JP5429678B1 - 蓄電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造工程が簡略化された低コストの蓄電デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】蓄電デバイス１０の製造方法は、外装部材７内に、セパレータ３を介して正極１および負極２を積層してなる積層体６とリチウムイオン供給源５とを配置すると共に、非水電解液９を注入する蓄電デバイス用セル作製工程と、正極１とリチウムイオン供給源５との間で充放電を行う充放電工程と、負極２にリチウムイオンを吸蔵させる吸蔵工程と、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】蓄電デバイス１０の製造方法は、外装部材７内に、セパレータ３を介して正極１および負極２を積層してなる積層体６とリチウムイオン供給源５とを配置すると共に、非水電解液９を注入する蓄電デバイス用セル作製工程と、正極１とリチウムイオン供給源５との間で充放電を行う充放電工程と、負極２にリチウムイオンを吸蔵させる吸蔵工程と、を含む。
【選択図】図１
Description
本発明は、蓄電デバイスの製造方法に関し、特に、製造工程が簡略化された低コストでかつ長期安定性に優れた蓄電デバイスを製造する方法に関するものである。
従来、ノート型パソコンや携帯電話等の各種携帯機器を始めとする電池を用いた一般電気機器の小型化・軽量化のために、小型電池の開発が行われている。各種携帯機器等の一般電気機器の小型化・軽量化のためには、電源である電池のエネルギー密度が高いこと（高容量化）が不可欠である。また、小型電池に加えて、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される自動車用の蓄電装置として、或いは、太陽電池や風力発電等の新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電池として、大型電池の開発も進んでいる。このような大型電池には、更なる高エネルギー密度や高出力密度が要求されている。
前記要求を満たすものとして、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置の研究開発が活発に行われている。具体的には、例えば、特許文献１には、層状構造を有する炭素質材料であって、（００２）面に非晶質部が複数個分散しており、非晶質部の平均面積が１．５ｎｍ２以上である炭素質材料が記載されている。そして、特許文献１には、この炭素質材料を蓄電装置の正極（負極はグラファイト）に使用した場合に、当該蓄電装置の高容量化を実現することができる旨が開示されている。
また、特許文献２には、主としてアニオンが挿入・脱離される炭素質材料を含む正極と、金属リチウムまたはリチウムイオンを挿入、脱離可能な炭素質材料を含む負極と、非水溶媒にリチウム塩を溶解してなる非水電解液とから少なくとも構成される非水電解液二次電池に、金属リチウムを参照電極として正極の充電終止電圧を表した場合に、５．３〜５．６Ｖと表される電圧まで充電する非水電解液二次電池の充電方法が記載されている。そして、特許文献２には、当該非水電解液二次電池の高容量化を実現することができる旨が開示されている。
しかしながら、前記特許文献１に記載の蓄電装置を製造するには、先ず、正極を作製するために電極作成用のセルを別個に組み立て、例えば２．２５〜３．５Ｖで少なくとも一回充放電する事前処理（充放電）を行って正極を作製した後、セルを解体して正極を取り出し、得られた正極、および負極を用いて蓄電装置用のセルを組み立てる必要がある。同様に、特許文献２に記載の非水電解液二次電池（蓄電装置）を製造するには、先ず、正極を作製するために電極作成用のセルを別個に組み立て、例えば５．３〜５．６Ｖ（金属リチウム基準）で少なくとも一回充放電する事前処理を行って正極を作製した後、セルを解体して正極を取り出し、得られた正極、および負極を用いて非水電解液二次電池用のセルを組み立てる必要がある。さらに、前記両製造方法では、負極についても、電極作成用のセルを別個に組み立て、予めリチウムイオンを吸蔵させる事前処理（リチウムのプレドープ）を行って負極を作製した後、セルを解体して負極を取り出す必要がある。
つまり、従来の蓄電装置の製造方法においては、当該蓄電装置用のセルを組み立てる前に、正極および負極を作製するために、電極作成用のセルをそれぞれ別個に組み立てて事前処理を行い、セルを解体してこれら正極および負極を取り出す作業が必要であるので、製造工程が煩雑であり、生産性に劣るという課題を有している。また、蓄電装置を各種携帯機器等の一般電気機器、或いは電気自動車やハイブリッド自動車の電源として普及させるために、更には電池の市場が大幅に拡大すると予想されている点から、コストの低減化を図ることが重要であるものの、従来の蓄電装置は製造工程が煩雑であるので低コスト化することが難しいという課題も有している。それゆえ、製造工程が簡略化された低コストの蓄電装置、即ち、蓄電デバイスを製造する方法が切望されている。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、製造工程が簡略化された低コストの蓄電デバイスの製造方法を提供することにある。
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、蓄電デバイスの製造方法において、蓄電デバイス用セル内に、セパレータを介して正極および負極を積層してなる積層体とリチウムイオン供給源とを配置すると共に、非水電解液を注入する蓄電デバイス用セル作製工程を行うことにより、当該蓄電デバイス用セルを作製した後に、正極とリチウムイオン供給源との間で充放電を行う充放電工程と、負極とリチウムイオン供給源との間で電気化学的接触を行い、負極にリチウムイオンを吸蔵させる吸蔵工程とを行うことができること、つまり、蓄電デバイス用セルを作製した後に、正極および負極の処理（充放電）を行うことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法は、貫通孔を有する正極集電体上に形成された、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を正極活物質として含む正極と、貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を負極活物質として含む負極と、リチウム塩を含む非水電解液と、を有する蓄電デバイスの製造方法であって、蓄電デバイス用セル内に、セパレータを介して前記正極および負極を積層してなる積層体とリチウムイオン供給源とを配置すると共に、前記非水電解液を注入する蓄電デバイス用セル作製工程と、正極とリチウムイオン供給源との間で充放電を行う充放電工程と、負極とリチウムイオン供給源との間で電気化学的接触を行い、負極にリチウムイオンを吸蔵させる吸蔵工程と、を含むことを特徴としている。
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、蓄電デバイス用セルを作製した後に、充放電工程と吸蔵工程とを行うことができる。つまり、蓄電デバイス用セルを作製した後に、正極および負極の処理（充放電）を行うことができる。それゆえ、電極作成用のセルをそれぞれ別個に組み立て、事前処理（充放電）を行って正極および負極を作製している従来の蓄電デバイスの製造方法と比べて、製造工程を簡略化することができる。また、電極作成用のセルを別個に組み立てる必要が無いので、この作業等に掛かるコストを削減することができる。従って、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、製造工程が簡略化された低コストで（生産性に優れ）かつ長期安定性に優れた蓄電デバイスを製造することができるという効果を奏する。
本発明の実施の一形態について、以下に詳細に説明する。本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。尚、本明細書においては特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上、Ｂ以下」を意味する。
