 130 includes a negative electrode current collector 132 and a negative electrode active material layer 133. The negative electrode current collector 132 is made of a conductive material and can be a metal foil such as a copper foil. The negative electrode current collector 132 may be a metal foil whose surface is chemically or mechanically roughened or a metal foil in which a through hole is formed. In this embodiment, a through hole is typically formed. Metal foil is used.

負極活物質層133は、負極集電体132上に形成されている。負極活物質層133の材料は、負極活物質がバインダ樹脂と混合されたものとすることができ、さらに導電助材を含んでもよい。負極活物質は、電解液中のリチウムイオンが吸着可能な材料であり、例えば難黒鉛化炭素(ハードカーボン)、グラファイトやソフトカーボン等の炭素系材料を用いることができる。   The negative electrode active material layer 133 is formed on the negative electrode current collector 132. The material of the negative electrode active material layer 133 may be a material in which the negative electrode active material is mixed with a binder resin, and may further include a conductive additive. The negative electrode active material is a material that can adsorb lithium ions in the electrolytic solution, and for example, a carbon-based material such as non-graphitizable carbon (hard carbon), graphite, or soft carbon can be used.

バインダ樹脂は、負極活物質を接合する合成樹脂であり、例えばスチレンブタジエンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、カルボキシメチルセルロース、フッ素系ゴム、ポリビニリデンフルオライド、イソプレンゴム、ブタジエンゴム及びエチレンプロピレン系ゴム等を用いてもよい。   The binder resin is a synthetic resin that joins the negative electrode active material. For example, styrene butadiene rubber, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide, carboxymethyl cellulose, fluorine rubber, polyvinylidene fluoride, isoprene rubber, butadiene rubber, and ethylene. Propylene rubber or the like may be used.

導電助剤は、導電性材料からなる粒子であり、負極活物質の間での導電性を向上させる。導電助剤は、例えば、黒鉛やカーボンブラック等の炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。なお、導電助剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。   The conductive auxiliary agent is a particle made of a conductive material, and improves the conductivity between the negative electrode active materials. Examples of the conductive assistant include carbon materials such as graphite and carbon black. These may be single and multiple types may be mixed. The conductive auxiliary agent may be a metal material or a conductive polymer as long as it is a conductive material.

図4は捲回前の負極130を示す模式図であり、図4(a)は側面図、図4(b)はZ方向から見た図である。本実施形態に係る負極130は、図4(a)に示すように、負極集電体132の第1主面132a及び第2主面132bの両面に負極活物質層133が形成されている。   4A and 4B are schematic views showing the negative electrode 130 before winding, in which FIG. 4A is a side view and FIG. 4B is a view seen from the Z direction. As shown in FIG. 4A, the negative electrode 130 according to this embodiment has a negative electrode active material layer 133 formed on both the first main surface 132 a and the second main surface 132 b of the negative electrode current collector 132.

ここで、負極130は、図4(a)に示すように、第2主面132bに負極活物質層133が形成されていない未塗工領域130aと剥離領域130bが設けられている。なお、未塗工領域130aは、第1主面132aに設けられていてもよい。   Here, as shown in FIG. 4A, the negative electrode 130 is provided with an uncoated region 130a and a peeling region 130b where the negative electrode active material layer 133 is not formed on the second main surface 132b. The uncoated region 130a may be provided on the first main surface 132a.

未塗工領域130a内の負極集電体132には、図4(b)に示すように、リチウムイオンの供給源となる金属リチウムMが接合される。金属リチウムMの形状は特に限定されないが、蓄電素子110の厚みを低減するため、箔状が好適である。金属リチウムMは、後述するリチウムイオンのプレドープにおいて負極活物質層133にドープ可能な程度の量とすることができる。   As shown in FIG. 4B, metallic lithium M serving as a lithium ion supply source is joined to the negative electrode current collector 132 in the uncoated region 130a. The shape of the metal lithium M is not particularly limited, but a foil shape is preferable in order to reduce the thickness of the power storage element 110. The amount of metallic lithium M can be adjusted so that the negative electrode active material layer 133 can be doped in lithium ion pre-doping described later.

剥離領域130b内の負極集電体132には、図4(a)に示すように、負極端子131が接続され、負極130の外部に引き出されている。また、本実施形態に係る剥離領域130bは、剥離領域130b内の負極集電体132が露出しないように、図4(a)に示すように、テープTにより封止されている。テープTの種類は特に限定されず、好適には耐熱性かつ電解液の溶剤に対して耐溶剤性を有するものが採用される。負極端子131は、例えば、銅端子である。   As shown in FIG. 4A, the negative electrode terminal 131 is connected to the negative electrode current collector 132 in the peeling region 130 b and is drawn out of the negative electrode 130. Further, the peeling region 130b according to the present embodiment is sealed with a tape T as shown in FIG. 4A so that the negative electrode current collector 132 in the peeling region 130b is not exposed. The kind of tape T is not specifically limited, What has heat resistance and the solvent resistance with respect to the solvent of electrolyte solution is employ | adopted suitably. The negative terminal 131 is, for example, a copper terminal.

正極140は、図3に示すように、正極集電体142及び正極活物質層143を有する。正極集電体142は、導電性材料からなり、アルミニウム箔等の金属箔であるものとすることができる。正極集電体142は表面が化学的あるいは機械的に粗面化された金属箔や、貫通孔が形成された金属箔であってもよい。   As illustrated in FIG. 3, the positive electrode 140 includes a positive electrode current collector 142 and a positive electrode active material layer 143. The positive electrode current collector 142 is made of a conductive material and can be a metal foil such as an aluminum foil. The positive electrode current collector 142 may be a metal foil whose surface is chemically or mechanically roughened, or a metal foil in which a through hole is formed.

正極活物質層143は、正極集電体142上に形成されている。正極活物質層143の材料は、正極活物質がバインダ樹脂と混合されたものとすることができ、さらに導電助材を含んでもよい。正極活物質は、電解液中のリチウムイオン及びアニオンが吸着可能な材料であり、例えば活性炭やポリアセン炭化物等を利用することができる。   The positive electrode active material layer 143 is formed on the positive electrode current collector 142. The material of the positive electrode active material layer 143 can be a mixture of the positive electrode active material and the binder resin, and may further include a conductive additive. The positive electrode active material is a material capable of adsorbing lithium ions and anions in the electrolytic solution, and for example, activated carbon or polyacene carbide can be used.

バインダ樹脂は、正極活物質を接合する合成樹脂であり、例えばスチレンブタジエンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、カルボキシメチルセルロース、フッ素系ゴム、ポリビニリデンフルオライド、イソプレンゴム、ブタジエンゴム及びエチレンプロピレン系ゴム等を用いてもよい。   The binder resin is a synthetic resin that joins the positive electrode active material. For example, styrene butadiene rubber, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide, carboxymethyl cellulose, fluorine rubber, polyvinylidene fluoride, isoprene rubber, butadiene rubber, and ethylene. Propylene rubber or the like may be used.

導電助剤は、導電性材料からなる粒子であり、正極活物質の間での導電性を向上させる。導電助剤は、例えば、黒鉛やカーボンブラック等の炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。なお、導電助剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。   The conductive auxiliary agent is a particle made of a conductive material, and improves the conductivity between the positive electrode active materials. Examples of the conductive assistant include carbon materials such as graphite and carbon black. These may be single and multiple types may be mixed. The conductive auxiliary agent may be a metal material or a conductive polymer as long as it is a conductive material.

