JPWO2012127991A1 - 蓄電デバイス - Google Patents
蓄電デバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2012127991A1 JPWO2012127991A1 JP2013505865A JP2013505865A JPWO2012127991A1 JP WO2012127991 A1 JPWO2012127991 A1 JP WO2012127991A1 JP 2013505865 A JP2013505865 A JP 2013505865A JP 2013505865 A JP2013505865 A JP 2013505865A JP WO2012127991 A1 JPWO2012127991 A1 JP WO2012127991A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- negative electrode
- layer
- active material
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims abstract description 34
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 23
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical group [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 59
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 57
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 49
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 13
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 44
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 43
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 24
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 12
- -1 tetrafluoroborate Chemical compound 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 6
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 6
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 4
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 4
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 3
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 3
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 3
- 150000005678 chain carbonates Chemical class 0.000 description 3
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 3
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 3
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 2
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N ethyl propionate Chemical compound CCOC(=O)CC FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 1,2-butylene carbonate Chemical compound CCC1COC(=O)O1 ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013131 LiN Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 150000001733 carboxylic acid esters Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 150000004292 cyclic ethers Chemical class 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000000866 electrolytic etching Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- KKQAVHGECIBFRQ-UHFFFAOYSA-N methyl propyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OC KKQAVHGECIBFRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/04—Hybrid capacitors
- H01G11/06—Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/50—Electrodes characterised by their material specially adapted for lithium-ion capacitors, e.g. for lithium-doping or for intercalation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/66—Current collectors
- H01G11/70—Current collectors characterised by their structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M2010/4292—Aspects relating to capacity ratio of electrodes/electrolyte or anode/cathode
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