＜Ａ．蓄電デバイス＞
本発明に係る蓄電デバイスは、貫通孔を有する正極集電体上に形成された、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を正極活物質として含む正極と、貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を負極活物質として含む負極と、リチウム塩を含む非水電解液と、を有する蓄電デバイスである。当該蓄電デバイスは、正極および負極を隔てるセパレータや、電極部、外装部材等をさらに有している。以下、これら各種構成要件について説明する。
本発明に係る蓄電デバイスは、貫通孔を有する正極集電体上に形成された、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を正極活物質として含む正極と、貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を負極活物質として含む負極と、リチウム塩を含む非水電解液と、を有する蓄電デバイスである。当該蓄電デバイスは、正極および負極を隔てるセパレータや、電極部、外装部材等をさらに有している。以下、これら各種構成要件について説明する。
＜１．正極＞
＜１−１．正極が含む炭素質材料＞
前記正極が含む正極活物質としての炭素質材料は、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料であって、下記(ｉ)，(ii)の何れかを満足する炭素質材料が好ましい。
(ｉ) （００２）面に非晶質部が複数個分散しており、前記非晶質部の平均面積が１．５ｎｍ２以上である炭素質材料、または、
(ii) （００２）面に非晶質部が複数個分散しており、前記（００２）面内における前記非晶質部の総面積の、（００２）面内における前記非晶質部および結晶質部の面積の合計に対する割合が、３０％以上である炭素質材料。
＜１−１．正極が含む炭素質材料＞
前記正極が含む正極活物質としての炭素質材料は、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料であって、下記(ｉ)，(ii)の何れかを満足する炭素質材料が好ましい。
(ｉ) （００２）面に非晶質部が複数個分散しており、前記非晶質部の平均面積が１．５ｎｍ２以上である炭素質材料、または、
(ii) （００２）面に非晶質部が複数個分散しており、前記（００２）面内における前記非晶質部の総面積の、（００２）面内における前記非晶質部および結晶質部の面積の合計に対する割合が、３０％以上である炭素質材料。
例えば、前記(ｉ)の炭素質材料は、層状構造を有する炭素質材料の（００２）面に適切な面積の非晶質部が複数個分散しているため、アニオンの挿入、脱離サイトを増大させることができる。しかもこれら非晶質部は、放電後も残存している。従って、この炭素質材料を蓄電デバイスの電極として用いた場合には、炭素質材料の非晶質部に電解質のイオンが優先的にかつ容易に挿入、脱離するため、炭素質材料における挿入、脱離量を増大させることができ、蓄電デバイスの放電容量を向上させることができる。
また、前記(ii)の炭素質材料であれば、層状構造を有する炭素質材料の（００２）面に適切な割合の非晶質部が複数個分散し、その面積割合が３０％以上にも達しているため、電解質のアニオンの挿入、脱離サイトを増大させることができる。そしてこの非晶質部は、放電後も残存している。従って、この炭素質材料を蓄電デバイスの電極として用いた場合には、炭素質材料の非晶質部に電解質のアニオンが優先的にかつ容易に挿入、脱離するため、炭素質材料における挿入、脱離量を増大させることができ、蓄電デバイスの放電容量を向上させることができる。
前記(ｉ)，(ii)の何れかを満足する炭素質材料としては、グラファイト（市販品）が好ましい。グラファイトは（００２）面に層状構造を有する。ここで、「（００２）面」とは、Ｘ線回折で測定される炭素００２面（黒鉛層と水平な面）を指す。
尚、正極が含む層状構造を有する炭素質材料としては、グラファイトが好ましいものの、グラファイトに限らず、層状構造を有する炭素質材料であって前記(ｉ)，(ii)の何れかを満足する炭素質材料であれば好適に用いることができる。例えば、前記炭素質材料として、特開２０１０−２５４５３７号公報に記載の炭素質材料を利用することもできる。本発明においては、前記正極が含む炭素質材料として、蓄電デバイス用セルを作製する前に予め充放電処理がなされている炭素質材料を用いる必要は無い。
＜１−２．正極の製造方法＞
正極は、貫通孔を有する正極集電体上に前記炭素質材料を塗布することによって形成することができる。具体的には、正極集電体としての電極板における負極と対向する表面（片面または両面）に前記炭素質材料を塗布し、当該表面を被覆することによって正極を形成することができる。
正極は、貫通孔を有する正極集電体上に前記炭素質材料を塗布することによって形成することができる。具体的には、正極集電体としての電極板における負極と対向する表面（片面または両面）に前記炭素質材料を塗布し、当該表面を被覆することによって正極を形成することができる。
前記電極板としては、表裏面を貫通する貫通孔を有するアルミニウム板が好ましく、具体的には、厚さ１０〜４０μｍで開口率２０〜４０％の多孔アルミニウム箔（市販品）がより好ましい。尚、正極集電体としては、アルミニウム板に限らず、リチウムイオン電池の正極用電極板として使用可能な、表裏面を貫通する貫通孔を有する金属板であれば好適に用いることができる。
電極板の表面を前記炭素質材料で被覆する方法としては、例えば、バインダを溶解させた溶媒に、炭素質材料と必要に応じて導電助材とを分散させてなる分散液（スラリー）を調製し、この分散液をドクターブレード等の塗工機（横型塗工機並びに縦型塗工機）を用いて電極板の表面に塗布した後、溶媒を乾燥（揮発）させる方法が好適である。尚、電極板の表面を前記炭素質材料で被覆する方法としては、前記方法に限らず、公知の方法を好適に採用することができる。また、乾燥後の炭素質材料の厚さ、即ち、正極の厚さ（片面）は、当該正極の大きさ（面積）等に応じて適宜設定すればよいが、３０〜１５０μｍが好ましく、５０〜９０μｍがより好ましい。
前記バインダとしては、カルボキシメチルセルロースとＳＢＲゴムとの混合物、ポリフッ化ビニルデン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン等が好ましく、ポリフッ化ビニリデンがより好ましい。正極中に含まれるバインダの量は、１〜２０重量％が好ましい。
前記溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等が好ましく、Ｎ−メチル−２−ピロリドンがより好ましい。
＜２．負極＞
＜２−１．負極が含む炭素質材料＞
前記負極が含む負極活物質としての炭素質材料は、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料である。負極が含む炭素質材料としては、グラファイト、難黒鉛性カーボン、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、活性炭等が好ましく、グラファイト、難黒鉛性カーボンまたは人造黒鉛がより好ましい。
＜２−１．負極が含む炭素質材料＞
前記負極が含む負極活物質としての炭素質材料は、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料である。負極が含む炭素質材料としては、グラファイト、難黒鉛性カーボン、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、活性炭等が好ましく、グラファイト、難黒鉛性カーボンまたは人造黒鉛がより好ましい。
尚、負極が含む層状構造を有する炭素質材料としては、前記例示の炭素質材料に限らず、層状構造を有する炭素質材料であって、リチウムイオンを挿入、脱離し得る炭素質材料であれば好適に用いることができる。例えば、前記炭素質材料として、特開２００９−２６０１８７号公報に記載の炭素質材料を利用することもできる。本発明においては、前記負極が含む炭素質材料として、蓄電デバイス用セルを作製する前に予めリチウムイオンの吸蔵処理（リチウムのプレドープ）がなされている炭素質材料を用いる必要は無い。
