JP6425563B2 - Equipment for producing doped electrode body - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電デバイス用のドープ電極体の製造装置に関し、特にリチウムイオン系蓄電デバイス(例えばリチウムイオンキャパシタ)の電極体表面の活物質へのリチウムイオンのプレドープに関するものである。   The present invention relates to an apparatus for producing a doped electrode body for a storage device, and more particularly to pre-doping of lithium ions into an active material on the surface of an electrode body of a lithium ion storage device (eg, lithium ion capacitor).

炭素系材料からなる電極におけるリチウムイオン等の吸脱着、並びに、正負両極間でのリチウムイオン等の移動を通じて充放電を行うリチウムイオン系蓄電デバイスとして、リチウムイオンバッテリー(LiB)、電気二重層キャパシタ(EDLC)及びリチウムイオンキャパシタ(LiC)が知られている。中でも、電気自動車やハイブリッド電気自動車の車載電源に適した出力特性を期待できるものとして、リチウムイオンキャパシタが注目されている。   A lithium ion battery (LiB), an electric double layer capacitor (LiB), as a lithium ion storage device that performs charging and discharging through adsorption and desorption of lithium ions and the like at electrodes made of carbon-based materials and movement of lithium ions between positive and negative electrodes. EDLCs and lithium ion capacitors (LiC) are known. Among them, lithium ion capacitors are attracting attention as being able to expect output characteristics suitable for the on-vehicle power source of electric vehicles and hybrid electric vehicles.

従来型のリチウムイオンキャパシタは、細孔を有する箔状集電体の両面に活物質を塗布してなる電極体(負極用電極体および正極用電極体)と、リチウム供給源としてのリチウム金属薄板とを同一デバイス内に配置して構成されている。そして、デバイスの組立て完了後に、各負極の集電体とリチウム金属薄板とを外部回路を介して短絡通電させることにより、リチウム金属薄板から放出されたリチウムイオンを各負極に到達させ且つ各負極の活物質に担持又は吸蔵させるという操作(一般に「プレドープ」と呼ばれる)を経て製造されている。   In a conventional lithium ion capacitor, an electrode body (electrode body for negative electrode and electrode body for positive electrode) formed by applying an active material on both sides of a foil-like current collector having pores, and a lithium metal thin plate as a lithium supply source And are arranged in the same device. Then, after the assembly of the device is completed, the current collector of each negative electrode and the lithium metal thin plate are short-circuited through an external circuit to allow lithium ions released from the lithium metal thin plate to reach each negative electrode It is manufactured through an operation (generally called "pre-doping") of loading or occluding to an active material.

しかしながら、セル組立完了後にデバイス内のリチウム供給源を用いてプレドープを行う従来の製造方法には欠点がある。代表的な欠点を3つだけあげると、
イ) 負極がリチウム供給源から遠くなるにつれてリチウムイオンの輸送抵抗が大きくなるだけでなく、イオンが集電体の細孔を通過するためにオーム損が大きくなる。このため、リチウムイオンの輸送速度は電極体の積層数の増加に対して指数関数的に低下する傾向にあり、プレドープに要する時間が過大なものとなってしまう。
ロ) リチウム供給源から負極までの距離によってリチウムイオンのドープ速度に差が生じ、各負極でのリチウムイオンの担持量や、負極活物質表面での還元反応によって生成されるSEI(Solid Electrolyte Interface)被膜の品質(厚みや密度等)にもばらつきが生じてしまう。
ハ) セル組立完了後のプレドープ時にリチウムイオンを通過させるべく集電体を細孔構造とする必要があるが、この集電体の細孔加工がコスト高の大きな要因となっている。
However, there are drawbacks to conventional manufacturing methods where pre-doping is performed using a lithium source in the device after cell assembly is complete. If there are only three major drawbacks,
B) As the negative electrode moves away from the lithium source, not only the lithium ion transport resistance increases, but also the ohmic loss increases because the ions pass through the pores of the current collector. For this reason, the transport speed of lithium ions tends to decrease exponentially with the increase in the number of stacked layers of the electrode body, and the time required for pre-doping becomes excessive.
B) The doping speed of lithium ions varies depending on the distance from the lithium source to the negative electrode, and the amount of lithium ions supported on each negative electrode and SEI (Solid Electrolyte Interface) generated by reduction reaction on the negative electrode active material surface The quality of the film (thickness, density, etc.) will also vary.
C) It is necessary to form a current collector into a pore structure in order to pass lithium ions at the time of pre-doping after completion of cell assembly, but pore processing of this current collector is a major factor of high cost.

上記欠点により、セル組立後にプレドープを行うという従来の製造工程が見直され、セル組立前の個々の電極体に対してリチウムイオンプレドープを予め行った後にセルを組み立てるという新しい製造方法の確立が求められている。   Due to the above-mentioned drawbacks, the conventional manufacturing process of pre-doping after cell assembly is reconsidered, and establishment of a new manufacturing method of assembling cells after pre-doping lithium ion pre-doping on individual electrode bodies before cell assembly is required. It is done.

例えば、セル組立前の電極体の活物質に対してリチウムイオンをプレドープする方法として、特許文献1(特許第5003088号公報)の技術が知られている。この特許文献1は、非水電解質二次電池用の負極電極体にリチウムイオンを吸蔵(プレドープ、担持)させる方法及び装置を開示している。該方法は、特許文献1の図3に示された装置によって以下のステップを経て実施される。まず、供給ロール(21)に巻き取られた長尺帯状の負極電極体(負極前駆体20)を引き出す(Aステップ)。この引き出された負極電極体(20)を送り出して、リチウムイオンを含有させた非水電解液(25)を保持させたドープ槽(電解槽24)に挿入する(Bステップ)。次に、負極電極体(20)を連続的に送り出しつつ、第1支持ロール(33A)及び第2支持ロール(33B)の間に負極電極体(20)を長尺帯状の張架する。そして、該負極電極体(20)と、非水電解液中(25)で該負極電極体(20)の活物質層に対向するように設置したリチウム供給に対して不活性な電極(27)との間に電流を流すことにより、活物質層へリチウムイオンをプレドープする(ステップC)。続いて、リチウムイオンをプレドープ処理した負極電極体(20)を巻取ロール(22)で巻き取る(ステップD)。そして、非水電解液(25)中のリチウムイオン濃度をほぼ一定に保つべく、非水電解液(25)と同組成の非水電解液(25)をドープ槽(24)に供給するとともに、供給量と同量の非水電解液をドープ槽(24)から除去する(ステップE)。これにより、特許文献1の方法は、連続的に負極電極体(20)の活物質層にリチウムイオンをプレドープするものである。   For example, as a method of pre-doping lithium ions to the active material of the electrode body before cell assembly, the technology of Patent Document 1 (Japanese Patent No. 5003088) is known. This patent document 1 discloses a method and apparatus for occluding (predoping, supporting) lithium ions in a negative electrode body for a non-aqueous electrolyte secondary battery. The method is carried out by the apparatus shown in FIG. 3 of Patent Document 1 through the following steps. First, the long strip-shaped negative electrode body (negative electrode precursor 20) wound up on the supply roll (21) is drawn out (A step). The extracted negative electrode body (20) is sent out and inserted into a dope tank (electrolytic tank 24) holding a non-aqueous electrolytic solution (25) containing lithium ions (step B). Next, the negative electrode body (20) is stretched between the first support roll (33A) and the second support roll (33B) while continuously feeding the negative electrode body (20). And an electrode (27) inert to the lithium supply installed so as to face the active material layer of the negative electrode body (20) in the negative electrode body (20) and the non-aqueous electrolyte (25). And lithium ions are pre-doped into the active material layer (step C). Subsequently, the negative electrode body (20) pre-doped with lithium ions is wound up by a winding roll (22) (step D). Then, in order to keep the lithium ion concentration in the non-aqueous electrolyte (25) substantially constant, the non-aqueous electrolyte (25) having the same composition as the non-aqueous electrolyte (25) is supplied to the dope tank (24). The same amount of non-aqueous electrolyte as the supply amount is removed from the dope tank (24) (step E). Thereby, the method of patent document 1 pre-dopes lithium ion to the active material layer of a negative electrode body (20) continuously.

特許第5003088号公報Patent No. 5003088 gazette

特許文献1の方法及び装置は、所謂「ロール・ツー・ロール方式」を採用したものであり、長尺帯状の電極体を連続的に送り出すとともに電解液を連続的に供給しながら、電極体へのプレドープ処理を行い、最終的にリチウムイオンをプレドープしたドープ電極体を巻き取って回収することを特徴とする。しかしながら、特許文献1のような従来技術には、ロール・ツー・ロール方式に起因する以下の代表的な問題が存在する。   The method and apparatus of Patent Document 1 adopt a so-called "roll-to-roll system", and while continuously feeding a long strip-like electrode body and continuously supplying an electrolytic solution to the electrode body Pre-doping treatment, and finally winding up and recovering a lithium ion pre-doped doped electrode body. However, the prior art such as Patent Document 1 has the following typical problems caused by the roll-to-roll method.

一般に、電極体の活物質にリチウムイオンをプレドープすると該活物質自体が硬化することが知られている。この硬化は、黒鉛の膨張によるもので、極端な硬さを示すものではない。しかしながら、ロール・ツー・ロール方式の製造方法では、活物質の硬化が配慮されることなく、リチウムイオンのプレドープ処理後のドープ電極体が小径の第2支持ロールを介して鉛直上方に屈曲されてドープ槽の外に引き出され、その後、当該ドープ電極体が巻取ロールに巻き取られる。つまり、硬化した活物質層が第2支持ロール及び巻取ロールのロール半径に沿って無理に湾曲するため、活物質層にクラックが生じたり、あるいは、活物質層が電極体(プレドープ前の前駆体)又はドープ電極体(プレドープ後の製品)から剥離したりするおそれがある。すなわち、従来の製造方法では、その製造工程において、ドープ電極体がダメージを受け易く、製品の品質や歩留まりが低下することが問題であった。これに対し、このようなダメージを回避するために巻き取りの曲率を大きくするというアプローチが存在する。しかしながら、ロール半径の増大は、装置のスケールアップ化や電解液の消費量の増加に繋がるため、コスト面や生産性の点で、及び、取り出し方向で、乾燥にタイムラグが生ずる点において現実的ではない。   Generally, it is known that the active material itself is cured when the active material of the electrode body is pre-doped with lithium ions. This hardening is due to the expansion of the graphite and does not exhibit extreme hardness. However, in the roll-to-roll manufacturing method, the doped electrode body after the lithium ion pre-doping treatment is bent vertically upward through the second support roll having a small diameter without considering hardening of the active material. It is drawn out of the dope tank, and then the dope electrode body is wound on a winding roll. That is, since the cured active material layer is forcibly curved along the radius of the second support roll and the winding roll, the active material layer may be cracked, or the active material layer may be an electrode body (precursor before pre-doping Or separated from the doped electrode (pre-doped product). That is, in the conventional manufacturing method, it has been a problem that the doped electrode body is easily damaged in the manufacturing process, and the product quality and the yield decrease. On the other hand, there is an approach of increasing the curvature of winding to avoid such damage. However, an increase in roll radius leads to a scale-up of the apparatus and an increase in the amount of consumption of the electrolyte, so it is realistic in terms of cost and productivity, and in terms of time lag in drying in the removal direction. Absent.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、生産性を維持しつつ安定した品質のドープ電極体を製造すべく、表面に活物質からなるパターンを有する電極体の活物質にリチウムをドープするドープ電極体の製造装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to provide an electrode body having a pattern of an active material on its surface, in order to produce a stable quality doped electrode body while maintaining productivity. It is an object of the present invention to provide an apparatus for producing a doped electrode body in which the active material of the above is doped with lithium.

