KR101813306B1 - 리튬 이온 캐패시터 - Google Patents

리튬 이온 캐패시터 Download PDF

Info

Publication number
KR101813306B1
KR101813306B1 KR1020137011203A KR20137011203A KR101813306B1 KR 101813306 B1 KR101813306 B1 KR 101813306B1 KR 1020137011203 A KR1020137011203 A KR 1020137011203A KR 20137011203 A KR20137011203 A KR 20137011203A KR 101813306 B1 KR101813306 B1 KR 101813306B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium ion
ion capacitor
negative electrode
sheet
positive electrode
Prior art date
Application number
KR1020137011203A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130127448A (ko
Inventor
겐지 난사카
마코토 다구치
Original Assignee
제이에무에나지 가부시키가이샤
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제이에무에나지 가부시키가이샤 filed Critical 제이에무에나지 가부시키가이샤
Publication of KR20130127448A publication Critical patent/KR20130127448A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101813306B1 publication Critical patent/KR101813306B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/02—Diaphragms; Separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-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 OR LIGHT-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 OR LIGHT-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 OR LIGHT-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
    • H01G11/52—Separators
    • 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

Abstract

본 발명은, 만일 내부 단락이 발생한 경우에 있어서도 표면 온도가 고온이 되는 것을 억제할 수 있는 높은 안전성을 갖고, 또한 고용량 및 고출력 특성을 갖는 리튬 이온 캐패시터를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. 본 발명의 리튬 이온 캐패시터는 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트를, 세퍼레이터를 개재해서 중첩 형성된 리튬 이온 캐패시터 요소와, 전해액이 외장 용기 내에 수용되어 이루어지는 리튬 이온 캐패시터이며, 상기 리튬 이온 캐패시터 요소의 외면 상에 다공질층이 형성되어 있고, 리튬 이온 캐패시터의 정전 용량을 C[kF], 리튬 이온 캐패시터의 직류 저항값을 R[mΩ] 및 다공질층의 두께를 T[㎛]로 할 때, 하기의 관계식 (1) 및 하기의 관계식 (2)를 만족하는 것을 특징으로 한다.
관계식 (1): 35≤T×R/C
관계식 (2): 0.01≤R/C≤5

Description

리튬 이온 캐패시터{LITHIUM ION CAPACITOR}
본 발명은 리튬 이온 캐패시터에 관한 것이다.
최근, 예를 들어 동력용, 풍력 발전 장치, UPS 장치 등의 다양한 분야에 있어서, 고에너지 밀도 및 고출력 특성을 갖는 축전 디바이스로서, 외장 용기 내에 리튬 이온 캐패시터 요소와 전해 용액이 수용되어 이루어지는 리튬 이온 캐패시터가 주목받고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 특히, 고출력이 요구되는 차량 탑재 용도로서의 검토가 진행되고 있어, 시장에서는 안전성에 관한 요구 성능이 높아지고 있다.
특히 동력 용도에 있어서는, 사고 등이 발생할 때 외부로부터의 압력으로 리튬 이온 캐패시터가 변형(절곡)되거나, 예리한 것이 꽂히거나 하는 일 등에 의해 내부 단락이 발생한다는 문제가 있었다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 외장 용기와 리튬 이온 캐패시터 요소의 사이에 500㎛ 정도의 폴리에틸렌제의 판을 배치하고, 이에 의해 외부 압력에 의한 변형을 억제함으로써 내구성의 향상이 도모된 리튬 이온 캐패시터가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
그러나, 이와 같은 구성의 리튬 이온 캐패시터는 정전 용량이 작고 저항이 크기 때문에 안전성은 얻어지지만, 시장에서 요구하는 고출력이고, 또한 고용량이라는 성능을 겸비한 것이 아니었다.
또한, 리튬 이온 캐패시터에 있어서는, 에너지 밀도 및 출력 특성이 높은 것일수록, 내부 단락이 발생한 경우에 대전류가 흐르고, 그것에 수반하여 급격한 발열이 발생하게 되기 때문에, 표면 온도가 고온(150℃ 이상)에 도달할 가능성이 높고, 예를 들어 리튬 이온 캐패시터의 구성 부재가 용해하는 등의 우려가 있다. 또한, 복수의 리튬 이온 캐패시터를 구비한 장치(모듈)에 있어서는, 표면 온도가 고온에 도달한 리튬 이온 캐패시터에 인접하는 리튬 이온 캐패시터에도 열에 의한 영향이 미쳐, 원하는 기능이 발휘되지 않게 되는 등의 우려가 있었다.
일본 특허 공개 제2007-67105호 공보 일본 특허 공개 제2008-244378호 공보
본 발명은 이상과 같은 사정에 기초해서 이루어진 것이며, 그 목적은 만일 내부 단락이 발생한 경우에 있어서도 표면 온도가 고온이 되는 것을 억제할 수 있는 높은 안전성을 갖고, 또한 고용량 및 고출력 특성을 갖는 리튬 이온 캐패시터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 리튬 이온 캐패시터는, 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트를 세퍼레이터를 개재해서 중첩 형성한 리튬 이온 캐패시터 요소와, 전해액이 외장 용기 내에 수용되어 이루어지는 리튬 이온 캐패시터이며,
상기 리튬 이온 캐패시터 요소의 외면 상에 다공질층이 형성되어 있고,
당해 리튬 이온 캐패시터의 정전 용량을 C[kF], 당해 리튬 이온 캐패시터의 직류 저항값을 R[mΩ] 및 상기 다공질층의 두께를 T[㎛]라고 할 때, 하기의 관계식 (1) 및 하기의 관계식 (2)를 만족하는 것을 특징으로 한다.
관계식 (1): 35≤T×R/C
관계식 (2): 0.01≤R/C≤5
본 발명의 리튬 이온 캐패시터에 있어서는, 상기 다공질층이 다공질 시트에 의해 중첩 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 리튬 이온 캐패시터에 있어서는, 상기 다공질층이 상기 세퍼레이터와 동일 부재에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 리튬 이온 캐패시터에 있어서는, 상기 다공질층이 셀룰로오스, 레이온, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명의 리튬 이온 캐패시터에 있어서는, 상기 다공질층의 두께가 120㎛ 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 리튬 이온 캐패시터에 있어서는, 리튬 이온 캐패시터 요소의 외면 상에 다공질층이 형성되어 있고, 이 다공질층의 두께가 당해 리튬 이온 캐패시터의 정전 용량 및 직류 저항값과의 관계에 있어서 정해지는 점에서, 만일 내부 단락이 발생한 경우에도 대전류가 흐름으로써 발생하는 급격한 발열에 관한 열에너지가 다공질층에 함침되어 있는 전해액에 의해 흡수되기 때문에, 표면 온도가 고온이 되는 것을 억제할 수 있고, 게다가, 이 다공질층을 형성하는 것에 의한 당해 리튬 이온 캐패시터의 정전 용량의 저하 및 고저항화를 억제할 수 있다.
따라서, 본 발명의 리튬 이온 캐패시터에 의하면, 고용량 및 고출력 특성이 얻어지면서, 또한 내부 단락이 발생한 경우에 표면 온도가 고온이 되는 것이 억제되어, 이에 높은 안전성이 얻어진다.
도 1은 본 발명의 리튬 이온 캐패시터 구성의 일례를 도시하는 설명용 단면도이다.
도 2는 도 1의 리튬 이온 캐패시터를 구성하는, 그 외면 상에 다공질층이 형성된 리튬 이온 캐패시터 요소의 구성을 도시하는 설명용 단면도이다.
도 3은 도 2의 리튬 이온 캐패시터 요소와 다공질층을 구성하는 전극 적중체의 설명도이며, 도 3의 (a)는 평면도, 도 3의 (b)는 길이 방향으로 절단한 단면도이다.