前記(A)正極電極層の重量をWA 、前記(B)負極電極層の重量をWB 、前記(A)正極電極層が形成された正極の厚みをTA としたとき、1.02≦WA /WB ≦2.08であり、且つ、390μm≦TA ≦750μmを満たすことを特徴とする。
このような構成の(D)蓄電デバイスは、前記正極および前記負極がセパレータを介して積層または捲回されてなる構成の積層型電極ユニットまたは捲回型電極ユニットを有しており、当該正極が、表裏面を貫通する孔を有する集電体を複数有し、当該複数の集電体が正極電極層を介して積層されてなる構成を有することが好ましい。
以下において、リチウムイオンキャパシタを例として、本発明の(D)蓄電デバイスを説明する。
ここに、リチウムイオンキャパシタが、正極および負極がセパレータを介して交互に積層されてなる構成の積層型電極ユニットを有してなるものである場合には、通常、積層型電極ユニットを構成する負極の数は正極の数よりも多く、当該積層型電極ユニットを構成する負極の各々が1枚以上の正極と対向し、最外層が負極となるように積層された構成とされる。
従って、正極および負極を積層または更に捲回してなる大容量のセルを構成する場合にも、最外周または最外層に位置されるセルの一部にリチウム極を配置することによって、負極および正極の少なくとも一方に円滑にかつ均一にリチウムイオンをドープすることができる。
正極および負極には、それぞれ電気を受配電する正極集電体および負極集電体が備えられる。正極集電体および負極集電体としては、例えば、エキスパンドメタルや、電解エッチングなどのエッチング処理等により表裏面に開口する微細な貫通孔が形成された材料を用い、リチウム極を負極および正極の少なくとも一方に対向させて配置することにより、電気化学的にリチウムイオンを供給することが好ましい。貫通孔の形態、数等は特に限定されず、電解液中のリチウムイオンが各電極集電体に遮断されることなく、電極の表裏間を移動できるように設定することができる。
正極集電体の材質としては、アルミニウム、ステンレス鋼等を用いることができる。正極集電体の厚みは特に限定されるものではないが、通常1〜50μmであればよく、5〜40μmが好ましく、10〜40μmが特に好ましい。
また、正極集電体の開口率は、10〜60%が好ましく、10〜50%がより好ましい。
正極活物質としては、リチウムイオンおよびテトラフルオロボレート等の少なくとも1種のアニオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能な物質が用いられ、例えば活性炭粉末が挙げられる。活性炭は、その比表面積が1000〜2800m2 /gであることが好ましく、さらに、1900〜2600m2 /gであることが好ましい。また、活性炭の50%体積累積径(D50)(平均粒子径)は、活性炭の充填密度の観点から、2〜8μmが好ましく、特に3〜8μmが好ましい。活性炭の比表面積およびD50が前記範囲にあると、リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度をさらに向上させることができる。なお、本実施形態における50%体積累積径(D50)の値は、例えば、マイクロトラック法により求められる。
正極活物質を集電体に塗布、印刷、射出、噴霧、蒸着または圧着等により付着させることによって形成される導電層および正極活物質層からなる正極電極層と当該集電体の総厚、すなわち集電体の厚みと正極電極層の厚みとの合計の厚みを正極の厚みTA としたとき、390μm≦TA ≦750μmであることが好ましい。正極の厚みを上記範囲とすることにより、抵抗上昇を抑制しつつ、高エネルギー密度化を図ることができる。
負極集電体としては、ステンレス鋼、銅、ニッケル等を用いることができる。この負極集電体の厚みは特に限定されるものではないが、通常1〜50μmであればよく、5〜40μmが好ましく、10〜30μmが特に好ましい。
また、負極集電体の開口率は、10〜60%が好ましく、10〜50%がより好ましい。
負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能である物質のうち、黒鉛系材料が用いられる。具体的には、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛系複合粒子が挙げられる。
ここに、「黒鉛系複合粒子」とは、結晶性材料よりなる粒子の表面を、非結晶性材料によって被覆した構成を有し、具体的には、黒鉛(グラファイト)等の結晶性材料よりなる粒子の表面が、タールもしくはピッチ由来の非結晶性カーボン等の非結晶性材料によって被覆されてなるものである。
なお、前記50%体積累積径(D50)は、例えば、マイクロトラック法により求められる値である。
負極活物質を集電体に塗布、印刷、射出、噴霧、蒸着または圧着等により付着させることによって形成される負極活物質層、および必要に応じて設けられる導電層からなる負極電極層と当該集電体の総厚、すなわち集電体の厚みと負極電極層の厚みとの合計の厚みを負極の厚みTB としたとき、100μm≦TB ≦300μmであることが好ましい。負極の厚みTB の値を上記範囲とすることにより、高エネルギー密度化を図るとともに耐久性を向上させることができる。
本発明に係るリチウムイオンキャパシタにおいて、負極電極層の重量WB に対する正極電極層の重量WA の比率WA /WB の値は、1.02≦WA /WB ≦2.08の範囲であることが好ましい。当該比率の値をこの範囲とすることにより、負極の静電容量をより効率的に使用することが可能となり、更なる高エネルギー密度化を図ることができる。
本発明に係るリチウムイオンキャパシタの正極の厚みTA の二乗TA 2と、正極電極層の重量WA の負極電極層の重量WB に対する比率(WA /WB )との積の平方根の値〔√(TA 2×WA /WB )〕は、500≦√(TA 2×WA /WB )≦1000の範囲であることが好ましい。当該値をこの範囲とすることにより、負極の静電容量をより効率的に使用することが可能となり、更なる高エネルギー密度化を図ることができる。
上記のような正極活物質層を有する正極および負極活物質層を有する負極の作製は、通常用いられる既知の方法によって行うことができる。
例えば、各電極(正極または負極)は、各活物質粉末(正極活物質または負極活物質)と、バインダと、必要に応じて、導電材、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の増粘剤とを、水または有機溶媒に加えて混合し、得られるスラリーを集電体に塗布する方法、あるいは当該スラリーをシート状に成形したものを集電体に貼付することにより、作製することができる。
また、導電材としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト、金属粉末等が挙げられる。
バインダおよび導電材の各々の添加量は、用いる活物質の電気伝導度、作製される電極の形状等によっても異なるが、いずれも、通常、活物質に対して2〜40質量%であることが好ましい。