＜２−２．負極の製造方法＞
負極は、貫通孔を有する負極集電体上に前記炭素質材料を塗布することによって形成することができる。具体的には、負極集電体としての電極板における正極と対向する表面（片面または両面）に前記炭素質材料を塗布し、当該表面を被覆することによって負極を形成することができる。
負極は、貫通孔を有する負極集電体上に前記炭素質材料を塗布することによって形成することができる。具体的には、負極集電体としての電極板における正極と対向する表面（片面または両面）に前記炭素質材料を塗布し、当該表面を被覆することによって負極を形成することができる。
前記電極板としては、表裏面を貫通する貫通孔を有する銅板が好ましく、具体的には、厚さ１０〜４０μｍで開口率２０〜４０％の多孔銅箔（市販品）がより好ましい。尚、負極集電体としては、銅板に限らず、リチウムイオン電池の負極用電極板として使用可能な、表裏面を貫通する貫通孔を有する金属板であれば好適に用いることができる。
電極板の表面を前記炭素質材料で被覆する方法としては、例えば、バインダを溶解させた溶媒に、炭素質材料と必要に応じて導電助材とを分散させてなる分散液（スラリー）を調製し、この分散液をドクターブレード等の塗工機（横型塗工機または縦型塗工機）を用いて電極板の表面に塗布した後、溶媒を乾燥（揮発）させる方法が好適である。尚、電極板の表面を前記炭素質材料で被覆する方法としては、前記方法に限らず、公知の方法を好適に採用することができる。また、乾燥後の炭素質材料の厚さ、即ち、負極の厚さ（片面）は、当該負極の大きさ（面積）等に応じて適宜設定すればよいが、３０〜１５０μｍが好ましく、５０〜９０μｍがより好ましい。
前記バインダとしては、カルボキシメチルセルロースとＳＢＲゴムとの混合物、ポリフッ化ビニルデン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン等が好ましく、ポリフッ化ビニリデンがより好ましい。負極中に含まれるバインダの量は、１〜２０重量％が好ましい。
前記溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等が好ましく、Ｎ−メチル−２−ピロリドンがより好ましい。
＜３．非水電解液＞
前記非水電解液は、電解質としてリチウム塩を含む。つまり、前記非水電解液は、有機溶媒に溶解された電解質（溶質）としてのリチウム塩を含む有機電解液である。非水電解液は、必要に応じてリチウム塩以外の他の電解質を含んでいてもよい。
前記非水電解液は、電解質としてリチウム塩を含む。つまり、前記非水電解液は、有機溶媒に溶解された電解質（溶質）としてのリチウム塩を含む有機電解液である。非水電解液は、必要に応じてリチウム塩以外の他の電解質を含んでいてもよい。
前記リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＩＯ４、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬＩＡｓＦ６、およびＬｉＳｂＦ６からなる群から選ばれる一種以上の塩が好ましく、ＬｉＰＦ６がより好ましい。また、非水電解液におけるリチウム塩の濃度（電解質濃度）は、より高い方が望ましく、具体的には、０．５〜５．０ｍｏｌ／Ｌ（０．５〜５．０Ｍ）が好ましく、１．０〜１．５ｍｏｌ／Ｌがより好ましい。
前記有機溶媒としては、エチレンカーボネート、ブ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、ジエチルカーボネート、スルホラン、ジメトキシエタン等が好ましい。これら有機溶媒は、単独溶媒として用いてもよく、二種以上の混合溶媒として用いてもよい。混合溶媒としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒が好ましく、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを重量比１：１で混合してなる混合溶媒がより好ましい。
尚、前記リチウム塩および有機溶媒として、前記例示の化合物以外の、公知のリチウム塩および有機溶媒を用いることもできる（前記例示の化合物以外の化合物を用いることを制限しない）。
＜４．その他の構成＞
蓄電デバイスにおいて前記正極および負極を隔てるセパレータとしては、セルロース系、或いはポリエチレン等のポリオレフィン系等の重合体からなる多孔質の膜が好ましく、セルロース系の重合体からなる多孔質の膜がより好ましい。
蓄電デバイスにおいて前記正極および負極を隔てるセパレータとしては、セルロース系、或いはポリエチレン等のポリオレフィン系等の重合体からなる多孔質の膜が好ましく、セルロース系の重合体からなる多孔質の膜がより好ましい。
蓄電デバイスにおいて前記正極および負極を外部に導出する外部取り出し電極である電極部としては、公知の電極部を用いることができる。
蓄電デバイスにおいてセル（蓄電デバイス用セル）を構成する外装部材としては、アルミニウムからなるラミネートフィルムが好ましい。従って、蓄電デバイスのセルは、アルミニウムからなるラミネート外装であることが好ましい。
尚、前記セパレータおよび外装部材として、前記例示の物質以外の、公知のセパレータおよび外装部材を用いることもできる（前記例示の物質以外の物質を用いることを制限しない）。
そして、本発明に係る蓄電デバイスは、その作製時に、外装部材で外装が構成される蓄電デバイス用セル内において、セパレータを介して前記正極および負極を積層してなる積層体に隣接して配置される、リチウムイオン供給源をさらに有している。つまり、本発明に係る蓄電デバイスは、その作製時に、金属リチウムが蓄電デバイス用セル内に配置されている。前記リチウムイオン供給源は、金属リチウムが圧着若しくは貼り合わされた銅箔（市販品）やニッケル箔等の金属箔である。リチウムイオン供給源は、前記金属箔からなる金属リチウム電極を外部に導出する外部取り出し電極である電極部を有している。リチウムイオン供給源は、正極および負極と直接、接触しないように蓄電デバイス用セル内に配置される。尚、リチウムイオン供給源は、蓄電デバイス用セル内の積層体一つに一つ配置すればよいが、積層体を挟むようにして二つ以上配置することもできる。また、リチウムイオン供給源の金属リチウムは、蓄電デバイスの使用時には全てリチウムイオンとなっており、金属の状態では存在しない。
金属リチウムの重量は、負極活物質としての炭素質材料が吸蔵し得るリチウムイオンの最大重量（理論重量）に対して、５０〜９０重量％であることが好ましく、６０〜８０重量％であることがより好ましく、７０重量％であることがさらに好ましい。
＜５．蓄電デバイスの構成＞
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によって製造される蓄電デバイス（蓄電デバイス用セル作製工程によって作製される蓄電デバイス）について、図１を参照しながら、以下に説明する。図１は本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によって製造される蓄電デバイスの構成の一例を示す概略の断面図である。尚、以下の説明においては、蓄電デバイスが正極および負極を合わせて５層積層してなる積層体を有している場合を例に挙げることとする。
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によって製造される蓄電デバイス（蓄電デバイス用セル作製工程によって作製される蓄電デバイス）について、図１を参照しながら、以下に説明する。図１は本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によって製造される蓄電デバイスの構成の一例を示す概略の断面図である。尚、以下の説明においては、蓄電デバイスが正極および負極を合わせて５層積層してなる積層体を有している場合を例に挙げることとする。
図１に示すように、本発明に係る蓄電デバイス（蓄電デバイス用セル作製工程によって作製される蓄電デバイス）１０は、外装部材７で外装が構成される蓄電デバイス用セル８内に、セパレータ３を介して正極１および負極２を積層してなる積層体６と、金属リチウム４を備えた金属箔からなるリチウムイオン供給源５とが配置され、非水電解液９が注入されることによって構成されている。蓄電デバイス用セル８は密封されている。尚、非水電解液９は積層体６内にも注入されている。
