JP6401197B2 - 電気化学デバイス及び電気化学デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
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し、
上記第2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、最も捲回外側であって上記正極と対向しない第2の領域とを有し、
上記第2の領域は上記負極活物質層が形成されていない第1の未塗工領域を含み、上記第1の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。
上記第1の未塗工領域は、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。
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し、上記第2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、最も捲回外側であっ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(実施例)
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)。
続いて、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ていることを除いて、実施例に係る電気化学デバイスと同様に作製した。
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容量と、電圧低下の有無と、金属リチウムの残存を調べた。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「取得容量」は、各デバイスのそれぞれから得られた取得容量の平均値である。
110・・・蓄電素子
120・・・容器
130・・・負極
130a・・第1未塗工領域
130b・・第2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
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
Claims (5)
- 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し、
前記第2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、最も捲回外側であって前記正極と対向しない第2の領域とを有し、
前記負極は、前記第1の領域に形成された第1の負極活物質層と、前記第2の領域に形成され、前記第1の負極活物質層と離間し、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、
前記第2の領域は前記負極活物質層が形成されていない第1の未塗工領域を含み、前記第1の未塗工領域は、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、前記第1の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。 - 請求項1に記載の電気化学デバイスであって、
前記第2の主面は、最も捲回内側の前記負極集電体の端部に前記負極活物質層が設けられていない第2の未塗工領域を含む
電気化学デバイス。 - 請求項1又は2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。 - 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、複数の貫通孔を有する
電気化学デバイス。 - 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し、前記第2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、最も捲回外側であっ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
を具備し、
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。
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