도 4는 도 2의 외면 상에 다공질층이 형성된 리튬 이온 캐패시터 요소의 외관을 도시하는 설명도이다.
도 5는 부극 전극 시트의 일부를 확대해서 도시하는 설명도이며, 도 5의 (a)는 평면도, 도 5의 (b)는 폭 방향으로 절단한 단면도이다.
도 6은 정극 전극 시트의 일부를 확대해서 도시하는 설명도이며, 도 6의 (a)는 평면도, 도 6의 (b)는 폭 방향으로 절단한 단면도이다.
도 7은 도 2의 외면 상에 다공질층이 형성된 리튬 이온 캐패시터 요소를 구성하는 리튬 이온 공급원을 도시하는 설명용 단면도이다.
도 8은 정전 용량의 측정에 관한 방전 커브에 있어서의 전압과 시간과의 관계를 도시하는 그래프다.
이하, 본 발명의 실시 형태로서, 본 발명의 리튬 이온 캐패시터를 권회형 리튬 이온 캐패시터(이하, 「권회형 LIC」로 생략해서 나타냄)로 해서 실시했을 경우에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 리튬 이온 캐패시터 구성의 일례를 도시하는 설명용 단면도이고, 도 2는 도 1의 리튬 이온 캐패시터를 구성하는, 그 외면 상에 다공질층이 형성된 리튬 이온 캐패시터 요소의 구성을 도시하는 설명용 단면도이며, 도 3은 도 2의 리튬 이온 캐패시터 요소와 다공질층을 구성하는 전극 적중체의 설명도이고, 도 3의 (a)는 평면도, 도 3의 (b)는 길이 방향으로 절단한 단면도이다.
이 권회형 LIC는 금속제의 외장 용기(20) 내에, 정극 전극 시트(12) 및 부극 전극 시트(13)를 세퍼레이터를 개재해서 중첩 형성한, 구체적으로는 정극 전극 시트(12) 및 부극 전극 시트(13)가 세퍼레이터를 개재하여 적층된 상태로 권회되어 이루어지는 원통 형상의 리튬 이온 캐패시터 요소(이하, 「엘리먼트」라고도 함)(11)와, 전해액이 수용되어 이루어지는 구성을 갖는 것이다.
여기에, 본 명세서 중에 있어서, 리튬 이온 캐패시터 요소는 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트를 세퍼레이터를 개재해서 중첩 형성함으로써 얻어지는 것인데, 이 전극 시트에 의해 중첩 형성되어 이루어지는 리튬 이온 캐패시터 요소란, 도 1에 도시되고 있는 바와 같이 정극 전극 시트(12) 및 부극 전극 시트(13)가 세퍼레이터를 개재하여 적층된 상태로 권회되어 이루어지는 구조 또는 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트가 세퍼레이터를 개재해서 교대로 적층되어 이루어지는 구조 중 어느 하나의 구조를 갖는 것이다.
그리고, 엘리먼트(11)에는 그 외면 상에 다공질층(40)이 형성되어 있고, 당해 다공질층(40)은 엘리먼트(11)와 외장 용기(20)의 사이에 개재되어 있다.
여기에, 엘리먼트(11)의 외면이란, 엘리먼트(11)에 있어서 최외측에 위치하는 전극 시트의 외면이다.
도시의 예에서는, 다공질층(40)은 엘리먼트(11)에 있어서 최외측에 위치하는 전극 시트(구체적으로는 부극 전극 시트(13))의 외주면을 따라, 당해 전극 시트의 외면을 덮도록 형성되어 있고, 엘리먼트(11)와 다공질층(40)에 의해 캐패시터 요소 유닛(10)이 형성되어 있다. 이 캐패시터 요소 유닛(10)은 엘리먼트(11)로 이루어지는 엘리먼트부와, 다공질층(40)으로 이루어지는 다공질층부에 의해 구성되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 권회형 LIC에 있어서는, 리튬 이온 캐패시터의 정전 용량을 C[kF], 리튬 이온 캐패시터의 직류 저항값을 R[mΩ] 및 다공질층(40)의 두께를 T[㎛]라고 할 때, 하기의 관계식 (1) 및 하기의 관계식 (2)가 만족되는 것이 필요해진다.
도시의 예에서는, 다공질층(40)의 두께 T란, 엘리먼트(11)의 외주면, 즉 엘리먼트(11)에 있어서 최외측에 위치하는 전극 시트(도시의 예에서는 부극 전극 시트(13))의 외면으로부터 캐패시터 요소 유닛(10)의 외면과의 이격 거리를 나타낸다.
관계식 (1): 35≤T×R/C
관계식 (2): 0.01≤R/C≤5
여기에, 「리튬 이온 캐패시터의 정전 용량 C」란, 방전 전류를 Id[A], 방전시간을 td[s], 방전 종지 전압을 V2[V]라고 하고, 또한 도 8에 도시된 바와 같은 방전 커브 D에 있어서의 전압과 시간과의 관계를 나타내는 그래프 상에 있어서, 당해 방전 커브 D에 있어서의 방전 개시부터의 경과 시간(이하, 「방전 경과 시간」이라고도 함)이 1[s]인 시점과 방전 경과 시간이 3[s]인 시점과의 사이에 있어서의 근사 직선 L1과, 방전 경과 시간이 0[s], 즉 방전 개시 시에 관한 직선 L2와의 교점에 있어서의 전압값을 V1이라고 할 때, 하기의 수식 (1)로 나타내지는 값이다.
수식 (1):
리튬 이온 캐패시터의 정전 용량 C[kF]=(Id+td)/[(V1-V2)×1000]
또한, 「리튬 이온 캐패시터의 직류 저항값 R」은 방전 개시 전압을 V0[V], 방전 전류를 Id[V]라고 하고, 또한 도 8에 도시한 바와 같은 방전 커브 D에 있어서의 전압과 시간과의 관계를 나타내는 그래프 상에 있어서, 당해 방전 커브 D에 있어서의 방전 경과 시간이 1[s]인 시점과 방전 경과 시간이 3[s]인 시점과의 사이에 있어서의 근사 직선 L1과, 방전 경과 시간이 0[s], 즉 방전 개시 시에 관한 직선 L2와의 교점에 있어서의 전압값을 V1이라고 할 때, 하기의 수식 (2)로 나타내지는 값이다.
수식 (2):
리튬 이온 캐패시터의 직류 저항값 R[mΩ]=(V0-V1)/Id×1000
리튬 이온 캐패시터에 있어서, 관계식 (1) 및 관계식 (2)가 만족됨으로써, 고용량 및 고출력 특성이 얻어지고, 이러한 리튬 이온 캐패시터의 성능과 함께 높은 안전성이 얻어진다.
관계식 (1)에 있어서의 「T×R/C」란, 리튬 이온 캐패시터의 성능과 안전성과의 관계를 나타내는 값이다.
이 「T×R/C」는 35 이상으로 되지만, 바람직하게는 35 내지 1000이다.
리튬 이온 캐패시터에 있어서 「T×R/C」가 상기의 범위에 있음으로써, 다공질층(40)에 있어서, 내부 단락에 의해 발생하는 열을 기화열로 변환하고, 그것에 의해서 표면 온도를 비교적 저온의 상태로 유지할 수 있는 양의 전해액을 보액(保液)시킬 수 있기 때문에, 내부 단락의 발생에 기인해서 표면 온도가 고온이 되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 관계식 (2)에 있어서의 「R/C」란, 즉 리튬 이온 캐패시터에 있어서의 정전 용량 C에 대한 직류 저항값 R의 비이며, 리튬 이온 캐패시터의 성능을 나타내는 값이다. 이 「R/C」의 값이 작아질수록, 리튬 이온 캐패시터는 고성능이 된다.