請求項1に記載のドープ電極体の製造装置は、表面に活物質からなるパターンを有する電極体の活物質にリチウムをドープするドープ電極体の製造装置であって、
電極体を狭持し、導電性を有する第1保持具と、
第1保持具を電極体とともに狭持するとともにリチウム供給源を有する第2保持具と、
電極体と、第2保持具と、を共に電解液に浸漬するドープ槽と、
電極体とリチウム供給源とを、第1保持具を介するとともに外部回路を通じて接続し、活物質にリチウムをドープするドープ回路と、
からなり、
電極体は横長の長方形であり、第1保持具は、少なくとも電極体の上側の長辺を長手方向全体に亘って保持するように構成されていることを特徴とする。
The apparatus for producing a doped electrode body according to claim 1 is an apparatus for producing a doped electrode body in which lithium is doped to an active material of an electrode body having a pattern made of an active material on the surface,
A first holder which holds the electrode body and has conductivity ;
A second holder for holding the first holder together with the electrode body and having a lithium source;
A doping bath in which the electrode body and the second holder are both immersed in the electrolytic solution;
A doped circuit for connecting the electrode body and the lithium source via the first holder and through the external circuit, and doping the active material with lithium;
Tona is,
The electrode body is a horizontally long rectangle, and the first holder is configured to hold at least the upper long side of the electrode body over the entire longitudinal direction .

請求項に記載のドープ電極体の製造装置は、請求項に記載のドープ電極体の製造装置において、電極体は、鉛直に保持されることを特徴とする。 The apparatus for producing a doped electrode body according to claim 2 is characterized in that, in the apparatus for producing a doped electrode body according to claim 1 , the electrode body is held vertically.

請求項に記載のドープ電極体の製造装置は、請求項1又は2に記載のドープ電極体の製造装置において、第1保持具は、電極体の上側の長辺とともに下側の長辺を保持することを特徴とする。 The apparatus for producing a doped electrode body according to claim 3 is the apparatus for producing a doped electrode body according to claim 1 or 2 , wherein the first holding member has the upper long side and the upper long side of the electrode body. It is characterized by holding.

請求項に記載のドープ電極体の製造装置は、請求項1からのいずれかに記載のドープ電極体の製造装置において、第1保持具は、棒状、枠状、または格子状であることを特徴とする。 The apparatus for producing a doped electrode body according to claim 4 is the apparatus for producing a doped electrode body according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first holder is in the shape of a rod, a frame or a lattice. It is characterized by

本発明の一形態によれば、ドープ槽内で、第1保持具によって挟持された電極体がリチウム供給源を含む第2保持具に挟持(つまり、挟まれた状態で保持又は維持されること)された状態で、活物質にドープを行う。そして、第2保持部から第1保持具に挟持されたドープ電極体を開放(又は解放)し、且つ、第1保持具からドープ電極体を開放(又は解放)することにより、ドープ電極体を製品として回収することが可能である。すなわち、本発明では、電極体(又はドープ電極体)を、各工程において一貫して曲率を持たせることなく直状のままでドープ槽に導入、電解処理及び回収することが可能である。この「直状」とは、対象となる部材が全体的にせよ部分的にせよ湾曲した状態に無いことをいう。これにより、リチウムイオン担持に伴って硬質化した活物質塗工面(即ち活物質のパターン)がドープ電極体の曲げによって破損することを効果的に防止することができる。同時に、プレドープ処理前後の電極体及び電極体製品にRの癖が付くことを防ぎ、活物質の剥がれを抑制することができる。さらに、本発明によれば、ドープ槽は、少なくとも第1保持具、第2保持具(リチウム供給源)及び電極体を導入可能であればよく、(従来のロール・ツー・ロール方式の装置と比べて)装置のスケールダウンや電解液の消費量の節約が可能である。したがって、本発明は、安定した品質のドープ電極体をより高い生産性で製造可能なドープ電極体の製造装置を提供するものである。   According to one aspect of the present invention, in the dope tank, the electrode body held by the first holding member is held (held or held in a sandwiched state) by the second holding member including the lithium source. In the state of (d), the active material is doped. Then, the dope electrode body is opened (or released) from the second holding portion by the first holding tool, and the doped electrode body is released (or released) from the first holding tool. It is possible to recover as a product. That is, in the present invention, it is possible to introduce the electrode body (or the doped electrode body) into the dope tank, carry out the electrolytic treatment and recover it in a straight state without giving a curvature consistently in each process. The term "straight" means that the target member is not in a curved state whether it is totally or partially. As a result, it is possible to effectively prevent breakage of the active material coated surface (that is, the pattern of the active material), which is hardened along with lithium ion loading, due to bending of the doped electrode body. At the same time, it is possible to prevent the R from sticking to the electrode body and the electrode body product before and after the pre-doping treatment, and to suppress peeling of the active material. Furthermore, according to the present invention, it is only necessary that the dope tank can introduce at least a first holder, a second holder (lithium source) and an electrode body (a conventional roll-to-roll type device It is possible to reduce the scale-down of the device and the consumption of the electrolyte. Therefore, the present invention provides a device for producing a doped electrode body capable of producing a stable quality doped electrode body with higher productivity.

本発明の別の特徴によれば、第1保持具が導電性を有するとともに、該第1保持具を介して外部回路に接続されることにより、第1保持具が保持手段及び電流供給手段を兼用する。これにより、ドープ電極体の製造装置を簡略化することができ、生産性を向上させることが可能である。   According to another feature of the present invention, the first holder is electrically conductive and is connected to the external circuit through the first holder, whereby the first holder can hold the holding means and the current supply means. It is also used. Thereby, the manufacturing apparatus of the dope electrode body can be simplified, and the productivity can be improved.

本発明のさらなる特徴によれば、電極体平面がドープ槽内で鉛直方向(重力に沿った方向)に沿って支持されることにより、ドープ槽の上縁で包囲される開口に必要な面積が低減される。すなわち、電極体平面を水平に配置した場合や鉛直方向から傾斜して配置した場合と比べて、ドープ槽の上向きの開口を介して電解液が気相と接触する面積を相対的に低減させ、電解液の揮発量を大幅に減少させることが可能となる。こうした電解液の揮発量減少により、電解液の消費量を節約してコスト面で生産性を改善することが可能である。   According to a further feature of the present invention, the electrode body plane is supported along the vertical direction (direction along gravity) in the dope tank, so that the area required for the opening surrounded by the upper edge of the dope tank is increased. Reduced. That is, as compared with the case where the electrode body plane is disposed horizontally or inclined from the vertical direction, the area in which the electrolyte contacts the vapor phase through the upward opening of the dope tank is relatively reduced, It is possible to significantly reduce the volatilization amount of the electrolyte. By reducing the volatilization amount of the electrolyte, it is possible to save the consumption of the electrolyte and to improve the productivity in terms of cost.

本発明のさらなる特徴によれば、電極体は横長の長方形であり、導電性を有する第1保持具が少なくとも電極体の上側の長辺を保持することにより、外部回路から長手状の第1保持具を介して電極体の上辺へと、より均一に電流が供給される。これにより、電極体の長手方向に沿った各位置間において電流密度の格差が生じることを抑えることができる。すなわち、電極体上の活物質塗工面における電流密度の均等化を図り、活物質塗工面内においてリチウムイオンドープ量のばらつきが発生することを抑制することが可能である。   According to a further feature of the present invention, the electrode body is oblong rectangular and the first holder having conductivity holds at least the upper long side of the electrode body to provide a first longitudinal holding from the external circuit. The current is more uniformly supplied to the upper side of the electrode body through the tool. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a difference in current density between each position along the longitudinal direction of the electrode body. That is, it is possible to equalize the current density in the active material coated surface on the electrode body and to suppress the occurrence of the variation in the lithium ion doping amount in the active material coated surface.

本発明の一実施形態のドープ電極体の製造装置において、電極体、第1保持具及び第2保持具の配置関係を示した概略斜視図。The manufacturing apparatus of the dope electrode body of one Embodiment of this invention WHEREIN: The schematic perspective view which showed the arrangement | positioning relationship of an electrode body, a 1st holder, and a 2nd holder. 図1の製造装置のドープ段階における概略構成図。The schematic block diagram in the dope stage of the manufacturing apparatus of FIG. 図2の製造装置を上から見下ろしたときの概略平面図(第1保持具を省略して示す)。The schematic plan view when the manufacturing apparatus of FIG. 2 is looked down on from the top (a 1st holder is abbreviate | omitted and shown). 図1の製造装置の各資材の一例を示し、(A)は電極体の正面図及びx−x断面図、(B)は第2保持具の正面図及びy−y断面図である。An example of each material of the manufacturing apparatus of FIG. 1 is shown, (A) is a front view and xx sectional drawing of an electrode body, (B) is a front view of a 2nd holding tool, and yy sectional view. 別例の第1保持具を使用した形態を示し、(A)は電極体の上辺及び下辺を保持する棒状の第1保持具を示し、(B)は電極体の4辺を保持する枠状の第1保持具を示し、(C)は電極体の4辺とともに電極体の表面を部分的に覆う格子状の第1保持具を示す。The form which used the 1st holding fixture of another example is shown, (A) shows the rod-shaped 1st holding fixture holding an upper side and a lower side of an electrode body, (B) is frame shape holding four sides of an electrode body. (C) shows a grid-like first holder partially covering the surface of the electrode body together with the four sides of the electrode body. 別例の電極体を使用したドープ電極体の製造装置を示し、電極体、第1保持具及び第2保持具の配置関係を示した分解斜視図。The manufacturing apparatus of the dope electrode body using the electrode body of another example is shown, and the disassembled perspective view which showed the arrangement | positioning relationship of an electrode body, a 1st holding fixture, and a 2nd holding fixture. 図6の製造装置において、(A)は電極体の正面図及びz−z断面図、(B)は製造装置を上から見下ろしたときの概略平面図である。In the manufacturing apparatus of FIG. 6, (A) is a front view and zz sectional view of an electrode body, (B) is a schematic plan view when looking down at the manufacturing apparatus from above. 本発明の一実施形態のドープ電極体の製造方法における各段階を示し、(A)は第1の挟持段階を説明するための模式図、(B)は第2の挟持段階を説明するための模式図、(C)は浸漬段階を説明するための模式図。Each process in the manufacturing method of the dope electrode body of one Embodiment of this invention is shown, (A) is a schematic diagram for demonstrating a 1st clamping process, (B) is for demonstrating a 2nd clamping process. The schematic diagram, (C) is a schematic diagram for demonstrating an immersion step. ドープ段階におけるリチウム供給源に対する電極体の電位([V]vs Li/Li+)の経時変化の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of a time-dependent change of the electric potential ([V] vsLi / Li +) of the electrode body with respect to the lithium source in a dope step. 本発明の一実施形態のドープ電極体の製造方法における各段階を示し、(A)は取り出し段階を説明するための模式図、(B)は第2の開放段階を説明するための模式図、(C)は第1の開放段階を説明するための模式図。Each step in the manufacturing method of the dope electrode body of one embodiment of the present invention is shown, (A) is a schematic diagram for explaining a taking-out step, (B) is a schematic diagram for explaining a second opening step, (C) is a schematic diagram for demonstrating a 1st open | release step. リチウムイオンキャパシタ用セル(蓄電デバイス用セル)の概略構成図。The schematic block diagram of the cell for lithium ion capacitors (cell for electrical storage devices). 給電端子の実験例(比較例)を示し、(A)は電極体の正面図、(B)は集電体での電流密度を示す図、(C)は活物質塗工領域での電流密度を示す図。The experimental example (comparative example) of a feed terminal is shown, (A) is a front view of an electrode body, (B) is a figure which shows the current density in a collector, (C) is the current density in an active material coating area | region. Figure showing. 給電端子の実験例(実施例)を示し、(A)は電極体の正面図、(B)は集電体での電流密度を示す図、(C)は活物質塗工領域での電流密度を示す図。The experimental example (Example) of a feed terminal is shown, (A) is a front view of an electrode body, (B) is a figure which shows the current density in a collector, (C) is the current density in an active material coating area | region. Figure showing. 給電端子の実験例(実施例)を示し、(A)は電極体の正面図、(B)は集電体での電流密度を示す図、(C)は活物質塗工領域での電流密度を示す図。The experimental example (Example) of a feed terminal is shown, (A) is a front view of an electrode body, (B) is a figure which shows the current density in a collector, (C) is the current density in an active material coating area | region. Figure showing.