本発明に係るリチウムイオンキャパシタにおけるセパレータの材料としては、JISP8117に準拠した方法により測定された透気度が1〜500secの範囲内にある材料を用いることができる。具体的には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、セルロース、ポリオレフィン、セルロース/レーヨンなどから構成される不織布や微多孔質膜等の中から適宜選択したものを用いることができ、またこれらの不織布や微多孔質膜等の表面にセラミック等を塗布して耐熱性を向上させたものを用いてもよい。特にポリロプロピレン、ポリエチレンおよびセルロース/レーヨンよりなる群から選ばれる少なくとも1種よりなるものを用いることが好ましい。セパレータの厚みは、例えば1〜100μmであり、5〜50μmが好ましい。
本発明に係るリチウムイオンキャパシタにおいては、電解液として、リチウム塩の非プロトン性有機溶媒による電解質溶液が用いられる。
電解液を構成する非プロトン性有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルプロピルカーボネート等の鎖状カーボネートが挙げられる。これらのうちの2種以上を混合した混合溶媒を用いてもよく、特に、粘度が低く、解離度が高く、イオン伝導度が高い電解液が得られることから、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合物を用いることが好ましい。
混合溶媒の具体例としては、EC/PC/DECの混合溶媒、EC/DECの混合溶媒等を挙げることができる。このような混合溶媒における環状カーボネートと鎖状カーボネートとの比率は、重量で1:99〜80:20であることが好ましく、10:90〜60:40であることがより好ましい。
本発明において電解液とされる有機溶媒は、環状カーボネートおよび鎖状カーボネート以外の有機溶媒、例えば、γ−ブチロラクトン等の環状エステル、スルホラン等の環状スルホン、ジオキソラン等の環状エーテル、プロピオン酸エチル等の鎖状カルボン酸エステル、ジメトキシエタン等の鎖状エーテル等を含有するものであってもよい。
電解液における電解質のリチウム塩としては、例えば、LiClO4 、LiAsF6 、LiBF4 、LiPF6 、LiN(C2 F3 SO2 )2 、LiN(CF3 SO2 )2 等が挙げられ、特に、イオン伝導性が高く、低抵抗であることから、LiPF6 が好適に用いられる。電解液におけるリチウム塩の濃度は、低い内部抵抗が得られることから、0.1mol/L以上であることが好ましく、0.5〜1.5mol/Lであることがより好ましい。
以上の各構成要素を用いて、リチウムイオンキャパシタが構成される。
本発明に係るリチウムイオンキャパシタは、当該リチウムイオンキャパシタの重量WC に対する、正極電極層の重量WA と負極電極層の重量WB との和の比率〔(WA +WB )/WD 〕の値が、0.19≦(WA +WB )/WD ≦0.28であることが好ましい。当該比率の値をこの範囲とすることにより、より高エネルギー密度化を図ることが可能となる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの形態に限定されず、種々の変更が可能である。
本発明に係るリチウムイオンキャパシタの構造としては、特に、帯状の正極と負極とをセパレータを介して捲回させる捲回型セル、板状またはシート状の正極と負極とがセパレータを介して各3層以上積層された積層型セル、このように積層された構成のユニットが外装フィルム内または角型外装缶内に封入された積層セル等が挙げられる。
これらのキャパシタセルの構造は、特開2004−266091号公報等により既知であり、それらのキャパシタセルと同様の構成とすることができる。
また、複数の正極集電体を有する正極は、例えば正極集電体の両面または片面に正極活物質層および導電層からなる正極電極層が形成された積層体を複数用意し、それらを重ね合わせて積層することによって作製することができる。
なお、複数の正極集電体を有する正極において、正極の厚みTA とは、複数の正極集電体の各々の厚みと、これらの複数の正極集電体に形成されたすべての正極電極層の各々の厚みとの合計の厚みである。
(1)正極シートの作製
市販の50%体積累積径(D50)の値が3μmの活性炭粒子10重量部と、アセチレンブラック粉体1.1重量部と、イソプロパノール20重量部とを充分に混合してスラリーを得、これにポリ四フッ化エチレンよりなるバインダ0.7重量部を加えて混練物を作製し、これを圧延ローラーを用いてシート状に成形し、厚さ210μmの正極シート体を得た。
貫通孔径0.3mm、開口率40%、厚さが30μmのアルミケミカルエッチング箔を正極集電体としてその両面に導電層形成用の導電性塗料をコーティングし、すぐに上記正極シート体を正極集電体の両面に貼り付け、次いで、圧延ローラーにて正極集電体と正極シート体を密着させた後、真空乾燥し、正極の厚み(正極集電体および両面の導電層の厚さと両面の正極シート体による正極活物質層の厚さとの合計)TA が461μmの正極材料を得た。
このようにして得られた、正極集電体の一部分に導電層および正極活物質層が積層されてなる正極材料を、導電層および正極活物質層が積層されている部分(以下、正極シートについて「塗工部」ともいう。)が60mm×65mm、いずれの層も形成されてない部分(以下、正極シートについて「未塗工部」ともいう。)が60mm×15mmとなるように、60mm×80mmの大きさに切断することにより、正極集電体の両面に導電層を介して正極活物質層が形成されてなる正極シートを作製した。
貫通孔径0.3mm、開口率43%、厚さ20μmの銅製ケミカルエッチング箔からなる負極集電体の両面に、50%体積累積径(D50)の値が2μmの黒鉛粒子(市販の黒鉛を粉砕したもの)よりなる負極活物質と、SBRバインダ(JSR株式会社製:TRD2001)を含有してなるスラリーを、縦型ダイ方式の両面塗工機を用いて、塗工幅が85mm、塗工速度が8m/minの塗工条件により、負極の厚み(負極集電体および両面の負極活物質層の厚さとの合計)TB が181μmとなるよう両面塗工した後、200℃で24時間の条件で減圧乾燥させることにより、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。
このようにして得られた、負極集電体の一部分に電極層が形成されてなる材料を、電極層が形成されている部分(以下、負極シートについて「塗工部」ともいう。)が65mm×70mm、電極層が形成されてない部分(以下、負極シートについて「未塗工部」ともいう。)が65mm×15mmになるように、65mm×85mmの大きさに切断することにより、負極集電体の両面に電極層が形成されてなる負極シートを作製した。
厚み20μm、透気度120secのセルロース/レーヨン複合材料からなるフィルムを67mm×90mmに切断してセパレータを作製した。
先ず、正極シート7枚、負極シート8枚、セパレータ16枚を用意し、正極シートと負極シートとを、それぞれの塗工部は重なるが、それぞれの未塗工部は反対側になり重ならないよう、セパレータ、負極シート、セパレータ、正極シートの順で積重し、積重体の4辺をテープにより固定することにより、電極積層ユニットを作製した。正極電極層の重量WA は8.51g、負極電極層の重量WB は6.34gであった。
