JP2018041819A - リチウムイオンキャパシタ - Google Patents

Abstract

【課題】リード部の断裂を抑えつつ、信頼性の高いリチウムイオンキャパシタを提供する。【解決手段】リチウムイオンキャパシタの電極板３０Ａは、集電体と、集電体上に設けられた電極材５０Ａと、を含む。集電体は、複数の貫通孔４４Ａが全体に亘って形成されている本体部４１Ａと、本体部の一部から電極端子に向かって延出すると共に、複数の貫通孔が根元部分に形成されているリード部４２Ａと、を含む。リード部は、平面視において、根元部分に凹状の円弧部４２３Ａを含む。電極材は、リード部の根元部分にも設けられ、リード部の根元部分に設けられた複数の貫通孔の少なくとも一部を覆っており、下記（１）式及び（２）式を満たす。１ｍｍ≦Ｒ≦５ｍｍ…（１）、０．１ｍｍ≦Ｌ≦３ｍｍ…（２）、但し、（１）式及び（２）式において、Ｒは円弧部の曲率半径であり、Ｌはリード部の延在方向に沿ったリード部の根元部分に設けられた電極材の長さである。【選択図】図７

Description

本発明は、リチウムイオンキャパシタに関するものである。

リチウムイオンキャパシタに用いられる電極シートとして、表面に活物質層が形成された集電体と、集電体から延出され、他の電極シートと溶接される部分とを有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−８９６０６号公報

一般な電極シートでは、リチウムイオンの移動経路として、電極シートの集電体及び集電体から延出した部分（以下、リード部とも称する。）にわたって複数の貫通孔が設けられている。このような電極シートでは、リード部に形成された複数の貫通孔により、リード部の強度が低下してしまう場合があり、特に、集電体の本体部分とリード部との接続部分が直角とされていると、リード部の根元部分に応力が集中してしまい、リード部に断裂が生じ易くなる、という問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、リード部の断裂を抑え、信頼性の高いリチウムイオンキャパシタを提供することである。

［１］本発明に係るリチウムイオンキャパシタは、複数の電極板を含む電極積層体と、前記電極積層体を収容して封止する外装体と、前記電極積層体に電気的に接続されていると共に、前記外装体の内部から外部に引き出されている電極端子と、を備え、前記電極板は、集電体と、前記集電体上に設けられた電極材と、を含み、前記集電体は、複数の貫通孔が全体に亘って形成されていると共に、前記電極材が設けられている本体部と、複数の貫通孔が根元部分に形成されていると共に、前記本体部の一部から前記電極端子に向かって延出するリード部と、を含み、前記リード部は、平面視において、前記根元部分に凹状の円弧部を含み、前記電極材は、前記根元部分にも設けられ、前記根元部分に設けられた複数の前記貫通孔の少なくとも一部を覆っており、下記（１）式及び（２）式を満たすリチウムイオンキャパシタである。
１ｍｍ≦Ｒ≦５ｍｍ … （１）
０．１ｍｍ≦Ｌ≦３ｍｍ … （２）
但し、上記（１）式及び（２）式において、Ｒは前記円弧部の曲率半径であり、Ｌは前記リード部の延在方向に沿った前記根元部分に設けられた前記電極材の長さである。

［２］上記発明において、前記円弧部は、平面視において、前記根元部分の両側に形成されていてもよい。

［３］上記発明において、前記電極板のうち正極側の電極板の前記リード部と、前記電極板のうち負極側の電極板の前記リード部とは、実質的に同一の方向に延出していてもよい。

本発明によれば、リード部の根元部分に凹状の円弧部を形成し、リード部の根元部分に電極材を設け、当該電極材によりリード部の根元部分に設けられた貫通孔の一部を覆い、上記（１）及び（２）を満たすことで、リード部の断裂を抑えつつ、信頼性の高いリチウムイオンキャパシタを得ることができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るリチウムイオンキャパシタを示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係るリチウムイオンキャパシタを示す分解斜視図である。 図３は、図１のIII-III線に沿った断面図である。 図４は、図１のIV-IV線に沿った断面図である。 図５は、本発明の一実施の形態に係る正極板を示す平面図である。 図６は、本発明の一実施の形態に係る負極板を示す平面図である。 図７は、図５のVII部の部分拡大図である。 図８は、本発明の一実施の形態に係る正極板の変形例を示す平面図である。 図９は、図５のIX-IX線に沿った断面図である。 図１０は、比較例に係る電極板を示す平面図である。 図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、比較例に係る電極板の作用を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係るリチウムイオンキャパシタを示す斜視図、図２は本発明の一実施の形態に係るリチウムイオンキャパシタを示す分解斜視図、図３は図１のIII-III線に沿った断面図、図４は図１のIV-IV線に沿った断面図である。

図１に示すリチウムイオンキャパシタ１０は、扁平型のラミネートタイプのリチウムイオンキャパシタである。このリチウムイオンキャパシタ１０は、６０ｍｍ程度の長さ、３５ｍｍ程度の幅、及び、４ｍｍ程度の厚さの寸法を有しており、小型に分類されるリチウムイオンキャパシタである。なお、リチウムイオンキャパシタ１０の寸法は、特に上記の数値に限定されない。

