JP5409467B2 - 捲回型の蓄電デバイス - Google Patents
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Description
正極シートは、正極集電体とこれに一体となる正極合材層とを有している。蓄電デバイスをリチウムイオンキャパシタとして機能させる場合には、正極合材層に含まれる正極活物質として、リチウムイオン及び/又はアニオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能な物質を採用することが可能である。すなわち、リチウムイオンとアニオンとの少なくともいずれか一方を可逆的にドープ・脱ドープ可能な物質であれば特に限定されることはない。例えば、活性炭、遷移金属酸化物、導電性高分子、ポリアセン系物質等を用いることが可能である。
負極シートは、負極集電体とこれに一体となる負極合材層とを有している。負極合材層に含まれる負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的にドープ・脱ドープできるものであれば特に限定されることはない。例えば、ケイ素、ケイ素化合物、グラファイト、種々の炭素材料、ポリアセン系物質、錫酸化物等を用いることが可能である。また、グラファイト(黒鉛)、ハードカーボン(難黒鉛化性炭素)、易黒鉛化性炭素、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、カーボンブラック等は高容量化を図ることができるため負極活物質として好ましい。また、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であるポリアセン系有機半導体(PAS)は、高容量化を図ることができるため負極活物質として好適である。このPASはポリアセン系骨格構造を有する。このPASの水素原子/炭素原子の原子数比(H/C)は0.05以上、0.50以下の範囲内であることが好ましい。PASのH/Cが0.50を超える場合には、芳香族系多環構造が充分に発達していないことから、リチウムイオンのドープ・脱ドープがスムーズに行われず、蓄電デバイスの充放電効率が低下するおそれがある。PASのH/Cが0.05未満の場合には、蓄電デバイスの容量が低下するおそれがある。
正極集電体および負極集電体の材料としては、一般にバッテリやキャパシタに提案されている種々の材料を用いることが可能である。例えば、正極集電体の材料として、アルミニウム、ステンレス鋼等を用いることができる。負極集電体の材料として、ステンレス鋼、銅、ニッケル等を用いることができる。また、正極集電体や負極集電体に貫通孔を形成する場合において、貫通孔の開口率としては通常40〜60%である。なお、リチウムイオンの移動を阻害しないものであれば、貫通孔の大きさ、個数、形状等について特に限定されることはない。
導電層の材料としては、導電性が付与された多孔質材料を用いることが可能である。例えば、ケッチェンブラック等の導電性材料とポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のバインダーとを混合してスラリーを形成し、このスラリーを負極集電体や正極集電体に塗工することで導電層が形成される。導電性材料としては、アセチレンブラック、グラファイト、金属粉末等を用いることが可能である。また、バインダーとしては、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート等の熱可塑性樹脂、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム系バインダーを用いることが可能である。なお、導電性が付与されたセラミック材料によって導電層を形成しても良い。
セパレータとしては、電解液、正極活物質、負極活物質等に対して耐久性があり、連通気孔を有する電子伝導性のない多孔質体等を用いることができる。例えば、紙(セルロース)、ガラス繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなる布、不織布あるいは多孔体が用いられる。また、セパレータを留める際には粘着テープや接着剤を用いることが可能であるが、これら粘着テープや接着剤についても電解液、正極活物質、負極活物質等に対して不活性であることが好ましい。また、セパレータの材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンジフルオライド、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステル等を用いることにより、熱融着処理を施してセパレータを留めることも可能である。なお、セパレータの厚みは、電解液の保持量、セパレータの強度、蓄電デバイスの内部抵抗等を勘案して適宜設定することができる。
電解液としては、高電圧でも電気分解を起こさないという点、リチウムイオンが安定に存在できるという点から、リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒を用いることが好ましい。非プロトン性有機溶媒としては、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、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、スルホラン等を単独あるいは混合した溶媒が挙げられる。また、リチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiPF6、LIN(C2F5SO2)2等が挙げられる。また、電解液中の電解質濃度は、電解液による内部抵抗を小さくするため、少なくとも0.1モル/L以上とすることが好ましい。更には、0.5〜1.5モル/Lの範囲内とすることが好ましい。
容器としては、一般に電池に用いられている種々の材質を用いることができる。例えば、鉄やアルミニウム等の金属材料を使用しても良い。また、アルミニウム層や樹脂層等を備えるラミネートフィルム材料を使用しても良い。また、容器の形状についても特に限定されることはない。円筒型や角型など用途に応じて適宜選択することが可能である。
11,40,50 電極シート群
13,41 負極シート(第1電極シート)
14 負極シート(第2電極シート)
15,54,55 正極シート(第3電極シート)
20,51 負極
21 負極集電体(第1電極集電体)
21a,25a 貫通孔
22 負極合材層(第1電極合材層)
23,27 導電層
24,28 金属リチウム箔(イオン供給シート)
25 負極集電体(第2電極集電体)
26 負極合材層(第2電極合材層)
30,53 正極
31 正極集電体(第3電極集電体)
32,33 正極合材層(第3電極合材層)
52 負極シート
56 負極集電体(第3電極集電体)
57,58 負極合材層(第3電極合材層)
Claims (3)
- 複数枚の電極シートを重ねた電極シート群を巻いて形成される捲回型の蓄電デバイスであって、
正極と負極との一方は、
前記電極シート群の一方の最外層に設けられ、複数の貫通孔が形成される第1電極集電体の片面に第1電極合材層が塗工される第1電極シートと、
前記電極シート群の他方の最外層に設けられ、複数の貫通孔が形成される第2電極集電体の片面に第2電極合材層が塗工される第2電極シートとを有し、
前記正極と前記負極との他方は、
前記第1電極シートと前記第2電極シートとの間に設けられ、第3電極集電体の両面に第3電極合材層が塗工される第3電極シートを有し、
前記第1電極集電体と前記第2電極集電体との少なくともいずれか一方の未塗工面に、前記第1電極合材層と前記第2電極合材層との少なくともいずれか一方にイオンを供給するイオン供給シートを設け、
前記電極集電体と前記イオン供給シートとの間に、導電性を備えた多孔質材料によって形成される導電層を設け、
前記電極集電体と前記イオン供給シートとは前記導電層を介して電気的に接続され、前記イオン供給シートからのイオンは前記導電層および前記電極集電体を通過して前記電極合材層に供給されることを特徴とする捲回型の蓄電デバイス。 - 請求項1記載の捲回型の蓄電デバイスにおいて、
前記イオン供給シートは、前記第1電極集電体と前記第2電極集電体との双方に設けられることを特徴とする捲回型の蓄電デバイス。 - 請求項1または2記載の捲回型の蓄電デバイスにおいて、
前記第1電極合材層および前記第2電極合材層は、前記第3電極シート側に塗工されることを特徴とする捲回型の蓄電デバイス。
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