積層体６は、最外層が負極２になるようにして、セパレータ３を介して正極１および負極２を合わせて５層積層することにより構成されている。従って、正極１は電極板における両面に炭素質材料が塗布されて構成されている。一方、内部に位置する負極２は電極板における両面に炭素質材料が塗布されて構成されており、最外層に位置する負極２は電極板における片面に炭素質材料が塗布されて構成されている。尚、積層体６における正極１および負極２は、合わせて２層以上積層されていればよく、好ましくは３層以上積層されていればよく、より好ましくは５層以上積層されていればよい。また、３層以上積層する場合において、積層体６の最外層は負極２であることが好ましい。
さらに、積層体６およびリチウムイオン供給源５間、積層体６および外装部材７間、並びに、リチウムイオン供給源５および外装部材７間には、互いに接触しないように、セパレータ３が挿入されている。つまり、セパレータ３が挿入されることによって、外装部材７、正極１、負極２、およびリチウムイオン供給源５は、互いに接触しないようになっている。
＜Ｂ．蓄電デバイスの製造方法＞
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法は、貫通孔を有する正極集電体上に形成された、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を正極活物質として含む正極１と、貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を負極活物質として含む負極２と、リチウム塩を含む非水電解液９と、を有する蓄電デバイスの製造方法であって、蓄電デバイス用セル８となる外装部材７内に、セパレータ３を介して前記正極１および負極２を積層してなる積層体６とリチウムイオン供給源５とを配置すると共に、前記非水電解液９を注入する蓄電デバイス用セル作製工程と、正極１とリチウムイオン供給源５との間で充放電を行う充放電工程と、負極２とリチウムイオン供給源５との間で電気化学的接触を行い、負極２にリチウムイオンを吸蔵させる吸蔵工程と、を含む方法である。
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法は、貫通孔を有する正極集電体上に形成された、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を正極活物質として含む正極１と、貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を負極活物質として含む負極２と、リチウム塩を含む非水電解液９と、を有する蓄電デバイスの製造方法であって、蓄電デバイス用セル８となる外装部材７内に、セパレータ３を介して前記正極１および負極２を積層してなる積層体６とリチウムイオン供給源５とを配置すると共に、前記非水電解液９を注入する蓄電デバイス用セル作製工程と、正極１とリチウムイオン供給源５との間で充放電を行う充放電工程と、負極２とリチウムイオン供給源５との間で電気化学的接触を行い、負極２にリチウムイオンを吸蔵させる吸蔵工程と、を含む方法である。
前記吸蔵工程および前記充放電工程を行う順序は、特に限定されるものではなく、前記吸蔵工程の後に前記充放電工程を行ってもよく、前記充放電工程の後に前記吸蔵工程を行ってもよい。
以下、説明の便宜上、充放電工程の後に吸蔵工程を行う場合を例に挙げて、これら各工程について説明する。
＜６．蓄電デバイス用セル作製工程＞
先ず、前記方法により、貫通孔を有する正極集電体上に形成された、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を正極活物質として含む正極１を製造すると共に、貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を負極活物質として含む負極２とを製造する。そして、セパレータ３を介して正極１および負極２を積層することによって積層体６を作製する。また、非水電解液９や、金属リチウム４を備えた金属箔からなるリチウムイオン供給源５を作製（または準備）する。さらに、正極１、負極２およびリチウムイオン供給源５に電極部を取り付ける。積層体６の作製方法や非水電解液９の作製方法は、特に限定されるものではなく、公知の作製方法を採用することができる。
先ず、前記方法により、貫通孔を有する正極集電体上に形成された、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を正極活物質として含む正極１を製造すると共に、貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を負極活物質として含む負極２とを製造する。そして、セパレータ３を介して正極１および負極２を積層することによって積層体６を作製する。また、非水電解液９や、金属リチウム４を備えた金属箔からなるリチウムイオン供給源５を作製（または準備）する。さらに、正極１、負極２およびリチウムイオン供給源５に電極部を取り付ける。積層体６の作製方法や非水電解液９の作製方法は、特に限定されるものではなく、公知の作製方法を採用することができる。
次に、図１に示すように、蓄電デバイス用セル８となる外装部材７内に、前記積層体６とリチウムイオン供給源５とをセパレータ３を介して配置すると共に、非水電解液９を注入する。その後、外装部材７を密閉することによって蓄電デバイス用セル８を密封することにより、本発明に係る蓄電デバイス、つまり、蓄電デバイス１０を作製する（蓄電デバイス用セル作製工程）。
蓄電デバイス用セル作製工程は、公知の蓄電デバイスの製造方法と同様に、露点が−３５℃以下、より好ましくは−６０℃以下のドライ雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で行われる。
＜７．充放電工程＞
次いで、蓄電デバイス用セル作製工程で作製された蓄電デバイス１０における正極１の電極部と、リチウムイオン供給源５の電極部との間で充放電を行う（充放電工程）。つまり、正極１およびリチウムイオン供給源５間に、一定電流を流して充電し、その後放電する、充放電サイクルを少なくとも１回行う。
次いで、蓄電デバイス用セル作製工程で作製された蓄電デバイス１０における正極１の電極部と、リチウムイオン供給源５の電極部との間で充放電を行う（充放電工程）。つまり、正極１およびリチウムイオン供給源５間に、一定電流を流して充電し、その後放電する、充放電サイクルを少なくとも１回行う。
充電は、例えば、電流密度１．８５ｍＡ／ｃｍ２の定電流で、電圧が所定電圧に達するまで行われる。ここで、充電時の所定電圧（正極電位）は、金属リチウムを基準として、充電電圧を５．０Ｖ以上、６．０Ｖ以下とすることがより好ましい。また、充放電サイクルは、少なくとも１回行えばよいが、複数回行ってもよい。正極１およびリチウムイオン供給源５間に充電電流を流すと、非水電解液９中のカチオンはリチウムイオン供給源５の金属リチウム４に吸着され、アニオンは正極の層状構造を有する炭素質材料（例えばグラファイトの層間）に挿入される。所定電圧になるまで充電を行った後、今度は金属リチウムを基準として３．０Ｖになるまで放電を行う。尚、充放電サイクルの具体的な条件は、特に限定されるものではない。
以上の方法により、蓄電デバイス用セル８内で、充放電処理（事前処理）がなされている正極、即ち、蓄電デバイスに用いる正極が作製される。
これにより、層状構造を有する炭素質材料に前記非晶質部を形成することができ、アニオンの挿入、脱離サイトを増大させることができる。また、放電後においても非晶質部は残存する。従って、炭素質材料の非晶質部に電解質のアニオンが優先的にかつ容易に挿入、脱離するため、炭素質材料における挿入、脱離量を増大させることができ、蓄電デバイスの放電容量を向上させることができる。このことは、例えばグラファイト内における非晶質部の形成の有無および層間距離の拡大と、挿入、脱離量とに関連があることが推察される。即ち、非晶質部が増加し、層間距離が広がり、その結果、アニオンが非晶質部に対して優先的に挿入、脱離し易くなって蓄電量が増加するということが言える。