図5は捲回前の正極140を示す模式図であり、図5(a)は側面図、図5(b)は平面図である。本実施形態に係る正極140は、図5(a)に示すように、正極集電体142の第3主面142aと第4主面142bの両面に正極活物質層143が形成され、第3主面142aに正極活物質層143が形成されていない剥離領域140aが設けられている。   FIG. 5 is a schematic view showing the positive electrode 140 before winding, in which FIG. 5 (a) is a side view and FIG. 5 (b) is a plan view. As shown in FIG. 5A, the positive electrode 140 according to this embodiment includes a positive electrode active material layer 143 formed on both surfaces of the third main surface 142 a and the fourth main surface 142 b of the positive electrode current collector 142. A peeling region 140a where the positive electrode active material layer 143 is not formed is provided on the main surface 142a.

ここで、剥離領域140a内の正極集電体142には、図5に示すように、正極端子141が接続され、正極140の外部に引き出されている。なお、正極140において、正極端子141が配置される剥離領域140aは第4主面142bに形成されてもよい。また、剥離領域140aは、テープ等で封止されていてもよい。正極端子141は、例えば、アルミ端子である。   Here, as shown in FIG. 5, a positive electrode terminal 141 is connected to the positive electrode current collector 142 in the peeling region 140 a and is drawn out of the positive electrode 140. In the positive electrode 140, the peeling region 140a where the positive electrode terminal 141 is disposed may be formed on the fourth main surface 142b. Further, the peeling region 140a may be sealed with a tape or the like. The positive terminal 141 is, for example, an aluminum terminal.

セパレータ150は負極130と正極140を絶縁し、図3に示すように、第1セパレータ151及び第2セパレータ152を有する。   The separator 150 insulates the negative electrode 130 from the positive electrode 140 and includes a first separator 151 and a second separator 152 as shown in FIG.

第1セパレータ151と第2セパレータ152は、負極130と正極140を隔て、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151及び第2セパレータ152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。また、第1セパレータ151及び第2セパレータ152は連続した一枚のセパレータであってもよい。   The 1st separator 151 and the 2nd separator 152 permeate | transmit the ion contained in the electrolyte solution mentioned later, separating the negative electrode 130 and the positive electrode 140. FIG. Specifically, the first separator 151 and the second separator 152 can be woven fabric, non-woven fabric, synthetic resin microporous membrane, or the like. Further, the first separator 151 and the second separator 152 may be a single continuous separator.

図6は蓄電素子110の断面図である(負極端子131及び正極端子141は図示略)。本実施形態に係る蓄電素子110は、図6に示すように、第1セパレータ151及び第2セパレータ152を介して負極130と正極140が積層され、捲回されている。具体的には、負極集電体132の第1主面132aと正極集電体142の第3主面142aが捲回内側となり、負極集電体132の第2主面132bと正極集電体142の第4主面142bが捲回外側となるように構成されている。   FIG. 6 is a cross-sectional view of the storage element 110 (the negative electrode terminal 131 and the positive electrode terminal 141 are not shown). As shown in FIG. 6, the power storage device 110 according to the present embodiment includes a negative electrode 130 and a positive electrode 140 that are stacked via a first separator 151 and a second separator 152 and wound. Specifically, the first main surface 132a of the negative electrode current collector 132 and the third main surface 142a of the positive electrode current collector 142 are wound inside, and the second main surface 132b of the negative electrode current collector 132 and the positive electrode current collector are arranged. The fourth main surface 142b of 142 is configured to be on the outer side of the winding.

ここで、蓄電素子110は最も捲回外側(最外周)の電極が負極130となる構成である。そして、図6に示すように、最も捲回外側の負極130の端部が最も捲回外側の正極140の端部よりも突出し、最も捲回外側の負極集電体132の第2主面132bに未塗工領域130aが設けられる。   Here, the electricity storage element 110 has a configuration in which the electrode on the outermost winding (outermost periphery) is the negative electrode 130. As shown in FIG. 6, the end of the outermost negative electrode 130 protrudes beyond the end of the outermost positive electrode 140, and the second main surface 132 b of the outermost negative current collector 132. Is provided with an uncoated region 130a.

また、負極集電体132の第1主面132aは、図6に示すように、第1セパレータ151を介して正極140(正極活物質層143)と対向する第1領域132cと、最も捲回外側の正極140の端部よりも突出し、第1セパレータ151を介して正極140(正極活物質層143)と対向しない第2領域132dとを有する。第2主面132bは、図6に示すように、第1領域132cと反対側の領域である第3領域132eと、第2領域132dと反対側の領域である第4領域132fとを有する。   Further, as shown in FIG. 6, the first main surface 132a of the negative electrode current collector 132 is most wound with the first region 132c facing the positive electrode 140 (positive electrode active material layer 143) with the first separator 151 interposed therebetween. The second region 132d protrudes from the end of the outer positive electrode 140 and does not face the positive electrode 140 (positive electrode active material layer 143) with the first separator 151 interposed therebetween. As shown in FIG. 6, the second main surface 132b has a third region 132e that is a region opposite to the first region 132c and a fourth region 132f that is a region opposite to the second region 132d.

第4領域132fは、図6に示すように、未塗工領域130aを含む。本実施形態に係る未塗工領域130aは、同図に示すように第4領域132fの一部に設けられ、金属リチウムMが配置される。なお、未塗工領域130aは第4領域132fの全体に設けられてもよい。   As shown in FIG. 6, the fourth region 132f includes an uncoated region 130a. The uncoated region 130a according to the present embodiment is provided in a part of the fourth region 132f as shown in FIG. The uncoated region 130a may be provided in the entire fourth region 132f.

容器120は、蓄電素子110を収容する。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る。容器120の材質は、特に限定されず、例えばアルミニウム、チタン、ニッケル、鉄を主成分とする金属又はステンレス等からなるものとすることができる。   The container 120 accommodates the power storage element 110. The upper surface and the lower surface of the container 120 can be closed by a lid (not shown). The material of the container 120 is not specifically limited, For example, it can consist of a metal which has aluminum, titanium, nickel, iron as a main component, stainless steel, etc.

電気化学デバイス100は以上のように構成されている。蓄電素子110と共に容器120に収容される電解液は、リチウムイオンとアニオンを含む液体、例えばLiBFやLiPFを電解質として溶剤(炭酸エステル等)に溶解させた液体とすることができる。 The electrochemical device 100 is configured as described above. The electrolytic solution accommodated in the container 120 together with the power storage element 110 can be a liquid containing lithium ions and anions, for example, a liquid in which LiBF 4 or LiPF 6 is dissolved in a solvent (such as carbonate) as an electrolyte.

[電気化学デバイスの効果]
次に、電気化学デバイス100の効果について説明する。本実施形態に係る電気化学デバイス100は、金属リチウムMが接合された蓄電素子110が電解液と接触すると、金属リチウムMが酸化溶解し、金属リチウムMからリチウムイオン(Li+)と電子(e−)が生じる。これにより、リチウムイオンが電解液中に拡散し、負極活物質層133に含まれる負極活物質にドーピングされ、電子が負極130に流れる。この状態でエージングされることにより、負極130(負極活物質層133)にリチウムイオンのプレドープが施される。
[Effects of electrochemical devices]
Next, the effect of the electrochemical device 100 will be described. In the electrochemical device 100 according to this embodiment, when the power storage element 110 to which the metallic lithium M is bonded contacts the electrolytic solution, the metallic lithium M is oxidized and dissolved, and the lithium ions (Li +) and electrons (e− ) Occurs. As a result, lithium ions diffuse into the electrolytic solution, are doped into the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer 133, and electrons flow to the negative electrode 130. By aging in this state, the negative electrode 130 (negative electrode active material layer 133) is pre-doped with lithium ions.