このリチウムイオンキャパシタ１０は、図２に示すように、電極積層体２０と、電極積層体２０を収容して封止する外装体８０と、電極積層体２０に電気的に接続された電極端子９０Ａ，９０Ｂとを備えている。外装体８０の内部には電解液（不図示）が充填されている。

電極積層体２０は、図３及び図４に示すように、複数の正極板３０Ａと、複数の負極板３０Ｂと、複数のセパレータ６０と、を備えている、正極板３０Ａと負極板３０Ｂは、セパレータ６０を介して交互に積層されている。なお、電極積層体２０を構成する正極板３０Ａ、負極板３０Ｂ、及びセパレータ６０の枚数は特に限定されない。正極板３０Ａ及び負極板３０Ｂについては、後に詳細に説明する。

セパレータ６０は、電解液、正極側の電極材、及び負極側の電極材等に対して耐久性があり、連通孔を有する一方で電子導電性は有しない多孔体から構成されている。このセパレータ６０は、具体的には、セルロース、ポリエチレン等から形成される不織布や微多孔膜から構成されている。このセパレータ６０には電解液が含浸されている。なお、漏液を防止するために、電解液に代えて、ゲル状又は固体状の電解質を用いてもよく、この場合には、セパレータ６０を省略してもよい。

電解液の具体例としては、リチウム塩の非プロトン性有機溶媒電解質溶液を例示することができる。リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＦＳＩ、ＬｉＴＦＳＩを用いることができる。また、非プロトン性有機溶媒の具体例としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどのカーボネートを例示することができる。なお、これら非プロトン性有機溶媒の二種以上を混合した混合液を用いてもよい。

さらに、本実施形態における電極積層体２０は、図４に示すように、リチウム極７０を備えている。このリチウム極７０は、最下段の負極板３０Ｂの更に下にセパレータ６０を介して積層されており、負極板３０Ｂに対してリチウムイオンを供給するリチウム供給源として機能する。このリチウム極７０は、負極板３０Ｂに電気的に接続されており、負極板３０Ｂにリチウムを担持させることが可能となっている。リチウムイオンを負極にスムーズに担持させるために、リチウム極７０を負極板３０Ｂに対向するように配置することが好ましい。このようなリチウム極７０としては、アルミニウム、銅等の金属箔に複数の貫通孔を設けた導電性多孔体の表面に、少なくともリチウムを含有し、リチウムイオンを供給することのできるリチウム供給源が形成されたものを用いる。リチウム供給源としては、例えば、リチウム−アルミニウム合金等を例示することができる。

なお、リチウム極は、図３及び図４に示す形態に限定されない。例えば、特に図示しないが、（１）最上段の正極板の上に負極板をさらに設け、当該負極板の上にリチウム極を配置した形態や、（２）電極積層体の中央領域の２つの負極板の間にリチウム極を介在させた形態としてもよい。

外装体８０は、上側部材８２と下側部材８３とを有している。上側部材８２は、長方形状のラミネートフィルムであり、平面視にて長方形状の凹部８２１を中央に有している。下側部材８３は、長方形状のラミネートフィルムであり、略平坦に形成されている。この上側部材８２と下側部材８３が上下に重なり合うと、凹部８２１内に電極積層体２０を収容可能な空間が形成される。

上側部材８２と下側部材８３を構成するラミネートフィルム８１は、図３及び図４の拡大図に示すように、アルミニウム等から構成される金属箔８１Ａと、当該金属箔８１Ａの両面にそれぞれ積層された第１及び第２の樹脂フィルム８１Ｂ，８１Ｃと、を備えている。金属箔８１Ａの内側に積層された第１の樹脂フィルム８１Ｂは、耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂材料から構成されている。一方、金属箔８１Ａの外側に積層された第２の樹脂フィルム８１Ｃは、電気絶縁性に優れた樹脂材料から構成されている。

上側部材８２の外周縁と下側部材８３の外周縁とは、相互に熱融着されることにより接合されている。これにより、外装体８０の全周に亘って、外装体８０が封止され、電極積層体２０が密封状態の外装体８０の内部に収容されている。なお、上側部材と下側部材とを一枚のラミネートフィルムにより構成し、当該ラミネートフィルムを二つ折りにして、対向する上側部材及び下側部材の三辺を相互に熱融着することで、外装体を形成してもよい。

正極端子９０Ａは、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属材料から構成された帯状の部材であり、全体に亘って平坦な形状を有している。この正極端子９０Ａは、外装体８０の内部から外側に引き出されており、当該正極端子９０Ａの先端が外装体８０の外部に位置している。この正極端子９０Ａの後端には、正極板３０Ａのリード部４２Ａ（後述）の先端が接合されている。また、この正極端子９０Ａと外装体８０との間にはシーラント樹脂層９１が介在している。なお、正極端子９０Ａの表面に、ニッケル又は錫等のめっき層等を形成してもよい。