리튬 이온 캐패시터에 있어서 「R/C」가 상기의 범위에 있음으로써, 저저항이고, 또한 정전 용량이 큰 높은 성능을 얻을 수 있다.
다공질층(40)의 두께 T는 리튬 이온 캐패시터의 성능, 즉 리튬 이온 캐패시터의 정전 용량 C 및 직류 저항값 R에 따라 상이한데, 예를 들어 통상 120㎛ 이상이고, 바람직하게는 120㎛ 이상이며 1000㎛ 미만이다.
다공질층(40)은 전해액, 정극 활물질 혹은 부극 활물질에 대하여 내구성이 있고, 전해액을 함침 가능한 연통기공을 갖는 전기 전도성이 작은 다공질 시트로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 다공질층(40)은 두께 T의 조절 용이성 및 형성 용이성의 관점에서, 다공질 시트에 의해 중첩 형성되어 이루어지는 것, 즉 다공질 시트의 적층체로 이루어진 구성인 것인 것이 바람직하다.
또한, 캐패시터 요소 유닛(10)의 제조 용이성의 관점에서는, 다공질층(40)은 엘리먼트(11)를 구성하는 세퍼레이터와 동일 부재인 것이 바람직하다. 즉, 다공질층(40)은 세퍼레이터 형성용부와 다공질층 형성용부를 갖는 부재에 의해 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
도시의 예에서는 세퍼레이터와 다공질층(40)이 동일 부재, 구체적으로는 제1 다공질 시트(14)에 의해 형성되어 있고, 당해 다공질층(40)은 제1 다공질 시트(14)에 있어서의 다공질층 형성용부로 이루어진 권회 적층체, 즉 제1 다공질 시트(14)의 다공질층 형성용부가 엘리먼트(11)의 외주면에 권회됨으로써 적층되어 이루어지는 구성을 갖고 있다.
다공질층(40)을 구성하는 다공질 시트로는 공지된 것을 사용할 수 있지만, 셀룰로오스(종이), 레이온, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어진 것이 바람직하다. 이들 중에서는 셀룰로오스와 레이온과의 혼합체, 구체적으로는 셀룰로오스/레이온 혼합 부직포가 내구성 및 경제성의 점에서 바람직하다.
또한, 다공질층(40)을 구성하는 다공질 시트의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 다공질층(40)을 다공질 시트의 권회 적층체에 의해 구성하는 경우에 있어서는, 통상, 15 내지 50㎛ 정도가 바람직하다.
캐패시터 요소 유닛(10)은 띠 형상의 제1 다공질 시트(14)의 한 면에, 정극 전극 시트(12), 띠 형상의 제2 다공질 시트(15) 및 부극 전극 시트(13)가, 이 순으로 적중되어 이루어지는 전극 적중체(10A)가, 그 일단부로부터 원통 형상으로 권회되어서 구성되어 있다.
여기서, 정극 전극 시트(12) 및 부극 전극 시트(13)는 각각의 전극층(12b, 13b)(도 5 및 도 6 참조)이 제2 다공질 시트(15)를 개재해서 서로 대향하도록 배치되어 있다.
도시의 예에서는, 전극 적중체(10A)는 부극 전극 시트(13)가 내측이 되도록 권회되어 있다. 또한, 제1 다공질 시트(14) 및 제2 다공질 시트(15)는 정극 전극 시트(12) 및 부극 전극 시트(13)보다도 긴 것이다. 또한, 제1 다공질 시트(14)는 세퍼레이터를 구성하기 위한 세퍼레이터 형성용부와, 다공질층(40)을 형성하기 위한 다공질층 형성용부를 갖고 있으며, 세퍼레이터 형성용의 제2 다공질 시트(15)보다도 긴 것이다. 이 전극 적중체(10A)에 있어서는, 정극 전극 시트(12)는 제1 다공질 시트(14)의 세퍼레이터 형성용부에 관한 일단부 부분(14a) 및 세퍼레이터 형성용부의 타단부 부분(이하, 「세퍼레이터 단부 부분」이라고도 함)(14b)부터 다공질층 형성용부에 관한 타단부 부분(14c)에 이르기까지의 영역을 제외한 일단부 부분측 중앙 부분에 적중되고, 또한 부극 전극 시트(13)는 제2 다공질 시트(15)의 일단부 부분(15a) 및 타단부 부분(15b)을 제외한 중앙 부분에 적중되어 있다.
본 발명에 있어서, 「정극」이란, 방전 시에 전류가 유출되고, 충전 시에 전류가 유입되는 측의 극을 의미하고, 「부극」이란, 방전 시에 전류가 유입되고, 충전 시에 전류가 유출되는 측의 극을 의미한다.
제1 다공질 시트(14)의 일단부 부분(14a)과 제2 다공질 시트(15)의 일단부 부분(15a)의 사이에는 막 형상의 리튬 금속으로 이루어진 리튬 이온 공급원(16)이, 정극 전극 시트(12) 및 부극 전극 시트(13)의 각각과는 직접 접촉하지 않도록, 캐패시터 요소 유닛(10)의 엘리먼트부(엘리먼트(11))에 있어서 대략 1바퀴 권회된 상태로 배치되어 있다. 또한, 제1 다공질 시트(14)의 세퍼레이터 단부 부분(14b)과 제2 다공질 시트(15)의 타단부 부분(15b)의 사이에는, 막 형상의 리튬 금속으로 이루어진 리튬 이온 공급원(17)이, 정극 전극 시트(12) 및 부극 전극 시트(13)의 각각과는 직접 접촉하지 않도록, 캐패시터 요소 유닛(10)의 다공질층부(다공질층(40))에 있어서 대략 1바퀴 권회된 상태로 배치되어 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 캐패시터 요소 유닛(10)의 외주면, 즉 다공질층(40)을 구성하는 제1 다공질 시트(14)의 타단부 부분(14c)의 외면에는, 캐패시터 요소 유닛(10)을 고정하는, 한 면에 점착제층을 갖는 2개의 테이프(18)가 설치되어 있다.
이러한 테이프(18)를 설치함으로써, 캐패시터 요소 유닛(10)을 외장 용기(20) 내에 수용하는 작업이 용이하게 되어, 권회형 LIC의 조립 작업성의 향상을 도모할 수 있다.
부극 전극 시트(13)는 도 5에 도시한 바와 같이, 띠 형상의 부극 집전체(13a) 중 적어도 한 면에, 부극 활물질을 함유하여 이루어지는 전극층(13b)이 형성되어 이루어지는 것이다.
도시의 예에서는, 전극층(13b)은 부극 집전체(13a)에 있어서의 덮개부(22)에 접근해서 위치하는 측연부(13e)를 제외한 부분의 표면을 덮도록 형성되어 있고, 부극 집전체(13a)의 측연부(13e)의 표면이 노출된 상태로 되어 있다.
한편, 정극 전극 시트(12)는 도 6에 도시한 바와 같이, 띠 형상의 정극 집전체(12a) 중 적어도 한 면에, 정극 활물질을 함유하여 이루어지는 전극층(12b)이 형성되어 이루어지는 것이다.
도시의 예에서는, 전극층(12b)은 정극 집전체(12a)에 있어서의 저부(23)에 접근해서 위치하는 측연부(12e)를 제외한 부분의 표면을 덮도록 형성되어 있고, 정극 집전체(12a)의 측연부(12e)의 표면이 노출된 상태로 되어 있다.
그리고, 전극 적중체(10A)에 있어서는, 정극 전극 시트(12)는 제1 다공질 시트(14) 상에 있어서의 세퍼레이터 형성용 부분에, 정극 집전체(12a)의 측연부(12e)가 당해 제1 다공질 시트(14)의 타 측연부로부터 돌출되도록 적중되어, 부극 전극 시트(13)는 제2 다공질 시트(15) 상에 부극 집전체(13a)의 측연부(13e)가 당해 제2 다공질 시트(15)의 일 측연부로부터 돌출되도록 적중되어 있다.