ここで、これまでの一般的なリチウムイオンキャパシタでは、負極にリチウムイオンをプレドープする方法として、金属リチウムが貼付けられたリチウム用集電体が負極に接続された蓄電素子を電解液に浸漬させる方法が広く行われている。しかしながら、このような方法では、リチウム用集電体を別途用意する必要があり、リチウム用集電体を負極集電体に接続する工程も必要となることから生産性が低いという問題がある。   Here, in the conventional general lithium ion capacitor, as a method of pre-doping lithium ions into the negative electrode, a method of immersing a storage element in which a lithium current collector with metal lithium attached is connected to the negative electrode in an electrolytic solution Is widely practiced. However, in such a method, it is necessary to prepare a current collector for lithium separately, and a step of connecting the current collector for lithium to the negative electrode current collector is required, so that there is a problem that productivity is low.

また、上記のようなリチウムイオンキャパシタでは、負極にリチウムイオンをプレドープする際に、プレドープの過程で発生する微小なリチウム粉によって電圧低下等の不具合が生じ、キャパシタの信頼性が確保されないおそれもある。   In addition, in the lithium ion capacitor as described above, when lithium ions are pre-doped into the negative electrode, there is a possibility that defects such as voltage drop occur due to the minute lithium powder generated in the pre-doping process, and the reliability of the capacitor may not be ensured. .

これに対し、本実施形態に係る電気化学デバイス100は、図6に示すように、リチウムイオンの供給源となる金属リチウムMが、最も捲回外側の正極140の端部よりも突出し、セパレータ150を介して正極140と対向しない最も捲回外側の第4領域132fに接合される。   On the other hand, in the electrochemical device 100 according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, the metallic lithium M serving as a lithium ion supply source protrudes from the end of the outermost positive electrode 140, and the separator 150 It is joined to the fourth region 132 f on the outermost winding side that does not face the positive electrode 140 via the electrode.

これにより、負極130にリチウムイオンがプレドープされる際に、微小なリチウム粉が発生したとしても、当該リチウム粉の正極140との接触が抑制される。従って、負極130へのプレドープの過程で発生するリチウム粉の影響による不具合が発生しにくくなり、これまでのリチウムイオンキャパシタよりも安定した信頼性を確保することが可能となる。   As a result, even when fine lithium powder is generated when the negative electrode 130 is pre-doped with lithium ions, the contact of the lithium powder with the positive electrode 140 is suppressed. Therefore, it is difficult for problems due to the influence of the lithium powder generated in the pre-doping process on the negative electrode 130 to occur, and it is possible to secure more stable reliability than the conventional lithium ion capacitors.

特に、最も捲回外側の第4領域132fは、最も捲回外側の正極140の端部よりも突出し、セパレータ150を介して正極140と対向しない領域であるので、この領域を未塗工領域130aとして利用することにより、蓄電素子110の容量を減少させることなく、金属リチウムMを配置することができる。   In particular, the fourth region 132f on the outermost winding side protrudes from the end portion of the positive electrode 140 on the outermost winding side and does not face the positive electrode 140 with the separator 150 interposed therebetween. As a result, the metallic lithium M can be disposed without reducing the capacity of the power storage element 110.

また、本実施形態に係る電気化学デバイス100は、負極130が図6に示すように、第2主面132bの第3領域132eに形成された第1負極活物質層133aと、第4領域132fに形成され、第1負極活物質層133aと離間し、負極集電体132の端部に形成された第2負極活物質層133bとを含む。ここで、未塗工領域130aは、図6に示すように、第1負極活物質層133aと第2負極活物質層133bとの間に設けられる。   Further, in the electrochemical device 100 according to the present embodiment, the negative electrode 130 includes the first negative electrode active material layer 133a formed in the third region 132e of the second main surface 132b and the fourth region 132f, as shown in FIG. And a second negative electrode active material layer 133b formed at the end of the negative electrode current collector 132 and spaced from the first negative electrode active material layer 133a. Here, the uncoated region 130a is provided between the first negative electrode active material layer 133a and the second negative electrode active material layer 133b, as shown in FIG.

これにより、負極集電体132の切断辺が鋭利になったとしても、図6に示すように、第2負極活物質層133bが負極集電体132の切断辺上にあるため、切断辺による第2セパレータ152の破損を防止することが可能となる。   Thereby, even if the cutting edge of the negative electrode current collector 132 becomes sharp, the second negative electrode active material layer 133b is on the cutting edge of the negative electrode current collector 132 as shown in FIG. It becomes possible to prevent the second separator 152 from being damaged.

さらに、負極130にリチウムイオンをプレドープするために、これまでのリチウムイオンキャパシタのように、リチウム用集電体を別途用意する必要もなく、リチウム用集電体を負極集電体132に接続する工程も不要となることから生産性を確保することもできる。   Further, since the negative electrode 130 is pre-doped with lithium ions, it is not necessary to separately prepare a lithium current collector as in the conventional lithium ion capacitor, and the lithium current collector is connected to the negative electrode current collector 132. Productivity can also be ensured because no process is required.

[電気化学デバイスの製造方法]
本実施形態に係る電気化学デバイス100の製造方法について説明する。なお、以下に示す製造方法は一例であり、電気化学デバイス100は、以下に示す製造方法とは異なる製造方法によって製造することも可能である。図7〜図11は、電気化学デバイス100の製造プロセスを示す模式図である。
[Method of manufacturing electrochemical device]
A method for manufacturing the electrochemical device 100 according to this embodiment will be described. In addition, the manufacturing method shown below is an example, and the electrochemical device 100 can also be manufactured by a manufacturing method different from the manufacturing method shown below. 7 to 11 are schematic diagrams showing the manufacturing process of the electrochemical device 100. FIG.

図7(a)は、負極集電体132の元となる貫通孔が形成された金属箔232である。金属箔232は、例えば、銅箔である。金属箔232の厚みは特に限定されないが、例えば、数十μm〜数百μmとすることができる。   FIG. 7A shows a metal foil 232 in which a through-hole serving as a base of the negative electrode current collector 132 is formed. The metal foil 232 is, for example, a copper foil. Although the thickness of the metal foil 232 is not specifically limited, For example, it can be set to several tens of micrometers-several hundreds of micrometers.

次いで、金属箔232の裏面232bに負極活物質、導電助剤及びバインダ等を含む負極ペーストを塗布し、乾燥又は硬化させる。これにより、図7(b)に示すように、金属箔232の裏面232bに負極活物質層233が形成される。   Next, a negative electrode paste containing a negative electrode active material, a conductive additive, a binder, and the like is applied to the back surface 232b of the metal foil 232, and is dried or cured. Thereby, as shown in FIG. 7B, the negative electrode active material layer 233 is formed on the back surface 232 b of the metal foil 232.

続いて、図7(c)に示すように、金属箔232の表面232aに、X方向に沿って、等間隔にマスキングテープMTを貼り付ける。そして、マスキングテープMTが貼り付けられた金属箔232の表面232aに、上記負極ペーストを再度塗布し、乾燥又は硬化させて、図8(a)に示すように、金属箔232の表面232aに負極活物質層233を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 7C, a masking tape MT is attached to the surface 232a of the metal foil 232 at equal intervals along the X direction. Then, the negative electrode paste is applied again to the surface 232a of the metal foil 232 to which the masking tape MT is attached, dried or cured, and the negative electrode is applied to the surface 232a of the metal foil 232 as shown in FIG. An active material layer 233 is formed.