＜８．吸蔵工程＞
続いて、蓄電デバイス用セル作製工程で作製された蓄電デバイス１０における負極２の電極部と、リチウムイオン供給源５の電極部との間で電気化学的接触を行い、負極２にリチウムイオンを吸蔵させる（吸蔵工程）。ここで、電気化学的接触による負極２の電位は、金属リチウムを基準として、０．０１Ｖ以上、０．１Ｖ以下とすることがより好ましい。つまり、負極２の電極部とリチウムイオン供給源５の電極部とを外部回路を通して短絡させる（または電流を流す）ことにより、負極２の層状構造を有する炭素質材料と金属リチウム４とを電気化学的に反応させる。尚、吸蔵工程における具体的な吸蔵条件は、特に限定されるものではない。
続いて、蓄電デバイス用セル作製工程で作製された蓄電デバイス１０における負極２の電極部と、リチウムイオン供給源５の電極部との間で電気化学的接触を行い、負極２にリチウムイオンを吸蔵させる（吸蔵工程）。ここで、電気化学的接触による負極２の電位は、金属リチウムを基準として、０．０１Ｖ以上、０．１Ｖ以下とすることがより好ましい。つまり、負極２の電極部とリチウムイオン供給源５の電極部とを外部回路を通して短絡させる（または電流を流す）ことにより、負極２の層状構造を有する炭素質材料と金属リチウム４とを電気化学的に反応させる。尚、吸蔵工程における具体的な吸蔵条件は、特に限定されるものではない。
以上の方法により、蓄電デバイス用セル８内で、リチウムプレドープ処理（事前処理）がなされている負極、即ち、蓄電デバイスに用いる負極が作製される。
負極２の炭素質材料に吸蔵させる金属リチウムの重量は、当該炭素質材料が吸蔵し得るリチウムイオンの最大重量（理論重量）に対して、５０〜９０重量％であることが好ましく、６０〜８０重量％であることがより好ましく、７０重量％であることがさらに好ましい。この範囲内であれば、蓄電デバイス１０の容量と比較して負極２の容量が小さ過ぎないため、負極２に十分な量のリチウムイオンを吸蔵させることができる。また、負極２の重量の増加を抑えることによって、蓄電デバイス１０の重量が増加することを防止することができるため、蓄電デバイス１０の容量密度も低下しない。また、負極２に吸蔵されるリチウムイオンの量が適量であるため、蓄電デバイス１０の容量密度を維持することができ、フロート荷電における容量低下も防止することができる。
＜９．その他の工程＞
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法においては、前記充放電工程と吸蔵工程との間に、蓄電デバイス用セル８内の非水電解液９の少なくとも一部を入れ替える入れ替え工程を行うことがより好ましい。
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法においては、前記充放電工程と吸蔵工程との間に、蓄電デバイス用セル８内の非水電解液９の少なくとも一部を入れ替える入れ替え工程を行うことがより好ましい。
これにより、前記充放電工程時に正極に付着する（トラップされる）ことによって減少するアニオン量（不可逆容量）を補充すること、つまり、非水電解液中の電解質の濃度を維持することができるので、長期特性に優れた蓄電デバイスを製造することができる。
＜１０．変形例＞
吸蔵工程の後に充放電工程を行う場合には、前記＜７．充放電工程＞および＜８．吸蔵工程＞を行う順序を入れ替えて、＜８．吸蔵工程＞に続いて＜７．充放電工程＞を行えばよい。この順番で両工程を行う場合においても、前記吸蔵工程と充放電工程との間に、蓄電デバイス用セル８内の非水電解液９の少なくとも一部を入れ替える入れ替え工程を行うことがより好ましい。
吸蔵工程の後に充放電工程を行う場合には、前記＜７．充放電工程＞および＜８．吸蔵工程＞を行う順序を入れ替えて、＜８．吸蔵工程＞に続いて＜７．充放電工程＞を行えばよい。この順番で両工程を行う場合においても、前記吸蔵工程と充放電工程との間に、蓄電デバイス用セル８内の非水電解液９の少なくとも一部を入れ替える入れ替え工程を行うことがより好ましい。
＜１１．充放電電圧の最高電圧＞
本発明に係る製造方法で製造される蓄電デバイスは、当該蓄電デバイスの作動電圧範囲（充放電電圧）の上限電圧が５．０Ｖ以上、６．０Ｖ以下となるようにして、充放電を行うことが好ましい。
本発明に係る製造方法で製造される蓄電デバイスは、当該蓄電デバイスの作動電圧範囲（充放電電圧）の上限電圧が５．０Ｖ以上、６．０Ｖ以下となるようにして、充放電を行うことが好ましい。
前記構成の蓄電デバイス用セル（蓄電デバイス）において、上限電圧が５．０Ｖ以上、６．０Ｖ以下となるようにして充放電を行うことにより、公知のリチウムイオン電池等の蓄電デバイスよりも大きな蓄電容量を発生させることができる。例えば、本発明に係る蓄電デバイスによれば、従来のＥＤＬＣ（充放電電圧範囲０Ｖ〜２．７Ｖ程度）、リチウムイオンキャパシタ（充放電電圧範囲２．２Ｖ〜３．８Ｖ程度）に比べて、また、従前の高容量型リチウムイオン電池（充放電電圧範囲２．５Ｖ〜４．２Ｖ程度）に比べて、容量密度、出力密度の何方か一方、或いは両方の点で優れているという効果を有する。
一般に蓄電デバイスは、充放電電圧の上限電圧の値が低くなるに従って、充放電容量が低減する。しかしながら、本発明に係る蓄電デバイスでは、作動電圧範囲（充放電電圧）の上限電圧が５．０Ｖ以上、６．０Ｖ以下であるため、十分な充放電容量が得られる。尚、上限電圧が６．０Ｖを超えると、電解液の分解が進行して特性が低下するおそれがある。また、蓄電デバイスの作動電圧範囲（充放電電圧）の下限電圧は３Ｖ付近であればよく、特に限定されるものではない。
本発明に係る製造方法によって製造される蓄電デバイスは、作動電圧範囲（充放電電圧）の上限電圧が５．０Ｖ以上、６．０Ｖ以下と高く、大容量な蓄電池である。それゆえ、当該製造方法によって製造される蓄電デバイス、或いは当該蓄電デバイスを備えた蓄電装置は、ノート型パソコンや携帯電話等の各種携帯機器等の一般電気機器、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される自動車用の蓄電装置、或いは、太陽電池や風力発電等の新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電池等の種々の分野に広く利用することができる。
また、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法には、以下の発明も包含される。
１． 層間にアニオンが挿入脱離する炭素質材料を正極活物質に、層間にカチオンが挿入脱離する炭素質材料を負極活物質に用い、それぞれを、表裏面を貫通する孔を備えた正極集電体および負極集電体上に形成した正極と負極を、セパレータを介して交互に三層以上積層するセル構造とすると共に、これに対向してリチウムイオン供給源を配置した構成とし、これにリチウム塩を溶解した非水電解液を備える非水電解液二次電池において、先ずリチウム供給源と正極との間で充放電を行う工程と、その後リチウム供給源と負極との間で電気化学的接触を行い負極に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入する工程を含むことを特徴とする、非水電解液二次電池の製造方法。
２． 前記リチウム供給源と正極との間の充放電を行う工程と、その後リチウム供給源と負極との間で電気化学的接触を行い負極に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入する工程の間に、リチウム塩を溶解した非水電解液を交換する工程を含むことがより好ましい。
３． 層間にアニオンが挿入脱離する炭素質材料を正極活物質に、層間にカチオンが挿入脱離する炭素質材料を負極活物質に用い、それぞれを、表裏面を貫通する孔を備えた正極集電体および負極集電体上に形成した正極と負極を、セパレータを介して交互に三層以上積層するセル構造とすると共に、これに対向してリチウムイオン供給源を配置した構成とし、これにリチウム塩を溶解した非水電解液を備える非水電解液二次電池において、先ずリチウム供給源と負極との間で電気化学的接触を行い負極に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入する工程と、その後リチウム供給源と正極との間で充放電を行う工程を含むことを特徴とする、非水電解液二次電池の製造方法。