또한, 캐패시터 요소 유닛(10)에 있어서는, 제1 다공질 시트(14)의 타 측연부로부터 돌출된 정극 집전체(12a)의 측연부(12e)가, 당해 캐패시터 요소 유닛(10)의 타단부(도 1에서 하단부)에 있어서 돌출되어서 내측으로 절곡되어 있고, 한편, 제2 다공질 시트(15)의 일 측연부로부터 돌출된 부극 집전체(13a)의 측연부(13e)가 당해 캐패시터 요소 유닛(10)의 일 단부(도 1에서 상단부)로부터 돌출되어서 내측으로 절곡되어 있다.
(집전체)
정극 집전체(12a) 및 부극 집전체(13a)(이하, 이들을 「전극 집전체」라고도 함)는, 표리면을 관통하는 구멍을 갖는 다공재로 이루어진 것이다.
전극 집전체를 구성하는 다공재의 형태로는 익스팬드 메탈, 펀칭 메탈, 금속망, 발포체, 혹은 에칭 또는 전해 에칭에 의해 관통 구멍이 형성된 다공질 박 등을 들 수 있다.
전극 집전체의 구멍의 형상은 원형, 직사각형, 그 외 적당한 형상으로 설정할 수 있다.
또한, 전극 집전체의 두께는 강도 및 경량화의 관점에서, 1 내지 50㎛인 것이 바람직하다.
전극 집전체의 기공률은 통상 10 내지 79％, 바람직하게는 20 내지 60％이다.
여기서, 기공률은 하기 수식 (3)에 의해 산출되는 것이다.
수식 (3):
기공률[％]=[1-(전극 집전체의 질량/전극 집전체의 진비중)/(전극 집전체의 외관 체적)]×100
이러한 다공재를 전극 집전체로 사용함으로써, 리튬 이온 공급원(16, 17)으로부터 방출되는 리튬 이온이 전극 집전체의 구멍을 통해서 자유롭게 각 전극 간을 이동하므로, 부극 전극 시트(13) 및/또는 정극 전극 시트(12)에 있어서의 전극층(12b, 13b)에 리튬 이온을 도핑할 수 있다.
전극 집전체의 재질로는 일반적으로 유기 전해질 전지 등의 용도로 사용되고 있는 다양한 것을 사용할 수 있다.
부극 집전체(13a)의 재질의 구체예로는 스테인리스, 구리, 니켈 등을 들 수 있다. 또한, 정극 집전체(12a)의 재질의 구체예로는 알루미늄, 스테인리스 등을 들 수 있다.
(부극 전극 시트의 전극층)
(부극 활물질)
부극 전극 시트(13)에 있어서의 전극층(13b)은, 리튬 이온을 가역적으로 담지 가능한 부극 활물질을 함유하여 이루어지는 것이다.
전극층(13b)을 구성하는 부극 활물질로는, 예를 들어 흑연, 난흑연화 탄소, 방향족계 축합 중합체의 열처리물로서 수소 원자/탄소 원자의 원자수비(이하 「H/C」라고 기재함)가 0.05 내지 1인 폴리아센계 골격 구조를 갖는 폴리아센계 유기 반도체(이하, 「PAS」라고도 함) 등을 적절하게 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 부극 활물질은 가는 구멍 직경이 3㎚ 이상이고, 가는 구멍 용적이 0.10mL/g 이상인 것이 바람직하며, 그 가는 구멍 직경의 상한은 한정되지 않지만, 통상은 3 내지 50㎚의 범위다.
또한, 가는 구멍 용적의 범위에 대해서는 통상 0.10 내지 0.5mL/g이며, 바람직하게는 0.15 내지 0.5mL/g이다.
(부극 전극 시트의 전극층의 형성)
부극 전극 시트(13)에 있어서의 전극층(13b)은, 상기의 탄소 재료나 PAS 등의 부극 활물질을 함유하여 이루어지는 재료를 사용해서 부극 집전체(13a) 상에 형성되지만, 그 방법은 특정되지 않고 공지된 방법을 이용할 수 있다.
구체적으로는 부극 활물질 분말, 바인더 및 필요에 따라 도전성 보조제가 수계 매체 또는 유기 용매 중에 분산되어 이루어지는 슬러리를 제조하고, 이 슬러리를 부극 집전체(13a)의 표면에 도포해서 건조시킴으로써, 혹은 상기 슬러리를 미리 시트 형상으로 성형하여 얻어지는 성형체를 부극 집전체(13a)의 표면에 부착함으로써, 전극층(13b)을 형성할 수 있다.
(바인더)
슬러리의 제조에 사용되는 바인더로는, 예를 들어 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 등의 고무계 바인더나, 아크릴계 바인더, 폴리사불화에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등의 불소계 수지, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지를 들 수 있다. 이들 중에서는, 바인더로서 불소계 수지가 바람직하고, 특히 불소 원자/탄소 원자의 원자비(이하, 「F/C」라고 기재함)가 0.75 이상이고, 1.5 미만인 불소계 수지를 사용하는 것이 바람직하고, F/C가 0.75 이상이고 1.3 미만인 불소계 수지가 더욱 바람직하다.
바인더의 사용량은 부극 활물질의 종류나 전극 형상 등에 따라 상이한데, 부극 활물질에 대하여 1 내지 20질량％, 바람직하게는 2 내지 10질량％이다.
(도전성 보조제)
또한, 필요에 따라 사용되는 도전성 보조제로는, 예를 들어 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 그래파이트, 금속 분말 등을 들 수 있다.
도전성 보조제의 사용량은 부극 활물질의 전기 전도도, 전극 형상 등에 따라 상이한데, 부극 활물질에 대하여 2 내지 40질량％의 비율인 것이 바람직하다.
부극 전극 시트(13)에 있어서의 전극층(13b)의 두께는, 얻어지는 권회형 LIC에 충분한 에너지 밀도가 확보되도록 정극 전극 시트(12)에 있어서의 전극층(12b)의 두께와의 밸런스로 설계되지만, 얻어지는 권회형 LIC의 출력 밀도, 에너지 밀도 및 공업적 생산성 등의 관점에서, 부극 집전체(12a)의 한 면에 형성되는 경우에는 통상, 15 내지 100㎛, 바람직하게는 20 내지 80㎛이다.
(정극 전극 시트의 전극층)
정극 전극 시트(12)에 있어서의 전극층(12b)은, 리튬 이온 및/또는 예를 들어 테트라플루오로보레이트와 같은 음이온을 가역적으로 담지할 수 있는 정극 활물질을 함유하여 이루어지는 것이다.
전극층(12b)을 구성하는 정극 활물질로는, 예를 들어 활성탄, 도전성 고분자, 방향족계 축합 중합체의 열처리물로서 H/C가 0.05 내지 1인 폴리아센계 골격 구조를 갖는 PAS 등을 사용할 수 있다.
정극 전극 시트(12)에 있어서의 전극층(12b)은, 부극 전극 시트(13)에 있어서의 전극층(13b)과 마찬가지의 방법에 의해 형성할 수 있다.
정극 전극 시트(12)에 있어서의 전극층(12b)의 두께는, 얻어지는 권회형 LIC에 충분한 에너지 밀도가 확보되도록 부극 전극 시트(13)에 있어서의 전극층(13b)의 두께와의 밸런스로 설계되지만, 얻어지는 권회형 LIC의 출력 밀도, 에너지 밀도 및 공업적 생산성 등의 관점에서, 정극 집전체(12a)의 한 면에 형성되는 경우에는 통상, 40 내지 80㎛, 바람직하게는 50 내지 70㎛이다.