次いで、金属箔232の表面232aに形成された負極活物質層233を、マスキングテープMTを剥離することにより部分的に除去して、図8(b)に示すように、金属箔232が露出している剥離領域230aが複数形成された電極層230を得る。これにより、同図に示すように、金属箔232の表面232aに所定の間隔を空けて複数の負極活物質層233が形成される。負極活物質層233は、マスキング以外の方法を利用して形成してもよい。   Next, the negative electrode active material layer 233 formed on the surface 232a of the metal foil 232 is partially removed by peeling the masking tape MT so that the metal foil 232 is exposed as shown in FIG. 8B. An electrode layer 230 in which a plurality of peeling regions 230a are formed is obtained. Thereby, as shown in the figure, a plurality of negative electrode active material layers 233 are formed on the surface 232a of the metal foil 232 at a predetermined interval. The negative electrode active material layer 233 may be formed using a method other than masking.

次いで、図8(c)に示すように、金属箔232の表面232aに形成された負極活物質層233と、裏面232bの全体に形成された負極活物質層233と、金属箔232を共に裁断する(図8(c)に示す点線R1に沿って裁断する)。これにより、図9(a)に示すように、金属箔232の表面232aに剥離領域230aが形成された電極層230を得る。   Next, as shown in FIG. 8C, the negative electrode active material layer 233 formed on the front surface 232a of the metal foil 232, the negative electrode active material layer 233 formed on the entire back surface 232b, and the metal foil 232 are cut together. (Cutting along the dotted line R1 shown in FIG. 8C). As a result, as shown in FIG. 9A, an electrode layer 230 in which a peeling region 230 a is formed on the surface 232 a of the metal foil 232 is obtained.

次いで、金属箔232の表面232aに形成された負極活物質層233を部分的に剥離して、図9(b)に示すように、金属箔232が露出している剥離領域230bを形成する。そして、同図に示すように、剥離領域230b内の金属箔232に負極端子231を接続し、テープTで剥離領域230bを封止して負極130を得る。   Next, the negative electrode active material layer 233 formed on the surface 232a of the metal foil 232 is partially peeled to form a peeling region 230b where the metal foil 232 is exposed as shown in FIG. 9B. Then, as shown in the figure, the negative electrode terminal 231 is connected to the metal foil 232 in the peeling region 230b, and the peeling region 230b is sealed with the tape T to obtain the negative electrode 130.

続いて、図10(a)に示すように、正極集電体142の元となる貫通孔が形成された金属箔242を準備する。金属箔242は、例えば、アルミウム箔である。金属箔242の厚みは特に限定されないが、例えば、数十μm〜数百μmとすることができる。   Subsequently, as illustrated in FIG. 10A, a metal foil 242 in which a through hole that is a base of the positive electrode current collector 142 is formed is prepared. The metal foil 242 is, for example, an aluminum foil. The thickness of the metal foil 242 is not particularly limited, but can be, for example, several tens of μm to several hundreds of μm.

次に、金属箔242の表面242a及び裏面242bに正極活物質、導電助剤及びバインダ等を含む正極ペーストを塗布し、乾燥又は硬化させる。これにより、図10(b)に示すように、金属箔242上に正極活物質層243が形成された電極層240を得る。   Next, a positive electrode paste containing a positive electrode active material, a conductive additive, a binder, and the like is applied to the front surface 242a and the back surface 242b of the metal foil 242, and dried or cured. As a result, as shown in FIG. 10B, an electrode layer 240 in which the positive electrode active material layer 243 is formed on the metal foil 242 is obtained.

次いで、電極層240を裁断し、金属箔242の表面242a及び裏面242bのうちどちらか一方に形成された正極活物質層243を部分的に剥離して、図10(c)に示すように、金属箔242が露出している剥離領域240aを形成する。そして、同図に示すように、剥離領域240a内の金属箔242に正極端子241を接続して正極140を得る。   Next, the electrode layer 240 is cut, and the positive electrode active material layer 243 formed on one of the front surface 242a and the back surface 242b of the metal foil 242 is partially peeled, and as shown in FIG. A peeling region 240a where the metal foil 242 is exposed is formed. And as shown in the figure, the positive electrode terminal 241 is connected to the metal foil 242 in the peeling area 240a, and the positive electrode 140 is obtained.

続いて、負極130、正極140、第1セパレータ251及び第2セパレータ252を積層させ、図11(a)及び図11(b)に示すように、積層体310を得る。この際、図11(a)に示すように、負極130が捲回内側、正極140が捲回外側となり、金属箔232における剥離領域230a側の端部と反対側の端部が捲回芯C側となるように、積層体310を配置する。なお、図11(b)は、図11(a)の積層体310の平面図である。また、積層体310は、図11に示す構成に限定されるものではない。   Subsequently, the negative electrode 130, the positive electrode 140, the first separator 251, and the second separator 252 are stacked to obtain a stacked body 310 as illustrated in FIGS. 11A and 11B. At this time, as shown in FIG. 11A, the negative electrode 130 is the winding inner side and the positive electrode 140 is the winding outer side, and the end of the metal foil 232 opposite to the end on the peeling region 230a side is the winding core C. The laminated body 310 is arranged so as to be on the side. In addition, FIG.11 (b) is a top view of the laminated body 310 of Fig.11 (a). Moreover, the laminated body 310 is not limited to the structure shown in FIG.

次に、図11(c)に示すように、負極130の端部を捲回芯Cに挟持させ、積層体310を剥離領域230aが最も捲回外側となるように捲回芯Cに時計周りに捲き付けて、捲回する。   Next, as shown in FIG. 11 (c), the end of the negative electrode 130 is sandwiched between the winding cores C, and the laminate 310 is rotated clockwise around the winding core C so that the peeling region 230a is on the outermost winding side. Whip up and spin.

これにより、金属箔232の裏面232bと金属箔242の表面242aが捲回内側、金属箔232の表面232aと金属箔242の裏面242bが捲回外側である捲回体(図2及び図6参照)を得る。   Thus, a wound body in which the back surface 232b of the metal foil 232 and the surface 242a of the metal foil 242 are wound inside, and the surface 232a of the metal foil 232 and the back surface 242b of the metal foil 242 are wound outside (see FIGS. 2 and 6). )

続いて、上記工程により得られた捲回体の最も捲回外側に配置された剥離領域230aに、金属リチウムMを接合し(図6参照)、蓄電素子110を得る。次いで、金属リチウムMが接合された蓄電素子110を電解液が入っている容器120に収容して、封口する。これにより、金属リチウムMから負極活物質層233にリチウムイオンがドープされる。   Subsequently, metallic lithium M is joined to the peeling region 230a disposed on the outermost winding side of the wound body obtained by the above-described process (see FIG. 6), and the power storage element 110 is obtained. Next, the storage element 110 to which the metallic lithium M is bonded is accommodated in the container 120 containing the electrolytic solution and sealed. Thus, lithium ions are doped from the metal lithium M into the negative electrode active material layer 233.

以上のようにして、電気化学デバイス100を製造することが可能である。なお、負極端子231は負極端子131に、正極端子241は正極端子141に対応する。また、剥離領域230aは未塗工領域130aに、剥離領域230bは剥離領域130bに、剥離領域240aは剥離領域140aに対応する。   As described above, the electrochemical device 100 can be manufactured. Note that the negative terminal 231 corresponds to the negative terminal 131, and the positive terminal 241 corresponds to the positive terminal 141. Further, the peeling area 230a corresponds to the uncoated area 130a, the peeling area 230b corresponds to the peeling area 130b, and the peeling area 240a corresponds to the peeling area 140a.