４． 前記リチウム供給源と負極との間で電気化学的接触を行い負極に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入する工程と、その後リチウム供給源と正極との間の充放電を行う工程の間に、リチウム塩を溶解した非水電解液を交換する工程を含むことがより好ましい。
５． 前記リチウム供給源と正極との間の充放電が金属リチウム基準として５．０〜６．０Ｖとすることがより好ましい。
６． リチウム供給源と負極との間で電気化学的接触による負極の電位が金属リチウム基準として０．０１〜０．１Ｖとすることがより好ましい。
７． 電池の作動電圧範囲の上限電圧５．０〜６．０Ｖとする前記非水電解液二次電池の製造方法により製造された非水電解液二次電池。
１． 層間にアニオンが挿入脱離する炭素質材料を正極活物質に、層間にカチオンが挿入脱離する炭素質材料を負極活物質に用い、それぞれを、表裏面を貫通する孔を備えた正極集電体および負極集電体上に形成した正極と負極を、セパレータを介して交互に三層以上積層するセル構造とすると共に、これに対向してリチウムイオン供給源を配置した構成とし、これにリチウム塩を溶解した非水電解液を備える非水電解液二次電池において、先ずリチウム供給源と正極との間で充放電を行う工程と、その後リチウム供給源と負極との間で電気化学的接触を行い負極に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入する工程を含むことを特徴とする、非水電解液二次電池の製造方法。
２． 前記リチウム供給源と正極との間の充放電を行う工程と、その後リチウム供給源と負極との間で電気化学的接触を行い負極に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入する工程の間に、リチウム塩を溶解した非水電解液を交換する工程を含むことがより好ましい。
３． 層間にアニオンが挿入脱離する炭素質材料を正極活物質に、層間にカチオンが挿入脱離する炭素質材料を負極活物質に用い、それぞれを、表裏面を貫通する孔を備えた正極集電体および負極集電体上に形成した正極と負極を、セパレータを介して交互に三層以上積層するセル構造とすると共に、これに対向してリチウムイオン供給源を配置した構成とし、これにリチウム塩を溶解した非水電解液を備える非水電解液二次電池において、先ずリチウム供給源と負極との間で電気化学的接触を行い負極に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入する工程と、その後リチウム供給源と正極との間で充放電を行う工程を含むことを特徴とする、非水電解液二次電池の製造方法。
４． 前記リチウム供給源と負極との間で電気化学的接触を行い負極に予めカチオンとしてリチウムイオンを挿入する工程と、その後リチウム供給源と正極との間の充放電を行う工程の間に、リチウム塩を溶解した非水電解液を交換する工程を含むことがより好ましい。
５． 前記リチウム供給源と正極との間の充放電が金属リチウム基準として５．０〜６．０Ｖとすることがより好ましい。
６． リチウム供給源と負極との間で電気化学的接触による負極の電位が金属リチウム基準として０．０１〜０．１Ｖとすることがより好ましい。
７． 電池の作動電圧範囲の上限電圧５．０〜６．０Ｖとする前記非水電解液二次電池の製造方法により製造された非水電解液二次電池。
本発明は、以上説示した各構成に限定されるものではなく、明細書に記載した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが参考として援用される。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は係る実施例のみに限定されるものではない。
〔実施例１〕
図１に示す構成の蓄電デバイス１０を作製した。即ち、下記製造方法により、本実施例に係る蓄電デバイスを作製した。
図１に示す構成の蓄電デバイス１０を作製した。即ち、下記製造方法により、本実施例に係る蓄電デバイスを作製した。
＜正極１の作製＞
バインダであるポリフッ化ビニリデンを溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解した後、得られた溶液に正極活物質としてグラファイト（ＫＳ６：Timcal社製）を分散させ、スラリー（分散液）とした。このスラリーを正極集電体である多孔アルミニウム箔（市販品；厚さ２０μｍ、開口率３０％）の表裏面にドクターブレードを用いて塗工し、乾燥させて正極１を作製した。塗工されたスラリーの乾燥後の厚さ、即ち、正極１の厚さ（片面）は、８０μｍであった。また、グラファイトとポリフッ化ビニルデンとの重量比（グラファイト：ポリフッ化ビニルデン）は、９０：１０であった。
バインダであるポリフッ化ビニリデンを溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解した後、得られた溶液に正極活物質としてグラファイト（ＫＳ６：Timcal社製）を分散させ、スラリー（分散液）とした。このスラリーを正極集電体である多孔アルミニウム箔（市販品；厚さ２０μｍ、開口率３０％）の表裏面にドクターブレードを用いて塗工し、乾燥させて正極１を作製した。塗工されたスラリーの乾燥後の厚さ、即ち、正極１の厚さ（片面）は、８０μｍであった。また、グラファイトとポリフッ化ビニルデンとの重量比（グラファイト：ポリフッ化ビニルデン）は、９０：１０であった。
＜負極２の作製＞
バインダであるポリフッ化ビニリデンを溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解した後、得られた溶液に負極活物質として人造黒鉛（市販品；グラファイト）を分散させ、スラリー（分散液）とした。このスラリーを負極集電体である多孔銅箔（市販品；厚さ１５μｍ、開口率２０％）の表裏面または片面にドクターブレードを用いて塗工し、乾燥させて負極２を作製した。塗工されたスラリーの乾燥後の厚さ、即ち、負極２の厚さ（片面）は、９０μｍであった。また、人造黒鉛とポリフッ化ビニルデンとの重量比（人造黒鉛：ポリフッ化ビニルデン）は、９０：１０であった。
バインダであるポリフッ化ビニリデンを溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解した後、得られた溶液に負極活物質として人造黒鉛（市販品；グラファイト）を分散させ、スラリー（分散液）とした。このスラリーを負極集電体である多孔銅箔（市販品；厚さ１５μｍ、開口率２０％）の表裏面または片面にドクターブレードを用いて塗工し、乾燥させて負極２を作製した。塗工されたスラリーの乾燥後の厚さ、即ち、負極２の厚さ（片面）は、９０μｍであった。また、人造黒鉛とポリフッ化ビニルデンとの重量比（人造黒鉛：ポリフッ化ビニルデン）は、９０：１０であった。
＜蓄電デバイス１０の作製＞
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを重量比１：１で混合してなる混合溶媒に、電解質（リチウム塩）であるリチウムヘキサフルオロフォスフェート（ＬｉＰＦ６）を、その濃度（電解質濃度）が１．５ｍｏｌ／Ｌ（１．５Ｍ）となるように溶解することにより、非水電解液９を作製した。
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを重量比１：１で混合してなる混合溶媒に、電解質（リチウム塩）であるリチウムヘキサフルオロフォスフェート（ＬｉＰＦ６）を、その濃度（電解質濃度）が１．５ｍｏｌ／Ｌ（１．５Ｍ）となるように溶解することにより、非水電解液９を作製した。
そして、ドライ雰囲気下で蓄電デバイス１０を作製した。即ち、作製した前記正極１および負極２を、最外層が負極２になるようにして、セパレータ３を介して５層積層することによって積層体６を作製した。さらに、積層体６にセパレータ３を介して、金属リチウム４を備えた銅箔からなるリチウムイオン供給源（市販品）５を積層した。金属リチウムの重量は、負極２が吸蔵し得るリチウムイオンの最大重量（理論重量）に対して、７０重量％となる量に設定した。そして、正極１、負極２およびリチウムイオン供給源５にそれぞれ電極部を取り付けた。