本発明に係る蓄電デバイスは、電極体にリチウムイオンをプレドープすべく電極体を電解処理する組立前電解処理工程と、リチウムイオンをプレドープして製造したドープ電極体を用いてセルを組み立てるセル組立工程とを経て製造される。とりわけ、本発明の蓄電デバイスの製造方法は、組立前電解処理工程に特徴がある。   The electricity storage device according to the present invention comprises a pre-assembly electrolytic treatment step of subjecting the electrode body to electrolytic treatment to pre-dope lithium ions in the electrode body, and a cell assembly step of assembling a cell using a doped electrode body manufactured by pre-doping lithium ions. And manufactured. In particular, the method of manufacturing the electricity storage device of the present invention is characterized by the pre-assembly electrolytic treatment step.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において参照する各図面は、好適な形態を説明する上での概念図又は概略図にすぎず、本発明は図示の形態に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The respective drawings referred to in the following description are merely conceptual diagrams or schematic diagrams for explaining the preferred embodiments, and the present invention is not limited to the illustrated embodiments.

本発明の組立前電解処理工程では、例えば図1乃至図3に示すようなドープ電極体の製造装置10が用いられる。図1は、本実施形態の製造装置10の各構成要素の位置関係を示した概略斜視図(説明の便宜上、ドープ槽11、ドープ回路15及び制御部17を図示せず)である。図2は、該製造装置10のドープ段階における概略構成図(側断面視)である。そして、図3は、図2の製造装置10を上から見下ろしたときの概略平面図(説明の便宜上、第1保持具13を図示せず)である。   In the pre-assembly electrolytic treatment step of the present invention, for example, a manufacturing apparatus 10 for a doped electrode body as shown in FIGS. 1 to 3 is used. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the positional relationship of each component of the manufacturing apparatus 10 of the present embodiment (for convenience of explanation, the doping bath 11, the doping circuit 15, and the control unit 17 are not shown). FIG. 2 is a schematic block diagram (side cross section) of the doping step of the manufacturing apparatus 10. And FIG. 3 is a schematic plan view (when the first holder 13 is not shown for convenience of explanation) when the manufacturing apparatus 10 of FIG. 2 is viewed from above.

本実施形態の製造装置10は、リチウムイオンキャパシタ用セルに組み込まれるドープ電極体(負又は正のドープ電極体)を製造すべく、リチウムイオンを電極体20にプレドープするための装置である。しかしながら、本発明は、リチウムイオンキャパシタ用セルのドープ電極体に限定されることなく、幅広く応用可能であることは言うまでもない。   The manufacturing apparatus 10 of the present embodiment is an apparatus for predoping lithium ions to the electrode body 20 in order to manufacture a doped electrode body (negative or positive doped electrode body) to be incorporated into a cell for lithium ion capacitors. However, it goes without saying that the present invention is widely applicable without being limited to the doped electrode body of the cell for lithium ion capacitors.

図1乃至図3に示すとおり、製造装置10は、電極体20を狭持する第1保持具12と、該第1保持具12を電極体20とともに狭持するとともにリチウム供給源(金属リチウム13b)を有する第2保持具13と、電極体20と第2保持具13とを共に電解液に浸漬するドープ槽11と、電極体20とリチウム供給源(又はリチウムイオン供給源)とを外部回路を通じて接続し、活物質22にリチウムをドープするドープ回路15と、該ドープ回路15を制御するための制御部17とを備える。他方、当該製造装置10で電解処理される電極体20は、箔状又は板状の集電体21、及び、該集電体21表面に塗工された活物質22を備える。以下、製造装置10及び電極体20の各構成要素について詳細に説明する。   As shown in FIGS. 1 to 3, the manufacturing apparatus 10 holds the first holder 12 holding the electrode assembly 20, and holds the first holder 12 together with the electrode assembly 20, and a lithium source (metallic lithium 13 b ), The doping bath 11 for immersing both the electrode body 20 and the second holding tool 13 in the electrolyte, the electrode body 20 and the lithium source (or lithium ion source) as an external circuit , And a control unit 17 for controlling the doped circuit 15. On the other hand, the electrode body 20 subjected to the electrolytic treatment in the manufacturing apparatus 10 includes a foil-like or plate-like current collector 21 and an active material 22 coated on the surface of the current collector 21. Hereinafter, each component of the manufacturing apparatus 10 and the electrode body 20 will be described in detail.

本実施形態の製造装置10において、ドープ槽11は、底壁11aと、該底壁11aから略垂直に立設した側壁11bと、該側壁11b上端縁で包囲された開口11cとを備え、電解液19を保持可能な直方体の筐体である。このドープ槽11は、リチウム供給源を有する第2保持具13を収容するとともに、直状に保たれた短冊状の電極体20を導入又は収容可能な大きさで構成されている。また、該ドープ槽11は、電極体20及び第2保持具13を鉛直に支持するように構成され、側壁11a各面の面積よりも開口11cの面積が小さくなるように定められていることが好ましい。当該好適な実施形態において、気相に露出する電解液19の面積を削減して、電解液19の揮発量を低減することができる。   In the manufacturing apparatus 10 of this embodiment, the dope tank 11 includes a bottom wall 11a, a side wall 11b erected substantially perpendicularly from the bottom wall 11a, and an opening 11c surrounded by the upper end edge of the side wall 11b. It is a rectangular parallelepiped case capable of holding the liquid 19. The dope tank 11 accommodates the second holder 13 having a lithium source, and has a size capable of introducing or accommodating the strip-like electrode body 20 kept straight. In addition, the doping tank 11 is configured to vertically support the electrode body 20 and the second holding tool 13, and it is determined that the area of the opening 11c is smaller than the area of each surface of the side wall 11a. preferable. In the said preferable embodiment, the area of the electrolyte solution 19 exposed to a gaseous phase can be reduced, and the volatilization amount of the electrolyte solution 19 can be reduced.

第1保持具12は、導電性を有する一対の細長い棒状の金属片からなる。そして、該第1保持具12の一対の金属片が複数の連結部材12a(ビス、鋲等)で脱着可能に結合され、電極体20の集電体21の上辺(長辺)全体を挟持可能に構成されている。該第1保持具12には、リード線が取り付けられ、ドープ回路15及び制御部17(電位センサ17a)と電気的に接続される(図2参照)。なお、本実施形態では、第1保持具12は銅板からなるが、導電性の他の金属材料が選択されてもよい。   The first holder 12 is formed of a pair of elongated rod-like metal pieces having conductivity. The pair of metal pieces of the first holder 12 can be detachably coupled by a plurality of connection members 12a (such as screws and scissors), and the entire upper side (long side) of the current collector 21 of the electrode body 20 can be held. Is configured. A lead wire is attached to the first holder 12, and is electrically connected to the doping circuit 15 and the control unit 17 (potential sensor 17a) (see FIG. 2). In the present embodiment, the first holder 12 is made of a copper plate, but another conductive metal material may be selected.

第1保持具12は、電極体20の少なくとも上側の長辺を保持するように構成されていることが好ましい。例えば、図1の態様の他に、図5(A)のように、第1保持具12が、電極体20の上辺全体とともに下辺全体を保持するように構成されていることが好ましい。あるいは、図5(B)に示すように、第1保持具12が電極体20の4辺を保持するように枠状(フレーム状)に構成されてもよい。さらに、図5(C)に示すとおり、第1保持具12が電極体20の4辺を保持するとともに複数コマの活物質塗工面22(図6,7参照)の各々を包囲するように格子状に構成されてもよい。   It is preferable that the first holder 12 be configured to hold at least the upper long side of the electrode body 20. For example, in addition to the aspect of FIG. 1, it is preferable that the first holder 12 be configured to hold the entire upper side and the entire lower side as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 5 (B), the first holder 12 may be configured in a frame shape (frame shape) so as to hold the four sides of the electrode body 20. Furthermore, as shown in FIG. 5C, the first holding tool 12 holds the four sides of the electrode assembly 20 and surrounds the plurality of active material coated surfaces 22 (see FIGS. 6 and 7). It may be configured in a shape.

第2保持具13は、リチウム供給源である金属リチウムを含む板状の部材(すなわち、リチウム供給電極)として準備される。図4(B)は、該第2保持具13の正面図及びy−y断面図である。図4(B)に示すように、第2保持具13は、横長な長方形状の金属端子板13a(例えば銅板、銅箔)の片側全面に金属リチウム13bを支持してなる金属板である。本実施形態では、金属端子板13aに直接的に金属リチウム13bが貼り付けられてもよく、あるいは、金属端子板13aと金属リチウム13bとの間に銅のメッシュシートが介在してもよい。また、金属端子板13a上に支持される金属リチウム13bは、箔状、板状もしくはブロック状のいずれでもよく、場合によっては、リチウムの金属塊や切れ端を金属製の網に詰め込んで板状もしくはブロック状にプレス成形したものでもよい。   The second holder 13 is prepared as a plate-like member (that is, a lithium supply electrode) containing metallic lithium which is a lithium source. FIG. 4B is a front view and a yy cross-sectional view of the second holder 13. As shown in FIG. 4B, the second holder 13 is a metal plate formed by supporting the metal lithium 13b on the entire surface on one side of a horizontally long rectangular metal terminal plate 13a (for example, a copper plate, copper foil). In the present embodiment, the metallic lithium 13b may be directly attached to the metallic terminal plate 13a, or a copper mesh sheet may be interposed between the metallic terminal plate 13a and the metallic lithium 13b. The metal lithium 13b supported on the metal terminal plate 13a may be in the form of a foil, a plate, or a block, and in some cases, the lithium lumps or pieces may be packed in a metal mesh It may be press-formed into a block shape.

本製造装置10では、図1乃至図3に示すとおり、ドープ槽11内で一対の第2保持具13の金属リチウム13bが互いに平行に対向するように、その表面が鉛直方向に沿って整列する。この一対の第2保持具13は、その平面が一方の側壁11bに平行になるようにドープ槽11内に配置又は浸漬される。本実施形態では、第2保持具13の長幅が水平方向に沿って配置されているが、長幅が鉛直方向に沿って配置されてもよい。また、一対の対向する金属リチウム13bは、その間に電極体20を平行且つ非接触に配置可能な間隔で離隔している。そして、第2保持具13の金属端子板13aとドープ回路15とがリード線を介して接続されている(図2参照)。   In the present manufacturing apparatus 10, as shown in FIG. 1 to FIG. 3, the surfaces are aligned along the vertical direction so that the metal lithiums 13b of the pair of second holders 13 face each other in parallel in the dope tank 11. . The pair of second holders 13 is disposed or immersed in the dope tank 11 so that the flat surface is parallel to one side wall 11 b. In the present embodiment, the long width of the second holder 13 is disposed along the horizontal direction, but the long width may be disposed along the vertical direction. In addition, the pair of opposing metal lithium 13b are separated by an interval that allows the electrode assembly 20 to be disposed in parallel and in a noncontact manner therebetween. And the metal terminal board 13a of the 2nd holding tool 13 and the doping circuit 15 are connected via the lead wire (refer FIG. 2).