次いで、厚み195μmのリチウム金属を箔状に切断し、厚さ20μmの銅製ケミカルエッチング箔に圧着することによりリチウムイオン供給部材を作製し、このリチウムイオン供給部材を電極積層ユニットの上側に負極シートと対向するよう配置した。
そして、作製した電極積層ユニットの7枚の正極シートの各々の未塗工部に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した幅30mm、長さ30mm、厚さ0.2mmのアルミニウム製の正極用電源タブを重ねて溶接した。一方、電極積層ユニットの8枚の負極シートの各々の未塗工部およびリチウムイオン供給部材の各々に、予めシール部分にシーラントフィルムを熱融着した幅30mm、長さ30mm、厚さ0.2mmのニッケルメッキした銅製の負極用電源タブを重ねて溶接し、もってリチウムイオンキャパシタ要素を作製した。
ポリプロピレン層、アルミニウム層およびナイロン層が積層されてなり、寸法が縦90mm、横117mm、厚み0.15mmで、中央部分に縦70mm、横97mmの絞り加工が施された一方の外装フィルム、並びにポリプロピレン層、アルミニウム層およびナイロン層が積層されてなり、寸法が縦90mm、横117mm、厚み0.15mmの他方の外装フィルムを作製した。
一方、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートおよびジエチルカーボネートを体積比で3:1:4の割合で混合した混合溶媒を用い、添加剤として下記式(1)で表わされるリチウムビス(オキサラト)ボレートを電解液全重量に対して0.2重量%の割合で含有する、濃度1.2mol/LのLiPF6 を含む電解液を調製した。
次いで、一方の外装フィルムおよび他方の外装フィルムの間に上記電解液25.5gを注入した後、一方の外装フィルムおよび他方の外装フィルムの外周縁部における残りの一辺を熱融着した。
以上のようにして試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタセル(以下、単に「セル」ともいう。)S1を作製した。このセルS1の重量WD は66.8gであった。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を226μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 27.7g)を充填し、厚み250μmのリチウム金属を使用したこと以外は、実施例1と同様の構成でセルS2(WD 70.9g)を作製した。正極電極層の重量WA は8.51g、負極電極層の重量WB は8.02gであった。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を122μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 22.6g)を充填し、厚み120μmのリチウム金属を使用したこと以外は、実施例1と同様の構成でセルS3(WD 61.5g)を作製した。正極電極層の重量WA は8.51g、負極電極層の重量WB は4.15gであった。
導電層と正極活物質層からなる電極層を両面に有する正極の厚みTA を390μmに設定し、正極集電体の両面に導電層と正極活物質層からなる電極層を形成した。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を156μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 22.3g)を充填し、厚み165μmのリチウム金属を使用したこと以外は、実施例1と同様の構成でセルS4(WD 61.4g)を作製した。正極電極層の重量WA は7.34g、負極電極層の重量WB は5.42gであった。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を106μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 19.8g)を充填し、厚み105μmのリチウム金属を使用したこと以外は、実施例4と同様の構成でセルS5(WD 56.9g)を作製した。正極電極層の重量WA は7.34g、負極電極層の重量WB は3.55gであった。
導電層と正極活物質層からなる電極層を両面に有する正極の厚みTA を747μmに設定し、正極集電体の両面に導電層と正極活物質層からなる電極層を形成した。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を273μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 37.4g)を充填し、厚み300μmのリチウム金属を使用したこと以外は、実施例1と同様の構成でセルS6(WD 86.8g)を作製した。正極電極層の重量WA は12.85g、負極電極層の重量WB は9.78gであった。
実施例1と同様の組成比の電解液(WC 28.6g)を充填したこと以外は実施例3と同様の構成でセルS7(WD 67.5g)を作製した。
実施例1と同様の組成比の電解液(WC 18.6g)を充填したこと以外は実施例3と同様の構成でセルS8(WD 57.5g)を作製した。
実施例1と同様の組成比の電解液(WC 42.4g)を充填したこと以外は実施例6と同様の構成でセルS9(WD 91.8g)を作製した。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を342μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 40.9g)を充填し、厚み390μmのリチウム金属を使用したこと以外は、実施例6と同様の構成でセルS10(WD 93.1g)を作製した。正極電極層の重量WA は12.85g、負極電極層の重量WB は12.37gであった。
導電層と正極活物質層からなる電極層を両面に有する2枚の正極シートが積層され、当該2枚の正極シートの未塗工部が重ねられて電気的に接続された構成のものを1つの正極とし、正極の厚み(2枚の正極シートの厚みの合計)TA が461μmとなるよう、正極集電体の両面に導電層と正極活物質層からなる電極層を形成した。そして、正極シート14枚(1つの正極を形成するための2枚の正極シート7組)、負極シート8枚、セパレータ16枚を用意し、正極シートと負極シートとを、それぞれの塗工部は重なるが、それぞれの未塗工部は反対側になり重ならないよう、セパレータ、負極シート、セパレータ、1つの正極を形成するための2枚の正極シート1組(具体的には、正極シート、正極シート)の順で積重したこと以外は実施例1と同様にして電極積層ユニットを作製した。ここに、得られた電極積層ユニットにおいて、当該電極積層ユニットを構成する正極の各々は、2枚の正極シートによって形成されており、複数(具体的には2枚)の正極集電体が導電層と正極活物質層からなる電極層を介して積層された構成のものである。次いで、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 24.8g)を充填し、得られた電極積層ユニットを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成でセルS11(WD 65.7g)を作製した。正極電極層の重量WA は8.12g、負極電極層の重量WB は6.34gであった。