(세퍼레이터)
세퍼레이터를 구성하는 다공질 시트로는 전해액, 정극 활물질 혹은 부극 활물질에 대하여 내구성이 있고, 전해액을 함침 가능한 연통기공을 갖는 전기 전도성이 작은 것을 사용할 수 있다.
또한, 도시의 예에서는, 세퍼레이터를 구성하는 다공질 시트 중 제2 다공질 시트(15)는 주로 세퍼레이터를 형성하기 위한 부재이며, 제1 다공질 시트(14)는 상술한 바와 같이, 세퍼레이터를 형성하면서, 또한 다공질층(40)을 형성하기 위한 겸용 부재다.
세퍼레이터를 구성하는 다공질 시트의 재질로는 셀룰로오스(종이), 레이온, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 기타 공지된 것을 사용할 수 있다. 이들 중에서는 셀룰로오스와 레이온과의 혼합체, 구체적으로는 셀룰로오스/레이온 혼합 부직포가 내구성 및 경제성의 점에서 바람직하다.
세퍼레이터를 구성하는 다공질 시트의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 통상, 20 내지 50㎛ 정도가 바람직하다.
(리튬 이온 공급원)
도 7에 도시한 바와 같이, 리튬 이온 공급원(16, 17)은 금속제의 집전체(이하, 「리튬극 집전체」라고도 함)(16a, 17a)에 압착 또는 적중되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 있어서는, 리튬극 집전체(16a, 17a)에는 리튬극 단자(도시 생략)를 설치함으로써, 혹은 리튬극 집전체(16a, 17a)의 측연부가 제1 다공질 시트(14) 및 제2 다공질 시트(15)의 각각의 측연부로부터 돌출되도록 설치됨으로써, 부극 전극 단자(35)에 전기적으로 접속할 수 있다.
이 리튬극 집전체(16a, 17a)로서는 리튬 이온 공급원(16, 17)을 구성하는 리튬 금속이 증착 또는 압착하기 쉽고, 필요에 따라 리튬 이온이 통과하도록 전극 집전체와 마찬가지인 다공 구조인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 리튬극 집전체(16a, 17a)의 재질은 스테인리스 등의 리튬 이온 공급원(16, 17)과 반응하지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하고, 특히 부극 집전체와 마찬가지 재질인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 리튬극 집전체(16a, 17a)로서 다공 구조인 것을 사용함으로써, 리튬 이온 공급원을 다공질층부에 배치함으로써 당해 리튬 이온 공급원을 구성하는 리튬극 집전체를 다공질층(40)의 구성재로서 이용할 수도 있다.
또한, 리튬극 집전체(16a, 17a)로서, 스테인리스 메쉬 등의 도전성 다공재를 사용하는 경우에는 리튬 이온 공급원(16, 17)을 구성하는 리튬 금속의 적어도 일부, 특히 80질량％ 이상이 리튬극 집전체(16a, 17a)의 구멍에 매립되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 리튬극 집전체(16a, 17a)의 두께는 10 내지 200㎛ 정도인 것이 바람직하다.
또한, 리튬극 집전체(16a, 17a)에 압착되는 리튬 금속의 두께는, 부극 전극 시트(13) 및/또는 정극 전극 시트(12)에 미리 담지하는 리튬 이온의 양을 고려해서 적절히 정해지지만, 통상 100 내지 300㎛ 정도가 바람직하다.
리튬 이온 공급원(16, 17)을 구성하는 리튬 금속의 양은, 정극 전극 시트(12)와 부극 전극 시트(13)가 단락한 경우에 있어서의 정극 전극 시트(12)의 전위가 2.0V 이하가 되도록, 리튬 이온이 도핑되는 양으로 설정하는 것이 바람직하다.
(테이프)
테이프(18)의 기재의 재질로는 전해액에 대하여 내구성을 갖고, 얻어지는 권회형 LIC에 악영향을 주지 않는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
또한, 테이프(18)는 두께가 25 내지 100㎛ 정도, 폭이 5 내지 10㎜ 정도인 것이 캐패시터 요소 유닛(10)을 안정되게 고정할 수 있으며, 또한 작업성도 향상되므로 바람직하다.
또한, 테이프(18)는 캐패시터 요소 유닛(10)의 1바퀴 이상을 감도록 설치되어 있어도, 캐패시터 요소 유닛(10)의 1바퀴 미만을 감도록 설치되어 있어도 좋다.
(외장 용기: 외장체 기구)
권회형 LIC을 구성하는 금속제의 외장 용기(20)는 원통 형상의 주벽부(21)의 양단에, 각각 원판 형상의 덮개부(22) 및 저부(23)가 일체로 형성되어서 구성되어 있다.
여기서, 「일체」란, 용접 등에 의한 이음매를 통해서 일체화되어 있는 경우를 포함하는 것이다.
도시의 예에서는, 저부(23)는 일체 성형에 의해 주벽부(21)의 타단부에 연속해서 일체로 형성되어 있고, 또한 덮개부(22)는 주벽부(21)의 일단부의 주연에 용접됨으로써 일체로 형성되어 있다.
이 외장 용기(20)에는 캐패시터 요소 유닛(10)이 주벽부(21), 덮개부(22) 및 저부(23)에 의해 형성된 수용 공간 내에서, 당해 캐패시터 요소 유닛(10)의 타단부, 즉 정극 집전체(12a)의 측연부(12e)가 저부(23)측에 위치하고, 당해 캐패시터 요소 유닛(10)의 일단부, 즉 부극 집전체(13a)의 측연부(13e)가 덮개부(22)측에 위치하도록, 당해 외장 용기(20)의 축 방향을 따라서 배치되어 있으면서, 또한 리튬염의 비프로톤성 유기 용매 전해질 용액으로 이루어진 전해액이 충전되어 있다.
외장 용기(20)의 덮개부(22)에는 각각 오목부(31, 36) 및 볼록부(32, 37)로 이루어진 정극 전극 단자(30) 및 부극 전극 단자(35)가, 덮개부(22)의 외면으로부터 돌출되도록 서로 이격해서 설치되어 있고, 이 정극 전극 단자(30) 및 부극 전극 단자(35)의 사이에 있어서의 덮개부(22)의 중앙 부분에는, 안전 밸브(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
구체적으로 정극 전극 단자(30)는, 덮개부(22)에 용접에 의해 고정되어서 전기적으로 접속된 상태로 설치되어 있다. 한편, 부극 전극 단자(35)는 덮개부(22)를 두께 방향으로 관통해서 신장하도록 설치되어 있고, 덮개부(22)를 관통하는 부분에 있어서, 부극 단자 전극(35)과 덮개부(22)의 사이에 절연성 재료로 이루어진 가스킷(38)이 설치되어 있고, 이에 의해, 부극 전극 단자(35)는 덮개부(22)와 전기적으로 절연된 상태로 되어 있다.
외장 용기(20)를 구성하는 금속으로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 철, 알루미늄 등의 금속 재료를 사용할 수 있지만, 얻어지는 권회형 LIC의 경량화의 관점에서는 알루미늄이 바람직하다.
외장 용기(20)의 치수는 내부에 배치되는 캐패시터 요소 유닛(10)의 치수에 따라서 설정되지만, 예를 들어 전체 길이가 120 내지 150㎜, 내경이 30 내지 60㎜이다. 또한, 외장 용기(20)의 두께는, 예를 들어 0.3 내지 1.2㎜, 바람직하게는 0.4 내지 0.8㎜이다.
정극 전극 단자(30)로는 알루미늄으로 이루어지는 것을 적절하게 사용할 수 있고, 한편, 부극 단자 전극(35)으로는 구리로 이루어진 기체의 표면에 니켈이 도금되어서 이루어지는 것을 적절하게 사용할 수 있다.