積層体６とリチウムイオン供給源５とからなる前記積層体を、セパレータ３を介して外装部材（アルミニウムからなるラミネートフィルム）７内に収容する（外装する）と共に、当該外装部材７内に前記非水電解液９を注入した。続いて、外装部材７を密閉することによって蓄電デバイス用セル８を密封することにより、蓄電デバイス（蓄電デバイス用セル作製工程によって作製される蓄電デバイス）１０を作製した。
作製した蓄電デバイス１０における正極１およびリチウムイオン供給源５間に、金属リチウムを基準として、正極電位を５．３Ｖとして一定電流を流して充電し、その後放電する、充放電サイクルを１回行った。
その後、蓄電デバイス１０における負極２およびリチウムイオン供給源５間を、外部回路を通して短絡させることにより、負極２にリチウムイオンを吸蔵させた。
これにより、実施例１に係る蓄電デバイスを作製した。
〔実施例２〕
実施例１と同様にして、蓄電デバイス（蓄電デバイス用セル作製工程によって作製される蓄電デバイス）１０を作製した。
実施例１と同様にして、蓄電デバイス（蓄電デバイス用セル作製工程によって作製される蓄電デバイス）１０を作製した。
作製した蓄電デバイス１０における負極２およびリチウムイオン供給源５間を、外部回路を通して短絡させることにより、負極２にリチウムイオンを吸蔵させた。
その後、蓄電デバイス１０における正極１およびリチウムイオン供給源５間に、金属リチウムを基準として、正極電位を５．３Ｖとして一定電流を流して充電し、その後放電する、充放電サイクルを１回行った。
これにより、実施例２に係る蓄電デバイスを作製した。
〔比較例１〕
＜正極の作製＞
実施例１の＜正極１の作製＞と同様にして、正極を作製した。次いで、作製した正極の事前処理（充放電）を行った。即ち、石油コークスを水蒸気賦活することによって得られた比表面積２０００ｍ２／ｇの活性炭、導電性カーボンブラック、およびバインダであるポリテトラフルオロエチレンを、活性炭８０重量％、導電性カーボンブラック１０重量％、およびポリテトラフルオロエチレン１０重量％の割合で混合し、エチルアルコールを用いて混練して圧延することにより、シート状の成形物に成形した。成形物の厚さは４００μｍであった。この成形物を、導電性接着剤を用いてアルミニウム箔に接着することにより、正極処理用負極を作製した。
＜正極の作製＞
実施例１の＜正極１の作製＞と同様にして、正極を作製した。次いで、作製した正極の事前処理（充放電）を行った。即ち、石油コークスを水蒸気賦活することによって得られた比表面積２０００ｍ２／ｇの活性炭、導電性カーボンブラック、およびバインダであるポリテトラフルオロエチレンを、活性炭８０重量％、導電性カーボンブラック１０重量％、およびポリテトラフルオロエチレン１０重量％の割合で混合し、エチルアルコールを用いて混練して圧延することにより、シート状の成形物に成形した。成形物の厚さは４００μｍであった。この成形物を、導電性接着剤を用いてアルミニウム箔に接着することにより、正極処理用負極を作製した。
また、４−トリフルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オンと１，１，２，２−テトラフルオロエチル−２，２，３，３−テトラフルオロプロピルエーテル「Ｈ（ＣＦ２）２ＣＨ２Ｏ（ＣＦ２）２Ｈ」とを重量比１：１で混合してなる混合溶媒１００重量部に、電解質塩（ＳＢＰ−ＰＦ６；日本カートリット株式会社製）１００重量部を溶解することにより、非水電解液を作製した。
製作した正極および正極処理用負極をセルロース系の多孔質セパレータを介して対向させると共に、正極および正極処理用負極に電極部を取り付け、外装部材（アルミニウムからなるラミネートフィルム）内に収容した（外装した）。次いで、当該外装部材内に前記非水電解液を注入した。続いて、外装部材を密閉することによって充放電用セルを密封することにより、充放電用デバイスを作製した。
作製した充放電用デバイスにおける正極および正極処理用負極間に、直流電流を流すことによって０Ｖから３．５Ｖになるまで充電し、その後直ちに０Ｖになるように放電した。放電後、充放電用デバイスを解体して正極のみを取り出した。
＜負極の作製＞
実施例１の＜負極２の作製＞と同様にして、負極を作製した。次いで、実施例１の＜蓄電デバイス１０の作製＞と同様にして、負極にリチウムイオンを吸蔵させる事前処理（リチウムのプレドープ）を行った。即ち、ドライ雰囲気下で、製作した負極と、金属リチウムを備えた銅箔からなるリチウムイオン供給源（市販品）とを、セルロース系の多孔質セパレータを介して対向させると共に、負極およびリチウムイオン供給源に電極部を取り付け、外装部材（アルミニウムからなるラミネートフィルム）内に収容した（外装した）。次いで、当該外装部材内に実施例１で作製したのと同様の非水電解液を注入した。続いて、外装部材を密閉することによって吸蔵処理用セルを密封することにより、吸蔵処理用デバイスを作製した。その後、作製した吸蔵処理用デバイスにおける負極およびリチウムイオン供給源間を、外部回路を通して短絡させることにより、負極にリチウムイオンを吸蔵させた。吸蔵処理後、吸蔵処理用デバイスを解体して負極のみを取り出した。
実施例１の＜負極２の作製＞と同様にして、負極を作製した。次いで、実施例１の＜蓄電デバイス１０の作製＞と同様にして、負極にリチウムイオンを吸蔵させる事前処理（リチウムのプレドープ）を行った。即ち、ドライ雰囲気下で、製作した負極と、金属リチウムを備えた銅箔からなるリチウムイオン供給源（市販品）とを、セルロース系の多孔質セパレータを介して対向させると共に、負極およびリチウムイオン供給源に電極部を取り付け、外装部材（アルミニウムからなるラミネートフィルム）内に収容した（外装した）。次いで、当該外装部材内に実施例１で作製したのと同様の非水電解液を注入した。続いて、外装部材を密閉することによって吸蔵処理用セルを密封することにより、吸蔵処理用デバイスを作製した。その後、作製した吸蔵処理用デバイスにおける負極およびリチウムイオン供給源間を、外部回路を通して短絡させることにより、負極にリチウムイオンを吸蔵させた。吸蔵処理後、吸蔵処理用デバイスを解体して負極のみを取り出した。
＜蓄電デバイスの作製＞
事前処理を行った前記正極および負極を用いて、実施例１の＜蓄電デバイス１０の作製＞と同様にして、蓄電デバイスを作製した。即ち、ドライ雰囲気下で、作製した前記正極および負極を、最外層が負極になるようにして、セパレータを介して５層積層することによって積層体を作製した。そして、正極および負極にそれぞれ電極部を取り付けた。前記積層体を、セパレータを介して外装部材（アルミニウムからなるラミネートフィルム）内に収容する（外装する）と共に、当該外装部材内に実施例１で作製したのと同様の非水電解液を注入した。続いて、外装部材を密閉することによって蓄電デバイス用セルを密封することにより、蓄電デバイスを作製した。従って、蓄電デバイスの作製時には充放電処理および吸蔵処理を行わなかった。これにより、比較例１に係る（従来の）蓄電デバイスを作製した。
事前処理を行った前記正極および負極を用いて、実施例１の＜蓄電デバイス１０の作製＞と同様にして、蓄電デバイスを作製した。即ち、ドライ雰囲気下で、作製した前記正極および負極を、最外層が負極になるようにして、セパレータを介して５層積層することによって積層体を作製した。そして、正極および負極にそれぞれ電極部を取り付けた。前記積層体を、セパレータを介して外装部材（アルミニウムからなるラミネートフィルム）内に収容する（外装する）と共に、当該外装部材内に実施例１で作製したのと同様の非水電解液を注入した。続いて、外装部材を密閉することによって蓄電デバイス用セルを密封することにより、蓄電デバイスを作製した。従って、蓄電デバイスの作製時には充放電処理および吸蔵処理を行わなかった。これにより、比較例１に係る（従来の）蓄電デバイスを作製した。
＜結果＞
＜ｉ．生産性＞
比較例１に係る蓄電デバイスの製造時間を１００（基準）とした場合に、蓄電デバイスの作製前に正極および負極の事前処理（充放電処理および吸蔵処理）を行わなくてもよい実施例１並びに実施例２に係る蓄電デバイス１０の製造時間は３０であった。つまり、実施例１並びに実施例２に係る蓄電デバイス１０を製造するのに要する時間は、比較例１に係る蓄電デバイスを製造するのに要する時間の３割であった。