導電層と正極活物質層からなる電極層を両面に有する2枚の正極シートが積層され、当該2枚の正極シートの未塗工部が重ねられて電気的に接続された構成のものを1つの正極とし、正極の厚み(2枚の正極シートの厚みの合計)TA が747μmとなるよう、正極集電体の両面に導電層と正極活物質層からなる電極層を形成した。また、実施例6で用いた負極電極シートと同様にして負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を273μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成したこと以外は実施例11と同様にして電極積層ユニットを作製した。ここに、得られた電極積層ユニットにおいて、当該電極積層ユニットを構成する正極の各々は、2枚の正極シートによって形成されており、複数(具体的には2枚)の正極集電体が導電層と正極活物質層からなる電極層を介して積層された構成のものである。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 38.5g)を充填し、実施例11と同様の構成でセルS12(WD 88.5g)を作製した。正極電極層の重量WA は13.48g、負極電極層の重量WB は9.78gであった。
導電層と正極活物質層からなる電極層を両面に有する3枚の正極シートが積層され、当該3枚の正極シートの未塗工部が重ねられて電気的に接続された構成のものを1つの正極とし、正極の厚み(3枚の正極シートの厚みの合計)TA が747μmとなるよう、正極集電体の両面に導電層と正極活物質層からなる電極層を形成した。そして、正極シート21枚(1つの正極を形成するための3枚の正極シート7組)、負極シート8枚、セパレータ16枚を用意し、正極シートと負極シートとを、それぞれの塗工部は重なるが、それぞれの未塗工部は反対側になり重ならないよう、セパレータ、負極シート、セパレータ、1つの正極を形成するための3枚の正極シート1組(具体的には、正極シート、正極シート、正極シート)の順で積重したこと以外は実施例12と同様にして電極積層ユニットを作製した。ここに、得られた電極積層ユニットにおいて、当該電極積層ユニットを構成する正極の各々は、3枚の正極シートによって形成されており、複数(具体的には3枚)の正極集電体が導電層と正極活物質層からなる電極層を介して積層された構成のものである。次いで、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 37.5g)を充填し、得られた電極積層ユニットを用いたこと以外は、実施例1と同様の構成でセルS13(WD 86.9g)を作製した。正極電極層の重量WA は12.87g、負極電極層の重量WB は9.78gであった。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を257μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 29.3g)を充填し、厚み290μmのリチウム金属を使用したこと以外は、実施例1と同様の構成でセルC1(WD 73.7g)を作製した。正極電極層の重量WA は8.51g、負極電極層の重量WB は9.19gであった。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を116μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 22.2g)を充填し、厚み110μmのリチウム金属を使用したこと以外は、実施例1と同様の構成でセルC2(WD 60.9g)を作製した。正極電極層の重量WA は8.51g、負極電極層の重量WB は3.89gであった。
導電層と正極活物質層からなる電極層を両面に有する正極の厚みTA を385μmに設定し、正極集電体の両面に導電層と正極活物質層からなる電極層を形成した。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を154μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 22.0g)を充填し、厚み165μmのリチウム金属を使用したこと以外は、実施例1と同様の構成でセルC3(WD 61.0g)を作製した。正極電極層の重量WA は7.26g、負極電極層の重量WB は5.35gであった。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を219μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 25.2g)を充填し、厚み245μmのリチウム金属を使用したこと以外は、比較例3と同様の構成でセルC4(WD 66.8g)を作製した。正極電極層の重量WA は7.26g、負極電極層の重量WB は7.75gであった。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を99μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 19.3g)を充填し、厚み95μmのリチウム金属を使用したこと以外は、比較例3と同様の構成でセルC5(WD 56.0g)を作製した。正極電極層の重量WA は7.26g、負極電極層の重量WB は3.28gであった。
導電層と正極活物質層からなる電極層を両面に有する正極の厚みTA を838μmに設定し、正極集電体の両面に導電層と正極活物質層からなる電極層を形成した。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を300μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 40.9g)を充填し、厚み335μmのリチウム金属を使用したこと以外は、実施例1と同様の構成でセルC6(WD 92.7g)を作製した。正極電極層の重量WA は14.13g、負極電極層の重量WB は10.79gであった。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を429μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 47.4g)を充填し、厚み500μmのリチウム金属を使用したこと以外は、比較例6と同様の構成でセルC7(WD 104.4g)を作製した。正極電極層の重量WA は14.13g、負極電極層の重量WB は15.63gであった。