또한, 정극 전극 단자(30) 및 부극 전극 단자(35)의 외경은, 예를 들어 5 내지 12㎜이다.
또한, 정극 전극 단자(30) 및 부극 전극 단자(35)에 있어서의 덮개부(22)로부터의 돌출 높이는, 예를 들어 5 내지 30㎜이다.
외장 용기(20)에 있어서의 덮개부(22)에 설치되어 있는 정극 전극 단자(30) 및 부극 전극 단자(35)와, 캐패시터 요소 유닛(10)은, 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 구성에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
즉, 캐패시터 요소 유닛(10)의 일 단부에는, 금속으로 이루어진 원판 형상의 부극 집전판(26)이 부극 집전체(13a)의 측연부(13e)에, 예를 들어 열선 용접(레이저 용접 등), 초음파 용접 혹은 저항 용접에 의해 용접되어서 전기적으로 접속된 상태이고, 또한 절연성 수지로 이루어진 절연 부재(27)에 의해 외장 용기(20)와 절연된 상태로 설치되어 있고, 이 부극 집전판(26)에는 부극 리드선(28)이 전기적으로 접속되며, 또한 이 부극 리드선(28)이 부극 전극 단자(35)에 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 하여, 부극 집전체(13a)의 측연부(13e)에, 부극 집전판(26) 및 부극 리드선(28)을 통하여 부극 전극 단자(35)가 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 캐패시터 요소 유닛(10)의 타단부에는 금속으로 이루어진 원판 형상의 정극 집전판(25)이 정극 집전체(12a)의 측연부(12e)에, 예를 들어 열선 용접(레이저 용접 등), 초음파 용접 혹은 저항 용접에 의해 용접되어서 전기적으로 접속된 상태로 배치되고, 또한 이 정극 집전판(25)은 외장 용기(20)의 저부(23)의 내면에, 예를 들어 열선 용접(레이저 용접 등), 초음파 용접 혹은 저항 용접에 의해 용접되어서 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 하여, 정극 집전체(12a)의 측연부(12e)에 정극 집전판(25) 및 외장 용기(20)를 개재하여 정극 전극 단자(30)가 전기적으로 접속되어 있다.
정극 집전판(25)으로는 알루미늄으로 이루어지는 것을 사용할 수 있고, 부극 집전판(26)으로는 구리로 이루어진 기체의 표면에 니켈이 도금되어 이루어지는 것을 사용할 수 있다.
또한, 정극 집전판(25) 및 부극 집전판(26)의 두께는, 예를 들어 0.4 내지 1.0㎜이다.
(전해액)
외장 용기(20) 내에는 리튬염의 비프로톤성 유기 용매 전해질 용액으로 이루어진 전해액이 충전되어 있다.
전해질을 구성하는 리튬염으로는 리튬 이온을 이송 가능하며, 고전압 하에 있어서도 전기 분해를 일으키지 않고, 리튬 이온이 안정적으로 존재할 수 있는 것이면 되고, 그 구체예로는 LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiPF6, Li(C2F5SO2)2N 등을 들 수 있다.
비프로톤성 유기 용매의 구체예로는 에틸렌카르보네이트, 프로필렌카르보네이트, 디메틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트, γ-부티로락톤, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 테트라히드로푸란, 디옥솔란, 염화메틸렌, 술포란 등을 들 수 있다. 이것들의 비프로톤성 유기 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합해서 사용할 수 있다.
전해액은 상기의 전해질 및 용매를 충분히 탈수된 상태로 혼합함으로써 제조되지만, 전해액 중의 전해질의 농도는, 전해액에 의한 내부 저항을 작게 하기 위해서, 적어도 0.1몰/L 이상인 것이 바람직하고, 0.5 내지 1.5몰/L인 것이 더욱 바람직하다.
이와 같은 구성의 권회형 LIC는 외장 용기(20) 내에 캐패시터 요소 유닛(10)을 삽입하면서, 또한 전해액을 충전함으로써 얻어진다.
그리고, 이와 같이 하여 제작된 권회형 LIC에 있어서는, 외장 용기(20) 내에 리튬 이온을 이송할 수 있는 전해액이 충전되어 있기 때문에, 적당한 기간 방치되면, 부극 전극 시트(13) 및/또는 정극 전극 시트(12)와 리튬 이온 공급원(16, 17)과의 전기 화학적 접촉에 의해, 리튬 이온 공급원(16, 17)으로부터 방출된 리튬 이온이 부극 전극 시트(13) 및/또는 정극 전극 시트(12)에 도핑된다.
또한, 미리 제1 다공질 시트(14) 및 제2 다공질 시트(15)에 리튬 이온 공급원(16, 17)을 배치한 상태로 전극 적중체(10A)가 권회됨으로써, 캐패시터 요소 유닛(10)의 제작과 리튬 이온 공급원(16, 17)의 배치를 동일한 공정으로 행할 수 있으므로, 한층 높은 생산성이 얻어진다.
이와 같은 구성의 권회형 LIC에 있어서는, 엘리먼트(11)의 외면에 다공질층(40)이 형성되어 있고, 이 다공질층(40)의 두께 T가 당해 권회형 LIC의 정전 용량 C와 직류 저항값 R과의 관계에서 정해지는 점에서, 내부 단락이 발생한 경우에도, 대전류가 흐름으로써 발생하는 급격한 발열에 관한 열에너지가 다공질층(40)에 함침되어 있는 전해액에 의해 흡수되기 때문에, 외장 용기(20)의 표면 온도가 고온이 되는 것을 억제할 수 있고, 게다가, 이 다공질층(40)을, 당해 권회형 LIC의 정전 용량이 작아지고, 또한 고저항화하는 등의 문제를 발생시키지 않고 설치할 수 있다.
따라서, 권회형 LIC에 의하면, 고용량 및 고출력 특성이 얻어지면서, 또한 내부 단락이 발생한 경우에 있어서 표면 온도가 가열되는 것이 억제된다. 이에 높은 안전성이 얻어진다.
또한, 권회형 LIC에 있어서는, 다공질층(40)이 세퍼레이터와 동일 부재인 제1 다공질 시트(14)에 의해 구성되어 있음으로써, 엘리먼트부(엘리먼트(11))의 형성과, 다공질부(다공질층(40))의 형성을 동일 공정에서 행할 수 있으므로, 그 제조가 용이하게 된다.
또한, 권회형 LIC는 복수의 리튬 이온 캐패시터를 구비한 축전 디바이스 장치(모듈)를 구성함으로써 적절하게 사용할 수 있다. 이러한 축전 디바이스 장치에 있어서는 복수의 리튬 이온 캐패시터 중 하나에 내부 단락이 발생한 경우에도, 그 내부 단락이 발생한 리튬 이온 캐패시터의 표면 온도가 고온이 되는 것이 억제되기 때문에, 인접하는 리튬 이온 캐패시터에 열에 의한 영향이 미치는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변경을 가할 수 있다.
예를 들어, 다공질층은 리튬 이온 캐패시터 요소의 세퍼레이터를 구성하는 복수 부재(예를 들어, 도 1 내지 도 7에서 나타내지는 권회형 LIC에 있어서는, 제1 다공질 시트(14)와 제2 다공질 시트(15))에 의해 형성되어 있어도 좋고, 또한 세퍼레이터를 구성하는 복수 부재 중 하나의 부재만, 혹은 일부의 부재에 의해 형성되어 있어도 좋다.
또한, 다공질층은 리튬 이온 캐패시터 요소에 있어서의 세퍼레이터를 구성하는 부재와는 별개의 부재, 즉 전용 부재에 의해 형성되어 있어도 좋다.