なお、本実施形態の第2保持具13は、電極体20を電解処理位置にセットしたときに、電極体20の活物質塗工面22に対向する当該第2保持具13(より具体的には金属リチウム13b)の面積が活物質塗工面22の面積よりも大きなものであることが好ましい。第2保持具13の面積が活物質塗工面の面積以下であると、活物質塗工面全体へのリチウムイオンの均一なプレドープに支障を来すおそれがある。   In addition, when the 2nd holding fixture 13 of this embodiment sets the electrode assembly 20 to the electrolytic treatment position, the said 2nd holding fixture 13 which opposes the active material coated surface 22 of the electrode assembly 20 (more specifically, It is preferable that the area of the lithium metal 13 b) be larger than the area of the active material coated surface 22. If the area of the second holding tool 13 is equal to or less than the area of the active material coated surface, it is likely to interfere with the uniform pre-doping of lithium ions to the entire active material coated surface.

ドープ回路15は、ドープ槽11の外部に配置されている所謂外部回路又は外部電源である。このドープ回路15は、第1保持具12(電極体20の集電体21a)と第2保持具13(金属端子板13a)とを接続するリード線を介して所定の直流電流を供給可能に構成されている。また、ドープ回路15には、該ドープ回路15のスイッチのオンオフや供給電流を制御可能な制御部17が接続されている。この制御部17には、第2保持具13に対する電極体20の電位を測定する電位センサ17aが設けられている。つまり、制御部17が該電位センサ17aで読み取った電位差の時間変化を表示又はモニタリングし、該電位差の値に基づいてドープ回路15を制御する。後述するとおり、この電位差に基づいて活物質22へのリチウムイオンの担持量をモニタリングすることが可能である(図9参照)。また、短絡通電によってもよく その場合は、電流制御は必ずしも必要ではない。   The doping circuit 15 is a so-called external circuit or an external power supply disposed outside the doping bath 11. The doping circuit 15 can supply a predetermined direct current through a lead wire connecting the first holder 12 (the current collector 21a of the electrode body 20) and the second holder 13 (metal terminal plate 13a). It is configured. In addition, a control unit 17 capable of controlling the on / off of the switch of the doping circuit 15 and the supply current is connected to the doping circuit 15. The control unit 17 is provided with a potential sensor 17 a that measures the potential of the electrode body 20 with respect to the second holder 13. That is, the control unit 17 displays or monitors the time change of the potential difference read by the potential sensor 17a, and controls the doping circuit 15 based on the value of the potential difference. As described later, it is possible to monitor the amount of lithium ions supported on the active material 22 based on this potential difference (see FIG. 9). In addition, current control may not always be necessary if short circuiting is used.

次に、本実施形態の電極体20を説明する。電極体20は、蓄電デバイスの負極(又は正極)を構成する短冊状の部材である。図4(A)に示すように、電極体20は、箔状又は板状の集電体21と、その両側の表面の塗工領域に塗工された活物質22とを備えている。本実施形態では、1枚の長手状の矩形板体の集電体21の表面及び裏面に、1つの長方形状の塗工領域に活物質22がそれぞれ所定のパターンで塗工されている。この活物質22は、集電体21の長手方向に亘って延在している。他方、電極体20の上縁近傍及び下縁近傍では、集電体21が露出している。そして、電極体20が電解処理位置に配置されたとき、ドープ回路17から延びるリード線が集電体21に給電端子(第1保持具12)を介して接続される。   Next, the electrode body 20 of the present embodiment will be described. The electrode body 20 is a strip-shaped member which constitutes the negative electrode (or positive electrode) of the electricity storage device. As shown to FIG. 4 (A), the electrode body 20 is equipped with the foil-like or plate-like collector 21 and the active material 22 coated by the coating area | region of the surface of the both sides. In the present embodiment, the active material 22 is applied in a predetermined pattern on the surface of the current collector 21 of a single long rectangular plate and the back surface of the current collector 21 in a single rectangular shape. The active material 22 extends in the longitudinal direction of the current collector 21. On the other hand, near the upper edge and the lower edge of the electrode body 20, the current collector 21 is exposed. Then, when the electrode assembly 20 is disposed at the electrolytic processing position, the lead wire extending from the doping circuit 17 is connected to the current collector 21 through the power supply terminal (first holder 12).

集電体21は、例えば銅(Cu)の導電性金属でできており、好ましくは矩形状の箔又は板として提供される。本発明において、集電体21は細孔を備える必要は無いが、集電体21の表裏を貫く細孔を備えていてもよい。   The current collector 21 is made of, for example, a conductive metal of copper (Cu), and is preferably provided as a rectangular foil or plate. In the present invention, the current collector 21 does not need to have pores, but may have pores penetrating the front and back of the current collector 21.

集電体21の表面に塗工される活物質22としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・担持できるものであれば特に限定はされないが、具体例として、黒鉛、アモルファスカーボン等の炭素素材、ポリアセン系有機化合物、等の公知の活物質をあげることができる。活物質22は、適切な分散媒(例えば水)によってスラリー状に調製され、そのスラリーを集電体21の表面(好ましくは両面)に塗布した後に温風乾燥及び/又は減圧乾燥することで集電体上に定着される。塗工の形態(活物質塗工面の形状や配列など)は特に限定されるものではないが、例えば、横長な長方形状の集電体21の表面に、その長手方向の全体にわたって活物質塗工面22を帯状に塗工すること、あるいは図6及び図7に示した別例のように、横長な長方形状の集電体21の表面に、略正方形状の活物質塗工面22が複数コマ(複数区画)直列に並ぶように塗工することが好ましい。なお、本明細書では、一つの活物質塗工面22又は複数コマからなる活物質塗工面22の集合体を指して「活物質のパターン」と呼ぶものとする。   The active material 22 to be coated on the surface of the current collector 21 is not particularly limited as long as it can occlude and support lithium ions reversibly, but specific examples thereof include carbon materials such as graphite and amorphous carbon, Known active materials such as polyacene organic compounds can be mentioned. The active material 22 is prepared in the form of a slurry with a suitable dispersion medium (for example, water), applied to the surface (preferably both surfaces) of the current collector 21 and then dried by warm air drying and / or reduced pressure drying. It is fixed on the current collector. The form of the coating (the shape and arrangement of the active material coated surface, etc.) is not particularly limited. For example, the surface of the current collector 21 in the form of an oblong rectangle has the active material coated surface over the entire longitudinal direction. A plurality of substantially square active material coated surfaces 22 are formed on the surface of the horizontally long rectangular current collector 21 by coating 22 in a strip shape, or another example shown in FIG. 6 and FIG. It is preferable to coat so as to be arranged in series. In the present specification, a single active material coated surface 22 or an aggregate of the active material coated surface 22 composed of a plurality of frames is referred to as a “active material pattern”.

本実施形態の組立前電解処理工程においては、図1乃至図3に示すとおり、電極体20とともに第1保持具12が一対の第2保持具13に挟持された状態(つまり、一対の第2保持具13の間に挟まれた状態で電極体20とともに第1保持具12が保持又は維持された状態)で、電極体20の活物質塗工面22と第2保持具13の金属リチウム13bとが略平行に対向配置される。そして、本発明の好適な実施形態において、電極体20は、その平面がドープ槽11内で鉛直方向(重力方向)に対して平行となるように支持される。つまり、本製造装置10のドープ段階では、電極体20の電解処理位置は、一対の第2保持具13の中間位置であり、尚且つ、第2保持具13平面に平行に配置される位置として定められる。なお、「電解処理位置」は、電極体20に対して電解処理が行われる位置を示し、電極体20が第2保持具13に対して静止しているか否かは問わない。   In the pre-assembly electrolytic treatment process of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 to 3, the first holding tool 12 is held together with the electrode assembly 20 by the pair of second holding tools 13 (that is, the pair of second holding tools). The active material coated surface 22 of the electrode body 20 and the metal lithium 13 b of the second holding tool 13 in a state where the first holding tool 12 is held or maintained together with the electrode body 20 in a state of being sandwiched between the holding tools 13 Are arranged substantially in parallel and opposite to each other. Then, in the preferred embodiment of the present invention, the electrode body 20 is supported in the doping tank 11 so that the plane is parallel to the vertical direction (gravity direction). That is, in the doping step of the present manufacturing apparatus 10, the electrolytic treatment position of the electrode body 20 is an intermediate position between the pair of second holders 13 and a position disposed parallel to the second holder 13 plane. It will be determined. The “electrolytic treatment position” indicates the position at which the electrolytic treatment is performed on the electrode body 20, and it does not matter whether the electrode body 20 is stationary with respect to the second holding tool 13.

また、本実施形態では第2保持具13及び電極体20の平面が、ドープ槽11の側壁11bの一面に対して平行に並列するとともに、該第2保持具13及び電極体20の側端面(上面)が鉛直上方の開口11cに対向する。そして、該ドープ槽11の開口11cは、その水平面上で該第2保持具13及び電極体20の側端面を収容可能な大きさ(面積)で構成されている。なお、本実施形態では、電極体の20の長辺が水平方向に沿って配置されるが、電極体の20の短辺を水平方向に沿って配置してもよい。このように配置することにより、ドープ槽11の開口11cの面積をより一層小さく設計することができる。   Further, in the present embodiment, the planes of the second holder 13 and the electrode body 20 are arranged in parallel in parallel to one surface of the side wall 11 b of the dope tank 11 and the side end surfaces of the second holder 13 and the electrode body 20 The upper surface faces the opening 11c vertically above. The opening 11 c of the doping tank 11 is formed to have a size (area) capable of accommodating the side end surfaces of the second holding tool 13 and the electrode assembly 20 on the horizontal plane. In the present embodiment, the long sides of the electrode body 20 are disposed along the horizontal direction, but the short sides of the electrode body 20 may be disposed along the horizontal direction. By arranging in this manner, the area of the opening 11 c of the doping tank 11 can be designed to be smaller.

該電極体20は、第1保持具12によって挟持されて鉛直に支持される。該第1保持具12の支持手段(図示略)は、当業者であれば適宜選択可能である。例えば、第1保持具12は、アーム等によって上方から鉛直に吊り下げられてもよい。あるいは、第1保持具12(又は電極体20)と第2保持具13との間を埋めるようにセパレータを介在させて、第2保持具13で第1保持具12を挟持するように両者を相対的に固定してもよい。このセパレータは、電極体20の大きさに対応した寸法を有する比較的薄手の吸液性の絶縁材(例えば、紙、フェルト、樹脂繊維製シートなど)であってもよい。該セパレータを配置することで、電極体20と第2保持具20との直接的な接触(電気的短絡)を防止して、安全且つ安定した電解処理を実現できる。   The electrode body 20 is held by the first holder 12 and vertically supported. The support means (not shown) of the first holder 12 can be appropriately selected by those skilled in the art. For example, the first holder 12 may be vertically suspended from above by an arm or the like. Alternatively, a separator may be interposed so as to fill the space between the first holding tool 12 (or the electrode assembly 20) and the second holding tool 13, and both may be held so as to hold the first holding tool 12 by the second holding tool 13. It may be fixed relatively. The separator may be a relatively thin liquid-absorbent insulating material (for example, paper, felt, resin fiber sheet, etc.) having a size corresponding to the size of the electrode body 20. By arranging the separator, direct contact (electrical short circuit) between the electrode assembly 20 and the second holder 20 can be prevented, and a safe and stable electrolytic treatment can be realized.

なお、この電解処理工程で使用する電解液19(電解処理用電解液)は、電解処理時に活物質表面へのSEI皮膜の生成を促進し得る有機系溶媒(加温によって液状態を維持できる非低融点有機物を含む)に、支持電解質としてのリチウム塩を溶かし込んだものである。   The electrolytic solution 19 (electrolytic solution for electrolytic treatment) used in this electrolytic treatment step is an organic solvent (not capable of maintaining the liquid state by heating) which can promote the formation of the SEI film on the surface of the active material during electrolytic treatment. Lithium salt as a supporting electrolyte is dissolved in a low melting point organic substance).