負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を189μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成した。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 35.4g)を充填し、厚み190μmのリチウム金属を使用したこと以外は、比較例6と同様の構成でセルC8(WD 82.6g)を作製した。正極電極層の重量WA は14.13g、負極電極層の重量WB は6.63gであった。
導電層と正極活物質層からなる電極層を両面に有する2枚の正極シートが積層され、当該2枚の正極シートの未塗工部が重ねられて電気的に接続された構成のものを1つの正極とし、正極の厚み(2枚の正極シートの厚みの合計)TA が385μmとなるよう、正極集電体の両面に導電層と正極活物質層からなる電極層を形成した。また、比較例3で用いた負極電極シートと同様にして負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を154μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成したこと以外は実施例11と同様にして電極積層ユニットを作製した。ここに、得られた電極積層ユニットにおいて、当該電極積層ユニットを構成する正極の各々は、2枚の正極シートによって形成されており、複数(具体的には2枚)の正極集電体が導電層と正極活物質層からなる電極層を介して積層された構成のものである。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 21.0g)を充填し、実施例11と同様の構成でセルC9(WD 59.4g)を作製した。正極電極層の重量WA は6.67g、負極電極層の重量WB は5.35gであった。
導電層と正極活物質層からなる電極層を両面に有する2枚の正極シートが積層され、当該2枚の正極シートの未塗工部が重ねられて電気的に接続された構成のものを1つの正極とし、正極の厚み(2枚の正極シートの厚みの合計)TA が838μmとなるよう、正極集電体の両面に導電層と正極活物質層からなる電極層を形成した。また、比較例8で用いた負極電極シートと同様にして負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を189μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成したこと以外は実施例11と同様にして電極積層ユニットを作製した。ここに、得られた電極積層ユニットにおいて、当該電極積層ユニットを構成する正極の各々は、2枚の正極シートによって形成されており、複数(具体的には2枚)の正極集電体が導電層と正極活物質層からなる電極層を介して積層された構成のものである。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 37.3g)を充填し、実施例11と同様の構成でセルC10(WD 85.6g)を作製した。正極電極層の重量WA は15.24g、負極電極層の重量WB は6.63gであった。
導電層と正極活物質層からなる電極層を両面に有する3枚の正極シートが積層され、当該3枚の正極シートの未塗工部が重ねられて電気的に接続された構成のものを1つの正極とし、正極の厚み(3枚の正極シートの厚みの合計)TA が838μmとなるよう、正極集電体の両面に導電層と正極活物質層からなる電極層を形成した。また、比較例10で用いた負極電極シートと同様にして負極活物質層からなる電極層を両面に有する負極の厚みTB を189μmに設定し、負極集電体の両面に負極活物質層からなる電極層を形成したこと以外は実施例13と同様にして電極積層ユニットを作製した。ここに、得られた電極積層ユニットにおいて、当該電極積層ユニットを構成する正極の各々は、3枚の正極シートによって形成されており、複数(具体的には3枚)の正極集電体が導電層と正極活物質層からなる電極層を介して積層された構成のものである。そして、実施例1と同様の組成比の電解液(WC 36.2g)を充填し、実施例13と同様の構成でセルC11(WD 83.9g)を作製した。正極電極層の重量WA は14.60g、負極電極層の重量WB は6.63gであった。
上記の本発明のセルS1〜S13および比較用のセルC1〜C11の各々について、下記の項目を評価した。その結果を表1に示す。
(a)重量エネルギー密度
試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタセルに対し、1CAの定電流によってキャパシタの電圧が3.8Vになるまで充電し、その後、3.8Vの定電圧を印加する定電流−定電圧充電を0.5時間行った。次いで、1CAの定電流によってキャパシタの電圧が2.2Vになるまで放電した結果、求められたエネルギー量より、重量エネルギー密度(Wh/kg)を求めた。
(b)容量保持率
上記充放電を5000サイクル繰り返した際の容量保持率(%)を求めた。
(c)交流内部抵抗と静電容量との積R・C
試験用ラミネート外装リチウムイオンキャパシタセルの25℃±5℃の環境下における1KHzの交流内部抵抗R(Ω)を測定し、これと当該セルの静電容量Cとの積R・C(Ω・F)を求めた。
装置:日置電機社製 ACミリオームハイテスタ3560
測定温度:25℃
(a)重量エネルギー密度
「A」:17(Wh/kg)未満であって不良である。
「B」:17(Wh/kg)以上で18(Wh/kg)未満であって良好である。
「C」:18(Wh/kg)以上であって非常に良好である。
(b)容量保持率
「A」:93(%)未満であって不良である。
「B」:93(%)以上で95(%)未満であって良好である。
「C」:95(%)以上であって非常に良好である。
(c)交流内部抵抗(R・C)
「A」:10(Ω・F)より大きく不良である。
「B」:10(Ω・F)以下であって良好である。
また、実施例に係るセルS11〜S13は、正極が複数の正極集電体を有する構成のものであることから、低抵抗および長寿命となることが明らかである。
また、比較例のセルC3およびC4は390μm>TA であることから実施例のセルS4およびS5よりもエネルギー密度が低く、比較例のセルC5は390μm>TA である一方で500≦√(TA 2 ×WA /WB )≦1000を満たすことからエネルギー密度は実施例のセルS4およびS5と同等であるものの、(WA /WB )>2.08であることから、サイクル特性が低く、比較例のセルC6、C7およびC8はTA >750μmであることから、エネルギー密度は高いものの、実施例のセルS6よりも抵抗が高いものであった。
また、比較例のC9〜C11は正極が複数の正極集電体を有する構成のものであることから低抵抗となるものの、1.02≦WA /WB ≦2.08および/または390μm≦TA ≦750μmを満たさないため、高エネルギー密度と長寿命の両立ができないものであった。
Claims (7)
- (A)正極電極層が形成された正極と、
(B)負極電極層が形成された負極と、
(C)電解液とを有する
(D)蓄電デバイスであって、
前記(A)正極電極層の重量をWA 、