또한, 리튬 이온 캐패시터는 리튬 이온 캐패시터 요소가 복수의 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트가 세퍼레이터를 개재해서 교대로 적층되어 이루어지는 구성을 갖는 소위 적층형인 것이어도 좋고, 또한 외장 용기가 서로 중첩되어진 외장 라미네이트 필름이, 각각의 외주연부에 형성된 접합부에 있어서 서로 기밀하게 접합된 구성인 것이어도 좋다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
도 2 내지 도 7의 구성에 기초하여, 이하와 같이 해서 엘리먼트 및 다공질층을 제작하였다.
(1) 부극 전극 시트의 제조:
두께가 0.5㎜의 페놀 수지 성형판을 실리코니트 전기로 중에 넣어, 질소 분위기 하에서 50℃/시간의 속도로 500℃까지 승온하고, 또한 10℃/시간의 속도로 660℃까지 승온해서 열처리함으로써, PAS판을 제조하였다. 얻어진 PAS판을 디스크 밀로 분쇄함으로써, PAS 분체를 제조하였다. 이 PAS 분체의 H/C는 0.8이었다.
계속해서, 제조한 PAS 분체 100질량부와, 폴리불화비닐리덴 분말 10질량부를, N-메틸피롤리돈 80질량부에 첨가해서 용해·분산함으로써, 부극용 슬러리를 제조하였다. 이 부극용 슬러리를, 두께가 32㎛이고 기공률이 50％인 구리제 익스팬드 메탈(닛뽄킨조쿠고교가부시끼가이샤 제조)로 이루어진 부극 집전체재의 양면에, 다이 코터에 의해 간헐 도포 시공해서 건조하고, 얻어진 도막에 대하여 프레스 가공을 실시함으로써, 길이가 280.0㎝, 폭이 11.7㎝의 전극층을 형성하였다. 그리고 부극 집전체재를 커트함으로써, 길이가 280.0㎝, 폭이 12.7㎝의 부극 집전체의 양면에, 길이가 280.0㎝, 폭이 11.7㎝의 전극층이 형성되어 이루어지고, 부극 집전체에 전극층이 형성되어 있지 않은 폭이 10㎜의 측연부를 갖는 부극 전극 시트를 제조하였다.
얻어진 부극 전극 시트의 두께(부극 집전체와 그 양면에 형성된 전극층과의 합계의 두께)는 80㎛였다.
(2) 정극 전극 시트의 제조:
비표면적이 1950㎡/g의 활성탄 분말 100질량부와, 아세틸렌 블랙 10질량부와, 아크릴계 바인더 6질량부와, 카르복시메틸셀룰로오스 4질량부를, 물에 첨가해서 분산함으로써, 정극용 슬러리를 제조하였다.
한편, 두께가 35㎛이고 기공률이 50％인 알루미늄제 익스팬드메탈(닛뽄킨조쿠고교가부시끼가이샤 제조)로 이루어진 정극 집전체재의 양면에, 비수계의 카본계 도전 도료(닛뽄애치슨가부시끼가이샤 제조: EB-815)를, 다이 코터에 의해 간헐 도포 시공해서 건조함으로써, 길이가 260㎝, 폭이 11.2㎝의 하지층을 형성하였다. 정극 집전체와 그 양면에 형성된 하지층과의 합계의 두께는 52㎛이며, 정극 집전체재의 구멍은 하지층에 의해 폐색되어 있었다.
계속해서, 제조한 정극용 슬러리를, 정극 집전체재에 형성된 하지층의 양면에, 다이 코터에 의해 간헐 도포 시공해서 건조하고, 얻어진 도막에 대하여 프레스 가공을 실시함으로써, 길이가 260.0㎝, 폭이 11.2㎝의 전극층을 형성하였다. 그리고, 정극 집전체재를 커트함으로써, 길이가 260.0㎝, 폭이 12.2㎝의 정극 집전체의 양면에, 길이가 260.0㎝, 폭이 11.2㎝의 전극층이 형성되어 이루어지고, 정극 집전체에 전극층이 형성되어 있지 않은 폭이 10㎜의 측연부를 갖는 정극 전극 시트를 제조하였다.
얻어진 정극 전극 시트의 두께(정극 집전체와 그 양면에 형성된 하지층 및 전극층과의 합계의 두께)는 210㎛였다.
(3) 엘리먼트 및 다공질층의 제작:
세퍼레이터 형성용 다공질 시트로서, 길이가 340.0㎝, 폭이 13.5㎝, 두께가 30㎛의 셀룰로오스/레이온 혼합 부직포로 이루어진 제1 다공질 시트와 제2 다공질 시트를 준비하였다.
준비한 제1 다공질 시트의 일단부 부분의 이면에 길이가 5㎝, 폭이 10.0㎝이고, 두께가 170㎛인 리튬 금속박으로 이루어진 리튬 이온 공급원을 배치하여, 이것을 압착함으로써 고정하고, 이 리튬 이온 공급원 상에 길이가 5㎝, 폭이 12.7㎝이고, 두께가 32㎛이며, 기공률이 50％인 구리제 익스팬드메탈로 이루어진 리튬극 집전체를 배치하고, 이것을 압착함으로써 고정하였다. 또한, 제1 다공질 시트의 타단부 부분 이면에, 길이가 38㎝, 폭이 10.0㎝이고, 두께가 170㎛인 리튬 금속박으로 이루어진 리튬 이온 공급원을 배치하고, 이것을 압착함으로써 고정하여, 이것들의 리튬 이온 공급원 상에 길이가 38㎝, 폭이 12.7㎝이고, 두께가 32㎛이며, 기공률이 50％인 구리제 익스팬드메탈로 이루어진 리튬극 집전체를 배치하고, 이것을 압착함으로써 고정하였다. 그리고, 제1 다공질 시트의 표면에 있어서의 2개의 리튬 이온 공급원 사이의 위치에, 정극 전극 시트를 정극 집전체의 측연부가 제1 다공질 시트의 타측연부로부터 돌출되도록 배치하였다. 그 후, 이 정극 전극 시트 상에, 제2 다공질 시트를 정극 집전체의 측연부가 제2 다공질 시트의 타 측연부로부터 돌출되도록 적중하고, 이 제2 다공질 시트 상에 부극 전극 시트를, 부극 집전체의 측연부가 당해 제2 다공질 시트의 일 측연부로부터 돌출되도록 적중함으로써, 전극 적중체를 구성하였다. 여기서, 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트는, 각각의 양면에 형성되어 있는 전극층 중 한쪽의 전극층이 제2 다공질 시트를 개재해서 서로 대향하도록 배치하였다.
이 전극 적중체를 직경 8㎜의 스테인리스제의 심봉에 대하여, 부극 전극 시트가 내측이 되도록 당해 전극 적중체의 일단부로부터 권회함으로써, 내경이 8㎜, 외경이 38㎜인 엘리먼트를 형성하고, 또한 이 엘리먼트의 외주면에 제1 다공질 시트와 마찬가지 재질의 다공질층 형성용의 다공질 시트를 몇층으로도 권회해서 두께가 180㎛인 권회 적층체로 이루어진 다공질층을 형성하고, 이에 의해, 외면에 다공질층이 형성된 엘리먼트(캐패시터 요소 유닛)를 제작하였다. 그리고, 이 캐패시터 요소 유닛의 외주면에, 한 면에 점착제층을 갖는 종횡의 치수가 5.0㎝×1.0㎝이고, 두께가 35㎛인 폴리프로필렌으로 이루어진 2개의 테이프를 설치함으로써, 당해 캐패시터 요소 유닛을 고정하였다.