負極端子９０Ｂは、例えば銅又は銅合金等の金属材料から構成された帯状の部材であり、全体に亘って平坦な形状を有している。この負極端子９０Ｂも、外装体８０の内部から外側に引き出されており、当該負極端子９０Ｂの先端が外装体８０の外部に位置している。この負極端子９０Ｂの後端には、負極板３０Ｂのリード部４２Ｂ（後述）が接合されている。また、この負極端子９０Ｂと外装体８０との間にもシーラント樹脂層９１が介在している。なお、負極端子９０Ｂの表面に、ニッケル又は錫等のめっき層等を形成してもよい。

本実施形態では、正極端子９０Ａは、外装体８０の一方の短辺から一方の方向（図３の左側）に向かって引き出されている。負極端子９０Ｂも、外装体８０の一方の短辺から一方の方向（図４の左側）に向かって引き出されている。すなわち、本実施形態では、両方の電極端子９０Ａ，９０Ｂが、外装体８０の同一の短辺から引き出されていると共に、実質的に同一の方向（図３及び図４の左側）に向かって引き出されている。

また、本実施形態では、図２において、リチウムイオンキャパシタ１０の中心線ＣＬに対して、電極端子９０Ａ，９０Ｂが線対称に配置されている。なお、リチウムイオンキャパシタ１０の中心線ＣＬは、電極端子の９０Ａ，９０Ｂの導出方向に沿ったリチウムイオンキャパシタ１０の中心線である。

図５は本発明の一実施の形態に係る正極板を示す平面図、図６は本発明の一実施の形態に係る負極板を示す平面図、図７は図５のVII部の部分拡大図、図８は本発明の一実施の形態に係る正極板の変形例を示す平面図、図９は図５のIX-IX線に沿った断面図である。

以下に、図５に示す正極板３０Ａについてより詳細に説明する。図６に示す負極板３０Ｂは、集電体を構成する材料、電極材を構成する材料、及び、リード部の配置について正極板３０Ａと相違するが、その他の構成は同じである。そのため、正極板３０Ａについてした説明を援用して、負極板３０Ｂの詳細な説明を省略し、負極板３０Ｂの構成のうち正極板３０Ａとの相違点のみ都度詳細に説明する。

正極板３０Ａは、図５に示すように、集電体４０Ａと、集電体４０Ａ上に設けられた電極材５０Ａとを含んでいる。集電体４０Ａは、導電性を有する材料により構成された板状（箔状）の部材である。このような集電体４０Ａとしては、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属箔からなるパンチングメタル等の導電性多孔体が用いられる。なお、負極板３０Ｂを構成する集電体４０Ｂとしては、銅、ステンレス、ニッケル等の金属箔からなるパンチングメタル等の導電性多孔体が用いられる。

集電体４０Ａは、電極板３０の積層方向において他の電極板３０と重なる矩形状の本体部４１Ａと、本体部４１Ａの一部から正極端子９０Ａに向かって延出するリード部４２Ａ（図３参照）とを含んでいる。

本実施形態の本体部４１Ａは、セパレータ６０を介して他の電極板３０と対向している。図７に示すように、この本体部４１Ａの略全体には、電解液やリチウムイオンの移動経路となる複数の貫通孔４４Ａが設けられている。貫通孔４４Ａは、集電体４０Ａの両側の主面に開口し、集電体４０Ａの厚さ方向（電極板３０の積層方向）に延在する貫通孔である。本実施形態では、相互に略同一の径を有する複数の貫通孔４４Ａが、規則的に配列されている。なお、複数の貫通孔４４Ａは、相互に異なる径を有する貫通孔が混在していてもよい。また、複数の貫通孔４４Ａは、不規則に配列されていてもよい。また、貫通孔４４Ａの形状としては、円形状に限らず、三角形や、四角形等のｎ角形や、楕円等の種々の図形単位を採用することができる。

本体部４１Ａの短辺４１１Ａからは、本体部４１Ａと一体的に形成された帯状のリード部４２Ａが延出している。図３に示すように、それぞれの正極板３０Ａの本体部４１Ａから延出する複数のリード部４２Ａは、その先端が相互に重ねられた状態で溶接等により接合されている。また、複数のリード部４２Ａは、外装体８０の内部に露出する正極端子９０Ａの後端に溶接等により接合されている。

図７に戻り、リード部４２Ａの一方の側部４２１Ａは、平面視において本体部４１Ａの右側の長辺４１２Ａと実質的に同一の仮想直線（不図示）上に配されており、側部４２１Ａと長辺４１２Ａとが連続的となっている。これに対して、リード部４２Ａの他方の側部４２２Ａは、本体部４１Ａの短辺４１１Ａと繋がっており、これら側部４２２Ａと短辺４１１Ａとが繋がる部分には、リード部４２Ａと本体部４１Ａを滑らかに接続する円弧部４２３Ａが形成されている。

円弧部４２３Ａは、リード部４２Ａの幅方向の内側に向かって凹状となる円弧形状（Ｒ形状）とされている。本実施形態では、円弧部４２３Ａは、四半円形状とされている。リード部４２Ａの根元部分に円弧部４２３Ａが形成されることで、本体部４１Ａに接近するに従いリード部４２Ａの幅が次第に大きくなっている。