この電解処理用電解液に使用可能な有機系溶媒としては、エチレンカーボネート(EC、炭酸エチレン、融点:34〜37℃)、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、などの環状エステル系、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、などの鎖状エステル系があげられる。   As organic solvents usable for the electrolytic solution for electrolytic treatment, cyclic esters such as ethylene carbonate (EC, ethylene carbonate, melting point: 34 to 37 ° C.), vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC), etc. And linear ester systems such as ethyl methyl carbonate (EMC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC) and the like.

また、電解処理用電解液における支持電解質としては、LiTFSI,LiFSI,LiPF,LiClO,LiBFがあげられる。ここで、TFSIとは、Trifluoromethanesulfonyl Imideをいい、FSIとは、Fluoromethanesulfonyl Imideをいう。 Moreover, LiTFSI, LiFSI, LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 can be exemplified as the supporting electrolyte in the electrolytic solution for electrolytic treatment. Here, TFSI refers to trifluoromethanesulfonyl Imide, and FSI refers to fluoromethanesulfonyl Imide.

次に、本実施形態の製造装置10を使用して、短冊状の電極体にリチウムイオンをプレドープして、蓄電デバイス用セルに組み込まれるドープ電極体を製造する方法について、図8乃至図10を参照して、工程ごとに詳細に説明する。具体的には、図11のようなリチウムイオンキャパシタ用セルに組み込まれる負極電極体の製造方法に関する。   Next, with reference to FIGS. 8 to 10, a method of manufacturing a doped electrode body to be incorporated into a cell for a power storage device by pre-doping lithium ions on a strip-like electrode body using the manufacturing apparatus 10 of the present embodiment. Each step will be described in detail by reference. Specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a negative electrode assembly to be incorporated into a lithium ion capacitor cell as shown in FIG.

まず、第1の狭持段階において、短冊状の電極体20を第1保持具12で狭持する。より具体的には、図8(A)に示すとおり、電極体20の活物質22が塗工されていない集電体21の上側の長辺を第1保持具12の一対の挟持片で挟持する。該一対の挟持片は、ビス等の連結部材12aによって近接及び固定される。そして、第1の挟持段階では、短冊状の電極体20が第1保持具12によって直状に保持される。このとき、該第1保持具12は、リード線を介してドープ回路15に接続されているが、ドープ段階の直前にリード線で接続されてもよい。   First, the strip-like electrode body 20 is pinched by the first holder 12 in the first pinching step. More specifically, as shown in FIG. 8A, the long side on the upper side of the current collector 21 on which the active material 22 of the electrode body 20 is not coated is held by the pair of holding pieces of the first holder 12 Do. The pair of holding pieces are approached and fixed by a connecting member 12a such as a screw. Then, in the first holding stage, the strip-like electrode body 20 is held straight by the first holder 12. At this time, the first holder 12 is connected to the doping circuit 15 through the lead wire, but may be connected by the lead wire immediately before the doping step.

次に、第2の挟持段階において、第1保持具12を電極体20とともに、リチウム供給源13bを有する(一対の)第2保持具13に狭持する。より具体的には、図8(B)に示すとおり、一対の金属リチウム13bに対して両側の活物質塗工面22をそれぞれ対向配置させた状態で、電極体20を保持する第1保持具12を第2保持具13の間に相対的に固定して配置する。この第2保持具13による第1保持具12の固定(挟持)手段は、図示しないが、第2保持具13の上辺や裏面に配置される固定部材(フレームやアーム)や、第1保持具12と第2保持具13の間に挟み込まれるセパレータから選択され得る。その結果、第2の挟持段階では、短冊状の電極体20が第2保持具12によって直状に保持される。このとき、該第2保持具13は、リード線を介してドープ回路15に接続されているが、ドープ段階の直前にリード線で接続されてもよい。なお、第2保持具13による第1保持具12の「挟持」とは、図1のY方向において、一対の第2保持具13の間で第1保持具12が保持又は固定された形態を意味する。すなわち、本発明では、第1保持具12がX方向又はZ方向にずれて、第2保持具13に対面していなくてもよい。   Next, in the second holding step, the first holder 12 is held together with the electrode body 20 in the (pair of) second holders 13 having the lithium source 13 b. More specifically, as shown in FIG. 8 (B), the first holding member 12 for holding the electrode assembly 20 in a state where the active material coated surfaces 22 on both sides are disposed opposite to each other with respect to the pair of metal lithium 13b. Are arranged relatively fixed between the second holding devices 13. Although a means for fixing (holding) the first holding tool 12 by the second holding tool 13 is not shown, a fixing member (frame or arm) disposed on the upper side or the back of the second holding tool 13 or the first holding tool It can be selected from the separators sandwiched between 12 and the second holder 13. As a result, in the second holding stage, the strip-like electrode body 20 is held straight by the second holder 12. At this time, the second holder 13 is connected to the doping circuit 15 through the lead wire, but may be connected by the lead wire immediately before the doping step. In addition, in the Y direction of FIG. 1, the form by which the 1st holding tool 12 was hold | maintained or fixed between a pair of 2nd holding tools 13 with "clamping" of the 1st holding tool 12 by the 2nd holding tool 13 is mentioned. means. That is, in the present invention, the first holder 12 may not be shifted in the X direction or the Z direction to face the second holder 13.

次いで、浸漬段階において、電極体20と第2保持具13とを共に電解液19が満たされるドープ槽11に浸漬する。より具体的には、図8(C)に示すとおり、電極体20とともに第1保持具12を挟持する第2保持具13を、ドープ槽11の開口11cを介して鉛直下方向に直線的に移動させ、直状に保たれた短冊状の電極体20をドープ槽11内に導入する。この工程では、短冊状の電極体20を曲率を持たせないように第1及び第2保持具12,13で直状に保持しつつ、ドープ槽11の開口11cから筐体内に挿入(導入)する。少なくとも活物質22及び金属リチウム13bをドープ槽11の電解液19に浸漬させ、結果として、対向する第2保持具13の中間の電解処理位置で電極体20を鉛直に立設させる。すなわち、第1の挟持段階から浸漬段階に至るまで、短冊状の電極体20を曲率を持たせないように直状に保持しつつ、電解処理位置に導入可能である。図示しないが、第1及び第2保持具12,13を治具等を用いて手動でハンドリングしてもよく、あるいは、ロボットアーム等で自動的にハンドリングしてもよい。なお、本浸漬段階では、電解液19を予め保持したドープ槽11に短冊状の電極体20を浸漬してもよく、あるいは、電極体20を電解処理位置に配置した後に電解液19を注入してもよい。   Then, in the immersing stage, the electrode assembly 20 and the second holder 13 are both immersed in the dope tank 11 filled with the electrolyte solution 19. More specifically, as shown in FIG. 8C, the second holding tool 13 holding the first holding tool 12 together with the electrode assembly 20 is linearly linear in the vertically downward direction through the opening 11 c of the doping bath 11. The strip-like electrode body 20 which has been moved and kept straight is introduced into the dope tank 11. In this step, the strip-like electrode body 20 is inserted into the casing from the opening 11 c of the dope tank 11 while being held straight by the first and second holders 12 and 13 so as not to have a curvature. Do. At least the active material 22 and the metallic lithium 13b are immersed in the electrolytic solution 19 of the doping tank 11, and as a result, the electrode body 20 is vertically erected at the middle electrolytic treatment position of the opposing second holding tool 13. That is, from the first holding step to the immersion step, the strip-like electrode body 20 can be introduced into the electrolytic processing position while being held straight so as not to have a curvature. Although not shown, the first and second holders 12 and 13 may be handled manually using a jig or the like, or may be handled automatically by a robot arm or the like. In the main immersion step, the strip-like electrode body 20 may be immersed in the dope tank 11 holding the electrolytic solution 19 in advance, or the electrolytic solution 19 is injected after the electrode body 20 is disposed at the electrolytic treatment position. May be

そして、ドープ段階において、電極体20と金属リチウム13b(リチウム供給源)とを、ドープ回路15(外部回路)を通じて電気的に接続し、活物質22にリチウムをドープし、ドープ電極体20’を得る。すなわち、電極体20の活物質塗工面22とリチウム供給源を含む第2保持具13とを両者間に電解液19を介在させた状態で対向配置させ、集電体21とリチウム供給源13bとをドープ回路15を通じて電気的に接続することにより、活物質22に対して電解処理を施してリチウムイオンをプレドープする。このドープ段階では、制御部17からの命令によって(もしくは手動操作で)ドープ回路15がリチウム供給源13b及び電極体20へ直流電流の供給を開始する。本実施形態では、ドープ回路15が供給する電流は、定電流であり、その電流値は約2.3mAである。   Then, in the doping step, the electrode body 20 and the metallic lithium 13b (lithium supply source) are electrically connected through the doping circuit 15 (external circuit), the active material 22 is doped with lithium, and the doped electrode body 20 'is obtain. That is, the active material coated surface 22 of the electrode body 20 and the second holder 13 including the lithium source are disposed opposite to each other with the electrolytic solution 19 interposed therebetween, and the current collector 21 and the lithium source 13 b Are electrically connected through the doping circuit 15, whereby the active material 22 is electrolytically treated to pre-dope lithium ions. In this doping step, the doping circuit 15 starts supply of direct current to the lithium source 13 b and the electrode assembly 20 according to an instruction from the control unit 17 (or by manual operation). In the present embodiment, the current supplied by the doping circuit 15 is a constant current, and the current value is about 2.3 mA.

このドープ段階において、電極体20と第2保持具13とを相対的に静止させた状態で電解処理を行うことが好ましい。このような状態で電解処理を行うことにより、ドープ槽11内の電解液19の流動が生じ、又は電極体20の長さ方向に沿った外気暴露の時間差が生じることを防止する。これにより、安定した環境下で電解処理を実行可能である。また、電解処理中に電解液19がドープ槽11内で流動しないように電解液19を維持することがより好ましい。すなわち、本実施形態では、第2保持具13に金属リチウム13bを採用したことにより、電解処理中に電解液19を流し続けなくてもよい。これにより、電解液19の使用量を抑えるとともに、より一層安定した環境下でプレドープを行うことが可能となる。   In this doping step, the electrolytic treatment is preferably performed in a state in which the electrode body 20 and the second holder 13 are relatively stationary. By performing the electrolytic treatment in such a state, it is possible to prevent the flow of the electrolyte solution 19 in the dope tank 11 or the occurrence of the time difference of the outside air exposure along the length direction of the electrode body 20. Thereby, electrolytic processing can be performed under a stable environment. Further, it is more preferable to maintain the electrolytic solution 19 so that the electrolytic solution 19 does not flow in the dope tank 11 during the electrolytic treatment. That is, in the present embodiment, by employing the metal lithium 13 b for the second holder 13, it is not necessary to keep flowing the electrolytic solution 19 during the electrolytic treatment. As a result, the amount of use of the electrolyte solution 19 can be suppressed, and pre-doping can be performed in a more stable environment.

また、ドープ段階は、電極体20と第2保持具13とを相対的に静止させた状態で電解処理を行うとともに、電極体20の活物質22へのリチウムイオンの担持量をモニタリングする工程を含むことが好ましい。   In the doping step, the electrolytic treatment is performed in a state in which the electrode assembly 20 and the second holder 13 are relatively stationary, and the loading amount of lithium ions on the active material 22 of the electrode assembly 20 is monitored. It is preferable to include.