前記(B)負極電極層の重量をWB 、
前記(A)正極電極層が形成された正極の厚みをTA としたとき、
1.02≦WA /WB ≦2.08であり、且つ、390μm≦TA ≦750μmを満たすことを特徴とする蓄電デバイス。 - 前記(D)蓄電デバイスの重量をWD 、
前記(C)電解液の重量をWC としたとき、
0.19≦(WA +WB )/ WD ≦0.28であり、且つ、1.58≦WC /(WA +WB )≦1.85を満たすことを特徴とする請求項1に記載の蓄電デバイス。 - 500≦√(TA 2×WA /WB )≦1000を満たすことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の蓄電デバイス。
- 前記(B)負極電極層が形成された負極の厚みをTB としたとき、100μm≦TB ≦300μmを満たすこと特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の蓄電デバイス。
- 前記(D)蓄電デバイスが、積層型電極ユニットまたは捲回型電極ユニットを有することを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の蓄電デバイス。
- 前記(D)蓄電デバイスが、前記正極および前記負極がセパレータを介して積層または捲回されてなる構成の積層型電極ユニットまたは捲回型電極ユニットを有しており、当該正極が、表裏面を貫通する孔を有する集電体を複数有し、当該複数の集電体が正極電極層を介して積層されてなる構成を有することを特徴とする請求項5に記載の蓄電デバイス。
- リチウムイオンキャパシタであることを特徴とする請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の蓄電デバイス。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011060192 | 2011-03-18 | ||
JP2011060192 | 2011-03-18 | ||
JP2011209125 | 2011-09-26 | ||
JP2011209125 | 2011-09-26 | ||
PCT/JP2012/054701 WO2012127991A1 (ja) | 2011-03-18 | 2012-02-27 | 蓄電デバイス |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2012127991A1 true JPWO2012127991A1 (ja) | 2014-07-24 |
Family
ID=46879150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013505865A Pending JPWO2012127991A1 (ja) | 2011-03-18 | 2012-02-27 | 蓄電デバイス |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9287058B2 (ja) |
EP (1) | EP2688079B1 (ja) |
JP (1) | JPWO2012127991A1 (ja) |
KR (1) | KR101863399B1 (ja) |
CN (1) | CN103430263B (ja) |
WO (1) | WO2012127991A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170125175A1 (en) * | 2015-10-30 | 2017-05-04 | Korea Institute Of Energy Research | High-voltage and high-power supercapacitor having maximum operating voltage of 3.2 v |
JP6725261B2 (ja) * | 2016-02-25 | 2020-07-15 | 積水化学工業株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
JP6829130B2 (ja) * | 2017-03-28 | 2021-02-10 | 太陽誘電株式会社 | 電気化学デバイス |
JP6866202B2 (ja) | 2017-03-28 | 2021-04-28 | 太陽誘電株式会社 | 電気化学デバイス |
JP2020161669A (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 太陽誘電株式会社 | 電気化学デバイス |
WO2021060412A1 (ja) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | 積水化学工業株式会社 | 蓄電素子及び蓄電素子の製造方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004059672A1 (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-15 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | 蓄電装置および蓄電装置の製造方法 |
JP2007173615A (ja) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Fuji Heavy Ind Ltd | 電池又はキャパシタ用リチウム金属箔 |
JP2010205846A (ja) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Asahi Kasei Corp | 非水系リチウム型蓄電素子 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08107048A (ja) | 1994-08-12 | 1996-04-23 | Asahi Glass Co Ltd | 電気二重層キャパシタ |
US5953204A (en) * | 1994-12-27 | 1999-09-14 | Asahi Glass Company Ltd. | Electric double layer capacitor |
CN100385587C (zh) | 2001-06-29 | 2008-04-30 | 富士重工业株式会社 | 有机电解质电容器 |
JP4386334B2 (ja) | 2003-02-28 | 2009-12-16 | 富士重工業株式会社 | フィルム型蓄電装置 |
JP4813152B2 (ja) | 2005-11-14 | 2011-11-09 | 富士重工業株式会社 | リチウムイオンキャパシタ |
JP4800232B2 (ja) * | 2006-03-07 | 2011-10-26 | 三菱電機株式会社 | 電気二重層キャパシタ |
JP4971729B2 (ja) * | 2006-09-04 | 2012-07-11 | 富士重工業株式会社 | リチウムイオンキャパシタ |