なお、図８に示す正極板３０Ａ_１ように、リード部４２Ａ_１の一方の側部４２１Ａが、本体部４１Ａの長辺４１２Ａと実質的に同一の仮想直線（不図示）上に配されていない場合、リード部４２Ａ_１の根元部分の両側に、円弧部４２３Ａが形成されていてもよい。

図７に戻り、本実施形態では、リード部４２Ａが断裂するのを抑制する観点から、円弧部４２３Ａの曲率半径Ｒは、下記（３）式を満たすように設定されている。
１ｍｍ≦Ｒ≦５ｍｍ … （３）

リード部４２Ａの根元部分には、複数の貫通孔４４Ａが設けられている。本体部４１Ａだけでなくリード部４２Ａの根元部分にも複数の貫通孔４４Ａが形成されていることで、リチウムイオンの移動経路がより一層増して、リチウムイオンキャパシタにおいてより均一な充放電を行うことができる。

電極材５０Ａは、集電体４０Ａの表面に塗布等により付着させることで形成されている。この電極材５０Ａは、リチウムイオン及びアニオンを可逆的に担持及び放出できる物質から構成されている。このような電極材５０Ａとしては、活性炭を主成分とした電極材を用いる。なお、負極板３０Ｂの電極材５０Ｂは、リチウムイオンを可逆的に担持及び放出できる物質から構成されている。このような電極材５０Ｂとしては、黒鉛やハードカーボン等の炭素材料を主成分とした電極材を用いる。

電極材５０Ａは、本体部４１Ａの両側の主面の略全体に設けられており、本体部４１Ａに形成された複数の貫通孔４４Ａを覆っている。さらに、本実施形態では、この本体部４１Ａ上に設けられた電極材５０Ａの一部がリード部４２Ａ上に食み出しており、リード部４２Ａの根元部分にも電極材５０Ａが設けられている。

リード部４２Ａの根元部分に設けられた電極材５０Ａは、リード部４２Ａの根元部分に形成された複数の貫通孔４４Ａの一部を覆っている。本実施形態では、貫通孔４４Ａの径が電極材５０Ａを構成する物質の粒径よりも大きくなるように設定されており、図９に示すように、電極材５０Ａの一部が貫通孔４４Ａの内部に入り込んでいる。

なお、正極板３０Ａにおける充放電の均一性を確保する観点から、リード部４２Ａの根元部分に形成された複数の貫通孔４４Ａは、電極材５０Ａが設けられていない部分にも形成されていることが好ましく、本実施形態では、図７に示すように、リード部４２Ａの延在方向において、複数の貫通孔４４Ａの形成領域が電極材５０Ａよりもリード部４２Ａの先端側まで広がっている。

また、本実施形態では、リード部４２Ａが断裂するのを抑制すると共に、電極材５０Ａの劣化を抑える観点から、リード部４２Ａの延在方向に沿ったリード部４２Ａ上に設けられた電極材５０Ａの長さＬが、下記（４）式を満たすように設定されている。
０．１ｍｍ≦Ｌ≦３ｍｍ … （４）

なお、正極板３０Ａのリード部４２Ａと、負極板３０Ｂのリード部４２Ｂとは、実質的に同一の方向に引き出されている。この場合、本実施形態では、正極板３０Ａと負極板３０Ｂとが短絡するのを抑制する観点から、リード部４２Ａとリード部４２Ｂとを相互に離間して、これらが重ならないようにしている。図６に示すように、負極板３０Ｂにおいて、リード部４２Ｂの一方の側部４２１Ｂは、平面視において本体部４１Ｂの右側の長辺４１３Ｂと実質的に同一の仮想直線（不図示）上に配されており、側部４２１Ｂと長辺４１３Ｂとが連続的となっている。また、リード部４２Ｂの他方の側部４２２Ｂと本体部４１Ｂの短辺４１１Ｂとが繋がる部分には、これらリード部４２Ｂと本体部４１Ｂとを滑らかに接続する円弧部４２３Ｂが形成されている。

図４に示すように、それぞれの負極板３０Ｂの本体部４１Ｂから延出する複数のリード部４２Ｂは、その先端が相互に重ねられた状態で溶接等により接合されている。また、複数のリード部４２Ｂは、外装体の内部に露出する負極端子９０Ｂの後端に溶接等により接合されている。

本実施形態のリチウムイオンキャパシタ１０は、以下の効果を奏する。

以下の説明では、必要に応じて、正極板３０Ａ及び負極板３０Ｂを電極板３０と総称し、集電体４０Ａ及び集電体４０Ｂを集電体４０と総称し、本体部４１Ａ及び本体部４１Ｂを本体部４１と総称し、短辺４１１Ａ及び短辺４１１Ｂを短辺４１１と総称し、リード部４２Ａ及びリード部４２Ｂをリード部４２と総称し、側部４２２Ａ及び側部４２２Ｂを側部４２２と総称し、円弧部４２３Ａ及び円弧部４２３Ｂを円弧部４２３と総称し、電極材５０Ａ及び電極材５０Ｂを電極材５０と総称する。