＜ｉ．生産性＞
比較例１に係る蓄電デバイスの製造時間を１００（基準）とした場合に、蓄電デバイスの作製前に正極および負極の事前処理（充放電処理および吸蔵処理）を行わなくてもよい実施例１並びに実施例２に係る蓄電デバイス１０の製造時間は３０であった。つまり、実施例１並びに実施例２に係る蓄電デバイス１０を製造するのに要する時間は、比較例１に係る蓄電デバイスを製造するのに要する時間の３割であった。
従って、製造工程が簡略化された本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、蓄電デバイスの製造時間（タクトタイム）を大幅に短縮することができることが判る。即ち、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法は、生産性に優れていることが判る。
また、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、蓄電デバイスの作製前に正極および負極の事前処理（充放電処理および吸蔵処理）を行わなくてもよい。つまり、正極の事前処理（充放電）を行うための充放電用デバイス、並びに、負極の事前処理（吸蔵処理）を行うための吸蔵処理用デバイスを作製する必要が無い。従って、当該充放電用デバイスおよび吸蔵処理用デバイスを作製するための正極処理用負極や非水電解液、多孔質セパレータ、電極部、外装部材等を作製（または準備）する必要が無い。それゆえ、製造工程が簡略化された本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、蓄電デバイスの製造コスト（材料に掛かるコスト）を大幅に削減することができることが判る。即ち、蓄電デバイスを低コストで製造することができる。
尚、比較例１に係る蓄電デバイスの製造コストを１００（基準）とした場合に、蓄電デバイスの作製前に正極および負極の事前処理（充放電処理および吸蔵処理）を行わなくてもよい実施例１並びに実施例２に係る蓄電デバイス１０の製造コストは４０であった。
＜ii．性能＞
前記実施例１並びに実施例２に係る蓄電デバイス１０、および比較例１に係る蓄電デバイスについて、充放電サイクル試験を行った。充放電サイクル試験の条件は、２５℃の恒温槽内で、作動電圧範囲を３．０〜５．３Ｖとし、２Ｃ−ＣＣ充電レートおよび０．５Ｃ−ＣＣ放電レートとした。
前記実施例１並びに実施例２に係る蓄電デバイス１０、および比較例１に係る蓄電デバイスについて、充放電サイクル試験を行った。充放電サイクル試験の条件は、２５℃の恒温槽内で、作動電圧範囲を３．０〜５．３Ｖとし、２Ｃ−ＣＣ充電レートおよび０．５Ｃ−ＣＣ放電レートとした。
そして、前記実施例１に係る蓄電デバイス１０および比較例１に係る蓄電デバイスについて、充放電サイクル試験を１００サイクル行い、試験前および試験後（１００サイクル後）の容量を測定して容量変化を測定した。つまり、試験前の容量（初期容量）を１００（基準）とした場合の試験後の容量変化（低下）を測定して、両蓄電デバイスの性能を評価した。結果を表１に示す。尚、前記実施例１に係る蓄電デバイス１０および比較例１に係る蓄電デバイスの初期容量は互いに同一であった。
同様に、前記実施例１並びに実施例２に係る蓄電デバイス１０、および比較例１に係る蓄電デバイスについて、充放電サイクル試験を５００サイクル行い、試験前および試験後（５００サイクル後）の容量を測定して容量変化を測定した。つまり、試験前の容量（初期容量）を１００（基準）とした場合の試験後の容量変化（低下）を測定して、各蓄電デバイスの性能を評価した。結果を表２に示す。尚、前記実施例１並びに実施例２に係る蓄電デバイス１０、および比較例１に係る蓄電デバイスの初期容量は互いに同一であった。
表１，２の記載から明らかなように、実施例１並びに実施例２に係る蓄電デバイス１０は、比較例１に係る蓄電デバイスと比較して、試験後の容量変化（低下）が少なく、長期特性に優れた性能を有していることが判る。即ち、本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によって製造される蓄電デバイスは、長期安定性に優れていることが判る。尚、比較例１に係る蓄電デバイスにおいて、試験後の容量変化（低下）が多い要因としては、電極の事前処理を行った後、充放電用デバイスおよび吸蔵処理用デバイスから正極および負極を取り出して蓄電デバイスを作製するときにおける、ドライ雰囲気中に残存する酸素との接触による電極や非水電解液の性能の低下、並びに、充放電用デバイスおよび吸蔵処理用デバイスの解体によって生じる異物（例えば、外装部材の破片等）の蓄電デバイスへの混入等が考えられる。
本発明に係る蓄電デバイスの製造方法によれば、製造工程が簡略化された低コストで（生産性に優れ）かつ長期安定性に優れた蓄電デバイスを製造することができる。それゆえ、当該製造方法によって製造される蓄電デバイス、或いは当該蓄電デバイスを備えた蓄電装置は、ノート型パソコンや携帯電話等の各種携帯機器等の一般電気機器、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される自動車用の蓄電装置、或いは、太陽電池や風力発電等の新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電池等の種々の分野に広く利用することができる。
１ 正極
２ 負極
３ セパレータ
４ 金属リチウム
５ リチウムイオン供給源
６ 積層体
７ 外装部材
８ 蓄電デバイス用セル
９ 非水電解液
１０ 蓄電デバイス
２ 負極
３ セパレータ
４ 金属リチウム
５ リチウムイオン供給源
６ 積層体
７ 外装部材
８ 蓄電デバイス用セル
９ 非水電解液
１０ 蓄電デバイス
Claims (8)
- 貫通孔を有する正極集電体上に形成された、アニオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を正極活物質として含む正極と、
貫通孔を有する負極集電体上に形成された、リチウムイオンを挿入、脱離し得る層状構造を有する炭素質材料を負極活物質として含む負極と、
リチウム塩を含む非水電解液と、を有する蓄電デバイスの製造方法であって、
蓄電デバイス用セル内に、セパレータを介して前記正極および負極を積層してなる積層体とリチウムイオン供給源とを配置すると共に、前記非水電解液を注入する蓄電デバイス用セル作製工程と、
正極とリチウムイオン供給源との間で充放電を行う充放電工程と、
負極とリチウムイオン供給源との間で電気化学的接触を行い、負極にリチウムイオンを吸蔵させる吸蔵工程と、
を含むことを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。 - 前記吸蔵工程の後に前記充放電工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイスの製造方法。
- 前記充放電工程と吸蔵工程との間に、蓄電デバイス用セル内の非水電解液の少なくとも一部を入れ替える入れ替え工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電デバイスの製造方法。
- 前記充放電工程では、金属リチウムを基準として、充電電圧を５．０Ｖ以上、６．０Ｖ以下とすることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の蓄電デバイスの製造方法。
- 前記吸蔵工程では、金属リチウムを基準として、電気化学的接触による負極の電位を０．０１Ｖ以上、０．１Ｖ以下とすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の蓄電デバイスの製造方法。
- 請求項１〜５の何れか一項に記載の製造方法で製造された蓄電デバイス。
- 作動電圧範囲の上限電圧が５．０Ｖ以上、６．０Ｖ以下であることを特徴とする請求項６に記載の蓄電デバイス。
- 請求項６または７に記載の蓄電デバイスを備えた蓄電装置。
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