さらに、金属箔232は負極集電体132に、金属箔242は正極集電体142に対応し、負極活物質層233は負極活物質層133に、正極活物質層243は正極活物質層143に対応する。   Further, the metal foil 232 corresponds to the negative electrode current collector 132, the metal foil 242 corresponds to the positive electrode current collector 142, the negative electrode active material layer 233 corresponds to the negative electrode active material layer 133, and the positive electrode active material layer 243 corresponds to the positive electrode active material layer 143. Corresponding to

加えて、表面232a,242aは第2主面132b,第3主面142aにそれぞれ対応し、裏面232b,242bは第1主面132a,第4主面142bにそれぞれ対応する。また、第1セパレータ251は第1セパレータ151に、第2セパレータ252は第2セパレータ152に対応する。   In addition, the front surfaces 232a and 242a correspond to the second main surface 132b and the third main surface 142a, respectively, and the back surfaces 232b and 242b correspond to the first main surface 132a and the fourth main surface 142b, respectively. The first separator 251 corresponds to the first separator 151, and the second separator 252 corresponds to the second separator 152.

[変形例]
電気化学デバイス100の構成及び製造方法は上述のものに限られない。図12は変形例に係る電気化学デバイス100の製造プロセスを示す模式図であり、図13は変形例に係る蓄電素子110の断面図である。
[Modification]
The configuration and manufacturing method of the electrochemical device 100 are not limited to those described above. FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of the electrochemical device 100 according to the modification, and FIG. 13 is a cross-sectional view of the power storage element 110 according to the modification.

上記実施形態では、電極層230を裁断する際に、金属箔232の表面232aに形成された負極活物質層233と、裏面232bの全体に形成された負極活物質層233と、金属箔232を共に裁断するが、これに限られず、図12に示すように、金属箔232の表面232aに所定の間隔を空けて形成された負極活物質層233の間で、金属箔232と裏面232bの全体に形成された負極活物質層233を共に裁断してもよい(図12に示す点線R2に沿って裁断してもよい)。   In the above embodiment, when the electrode layer 230 is cut, the negative electrode active material layer 233 formed on the front surface 232a of the metal foil 232, the negative electrode active material layer 233 formed on the entire back surface 232b, and the metal foil 232 are separated. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 12, the entire metal foil 232 and the back surface 232b are formed between the negative electrode active material layers 233 formed on the front surface 232a of the metal foil 232 with a predetermined interval. The negative electrode active material layer 233 formed in the above may be cut together (may be cut along a dotted line R2 shown in FIG. 12).

電極層230をこのように裁断することにより、負極130は、図13に示すように、第4領域132fの全体に未塗工領域130aが設けられた構成となる。これにより、第2主面132bにおける最も捲回外側の第4領域132fの全体に金属リチウムMを貼り付けることができるので、負極130に十分な量のリチウムイオンをプレドープでき、キャパシタの高容量化を図ることが可能となる。   By cutting the electrode layer 230 in this manner, the negative electrode 130 has a configuration in which an uncoated region 130a is provided in the entire fourth region 132f, as shown in FIG. As a result, the metallic lithium M can be attached to the entire outermost fourth region 132f of the second main surface 132b, so that a sufficient amount of lithium ions can be pre-doped into the negative electrode 130, and the capacitance of the capacitor can be increased. Can be achieved.

本発明の実施例及び比較例に係る電気化学デバイスを作製し、特性試験を行った。   Electrochemical devices according to Examples and Comparative Examples of the present invention were produced and subjected to characteristic tests.

[電気化学デバイスの作製]
(実施例1)
電気化学デバイスは、以下のように作製した。まず、難黒鉛化炭素、導電助剤、バインダ及び増粘剤を混合し、水の中で混練することで負極ペーストを作製した。そして、エッチングにより形成された直径が100μmの貫通孔を主面の面積に対して30%の割合で有し、厚みが15μmの銅箔を負極集電体として、その一方の面に負極ペーストを塗布し、180℃、1kPa以下の減圧環境下で12時間乾燥させることで、厚みが50μmの負極活物質層を銅箔の裏面に形成した(図7(b)参照)。
[Production of electrochemical devices]
Example 1
The electrochemical device was produced as follows. First, a non-graphitizable carbon, a conductive aid, a binder and a thickener were mixed and kneaded in water to prepare a negative electrode paste. Then, a through-hole having a diameter of 100 μm formed by etching has a ratio of 30% with respect to the area of the main surface, and a copper foil having a thickness of 15 μm is used as a negative electrode current collector. The negative electrode active material layer having a thickness of 50 μm was formed on the back surface of the copper foil by applying and drying for 12 hours under a reduced pressure environment of 180 ° C. and 1 kPa or less (see FIG. 7B).

次いで、銅箔の表面に、銅箔の長手方向に沿って210mm間隔で、幅が30mmであるマスキングテープを貼り付けた。次に、マスキングテープが貼付けられた銅箔の表面に負極ペーストを塗布し、80℃雰囲気で乾燥した。乾燥後にマスキングテープを剥離することにより、銅箔の表面に負極活物質層が形成されていない剥離領域を有する電極層を形成した(図8(b)参照)。剥離領域を有する電極を180℃、1kPa以下の減圧環境下で12時間乾燥させた。   Next, a masking tape having a width of 30 mm was attached to the surface of the copper foil at intervals of 210 mm along the longitudinal direction of the copper foil. Next, a negative electrode paste was applied to the surface of the copper foil to which the masking tape was affixed, and dried in an 80 ° C. atmosphere. After drying, the masking tape was peeled off to form an electrode layer having a peeling region where the negative electrode active material layer was not formed on the surface of the copper foil (see FIG. 8B). The electrode having the peeling region was dried at 180 ° C. under a reduced pressure environment of 1 kPa or less for 12 hours.

続いて、当該電極層を裁断し、銅箔の表面に形成されている負極活物質層を部分的に剥離して剥離部を形成した。そして、当該剥離部に銅端子を針かしめし、剥離部を銅端子ごとテープで封止することで、幅が27mm、長さが240mmの負極を作製した(図9(b)参照)。   Subsequently, the electrode layer was cut, and the negative electrode active material layer formed on the surface of the copper foil was partially peeled to form a peeled portion. And the copper terminal was caulked to the said peeling part, and the peeling part was sealed with the tape with the copper terminal, and the negative electrode 27 mm in width and 240 mm in length was produced (refer FIG.9 (b)).

次に、活性炭、導電助剤、バインダ及び増粘剤を混合し、水の中で混練することで正極ペーストを作製した。そして、エッチングにより貫通孔が形成されることにより気体透過性が付与された厚みが30μmのアルミニウム箔を正極集電体として、その表裏両面に正極ペーストを塗布し、180℃、1kPa以下の減圧環境下で12時間乾燥させることで、厚みが約100μmの正極活物質層を表裏両面に有する電極層を作製した(図10(b)参照)。   Next, a positive electrode paste was prepared by mixing activated carbon, a conductive additive, a binder and a thickener and kneading them in water. Then, a positive electrode paste is applied to both the front and back surfaces of an aluminum foil having a thickness of 30 μm to which gas permeability is imparted by forming a through hole by etching, and the pressure is reduced to 180 ° C. and 1 kPa or less. The electrode layer which has a positive electrode active material layer about 100 micrometers in thickness on both front and back was produced by drying for 12 hours below (refer FIG.10 (b)).