一般的にリチウムイオンキャパシタにおいては、エネルギ密度を高めるため、負極側の電極板（具体的には、負極側の電極材）に予めリチウムイオンを担持する、いわゆるプレドープが行われる。この場合、積層された複数の電極板に対してプレドープを均一に実行するため、それぞれの電極板の集電体には、リチウムイオンが通過できる移動経路として、複数の貫通孔が設けられている。

図１０は比較例に係る電極板を示す平面図である。図１０に示す電極板１３０の集電体１４０は、矩形状の本体部１４１と、本体部１４１から延出したリード部１４２とから構成されている。本体部１４１の表面には電極材１５０が設けられている。電極板１３０においては、本体部１４１が、他極の電極板１３０の本体部１４１とセパレータ１６０を介して対向しており、正負極の電極板１３０の間でリチウムイオンが授受されることで、リチウムイオンキャパシタの充放電が行われる。

ここで、電極板１３０においては、本体部１４１だけでなくリード部１４２の根元部分にも複数の貫通孔１４４が設けられている。この場合、リード部１４２の根元部分において、リード部１４２の強度が低下してしまい、リード部１４２が断裂し易くなるおそれがある。特に、比較例に係る電極板１３０のように、本体部１４１とリード部１４２との接続部分が直角とされている場合、リード部１４２の根元部分に応力が集中してしまい、リード部１４２に断裂が生じる可能性が高まる。

さらに、比較例に係る電極板１３０は、小型セルに分類されるリチウムイオンキャパシタに組み込まれるものであり、小型化を図るため正極側の電極端子と負極側の電極端子とが実質的に同一の方向に引き出されている。この場合、正極側の電極板１３０のリード部１４２及び負極側の電極板１３０のリード部１４２は、それぞれ本体部１４１の同一側に位置する辺から同一の方向に延出することとなるが、これらリード部同士が短絡してしまうのを抑制する観点から、正極側のリード部１４２と負極側のリード部１４２とを離間して配する必要がある。このため、本体部の異なる側に位置する辺からリード部を延出させる場合に比べて、リード部１４２を幅狭に形成しなければならず、これによって、リード部１４２の強度が低下し、リード部１４２に断裂が生じる可能性が高まる。

これに対して、本実施形態では、リード部４２の側部４２２と本体部４１の短辺４１１とが繋がる部分に円弧部４２３を形成することで、リード部４２の根元部分に応力が集中するのを緩和している。また、電極材５０が、リード部４２の根元部分にも設けられており、リード部４２の根元部分に形成された貫通孔４４を覆うことで、リード部４２を補強している。これにより、リード部４２の強度低下を抑えることができる。特に、本実施形態では、リード部４２の根元部分において、電極材５０が貫通孔４４の内部に入り込んでおり、リード部４２の補強効果がより一層顕著に奏する。

なお、円弧部４２３の曲率半径Ｒを小さくしすぎると、リード部の根元部分における応力集中の緩和効果を得難い。また、リード部４２の延在方向に沿ったリード部４２の根元部分に設けられた電極材５０の長さＬを小さくしすぎると、リード部の補強効果を得難い。このため、曲率半径Ｒや長さＬを小さくしすぎると、リード部４２の強度低下の抑制を十分に図ることが難しい。

一方、曲率半径Ｒや長さＬを大きくしすぎると、以下の問題が生じる。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、比較例に係る電極板の作用を説明するための断面図である。

すなわち、一般的なリチウムイオンキャパシタでは、正極側の電極板及び負極側の電極板の相互に対向する部分に電極材が設けられており、当該正負極の電極材間においてリチウムイオンの授受が行われる。ここで、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す比較例に係る電極板２３０（正極板２３０Ａ）では、他極（負極板２３０Ｂ）と対向しないリード部２４２Ａの広範に亘って電極材２５０Ａが設けられている。この場合、リード部２４２Ａ近傍において、正極板２３０Ａと負極板２３０Ｂとの間で電極材の形成領域に差が生じてしまう。これによって、電極材の形成領域が比較的小さい負極板２３０Ｂの電極材２５０Ｂの一部（図１１（Ａ）中、Ａ領域）において、過剰なリチウムイオンの授受が行われて、部分的に大きな負荷がかかり、局所的な劣化が生じてしまう。また、局所的な劣化により電極材２５０Ｂの一部でリチウムイオンの授受が十分に行えなくなると、当該局所的に劣化した部分の近傍（図１１（Ｂ）中、Ｂ領域）で、不足したリチウムイオンの授受を補おうとして、過剰なリチウムイオンの授受が生じてしまう。この結果、電極材２５０Ｂの劣化範囲が次第に広がり、延いては、電極材２５０Ｂ全体に不可逆的な損傷を与えるおそれがある。なお、図１１（Ｂ）において、負極板２３０Ｂの電極材２５０Ｂのうち局所的な劣化が生じた部分を、右下がりのハッチングで示した。

これに対して、本実施形態では、円弧部４２３の曲率半径Ｒを上記（３）式を満たすように設定し、リード部４２上に設けられた電極材５０の長さＬを上記（４）式を満たすように設定している。このため、リード部４２の広範に亘って電極材５０が設けられることはなく、電極板３０（具体的には電極材５０）の局所的な劣化が生じるのを抑制している。このように、本実施形態によれば、リード部４２の強度低下を抑制しつつ、電極板３０の劣化を抑えて、信頼性の高いリチウムイオンキャパシタ１０を得ることができる。