KR101861409B1 (ko) | 2009-12-28 | 2018-05-28 | 제이에무에나지 가부시키가이샤 | 축전 디바이스 |
WO2011122181A1 (ja) | 2010-03-31 | 2011-10-06 | Jmエナジー株式会社 | 蓄電デバイス |
DE102012208222A1 (de) | 2012-05-16 | 2013-11-21 | Evonik Litarion Gmbh | Modellbasiertes Elektrolyt-Befüllverfahren |
-
2012
- 2012-02-27 EP EP12760198.7A patent/EP2688079B1/en not_active Not-in-force
- 2012-02-27 CN CN201280012955.8A patent/CN103430263B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2012-02-27 JP JP2013505865A patent/JPWO2012127991A1/ja active Pending
- 2012-02-27 US US14/005,472 patent/US9287058B2/en active Active
- 2012-02-27 KR KR1020137025745A patent/KR101863399B1/ko active IP Right Grant
- 2012-02-27 WO PCT/JP2012/054701 patent/WO2012127991A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004059672A1 (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-15 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | 蓄電装置および蓄電装置の製造方法 |
JP2007173615A (ja) * | 2005-12-22 | 2007-07-05 | Fuji Heavy Ind Ltd | 電池又はキャパシタ用リチウム金属箔 |
JP2010205846A (ja) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Asahi Kasei Corp | 非水系リチウム型蓄電素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2688079A4 (en) | 2014-09-24 |
WO2012127991A1 (ja) | 2012-09-27 |
KR20140016917A (ko) | 2014-02-10 |
US20140002959A1 (en) | 2014-01-02 |
EP2688079A1 (en) | 2014-01-22 |
US9287058B2 (en) | 2016-03-15 |
CN103430263B (zh) | 2016-10-12 |
KR101863399B1 (ko) | 2018-05-31 |
CN103430263A (zh) | 2013-12-04 |
EP2688079B1 (en) | 2018-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4857073B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
US20120045685A1 (en) | Electric storage device | |
KR101862433B1 (ko) | 리튬 이온 캐패시터 | |
WO2007026492A1 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2021501961A (ja) | 多層電極膜のための組成物および方法 | |
JP2009200302A (ja) | 蓄電デバイスの製造方法および蓄電デバイス | |
JP2008252013A (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP4283598B2 (ja) | 非水電解質溶液及びリチウムイオン2次電池 | |
JP2010225545A (ja) | リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池 | |
WO2012063545A1 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2012004491A (ja) | 蓄電デバイス | |
JPWO2012127991A1 (ja) | 蓄電デバイス | |
JP2012156405A (ja) | 蓄電デバイス | |
JP5921897B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2012038900A (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP6487841B2 (ja) | 蓄電デバイス | |
JP6254360B2 (ja) | 蓄電デバイス | |
JP5650029B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2010062299A (ja) | 蓄電デバイス | |
JP5840429B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
JP2014212304A (ja) | 蓄電デバイスおよび蓄電モジュールの作製方法 | |
JP2011204828A (ja) | リチウムイオンキャパシタ用非水電解液及びそれを備えたリチウムイオンキャパシタ | |
JP2012114201A (ja) | 蓄電デバイス | |
JP2014203909A (ja) | 蓄電デバイス | |
JP2011151168A (ja) | 蓄電デバイス |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140623 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150924 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160419 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160714 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20160722 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20160909 |