本実施形態では、電位センサ17aがリチウム供給源13b(第2保持具13)に対する電極体20(第1保持具12)の電位([V] vs Li/Li+)を測定可能である。この電位の時間変化を制御部17を介して表示又はモニタリングすることにより、電極体20の活物質22へのリチウムイオンの担持量を定量的に判断することができる。つまり、この電位を読み取ることで、リチウムイオンのプレドープが完了した時点を的確に判断可能である。例えば、制御部17が、電位センサ17aにおける電位が所定値に到達したことを検出した場合、リチウムイオンのプレドープが完了したと判断し、ドープ回路15からの給電を切断するように製造装置10を制御してもよい。なお、一般的に参照リチウム電極が電場のかかる場所(電界中)に置かれると、IRドロップの影響を受けて電位を正確に測れなくなる。これに対し、本実施形態では、リチウム供給源13b自体が参照(基準)リチウム電極としてセンシングの対象となり、当該参照リチウム電極が負極(電極体20)の側面に配置される。すなわち、本実施形態では、参照リチウム電極を電場の端(又は外側)において静止状態で負極の側面位置に配置できることがメリットとなる。その結果、IRドロップの影響が抑えられ、より正確な測定値が得られる。   In the present embodiment, the potential sensor 17a can measure the potential ([V] vs Li / Li +) of the electrode body 20 (first holder 12) with respect to the lithium source 13b (second holder 13). By displaying or monitoring the time change of the potential via the control unit 17, it is possible to quantitatively determine the amount of lithium ions supported on the active material 22 of the electrode assembly 20. That is, by reading this potential, it is possible to accurately determine the point at which the lithium ion pre-doping is completed. For example, when the control unit 17 detects that the potential at the potential sensor 17a has reached a predetermined value, it determines that pre-doping of lithium ions is completed, and cuts off the power supply from the doping circuit 15. You may control. Generally, when the reference lithium electrode is placed at a place where an electric field is applied (during an electric field), the electric potential can not be accurately measured due to the influence of the IR drop. On the other hand, in the present embodiment, the lithium source 13b itself is a target of sensing as a reference (reference) lithium electrode, and the reference lithium electrode is disposed on the side surface of the negative electrode (electrode assembly 20). That is, in this embodiment, it is advantageous that the reference lithium electrode can be disposed at the side position of the negative electrode in the stationary state at the end (or outside) of the electric field. As a result, the influence of IR drop is suppressed and more accurate measurement values can be obtained.

図9は、該電位センサ17aで読み取った電位([V] vs Li/Li+)の時間変化(分)を例示するグラフである。図9に示すとおり、電解処理の時間経過に従って、活物質22へのリチウムイオンの担持量が増加し、第2保持具13に対する電極体20の電位が指数関数的に減少する。最終的に、活物質22のリチウムイオンの担持量が平衡状態に達するとともに電位が所定の値に収束して、プレドープが完了する。例えば、本ドープ段階において、プレドープが完了したことを示す最終電位を72mVと設定すると、制御部17が電解処理開始から15.4分経過して電位が72mVに到達した時点でプレドープの完了を検知する。そして、制御部17がドープ回路15の給電を切断し、当該バッチの電解処理を終了する。すなわち、本実施形態の製造装置10は、プレドープの挙動をほぼ正確に管理し、SEI品質及びリチウムイオン担持量を制御することが可能である。   FIG. 9 is a graph illustrating the time change (minutes) of the potential ([V] vs Li / Li +) read by the potential sensor 17a. As shown in FIG. 9, the amount of lithium ions supported on the active material 22 increases with the passage of time of the electrolytic treatment, and the potential of the electrode body 20 with respect to the second holder 13 decreases exponentially. Finally, as the supported amount of lithium ions of the active material 22 reaches an equilibrium state, the potential converges to a predetermined value, and pre-doping is completed. For example, if the final potential indicating that pre-doping is completed is set to 72 mV in the main doping step, control unit 17 detects completion of pre-doping when the potential reaches 72 mV after 15.4 minutes from the start of electrolytic treatment Do. Then, the control unit 17 disconnects the feeding of the doping circuit 15, and ends the electrolytic treatment of the batch. That is, the manufacturing apparatus 10 of the present embodiment can manage the behavior of pre-doping almost accurately, and can control the SEI quality and the lithium ion loading amount.

続いて、リチウムイオンをプレドープしたドープ電極体20’を取り出し段階、第2の開放段階及び第1の開放段階を経て、ドープ槽11から直状のまま回収する。取り出し段階において、少なくともドープ電極体20’をドープ槽11より取り出す。より具体的には、図10(A)に示すとおり、ドープ電極体20’とともに第1保持具12を挟持(保持)する第2保持具13を鉛直上方向に引き上げてドープ槽11から取り出す。第2の開放段階において、第1保持具12をドープ電極体20’とともに、リチウム供給源13bを有する第2保持具13から開放する。より具体的には、図10(B)に示すとおり、第1保持具12及びドープ電極体20’に対する第2保持具13の固定を解除し、一対の第2保持具13を外方に移動させる。そして、第1の開放段階において、ドープ電極体20’を第1保持具12より開放する。より具体的には、図10(C)に示すとおり、第1保持具12における連結部材12aの連結を緩め、第1保持具12をドープ電極体20’から離脱させる。その結果、電極体20にリチウムイオンをプレドープしたドープ電極体20’ を直状のまま回収することができる。   Subsequently, the lithium ion pre-doped doped electrode body 20 ′ is taken out, is subjected to the second open stage and the first open stage, and is recovered straight from the dope tank 11. In the removal step, at least the doped electrode body 20 ′ is removed from the doping bath 11. More specifically, as shown in FIG. 10A, the second holder 13 holding (holding) the first holder 12 together with the dope electrode body 20 ′ is pulled up vertically and taken out from the dope tank 11. In the second opening stage, the first holder 12 is released from the second holder 13 having the lithium source 13b together with the doped electrode body 20 '. More specifically, as shown in FIG. 10 (B), the fixing of the second holder 13 to the first holder 12 and the doped electrode body 20 ′ is released, and the pair of second holders 13 is moved outward. Let Then, in the first opening stage, the doped electrode body 20 ′ is released from the first holder 12. More specifically, as shown in FIG. 10C, the connection of the connecting member 12a in the first holder 12 is loosened to separate the first holder 12 from the dope electrode body 20 '. As a result, the doped electrode body 20 'in which lithium ions are pre-doped to the electrode body 20 can be recovered in a straight state.

上記段階を経て、組立前電解処理工程において電極体20にリチウムイオンをプレドープしてドープ電極体20’を製造することができる。これら一連の段階を制御部17によって制御して自動的に実行することも可能である。   Through the above steps, the lithium ion can be pre-doped on the electrode assembly 20 in the pre-assembly electrolytic treatment process to manufacture the doped electrode assembly 20 '. It is also possible to control these series of steps by the control unit 17 and execute them automatically.

なお、ここで説明した製造方法は、一例にすぎず、当業者であれば、各工程の順序を入れ替え、状況に応じて不要な工程を変更又は省略し、あるいは、追加の工程を付加することも可能である。例えば、第1の挟持段階及び第2の挟持段階の前に浸漬段階を実施してもよい。すなわち、電極体20、第1保持具12及び第2保持具13をドープ槽11に導入し、該ドープ槽11内で第1保持具12及び第2保持具13を操作して電極体20を挟持してもよい。また、取り出し段階の前に第2の開放段階及び第1の開放段階を実施してもよい。すなわち、ドープ槽11内で第1保持具12及び第2保持具13で操作してドープ電極体20’を解放し、ドープ電極体20’のみをドープ槽11より取り出してもよい。   The manufacturing method described here is merely an example, and the person skilled in the art can change the order of the steps, change or omit unnecessary steps depending on the situation, or add additional steps. Is also possible. For example, the soaking stage may be performed prior to the first clamping stage and the second clamping stage. That is, the electrode assembly 20, the first holding tool 12 and the second holding tool 13 are introduced into the dope tank 11, and the first holding tool 12 and the second holding tool 13 are operated in the dope tank 11 to You may hold it. Also, a second opening stage and a first opening stage may be performed prior to the removal stage. That is, the dope electrode body 20 ′ may be released by operating the first holder 12 and the second holder 13 in the dope tank 11, and only the dope electrode body 20 ′ may be taken out from the dope tank 11.

そして、組立前電解処理工程の次の工程であるセル組立工程では、上述の組立前電解処理工程でリチウムイオンがプレドープされたドープ電極体を用いて、蓄電デバイス(リチウムイオンキャパシタ)のセルが組み立てられる。   Then, in the cell assembly process which is the next process of the pre-assembly electrolytic treatment process, the cell of the storage device (lithium ion capacitor) is assembled using the doped electrode body pre-doped with lithium ions in the above-described pre-assembly electrolytic treatment process. Be

例えば、図11は、上記製造装置10で製造された負極電極体31(プレドープ済のドープ電極体20’に相当)が組み込まれたリチウムイオンキャパシタ用セル30を示す。図11に示すとおり、リチウムイオンキャパシタ用セル30は、負極集電体31aに塗工された負極活物質31bにリチウムイオンをプレドープした負極電極体31と、正極集電体32aに塗工された活性炭等の正極活物質32bを有する正極電極体32とを備える。すなわち、ドープ電極体20’が負極電極体31に相当し、その対向極が正極電極体32である。該リチウムイオンキャパシタ用セル30では、負極電極体31と正極電極体32とが交互に積層されている。各負極電極体31の負極集電体31aは、外部端子としての負極端子35にリード34で電気的に接続されている。同じく、各正極電極体32の正極集電体32aは、外部端子としての正極端子36にリード34で電気的に接続されている。また、隣接する電極体31,32の間には、両者の接触を防止するためのセパレータ33が配置されている。そして、このリード付きの電極積層体が容器(パッケージ)37内にセル用電解液38とともに封入されている。なお、セル用電解液としては、電解処理用電解液で使用したのと同様の電解質を添加したものを使用することができる。すなわち、組み立て工程において、ドープ電極体31(20’)を対向極32及びセパレータ33と共に積層して電極積層体を得た後、該電極積層体と電解液38とを容器37に封入することにより、蓄電デバイス(リチウムイオンキャパシタ)を製造することができる。   For example, FIG. 11 shows a lithium ion capacitor cell 30 in which a negative electrode body 31 (corresponding to a pre-doped doped electrode body 20 ') manufactured by the manufacturing apparatus 10 is incorporated. As shown in FIG. 11, in the lithium ion capacitor cell 30, the negative electrode active material 31b coated on the negative electrode current collector 31a is coated on the negative electrode body 31 in which lithium ions are predoped and the positive electrode current collector 32a. And a positive electrode body 32 having a positive electrode active material 32b such as activated carbon. That is, the doped electrode body 20 ′ corresponds to the negative electrode body 31, and the opposite electrode is the positive electrode body 32. In the lithium ion capacitor cell 30, the negative electrode body 31 and the positive electrode body 32 are alternately stacked. The negative electrode current collector 31 a of each negative electrode body 31 is electrically connected to a negative electrode terminal 35 as an external terminal by a lead 34. Similarly, the positive electrode current collector 32 a of each positive electrode body 32 is electrically connected to a positive electrode terminal 36 as an external terminal by a lead 34. Further, a separator 33 for preventing contact between the adjacent electrode bodies 31 and 32 is disposed. Then, the electrode stack with the leads is enclosed in a container (package) 37 together with the cell electrolyte 38. As the cell electrolyte, one to which the same electrolyte as that used in the electrolytic treatment electrolyte is added can be used. That is, in the assembly process, the doped electrode body 31 (20 ′) is laminated together with the counter electrode 32 and the separator 33 to obtain an electrode laminate, and then the electrode laminate and the electrolytic solution 38 are sealed in the container 37. And storage devices (lithium ion capacitors) can be manufactured.

以下、本発明に係る一実施形態のドープ電極体の製造装置10における作用効果について説明する。   Hereafter, the effect in the manufacturing apparatus 10 of the dope electrode body of one Embodiment which concerns on this invention is demonstrated.