本実施形態における「電極積層体２０」が本発明における「電極積層体」の一例に相当し、本実施形態における「正極板３０Ａ」及び「負極板３０Ｂ」が本発明における「電極板」の一例に相当し、本実施形態における「集電体４０Ａ」及び「集電体４０Ｂ」が本発明における「集電体」の一例に相当し、本実施形態における「本体部４１Ａ」及び「本体部４１Ｂ」が本発明における「本体部」の一例に相当し、本実施形態における「リード部４２Ａ」及び「リード部４２Ｂ」が本発明における「リード部」の一例に相当し、本実施形態における「円弧部４２３Ａ」及び「円弧部４２３Ｂ」が本発明における「円弧部」の一例に相当し、本実施形態における「貫通孔４４Ａ」及び「貫通孔４４Ｂ」が本発明における「貫通孔」の一例に相当し、本実施形態における「電極材５０Ａ」及び「電極材５０Ｂ」が本発明における「電極材」の一例に相当し、本実施形態における「外装体８０」が本発明における「外装体」の一例に相当し、本実施形態における「正極端子９０Ａ」及び「負極端子９０Ｂ」が本発明における「電極端子」の一例に相当する。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、上述の実施形態では、正極板３０Ａ及び負極板３０Ｂを含む電極板３０に対して本発明を適用していたが、特に上述に限定されず、正極板３０Ａのみに本発明を適用してもよい。又は、負極板３０Ｂのみに本発明を適用してもよい。

また、上述の実施形態では、電極積層体２０に含まれる全ての電極板３０に対して本発明を適用しているが、電極積層体２０に含まれる電極板３０の少なくとも一つに対して本発明が適用されていれば、特に上述に限定されない。

以下に、本発明をさらに具体化した実施例及び比較例により本発明の効果を確認した。以下の実施例及び比較例は、上述した実施形態におけるリチウムイオンキャパシタの信頼性の向上効果を確認するためのものである。

＜実施例１＞
実施例１では、カルボキシルメチルセルロースナトリウム塩を水に溶解した３ｗｔ％のカルボキシルメチルセルロースナトリウム塩水溶液にハードカーボン、アセチレンブラック、スチレン−ブタジエンゴム、及び水を、各材料の重量比の割合が、ハードカーボン：アセチレンブラック：スチレン−ブタジエンゴム：カルボキシルメチルセルロースナトリウム塩＝９０：５：３：２となるように混合し、負極板に用いるスラリーを得た。次に、径１００μｍの貫通孔を２００μｍで等ピッチに形成した厚さ１５μｍの銅製エッチング箔の両面に、乾燥後の目付量が３０ｇ／ｍ^２となるよう準備したスラリーを塗工した。塗工したスラリーを乾燥させ、片面当たり厚さ３０μｍの負極側の電極材を形成した。以上により、厚さ７５μｍの負極板中間体を得た。次に、負極板中間体を切断加工して、本体部とリード部とを含む集電体を有する負極板を形成した。負極板中間体の切断加工に際し、リード部の根元部分に円弧部を形成した。また、この場合、本体部とリード部の根元部分において、電極材が複数の貫通孔を覆うように設けられるよう負極板中間体を切断加工した。この負極板において、本体部の寸法は、幅３５ｍｍ、長さ６０ｍｍとした。また、リード部の寸法は、幅９ｍｍ、長さ８ｍｍとした。また、円弧部の曲率半径Ｒは、表１に示す通りとした。また、リード部の延在方向に沿ったリード部の根元部分に設けられた電極材の長さＬは、表１に示す通りとした。以上のような負極板を１４枚準備した。

次に、カルボキシルメチルセルロースナトリウム塩を水に溶解した３ｗｔ％のカルボキシルメチルセルロースナトリウム塩水溶液に、活性炭、アセチレンブラック、スチレン−ブタジエンゴム、及び水を、各材料の重量比の割合が、活性炭：アセチレンブラック：スチレン−ブタジエンゴム：カルボキシルメチルセルロースナトリウム塩＝８４：６：７：３となるように混合し、正極板に用いるスラリーを得た。次に、空孔率（単位面積あたりの孔の面積）が７〜１３％（好ましくは、空孔率が１０％）となるように径１μｍ以下の複数の貫通孔を不規則に設けた厚さ３０μｍのアルミニウム製エッチング箔の両面に、乾燥後の目付量が１５ｇ／ｃｍ^２となるよう準備したスラリーを塗工した。塗工したスラリーを乾燥させ、片面当たり厚さ３０μｍの正極側の電極材を形成した。以上により、厚さ９０μｍの正極板中間体を得た。次に、正極板中間体を切断加工して、本体部とリード部とを含む集電体を有する正極板を形成した。正極板中間体の切断加工に際し、リード部の根元部分に円弧部を形成した。また、この場合、本体部とリード部の根元部分において、電極材が複数の貫通孔を覆うように設けられるよう正極板中間体を切断加工した。この正極板において、本体部の寸法は、幅３５ｍｍ、長さ６０ｍｍとした。また、リード部の寸法は、幅９ｍｍ、長さ８ｍｍとした。また、円弧部の曲率半径Ｒは、表１に示す通りとした。また、リード部の延在方向に沿ったリード部の根元部分に設けられた電極材の長さＬは、表１に示す通りとした。以上のような正極板を１３枚準備した。