続いて、当該電極層を裁断し、アルミニウム箔の表裏両面に形成されている正極活物質層のどちらか一方の正極活物質層を部分的に剥離して、剥離部を形成した。そして、当該剥離部にアルミ端子を針かしめすることにより、幅が24mm、長さが170mmの正極を作製した(図10(c)参照)。   Subsequently, the electrode layer was cut, and one of the positive electrode active material layers formed on both the front and back surfaces of the aluminum foil was partially peeled to form a peeled portion. Then, a positive electrode having a width of 24 mm and a length of 170 mm was produced by caulking an aluminum terminal to the peeled portion (see FIG. 10C).

次いで、密度が45%、厚みが35μmのセルロース製セパレータを長さ30mmで等幅に裁断し、セパレータを作製した。なお、上記セパレータの作製する際の乾燥条件は、160℃、1kPa以下の減圧環境下で12時間とした。   Next, a cellulose separator having a density of 45% and a thickness of 35 μm was cut into a uniform width of 30 mm to produce a separator. In addition, the drying conditions at the time of producing the separator were 12 hours under a reduced pressure environment of 160 ° C. and 1 kPa or less.

次に上記で得られた正極、負極及びセパレータを積層して積層体を得た後、この積層体を銅箔の裏面が捲回内側となり、表面が捲回外側となるように捲回した(図11(c)参照)。これにより、銅箔の表面に形成されている剥離領域が最も捲回外側に配置された捲回体を得た(図6参照)。   Next, after laminating the positive electrode, the negative electrode, and the separator obtained above to obtain a laminate, this laminate was wound so that the back surface of the copper foil was wound inside and the surface was wound outside ( (Refer FIG.11 (c)). Thereby, the winding body by which the peeling area | region currently formed in the surface of copper foil was arrange | positioned at the winding outermost side was obtained (refer FIG. 6).

続いて、上記で得られた捲回体の剥離領域に、厚みが0.1mm、幅が25mm、長さが25mmである金属リチウムを接合した。次いで、セパレータ同士をテープで固定し、アルミ端子及び銅端子に封口のためのゴムをはめ込み蓄電素子を得た。   Subsequently, metallic lithium having a thickness of 0.1 mm, a width of 25 mm, and a length of 25 mm was joined to the peeled region of the wound body obtained above. Next, the separators were fixed with a tape, and rubber for sealing was fitted into the aluminum terminal and the copper terminal to obtain a power storage element.

次に、電解液が収容されている開口径が12.5mmのアルミニウム製のケースに上記蓄電素子を挿入して、封口することにより実施例1に係る電気化学デバイスを作製した。電解液はLiPFを溶質とするプロピレンカーボネート溶液(1mol/L)を採用した。 Next, the electrochemical device according to Example 1 was manufactured by inserting and sealing the above electricity storage element into an aluminum case having an opening diameter of 12.5 mm in which the electrolytic solution was accommodated. As the electrolytic solution, a propylene carbonate solution (1 mol / L) having LiPF 6 as a solute was employed.

続いて、実施例2及び3に係る電気化学デバイスを作製した。   Subsequently, electrochemical devices according to Examples 2 and 3 were produced.

実施例2に係る電気化学デバイスは、負極の長さを10mm長くし、金属リチウムのドープ量を実施例1より負極活物質層が増加した分だけ多くする以外は実施例1と同様に作製した。   The electrochemical device according to Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the length of the negative electrode was increased by 10 mm and the amount of metallic lithium was increased by an amount corresponding to the increase in the amount of the negative electrode active material layer from Example 1. .

実施例3に係る電気化学デバイスは、負極の長さを20mm長くし、金属リチウムのドープ量を実施例1より負極活物質層が増加した分だけ多くする以外は実施例1と同様に作製した。   The electrochemical device according to Example 3 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the length of the negative electrode was increased by 20 mm and the amount of metallic lithium was increased by an amount corresponding to the increase in the amount of the negative electrode active material layer from Example 1. .

(比較例)
次いで、比較例1〜3に係る電気化学デバイスを作製した。比較例1に係る電気化学デバイスは、リチウム金属が負極活物質層とセパレータとの間に挿入されることを除いて、実施例1に係る電気化学デバイスと同様に作製した。
(Comparative example)
Subsequently, the electrochemical device which concerns on Comparative Examples 1-3 was produced. The electrochemical device according to Comparative Example 1 was manufactured in the same manner as the electrochemical device according to Example 1 except that lithium metal was inserted between the negative electrode active material layer and the separator.

比較例2に係る電気化学デバイスは、正極とセパレータを介して対向しない負極の銅箔上に形成された負極活物質層が除去されることを除いて、実施例1と同様に作製した。   The electrochemical device according to Comparative Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material layer formed on the negative electrode copper foil not opposed to the positive electrode via the separator was removed.

比較例3に係る電気化学デバイスは、金属リチウムが配置される剥離領域が、最も捲回外側の正極にセパレータを介して対向する負極の銅箔の裏面に設けられる以外は実施例1と同様に作製した。ここで、リチウム金属のドープ量は、負極活物質層の量に応じたものとした。   The electrochemical device according to Comparative Example 3 is the same as Example 1 except that the peeling region where the metallic lithium is disposed is provided on the back surface of the negative electrode copper foil facing the outermost positive electrode via the separator. Produced. Here, the doping amount of lithium metal was determined according to the amount of the negative electrode active material layer.

[特性評価]
次に、実施例及び比較例に係る電気化学デバイスを20個ずつ準備し、60℃環境で1週間保管した各デバイスの特性を調べた。具体的には各デバイスの電荷が貯蔵された後の電圧低下の有無と、充放電後の電圧低下の有無と、金属リチウムの残存を調べた。さらに、実施例及び比較例に係る電気化学デバイスを5個ずつ準備し、各デバイスの内部抵抗の変化率を測定した。図14はその結果を示す表である。なお、図14に記載されている「85℃3.8V印加後」は、各デバイスのそれぞれから得られた初期の内部抵抗を100とした場合の内部抵抗の変化率の平均値である。
[Characteristic evaluation]
Next, 20 electrochemical devices according to Examples and Comparative Examples were prepared, and the characteristics of each device stored for 1 week in a 60 ° C. environment were examined. Specifically, the presence or absence of a voltage drop after the charge of each device was stored, the presence or absence of a voltage drop after charge / discharge, and the remaining metal lithium were examined. Furthermore, five electrochemical devices according to Examples and Comparative Examples were prepared, and the rate of change in internal resistance of each device was measured. FIG. 14 is a table showing the results. Note that “after application of 3.8 V at 85 ° C.” described in FIG. 14 is an average value of the rate of change of the internal resistance when the initial internal resistance obtained from each device is 100.

電圧低下の有無は、充電電圧=3.8V、充電電流=2.0A、CV(constant voltage)時間=10分(電圧が3.8Vになるまでは2.0Aを流し、3.8Vに達したら3.8Vを10分間保持する)とし、放電条件2.2Vカットオフの条件で各デバイスを500回充放電させることにより測定した。また、内部抵抗の変化率は、85℃環境で各デバイスに3.8Vの電圧を1000時間印加させた後、各デバイスを室温に戻すことにより測定した。なお、本実施例における内部抵抗の変化率は、JEITA(電子情報技術産業協会)のRC2462にあるリチウムイオンキャパシタの測定方法に従い算出したものである。   As for the presence or absence of voltage drop, charging voltage = 3.8V, charging current = 2.0A, CV (constant voltage) time = 10 minutes (2.0A is passed until the voltage reaches 3.8V and reaches 3.8V) Then, 3.8 V was held for 10 minutes), and each device was measured by charging and discharging 500 times under the condition of a discharge condition of 2.2 V cutoff. The rate of change of internal resistance was measured by applying a voltage of 3.8 V to each device for 1000 hours in an 85 ° C. environment and then returning each device to room temperature. The rate of change in internal resistance in this example was calculated according to the measurement method for lithium ion capacitors in RCEI 2462 of JEITA (Electronic Information Technology Industries Association).