(1)本実施形態によれば、短冊状の電極体20が、各工程において一貫して曲率を持つことなく直状のままで導入、電解処理及び回収される。これにより、リチウムイオン担持に伴って硬質化した活物質塗工面22が電極体20の曲げによって破損することを効果的に防止することができる。同時に、プレドープ処理前後の電極体20及びドープ電極体20’(負極電極体31)にRの癖が付くことを防ぎ、活物質22の後発的な剥がれを抑制することができる。さらに、本実施形態では、ドープ槽11は、少なくとも第2保持具13と短冊状の電極体20とを導入又は収容可能であればよく、従来のロール・ツー・ロール方式の装置と比べて複数の資材(支持ロール、電解ロールなど)を省略可能であり、装置のスケールダウンや電解液19の消費量の節約が可能である。したがって、本実施形態のドープ電極体の製造方法及び製造装置10は、安定した品質のドープ電極体20’をより高い生産性で製造可能とするものである。 (1) According to the present embodiment, the strip-shaped electrode body 20 is introduced, electrolyzed, and recovered in a straight state without curvature consistently in each process. Thereby, it is possible to effectively prevent the active material coated surface 22 which has been hardened along with lithium ion support from being damaged by the bending of the electrode body 20. At the same time, it is possible to prevent the R from sticking to the electrode body 20 before and after the pre-doping treatment and the doped electrode body 20 '(the negative electrode body 31), and to suppress the subsequent peeling of the active material 22. Furthermore, in the present embodiment, the doping bath 11 may be capable of introducing or accommodating at least the second holding tool 13 and the strip-like electrode body 20, and a plurality of the doping baths 11 may be provided as compared with the conventional roll-to-roll system. It is possible to omit materials (supporting rolls, electrolytic rolls, etc.), and to reduce the scale of the apparatus and the consumption of the electrolyte solution 19. Therefore, the method and apparatus 10 for manufacturing a doped electrode body according to the present embodiment can manufacture a stable quality doped electrode body 20 'with higher productivity.

(2)本実施形態によれば、電極体20と第2保持具13とを相対的に静止させた状態で電解処理を行うことにより、安定した品質のドープ電極体20’を製造可能とするものである。また、電解処理中に電解液19がドープ槽11内で流動しないように電解液19を連続供給することなく維持する。例えば、特許文献1のような従来のロール・ツー・ロール方式では、電解液を供給し続けるとともに長尺帯状の電極体を一定速度で連続搬送しながら、電極体にプレドープ処理を行っている。すなわち、電極体が絶えず移動し続けているため、ドープ槽内の電解液の流動が生じたり、電極体の長さ方向に沿った外気暴露の時間差が生じたり等することで、電極体へのプレドープ処理環境が不安定になる。また、電解液の濃度を維持すべく電解液を流し続けているため、大量の電解液が必要となる。さらに、このように長尺帯状の電極体が連続的に移動している状態では、電極体を局所的に電位測定してプレドープ処理中の活物質のリチウムイオン担持量をモニタリングすることが困難であり、リチウムイオン担持量を適切に制御することができない。したがって、従来の製造方法では、大量の電解液が必要であり、尚且つ、SEI被膜の品質やリチウムイオン失活量にばらつきが発生して、安定した品質を得ることができないことが問題であった。これに対し、本実施形態では、電極体20と第2保持具13とを相対的に静止させた状態で電解処理を行うことにより、ドープ槽11内で電解液19の流動が生じ、又は電極体20の長さ方向に沿った外気暴露の時間差が生じることに起因するドープ電極体20’の品質劣化を防止する。そして、電解処理がバッチ式(静止状態)で行われるため、電解処理ごとに制御部17及び電位センサ17aを用いて正確な電位測定及びLi担持量制御が可能である。これにより、電解液19の使用量を抑えるとともに、SEI品質及びLi担持量のばらつきを大幅に改善することができる。 (2) According to the present embodiment, the electrolytic treatment is performed in a state where the electrode assembly 20 and the second holder 13 are relatively stationary, thereby making it possible to manufacture the doped electrode assembly 20 'of stable quality. It is a thing. Further, the electrolytic solution 19 is maintained without being continuously supplied so that the electrolytic solution 19 does not flow in the dope tank 11 during the electrolytic treatment. For example, in the conventional roll-to-roll method as disclosed in Patent Document 1, the electrode body is pre-doped while continuously supplying the electrolytic solution and continuously transporting the long strip-shaped electrode body at a constant speed. That is, since the electrode body is constantly moving, the flow of the electrolyte in the dope tank may occur, or the time difference of the external air exposure along the length direction of the electrode body may occur, etc. The pre-doping environment becomes unstable. In addition, since the electrolytic solution is continuously supplied to maintain the concentration of the electrolytic solution, a large amount of the electrolytic solution is required. Furthermore, in such a state where the strip-like electrode body is continuously moving, it is difficult to locally measure the potential of the electrode body to monitor the lithium ion loading amount of the active material during pre-doping treatment. There is no way to control the lithium ion loading properly. Therefore, in the conventional manufacturing method, a large amount of electrolytic solution is required, and moreover, the quality of the SEI film and the amount of lithium ion deactivation vary, and it is a problem that stable quality can not be obtained. The On the other hand, in the present embodiment, the electrolytic treatment is performed in a state where the electrode body 20 and the second holder 13 are relatively stationary, so that the electrolyte solution 19 flows in the dope tank 11, or the electrode It prevents the deterioration of the quality of the doped electrode body 20 'due to the occurrence of the time difference of the external air exposure along the length direction of the body 20. And since electrolysis processing is performed by a batch type (static state), accurate electric potential measurement and control of the amount of supported lithium are possible using the control part 17 and the electric potential sensor 17a for every electrolysis processing. Thereby, the amount of use of the electrolytic solution 19 can be suppressed, and the variation in SEI quality and the amount of Li carried can be significantly improved.

(3)本実施形態によれば、短冊状の電極体20平面がドープ槽11内で鉛直方向(重力に沿った方向)に沿って支持されることにより、ドープ槽11の上縁で包囲される開口11cに必要な面積が低減される。すなわち、ドープ槽11の開口11cは、該第2保持具13及び電極体20の側端面(上端面)を導入又は収容可能な面積(つまり、板厚×辺の長さ)を有していればよい。よって、ドープ槽11の開口11cに必要な面積は、第2保持具13及び電極体20の平面を水平に配置した場合や鉛直方向から傾斜して配置した場合と比べて、大幅に抑えられる。その結果、ドープ槽11の上向きの開口11cを介して電解液19が気相と接触する面積を相対的に低減させ、電解液19の揮発量を大幅に減少させることが可能となる。こうした電解液19の揮発量減少により、電解液19の消費量を節約してコスト面で生産性を改善することが可能である。同時に、電解液19に含有される有機性物質の揮発に伴う引火・爆発などの危険性を軽減して、製造工程における安全性をも改善することが可能である。さらに、鉛直縦方向に電極体20を配置することにより、ドープ段階における電解処理中に発生する還元ガス(例えば、CO、HF)を上方に逃がしてドープ槽11から容易に除去することができる。これにより、還元ガスが気泡として第2保持具13と電極体20の活物質塗工面22との間に残って、リチウムイオンの担持量分布に影響を与えるおそれを抑制することができる。すなわち、ドープ電極体20’のプレドープ品質を向上させることができる。 (3) According to the present embodiment, the strip electrode body 20 is supported along the vertical direction (the direction along the gravity) in the dope tank 11 so that it is surrounded by the upper edge of the dope tank 11. The area required for the opening 11c is reduced. That is, the opening 11 c of the doping tank 11 has an area (that is, plate thickness × length of side) capable of introducing or accommodating the side end surface (upper end surface) of the second holder 13 and the electrode body 20. Just do it. Therefore, the area required for the opening 11 c of the doping tank 11 is largely suppressed as compared with the case where the flat surfaces of the second holding tool 13 and the electrode body 20 are arranged horizontally or in a state where the plane is inclined from the vertical direction. As a result, it is possible to relatively reduce the area of the electrolyte solution 19 in contact with the gas phase through the upward opening 11 c of the dope tank 11 and to significantly reduce the volatilization amount of the electrolyte solution 19. By reducing the volatilization amount of the electrolytic solution 19, it is possible to save the consumption of the electrolytic solution 19 and improve the productivity in terms of cost. At the same time, it is possible to improve the safety in the manufacturing process by reducing the danger such as ignition and explosion due to the volatilization of the organic substance contained in the electrolytic solution 19. Furthermore, by arranging the electrode assembly 20 in the vertical direction, the reducing gas (e.g., CO 2 , HF) generated during the electrolytic treatment in the doping step can be released upward and easily removed from the doping tank 11 . As a result, it is possible to suppress the possibility that the reducing gas will remain as air bubbles between the second holder 13 and the active material coated surface 22 of the electrode body 20 to affect the distribution of the amount of lithium ions supported. That is, the pre-doping quality of the doped electrode body 20 'can be improved.

(4)本実施形態は、以下の課題をも解決するものである。従来のロール・ツー・ロール方式の装置上の問題として、プレドープ済電極体をセル組立用に使用すべく、供給ロールと巻取ロールとの間に張架されたプレドープ済電極体をリチウム供給源から離隔させ、ドープ槽から取り出して装置から回収する工程が容易ではないことが挙げられる。すなわち、ロール・ツー・ロール方式の複雑な回収工程において、製品のハンドリングミス等が起こり易く、活物質の剥がれなど品質劣化が危惧される。これに対し、本実施形態は、短冊状の電極体を採用し、それぞれをバッチ処理するものであり、ロール・ツー・ロール方式の製造方法におけるハンドリングの煩わしさから解放されたものである。 (4) The present embodiment also solves the following problems. As a problem with conventional roll-to-roll equipment, a lithium source is supplied to a pre-doped electrode body stretched between a supply roll and a take-up roll so that the pre-doped electrode body can be used for cell assembly. And the process of taking it out of the dope tank and recovering it from the apparatus is not easy. That is, in the complicated recovery process of the roll-to-roll system, product handling errors and the like are likely to occur, and the quality deterioration such as peeling of the active material may be concerned. On the other hand, in the present embodiment, strip-shaped electrode bodies are adopted, and each of them is subjected to batch processing, which is free from the troublesome handling in the roll-to-roll manufacturing method.

(5)本実施形態では、電極体20は横長の長方形であり、且つ、導電性を有する第1保持具12が少なくとも電極体20の上側の長辺を保持する。すなわち、電極体20の上辺全体に亘って給電端子が設けられていると見なすことができる。以下、電極体20の集電体21に取り付けられる給電端子(第1保持具12)の形態の違いが、集電体21や活物質塗工面22における電流密度分布にどのように影響するかについて、コンピュータシミュレーションによる解析を行った。具体的には、図12,13及び14に示す3種類の給電端子モデルについて検討した。当該解析において、図6に示した電極体20を採用した。 (5) In the present embodiment, the electrode body 20 is a horizontally long rectangle, and the conductive first holder 12 holds at least the upper long side of the electrode body 20. That is, it can be considered that the feed terminal is provided over the entire upper side of the electrode body 20. Hereinafter, how the difference in the form of the power supply terminal (first holder 12) attached to the current collector 21 of the electrode body 20 affects the current density distribution on the current collector 21 and the active material coated surface 22 The analysis by computer simulation was performed. Specifically, three types of feed terminal models shown in FIGS. 12, 13 and 14 were examined. In the said analysis, the electrode body 20 shown in FIG. 6 was adopted.