セルロース製のセパレータを２８枚準備し、セパレータ、負極板、セパレータ、正極板、セパレータの順にこれらを積層し、セパレータ２８枚、負極板１４枚、正極板１３枚からなる電極積層体を形成した。

得られた電極積層体とリチウム極とを重ねた。各正極板のリード部とアルミ製正極端子とを重ねて配置し、これらをまとめて超音波溶接により接合した。各負極板のリード部とニッケルメッキ銅製負極端子とを重ねて配置し、これらをまとめて抵抗溶接により接合した。また、リチウム極を負極端子に対して抵抗溶接により接合した。

ポリプロピレン、アルミニウム、及びポリプロピレンが順に積層されたラミネートフィルムを２枚準備した。上述の電極積層体及びリチウム極を２枚のラミネートフィルムの間に挟み込み、負極端子及び正極端子の一部を２枚のラミネートフィルムから露出させた状態で、２枚のラミネートフィルムの周縁の３辺を熱溶着により接合した。

各材料の体積比の割合がエチレンカーボネート：ジメチルカーボネート：エチルメチルカーボネート＝３０：４０：３０となるように混合した混合溶媒に１．５ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ_６を溶かした電解液を準備した。ラミネートフィルムのうち接合されていない開口部分から電解液を４ｍＬ注入した。ラミネートフィルムの開口部分を熱溶着により接合した。以上により、リチウムイオンキャパシタを得た。このリチウムイオンキャパシタを、１０日間放置して、プレドープを行った。以上により得られた試験サンプルを用いて以下の試験を行った。

≪不良発生率評価試験≫
上記の試験サンプルを３０個製造した。そして、これら試験サンプルについて、リード部の断裂の有無を目視により確認し、リード部が断裂した試験サンプルの数量（以下、不良発生数とも称する。）を計測した。結果を表１に示す。

≪信頼性評価試験≫
リード部の断裂が生じていない試験サンプルを、４０℃の環境下で３．８Ｖまで充電し、２．２Ｖまで放電し、これら充放電を繰り返す充放電サイクルを充放電レートが１００Ｃの電流値で１０万サイクル行った。ここで、充放電レート１００Ｃとは、０．０１時間かけて充放電完了となる電流値のことをいう。そして、１サイクル目の試験サンプルの静電容量（初期特性の静電容量）及び充放電サイクル完了後の静電容量を測定した。試験サンプルの静電容量の測定には、東陽テクニカ製５８０型充放電システムを用いた。また、静電容量は、下記（５）式より算出した。
静電容量（Ｆ）＝放電電流（Ａ）×放電時間（Ｓ）／（充放電サイクル開始前の電圧（Ｖ）−充放電サイクル完了後の電圧（Ｖ）） … （５）

また、１サイクル目の試験サンプルの内部抵抗値（初期特性の内部抵抗値）及び充放電サイクル完了後の試験サンプルの内部抵抗値をＩＲドロップ法により測定した。そして、充放電サイクル完了後の静電容量を初期特性の静電容量で除した静電容量維持率を算出した。また、充放電サイクル完了後の内部抵抗値を初期特性の内部抵抗値で除した内部抵抗上昇率を算出した。

静電容量維持率が９５％以上である場合には、静電容量の維持効果が優れる「○（良）」と判定した。静電容量維持率が９５％未満である場合には、静電容量の維持効果が劣る「×（不良）」と判定した。また、内部抵抗上昇率が２００％以下である場合には、内部抵抗の維持効果が優れる「○（良）」と判定した。内部抵抗上昇率が２００％超である場合には、内部抵抗の維持効果が劣る「×（不良）」と判定した。静電容量の維持効果が優れ「○（良）」、且つ、内部抵抗の維持効果が優れる「○（良）」場合には、リチウムイオンキャパシタの信頼性の向上効果が優れる「○（良）」と判定した。静電容量の維持効果又は内部抵抗の維持効果の何れか一方が劣る「×（不良）」場合には、リチウムイオンキャパシタの信頼性の向上効果が劣る「×（不良）」と判定した。結果を表１に示す。

＜実施例２〜５＞
実施例２〜５では、実施例１における試験サンプルの構成から、曲率半径Ｒ及び長さＬを表１に示すようにしたこと以外は、実施例１と同様にして試験サンプルを作製した。これらの試験サンプルに対して、実施例１と同様の試験を行った。結果を表１に示す。

＜比較例１〜７＞
比較例１〜７では、実施例１における試験サンプルの構成から、曲率半径Ｒ及び長さＬを表１に示すようにしたこと以外は、実施例１と同様にして試験サンプルを作製した。これらの試験サンプルに対して、実施例１と同様の試験を行った。結果を表１に示す。