図14に示すように、実施例1〜3に係る電気化学デバイスは、20個のうち全てのデバイスにおいて金属リチウムの残存は確認されず、全量がプレドープされていた。また、電圧が低下しているデバイスもなく、内部抵抗の大幅な変動も確認されなかった。   As shown in FIG. 14, the electrochemical devices according to Examples 1 to 3 were not confirmed to have any remaining metallic lithium in all of the 20 devices, and the entire amount was pre-doped. In addition, there was no device with a reduced voltage, and no significant fluctuation in internal resistance was confirmed.

これに対し、比較例1に係る電気化学デバイスは、図14に示すように、リチウム金属が残存しているデバイスが多く確認された。また、比較例2に係る電気化学デバイスは、同図に示すように、電荷が貯槽された後と充放電後に電圧が低下しているデバイスが確認され、内部抵抗の大幅な変動も確認された。   In contrast, the electrochemical device according to Comparative Example 1 was confirmed to have many devices in which lithium metal remained as shown in FIG. In addition, as shown in the figure, the electrochemical device according to Comparative Example 2 was confirmed to have a device in which the voltage decreased after charge was stored and after charge / discharge, and a large fluctuation in internal resistance was also confirmed. .

また、比較例3に係る電気化学デバイスは、図14に示すように、リチウム金属の残存と電圧の低下が確認されなかったが、比較例2と同様に内部抵抗の大幅な変動が確認された。以上のことから、上記実施形態に係る電気化学デバイスは、金属リチウムのプレドープが良好に進行し、電圧の低下や高温環境による内部抵抗の大幅な変動等の特性劣化が生じにくい構造であるといえる。   Further, as shown in FIG. 14, the electrochemical device according to Comparative Example 3 did not confirm the remaining of the lithium metal and the decrease in voltage, but as in Comparative Example 2, a large variation in internal resistance was confirmed. . From the above, it can be said that the electrochemical device according to the above embodiment has a structure in which pre-doping of metallic lithium proceeds well, and characteristic deterioration such as a decrease in voltage and a large fluctuation in internal resistance due to a high temperature environment hardly occurs. .

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加えることは勿論である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to the above-mentioned embodiment, Of course, a various change is added.

100・・・電気化学デバイス
110・・・蓄電素子
120・・・容器
130・・・負極
130a・・未塗工領域
131・・・負極端子
132・・・負極集電体
132a・・第1主面
132b・・第2主面
132c・・第1領域
132d・・第2領域
132e・・第3領域
132f・・第4領域
133・・・負極活物質層
140・・・正極
141・・・正極端子
142・・・正極集電体
142a・・第3主面
142b・・第4主面
143・・・正極活物質層
151・・・第1セパレータ
152・・・第2セパレータ
M・・・・・金属リチウム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Electrochemical device 110 ... Power storage element 120 ... Container 130 ... Negative electrode 130a ... Uncoated area 131 ... Negative electrode terminal 132 ... Negative electrode current collector 132a ... First main Surface 132b ... Second main surface 132c ... First region 132d ... Second region 132e ... Third region 132f ... Fourth region 133 ... Negative electrode active material layer 140 ... Positive electrode 141 ... Positive electrode Terminal 142 ... Positive electrode current collector 142a ··· Third main surface 142b · · Fourth main surface 143 · · · Positive electrode active material layer 151 ··· First separator 152 ··· Second separator M ···・ Metal lithium

Claims (8)