図12(A)は、2接点給電モデルである。即ち、横長な長方形状の集電体(集電箔)21の上辺付近の2箇所に丸端子状の給電端子91(黒丸で示す)が設定されている。左側の丸端子91は、左から1コマ目の活物質塗工面22と2コマ目の活物質塗工面22との境界に位置し、右側の丸端子91は、右から1コマ目の活物質塗工面22と2コマ目の活物質塗工面22との境界に位置している。   FIG. 12A is a two-contact power supply model. That is, round terminal-like power supply terminals 91 (shown by black circles) are set at two places near the upper side of the horizontally-long rectangular current collector (current collector foil) 21. The left round terminal 91 is located at the boundary between the first active material coated surface 22 and the second active material coated surface 22 from the left, and the right circular terminal 91 is the first active material from the right It is located at the boundary between the coated surface 22 and the active material coated surface 22 of the second frame.

図12(B)は、2接点給電モデルにおける集電体21での電流密度の分布状況を模式的に示す。実際のコンピュータシミュレーションでは、約20段階の天然色グラデーションで色分けしてディスプレイ画面上に電流密度分布を表示するが、図12(B)及び(C)、図13(B)及び(C)、並びに図14(B)及び(C)では、特許図面用に3段階のグラデーションに簡略化して表示している(即ち、H=高密度、M=中密度、L=低密度)。図12(B)から見て取れるように、それぞれの丸端子91に近い領域では電流密度が高くなっているが、各丸端子91から遠く離れた左下隅、右下隅、及び集電体21の中央域では電流密度が低くなっている。   FIG. 12B schematically shows the distribution of the current density in the current collector 21 in the two-contact power supply model. In the actual computer simulation, the current density distribution is displayed on the display screen while being color-coded by about 20 natural color gradations, but FIGS. 12 (B) and (C), FIGS. 13 (B) and (C), and In FIG. 14 (B) and (C), it is simplified and displayed on three steps gradation for patent drawing (namely, H = high density, M = middle density, L = low density). As can be seen from FIG. 12B, the current density is high in the region near each of the round terminals 91, but the lower left corner, the lower right corner, and the central region of the current collector 21 far away from each of the round terminals 91. The current density is low.

図12(C)は、2接点給電モデルにおける活物質塗工面22の各コマでの電流密度の分布状況を模式的に示す。図12(C)から見て取れるように、それぞれの丸端子91に近い領域で電流密度の集中が認められる。   FIG.12 (C) shows typically the distribution condition of the current density in each coma of the active material coated surface 22 in a 2 contact electric power feeding model. As can be seen from FIG. 12C, concentration of current density is observed in the area near each of the round terminals 91.

図13(A)は、上辺給電モデルである。即ち、横長な長方形状の集電体(集電箔)21の上辺の全体に沿って、当該上辺と同じ長さを有する長尺帯状の給電端子92(黒塗の帯で示す)が設けられている。つまり、給電端子92は、図1の実施形態の第1保持具12に対応する。   FIG. 13A shows an upper side feed model. That is, along the entire upper side of the horizontally long rectangular current collector (current collector foil) 21, a long strip-like feeding terminal 92 (shown by a blackened band) having the same length as the upper side is provided. ing. That is, the feed terminal 92 corresponds to the first holder 12 of the embodiment of FIG.

図13(B)は、上辺給電モデルにおける集電体21での電流密度の分布状況を模式的に示す。図13(B)から見て取れるように、集電体21の上辺から下辺に向かって電流密度が次第に低下する傾向にあるが、集電体21の長手方向に沿った各位置間において電流密度の格差は生じていない。   FIG. 13 (B) schematically shows the distribution of the current density in the current collector 21 in the upper side power feeding model. As can be seen from FIG. 13B, the current density tends to gradually decrease from the upper side to the lower side of the current collector 21, but the difference in current density between the respective positions along the longitudinal direction of the current collector 21. Has not occurred.

図13(C)は、上辺給電モデルにおける活物質塗工面22の各コマでの電流密度の分布状況を模式的に示す。図13(C)から見て取れるように、活物質塗工面22のどのコマも、ほぼ均等な電流密度となっている。   FIG. 13 (C) schematically shows the distribution of current density in each frame of the active material coated surface 22 in the upper side power feeding model. As can be seen from FIG. 13 (C), every piece of the active material coated surface 22 has a substantially even current density.

図14(A)は、上下辺給電モデルである。即ち、横長な長方形状の集電体(集電箔)21の上辺全体および下辺全体に沿って、これら上下辺と同じ長さを有する長尺帯状の給電端子92,93(黒塗の帯で示す)が対をなして設けられている。つまり、この形態は、図5(A)の実施形態の第1保持具12に対応する。   FIG. 14A shows the upper and lower side power supply model. That is, along the entire upper and lower sides of the horizontally long rectangular current collector (current collector foil) 21, long strip-like feeding terminals 92 and 93 (black-painted bands) having the same length as the upper and lower sides. ) Are provided in pairs. That is, this form corresponds to the first holder 12 of the embodiment of FIG. 5 (A).

図14(B)は、上下辺給電モデルにおける集電体21での電流密度の分布状況を模式的に示す。図14(B)から見て取れるように、集電体21の上辺および下辺付近で電流密度が最も高く、集電体21の高さ方向中程に向かうにつれて電流密度が次第に低下する傾向にあるが、集電体21の長手方向に沿った各位置間において電流密度の格差は生じていない。   FIG. 14 (B) schematically shows the distribution of current density in the current collector 21 in the upper and lower side power feeding model. As can be seen from FIG. 14B, the current density is highest near the upper and lower sides of the current collector 21 and tends to gradually decrease toward the middle of the current collector 21 in the height direction. There is no difference in current density between each position along the longitudinal direction of the current collector 21.

図14(C)は、上下辺給電モデルにおける活物質塗工面22の各コマでの電流密度の分布状況を模式的に示す。図14(C)から見て取れるように、活物質塗工面22のどのコマも、ほぼ均等な電流密度となっている。   FIG. 14C schematically shows the distribution of current density in each frame of the active material coated surface 22 in the upper and lower side power feeding model. As can be seen from FIG. 14 (C), every piece of the active material coated surface 22 has a substantially even current density.

図12,13及び14の比較からわかるように、長方形状の集電体21の長辺側の一辺又は二辺に対して、その長辺とほぼ同じ長さを持った長尺な給電端子92,93を取り付けることで、集電体21上の活物質塗工面22における電流密度の均等化を図ることが可能になる。その結果、活物質塗工面22内においてリチウムイオンのドープ量のばらつきが発生することを抑制することができる。   As can be seen from the comparison of FIGS. 12, 13 and 14, a long feed terminal 92 having substantially the same length as the long side of one side or two sides of the long side of the rectangular current collector 21. , 93, the current density at the active material coated surface 22 on the current collector 21 can be equalized. As a result, it is possible to suppress the occurrence of the variation in the lithium ion doping amount in the active material coated surface 22.

(変形例)
本発明のドープ電極体の製造装置は、上記実施形態に限定されずに、例えば、以下のように変形可能である。
(Modification)
The apparatus for producing a doped electrode body of the present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified, for example, as follows.

(1)上記実施形態では、第2保持具は、金属端子板に金属リチウムを接合したものであるが、活物質にリチウムイオンをドープ可能であればよく、本発明はこれに限定されない。例えば、第2保持具は、グラッシーカーボンや黒鉛焼結体などの炭素質あるいは白金などの貴金属など、リチウムイオンに対し不活性な材料であってもよい。このような場合でも、第2保持具がリチウム供給源(リチウムイオン供給電極)となり、電解液内のリチウムイオンを消費して電極体にプレドープ可能である。 (1) In the above embodiment, the second holder is obtained by bonding metal lithium to a metal terminal plate, but it is sufficient if the active material can be doped with lithium ions, and the present invention is not limited to this. For example, the second holder may be a material inert to lithium ions, such as a carbonaceous material such as glassy carbon and a sintered graphite, or a noble metal such as platinum. Even in such a case, the second holder serves as a lithium supply source (lithium ion supply electrode), consumes lithium ions in the electrolytic solution, and can pre-dope the electrode body.

(2)上記実施形態では、電極体と第2保持具が相対的に静止した状態で電解処理が実行されるが、品質劣化の面を考慮しなければ、互いに相対移動する状態で電解処理を実行してもよい。さらに、プレドープ処理を静止状態で行わずに、リチウムイオンの担持量をモニタリングする工程を省略することも可能である。 (2) In the above embodiment, the electrolytic treatment is performed with the electrode body and the second holder relatively stationary, but if the quality deterioration is not taken into consideration, the electrolytic treatment is performed with the relative movement. It may be executed. Furthermore, it is also possible to omit the step of monitoring the lithium ion loading amount without performing the pre-doping treatment in a stationary state.

本発明は上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限りにおいて種々の態様で実施しうるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiment and modifications, and may be embodied in various forms within the technical scope of the present invention.

10 製造装置
11 ドープ槽
11c 開口
12 第1保持具
13 第2保持具
13a 金属端子板
13b 金属リチウム(リチウム供給源)
15 ドープ回路(外部回路,外部電源)
17 制御部
17a 電位センサ
19 電解液
20 電極体
20’ ドープ電極体
21 集電体
22 活物質,活物質塗工面
30 リチウムイオンキャパシタ用セル
31 負極電極体(ドープ電極体)
32 正極電極体(対向極)
33 セパレータ
34 リード
35 負極端子
36 正極端子
37 パッケージ
38 セル用電解液
DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS 10 manufacturing apparatus 11 dope tank 11 c opening 12 first holder 13 second holder 13 a metal terminal plate 13 b lithium metal (lithium supply source)
15 Doped circuit (external circuit, external power supply)
Reference Signs List 17 control unit 17a potential sensor 19 electrolyte 20 electrode body 20 'doped electrode body 21 current collector 22 active material, active material coated surface 30 cell for lithium ion capacitor 31 negative electrode body (doped electrode body)
32 Positive electrode body (counter electrode)
33 separator 34 lead 35 negative terminal 36 positive terminal 37 package 38 electrolyte for cell

Claims (4)

表面に活物質からなるパターンを有する電極体の前記活物質にリチウムをドープするドープ電極体の製造装置であって、
前記電極体を狭持し、導電性を有する第1保持具と、
前記第1保持具を前記電極体とともに狭持するとともにリチウム供給源を有する第2保持具と、
前記電極体と、前記第2保持具と、を共に電解液に浸漬するドープ槽と、
前記電極体と前記リチウム供給源とを、前記第1保持具を介するとともに外部回路を通じて接続し、前記活物質にリチウムをドープするドープ回路と、
からなり、
前記電極体は横長の長方形であり、前記第1保持具は、少なくとも前記電極体の上側の長辺を長手方向全体に亘って保持するように構成されていることを特徴とするドープ電極体の製造装置。
It is a manufacturing apparatus of the dope electrode body which dopes lithium to the said active material of the electrode body which has a pattern which consists of an active material on the surface,
A conductive first holder holding the electrode body;
A second holder for holding the first holder together with the electrode body and having a lithium source;
A doping bath for immersing both the electrode body and the second holder in an electrolytic solution;
A doping circuit for connecting the electrode body and the lithium source via the first holder and through an external circuit, and doping the active material with lithium;
Tona is,
The electrode body is a horizontally long rectangle, and the first holder is configured to hold at least the upper long side of the electrode body over the entire longitudinal direction . manufacturing device.
前記電極体は、鉛直に保持されることを特徴とする請求項1記載のドープ電極体の製造装置。 The apparatus according to claim 1 , wherein the electrode body is vertically held. 前記第1保持具は、前記電極体の上側の長辺とともに下側の長辺を保持することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のドープ電極体の製造装置The apparatus for manufacturing a doped electrode body according to claim 1 or 2 , wherein the first holding tool holds the lower long side together with the upper long side of the electrode body. 前記第1保持具は、棒状、枠状、または格子状であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のドープ電極体の製造装置。 The apparatus for producing a doped electrode body according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first holder is in the shape of a rod, a frame, or a lattice.
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