＜実施例、比較例の評価＞
表１に示すように、リード部の根元部分に凹状の円弧部を形成すると共に、電極材をリード部の根元部分にも設け、当該電極材によりリード部の根元部分に設けられた貫通孔の一部が覆われた実施例１〜５においては、円弧部或いはリード部の根元部分に設けられた電極材の少なくとも一方を有しない比較例１〜３と比較して、不良発生数が減少しており、リード部の強度低下が抑制されていることが確認できる。

ここで、比較例４の結果より、円弧部及びリード部の根元部分に設けられた電極材のいずれも有するが、長さＬが０．１ｍｍ未満の場合には、不良発生数が大きいものであった。その原因としては、長さＬが小さすぎるため、リード部の根元部分に設けられた電極材によるリード部の補強効果を十分に得られなかったことによると考えられる。

また、比較例５の結果より、円弧部及びリード部の根元部分に設けられた電極材のいずれも有するが、曲率半径Ｒが１ｍｍ未満の場合には、不良発生数が大きいものであった。その原因としては、曲率半径Ｒが小さすぎるため、リード部の根元部分における応力集中の緩和効果を十分に得られなかったことによると考えられる。

また、比較例６の結果より、長さＬが３ｍｍ超の場合には、内部抵抗上昇率の度合いが大きく、リチウムイオンキャパシタの信頼性の向上効果が劣るものであった。その原因としては、長さＬが大きくなり、リード部の根元部分に設けられる電極材の形成領域が広範となったため、電極材の局所的な劣化が生じたことによると考えられる。

また、比較例７の結果より、曲率半径Ｒが５ｍｍ超の場合には、内部抵抗上昇率の度合いが大きく、リチウムイオンキャパシタの信頼性の向上効果が劣るものであった。その原因としては、曲率半径Ｒの大きい円弧部が形成されることで、リード部の根元部分における幅が大きくなり、これによって、リード部の根元部分に設けられる電極材の形成領域が広範となったため、電極材の局所的な劣化が生じたことによると考えられる。

すなわち、実施例１〜５の結果から、リード部の根元部分に凹状の円弧部を形成すると共に、電極材をリード部の根元部分にも設け、当該電極材によりリード部の根元部分に設けられた貫通孔の一部を覆い、上記（３）及び（４）を満たすことで、リード部の断裂を抑えつつ、リチウムイオンキャパシタの信頼性を向上させる要請を適切に実現できるものであることが確認できる。

１０…リチウムイオンキャパシタ
２０…電極積層体
３０…電極板
３０Ａ…正極板
３０Ｂ…負極板
４０，４０Ａ，４０Ｂ…集電体
４１，４１Ａ，４１Ｂ…本体部
４１１Ａ，４１１Ｂ…短辺
４１２Ａ，４１２Ｂ，４１３Ａ，４１３Ｂ…長辺
４２，４２Ａ，４２Ｂ…リード部
４２１Ａ、４２１Ｂ、４２２Ａ、４２２Ｂ…側部
４２３，４２３Ａ，４２３Ｂ…円弧部
４４，４４Ａ，４４Ｂ…貫通孔
５０，５０Ａ，５０Ｂ…電極材
６０…セパレータ
７０…リチウム極
８０…外装体
８１…外装フィルム
８１Ａ…金属箔
８１Ｂ…第１の樹脂フィルム
８１Ｃ…第２の樹脂フィルム
８２…上側部材
８３…下側部材
９０…電極端子
９０Ａ…正極端子
９０Ｂ…負極端子
９１…シーラント樹脂層

Claims (3)

1. 複数の電極板を含む電極積層体と、
   前記電極積層体を収容して封止する外装体と、
   前記電極積層体に電気的に接続されていると共に、前記外装体の内部から外部に引き出されている電極端子と、を備え、
   前記電極板は、
   集電体と、
   前記集電体上に設けられた電極材と、を含み、
   前記集電体は、
   複数の貫通孔が全体に亘って形成されていると共に、前記電極材が設けられている本体部と、
   複数の貫通孔が根元部分に形成されていると共に、前記本体部の一部から前記電極端子に向かって延出するリード部と、を含むリチウムイオンキャパシタであって、
   前記リード部は、平面視において、前記根元部分に凹状の円弧部を含み、
   前記電極材は、前記根元部分にも設けられ、前記根元部分に設けられた複数の前記貫通孔の少なくとも一部を覆っており、
   下記（１）式及び（２）式を満たすリチウムイオンキャパシタ。
   １ｍｍ≦Ｒ≦５ｍｍ … （１）
   ０．１ｍｍ≦Ｌ≦３ｍｍ … （２）
   但し、上記（１）式及び（２）式において、Ｒは前記円弧部の曲率半径であり、Ｌは前記リード部の延在方向に沿った前記根元部分に設けられた前記電極材の長さである。
2. 請求項１に記載のリチウムイオンキャパシタであって、
   前記円弧部は、平面視において、前記根元部分の両側に形成されているリチウムイオンキャパシタ。
3. 請求項１又は２に記載のリチウムイオンキャパシタであって、
   前記電極板のうち正極側の電極板の前記リード部と、前記電極板のうち負極側の電極板の前記リード部とは、実質的に同一の方向に延出しているリチウムイオンキャパシタ。

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