金属箔であり、第1の主面と前記第1の主面とは反対側の第2の主面を有する負極集電体と、前記第1の主面と前記第2の主面に形成された負極活物質層とを有する負極と、
金属箔であり、第3の主面と前記第3の主面とは反対側の第4の主面を有する正極集電体と、前記第3の主面と前記第4の主面に形成された正極活物質層とを有する正極と、
前記正極と前記負極を絶縁するセパレータと、
前記正極と前記負極と前記セパレータを浸漬する電解液と
を有し、
前記正極、前記負極及び前記セパレータは積層され、前記第1の主面及び前記第3の主面が捲回内側となり、前記第2の主面及び前記第4の主面が捲回外側となるように捲回され、前記セパレータが前記正極と前記負極を隔てている電気化学デバイスであって、
前記第1の主面は、前記セパレータを介して前記正極と対向する第1の領域と、最も捲回外側の前記正極の端部よりも突出し、前記セパレータを介して前記正極と対向しない第2の領域とを有し、
前記第2の主面は、前記第1の領域と反対側の領域である第3の領域と、前記第2の領域と反対側の領域である第4の領域とを有し、
前記第4の領域は前記負極活物質層が形成されていない未塗工領域を含み、前記未塗工領域には金属リチウムが接合され、前記電解液に浸漬されることで、前記負極活物質層にリチウムイオンのプレドープがなされている
電気化学デバイス。
A negative electrode current collector that is a metal foil and has a second main surface opposite to the first main surface and the first main surface, and is formed on the first main surface and the second main surface A negative electrode having a negative electrode active material layer formed;
A positive electrode current collector, which is a metal foil and has a fourth main surface opposite to the third main surface and the third main surface, and formed on the third main surface and the fourth main surface A positive electrode having a positive electrode active material layer formed;
A separator for insulating the positive electrode and the negative electrode;
An electrolyte for immersing the positive electrode, the negative electrode, and the separator;
The positive electrode, the negative electrode, and the separator are laminated, and the first main surface and the third main surface are wound inside, and the second main surface and the fourth main surface are wound outside. And an electrochemical device in which the separator separates the positive electrode and the negative electrode,
The first main surface protrudes from the first region facing the positive electrode through the separator and the end of the positive electrode on the outermost winding side, and does not face the positive electrode through the separator. And having an area of
The second main surface has a third region which is a region opposite to the first region, and a fourth region which is a region opposite to the second region,
The fourth region includes an uncoated region in which the negative electrode active material layer is not formed, and metallic lithium is joined to the uncoated region and immersed in the electrolytic solution, whereby the negative electrode active material An electrochemical device in which the layer is pre-doped with lithium ions.
請求項1に記載の電気化学デバイスであって、
前記未塗工領域は、前記第4の領域の全体に設けられている
電気化学デバイス。
The electrochemical device according to claim 1,
The uncoated region is an electrochemical device provided in the entire fourth region.
請求項1に記載の電気化学デバイスであって、
前記負極は、前記第3の領域に形成された第1の負極活物質層と、前記第4の領域に形成され、前記第1の負極活物質と離間し、前記負極集電体の端部に形成された第2の負極活物質層とを含み、
前記未塗工領域は、前記第1の負極活物質層と前記第2の負極活物質層との間に設けられている
電気化学デバイス。
The electrochemical device according to claim 1,
The negative electrode includes a first negative electrode active material layer formed in the third region and a fourth region formed in the fourth region, spaced from the first negative electrode active material, and an end of the negative electrode current collector. And a second negative electrode active material layer formed on
The uncoated region is an electrochemical device provided between the first negative electrode active material layer and the second negative electrode active material layer.
請求項1から3のいずれか一つに記載の電気化学デバイスであって、
前記負極集電体は、銅からなる
電気化学デバイス。
The electrochemical device according to any one of claims 1 to 3,
The negative electrode current collector is an electrochemical device made of copper.
請求項1から4のいずれか一つに記載の電気化学デバイスであって、
前記負極集電体は、複数の貫通孔を有する
電気化学デバイス。
The electrochemical device according to any one of claims 1 to 4,
The negative electrode current collector is an electrochemical device having a plurality of through holes.
金属箔であり第1の主面と前記第1の主面とは反対側の第2の主面を有する負極集電体の前記第1の主面と前記第2の主面に負極活物質層を形成し、前記第2の主面に前記負極活物質層が設けられていない未塗工領域を形成して負極を作製する工程と、
前記未塗工領域に金属リチウムを接合する工程と、
金属箔であり、第3の主面と前記第3の主面とは反対側の第4の主面を有する正極集電体と、前記第3の主面と前記第4の主面に形成された正極活物質層とを有する正極を準備し、前記正極、セパレータ及び前記負極を積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体を前記第1の主面及び前記第3の主面が捲回内側となり、前記第2の主面及び前記第4の主面が捲回外側となるように捲回して、前記セパレータが前記正極と前記負極を隔てている蓄電素子を形成する工程であって、前記第1の主面は前記セパレータを介して前記正極と対向する第1の領域と、最も捲回外側の前記正極の端部よりも突出し、前記セパレータを介して前記正極と対向しない第2の領域とを有し、前記第2の主面は前記第1の領域と反対側の領域である第3の領域と、前記第2の領域と反対側の領域である第4の領域とを有し、前記第4の領域に前記未塗工領域が設けられている蓄電素子を形成する工程と、
前記蓄電素子を電解液に浸漬させ、前記金属リチウムから前記負極活物質層にリチウムイオンをドープさせる工程と
を具備する電気化学デバイスの製造方法。
A negative electrode active material on the first main surface and the second main surface of a negative electrode current collector that is a metal foil and has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface Forming a layer, forming an uncoated region in which the negative electrode active material layer is not provided on the second main surface, and producing a negative electrode;
Bonding metal lithium to the uncoated region;
A positive electrode current collector, which is a metal foil and has a fourth main surface opposite to the third main surface and the third main surface, and formed on the third main surface and the fourth main surface Preparing a positive electrode having a positive electrode active material layer formed, and laminating the positive electrode, the separator and the negative electrode to form a laminate;
The separator is wound so that the first main surface and the third main surface are wound inside, and the second main surface and the fourth main surface are wound outside, the separator Is a step of forming a storage element separating the positive electrode and the negative electrode, wherein the first main surface is a first region facing the positive electrode with the separator interposed therebetween, and the positive electrode on the outermost winding side. And a second region that does not face the positive electrode through the separator, and the second main surface is a region opposite to the first region, and a third region Forming a power storage element having a fourth region which is a region opposite to the second region, and wherein the uncoated region is provided in the fourth region;
A step of immersing the electricity storage element in an electrolytic solution and doping lithium ions into the negative electrode active material layer from the metal lithium.
請求項6に記載の電気化学デバイスの製造方法であって、
前記負極を作製する工程では、第1の主面と前記第1の主面とは反対側の第2の主面を有する金属箔である負極集電体を準備し、
前記第1の主面の全体に第1の負極活物質層を形成し、前記第2の主面に所定の間隔を空けて複数の第2の負極活物質層を形成し、
第2の負極活物質層、前記負極集電体及び前記第1の負極活物質層を共に裁断する
電気化学デバイスの製造方法。
A method for producing an electrochemical device according to claim 6,
In the step of producing the negative electrode, a negative electrode current collector that is a metal foil having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface is prepared,
Forming a first negative electrode active material layer on the entire first main surface, forming a plurality of second negative electrode active material layers on the second main surface at a predetermined interval;
A method for producing an electrochemical device, wherein the second negative electrode active material layer, the negative electrode current collector, and the first negative electrode active material layer are cut together.
請求項6に記載の電気化学デバイスの製造方法であって、
前記負極を作製する工程では、第1の主面と前記第1の主面とは反対側の第2の主面を有する金属箔である負極集電体を準備し、
前記第1の主面の全体に第1の負極活物質層を形成し、前記第2の主面に所定の間隔を空けて複数の第2の負極活物質層を形成し、
第2の負極活物質層の間で前記負極集電体と前記第1の負極活物質層を共に裁断する
電気化学デバイスの製造方法。
A method for producing an electrochemical device according to claim 6,
In the step of producing the negative electrode, a negative electrode current collector that is a metal foil having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface is prepared,
Forming a first negative electrode active material layer on the entire first main surface, forming a plurality of second negative electrode active material layers on the second main surface at a predetermined interval;
A method for producing an electrochemical device, wherein the negative electrode current collector and the first negative electrode active material layer are cut together between second negative electrode active material layers.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180286600A1 (en) * 2017-03-28 2018-10-04 Taiyo Yuden Co., Ltd. Electrochemical device
US10892108B2 (en) 2017-03-28 2021-01-12 Taiyo Yuden Co., Ltd. Electrochemical device
CN113707975A (en) * 2021-09-01 2021-11-26 宁德新能源科技有限公司 Electrochemical device and electronic device comprising same
WO2023024736A1 (en) * 2021-08-26 2023-03-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 Electrode assembly, cell, battery, and power device
CN115803925A (en) * 2021-02-04 2023-03-14 宁德时代新能源科技股份有限公司 Electrode assembly, battery cell, battery, and apparatus and method for manufacturing electrode assembly

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10233234A (en) * 1997-02-19 1998-09-02 Fuji Elelctrochem Co Ltd Nonaqueous lithium secondary battery
JP2007067105A (en) * 2005-08-30 2007-03-15 Fuji Heavy Ind Ltd Wound type lithium ion capacitor
JP2010157541A (en) * 2008-12-26 2010-07-15 Jm Energy Corp Wound-type accumulator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10233234A (en) * 1997-02-19 1998-09-02 Fuji Elelctrochem Co Ltd Nonaqueous lithium secondary battery
JP2007067105A (en) * 2005-08-30 2007-03-15 Fuji Heavy Ind Ltd Wound type lithium ion capacitor
JP2010157541A (en) * 2008-12-26 2010-07-15 Jm Energy Corp Wound-type accumulator

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180286600A1 (en) * 2017-03-28 2018-10-04 Taiyo Yuden Co., Ltd. Electrochemical device
US10504663B2 (en) * 2017-03-28 2019-12-10 Taiyo Yuden Co., Ltd. Electrochemical device
US10892108B2 (en) 2017-03-28 2021-01-12 Taiyo Yuden Co., Ltd. Electrochemical device
CN115803925A (en) * 2021-02-04 2023-03-14 宁德时代新能源科技股份有限公司 Electrode assembly, battery cell, battery, and apparatus and method for manufacturing electrode assembly
CN115803925B (en) * 2021-02-04 2023-11-03 宁德时代新能源科技股份有限公司 Electrode assembly, battery cell, battery, and apparatus and method for manufacturing electrode assembly
WO2023024736A1 (en) * 2021-08-26 2023-03-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 Electrode assembly, cell, battery, and power device
CN113707975A (en) * 2021-09-01 2021-11-26 宁德新能源科技有限公司 Electrochemical device and electronic device comprising same

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