얻어진 엘리먼트에 있어서의 부극 집전체의 측연부를 내측으로 절곡하고, 당해 부극 집전체의 측연부에, 직경이 35㎜, 두께가 0.4㎜인 니켈 도금이 실시된 구리제의 원판 형상의 부극 집전판을, 저항 용접에 의해 용접해서 전기적으로 접속하였다. 또한, 부극 집전판에 길이가 20㎜, 폭이 15㎜, 두께가 0.4㎜인, 니켈 도금이 실시된 구리제의 부극 리드선을 레이저 용접에 의해 용접해서 전기적으로 접속하면서, 또한 부극 집전판에 외장 용기와 절연하기 위한 폴리프로필렌의 절연 부재를 배치하였다.
또한, 정극 집전체의 타 측연부를 내측으로 절곡하고, 당해 정극 집전체의 측연부에 직경이 35㎜, 두께가 0.4㎜인 알루미늄제 정극 집전판을, 저항 용접에 의해 용접해서 전기적으로 접속하였다.
(4) 권회 LIC의 제조:
외경이 40㎜, 내경이 39.2㎜(두께가 0.4㎜), 전체 길이가 140㎜인 알루미늄제의 바닥이 있는 원통 형상의 외장 용기재를 준비하고, 이 외장 용기재 내에, 정극 집전판 및 부극 집전판이 설치된 캐패시터 요소 유닛을 배치하면서, 또한 정극 집전판을 외장 용기재의 저부의 내면에 초음파 용접에 의해 용접해서 전기적으로 접속하였다.
한편, 직경이 40㎜, 두께가 1.2㎜의 알루미늄제의 원판 형상의 덮개 부재에, 전해액 주입구 및 전극 단자 배치용 관통 구멍을 형성하고, 이 덮개 부재의 관통 구멍에 구리로 이루어진 기체의 표면에 니켈 도금이 실시되어서 이루어지는, 외경이 10㎜, 길이가 15㎜인 오목부를 삽입하고, 당해 오목부에 구리로 이루어진 기체의 표면에 니켈 도금이 실시되어서 이루어지는 볼록부를 끼워맞춤으로써 부극 전극 단자를 당해 덮개 부재의 일면으로부터 돌출되도록 배치하면서, 또한 당해 부극 전극 단자를, 폴리페닐렌술피드로 이루어진 가스킷에 의해 덮개 부재와 절연된 상태로 고정하였다. 또한, 덮개 부재의 한 면에, 알루미늄으로 이루어지는 외경이 10㎜, 길이가 15㎜인 오목부에 구리로 이루어진 기체의 표면에 알루미늄으로 이루어지는 볼록부가 끼워 맞추어져서 이루어지는 정극 전극 단자를 덮개 부재의 일면으로부터 돌출되도록 배치하고, 당해 정극 전극 단자의 기단부를 저항 용접에 의해 용접해서 덮개 부재에 고정함으로써, 전기적으로 접속하였다.
계속해서, 부극 집전판에 용접된 부극 리드선을, 부극 전극 단자의 기단부에 레이저 용접에 의해 용접해서 전기적으로 접속한 후, 외장 용기 부재에 덮개 부재를 용접에 의해 일체화해서 덮개부를 형성하고, 또한 그 덮개부에 형성된 전해액 주입구로부터, 프로필렌카르보네이트에 1몰/L의 농도로 LiPF6가 용해되어 이루어지는 전해액을 주입하고, 그 후, 이 전해액 주입구를 전해액 주입구용 덮개에 의해 막음으로써, 도 1에 도시한 바와 같은 외장 용기 내에 캐패시터 요소 유닛 및 전해액이 수용되어 이루어지는 구성의 권회형 LIC(이하, 「권회형 LIC(1)」이라고도 함)를 제조하였다.
얻어진 권회형 LIC(1)의 정전 용량은 3.5[kF]였다.
(5) 직류 저항 측정
얻어진 권회형 LIC(1)에 대해서, 외장 용기에 있어서의 덮개부와 저부 사이의 전기 저항값(직류 저항값(DC-IR))을, HIOKI사 제조의 저항 측정 장치를 사용하여 측정한 결과, 1[mΩ]이었다.
(6) 못박기 시험 측정
얻어진 권회형 LIC(1)에 대해서, 하기의 못박기 시험 조건에 의해, 외장 용기의 관축이 수평하게 되도록 배치하고, 외장 용기에 있어서의 저부로부터 덮개부를 향하는 방향으로 70㎜ 이격한 위치에, 상방으로부터 수직인 방향에 못을 박고, 못을 박은 직후에, 그 못이 박힌 위치로부터 저부를 향하는 방향으로 60㎜ 이격한 위치(외장 용기에 있어서의 저부로부터 덮개부를 향하는 방향으로 10㎜ 이격한 위치)의 표면 온도를 측정한 결과, 그 표면 온도는 84℃였다.
[못박기 시험 조건]
못 직경: Φ2.5
못 박기 속도: 1㎜/s
시험 개시 전압: 3.8V
온도 측정 기기: 열전대
<실시예 2>
실시예 1에 있어서, 부극 집전체의 길이를 510.0㎝로 하고, 정극 집전체의 길이를 480.0㎝로 하며, 정극 집전체와 그 양면에 형성된 전극층과의 합계의 두께가 100㎛가 되도록 전극층의 두께를 조정하고, 또한 제1 다공질 시트 및 제2 다공질 시트의 길이를 534.0㎝로 하고, 또한 다공질층의 두께를 120㎛로 한 것 이외에는 당해 실시예 1과 마찬가지로 하여 권회형 LIC(이하, 「권회형 LIC(2)」라고도 함)를 제작하였다.
얻어진 권회형 LIC(2)에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 정전 용량 및 직류 저항값을 측정하고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 못박기 시험 측정을 행하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 3>
실시예 2에 있어서, 제1 다공질 시트 및 제2 다공질 시트의 길이를 546.0㎝로 하고, 또한 다공질층의 두께를 180㎛로 한 것 이외에는 당해 실시예 2와 마찬가지로 하여 권회형 LIC(이하, 「권회형 LIC(3)」이라고도 함)를 제작하였다.
얻어진 권회형 LIC(3)에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 정전 용량 및 직류 저항값을 측정하고, 또한 실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 못박기 시험 측정을 행하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 4>
실시예 1에 있어서, 부극 집전체의 길이를 550.0㎝로 하고, 정극 집전체의 길이를 520.0㎝로 하며, 정극 집전체와 그 양면에 형성된 전극층과의 합계의 두께가 100㎛가 되도록 전극층의 두께를 조정하고, 또한 제1 다공질 시트 및 제2 다공질 시트의 길이를 586.0㎝로 하고, 또한 다공질층의 두께를 120㎛로 한 것 이외에는 당해 실시예 1과 마찬가지로 하여 권회형 LIC(이하, 「권회형 LIC(4)」라고도 함)를 제작하였다.
얻어진 권회형 LIC(4)에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 정전 용량 및 직류 저항값을 측정하고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 못박기 시험 측정을 행하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 1>
실시예 1에 있어서, 제1 다공질 시트 및 제2 다공질 시트의 길이를 316.0㎝로 하고, 또한 다공질층의 두께를 60㎛로 한 것 이외에는 당해 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교용 권회형 LIC(이하, 「비교용 권회형 LIC(1)」이라고도 함)를 제작하였다.
얻어진 비교용 권회형 LIC(1)에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 정전 용량 및 직류 저항값을 측정하고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 못박기 시험 측정을 행하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 2>
실시예 1에 있어서, 제1 다공질 시트 및 제2 다공질 시트의 길이를 328.0㎝로 하고, 또한 다공질층의 두께를 120㎛로 한 것 이외에는 당해 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교용 권회형 LIC(이하, 「비교용 권회형 LIC(2)」라고도 함)를 제작하였다.
얻어진 비교용 권회형 LIC(2)에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 정전 용량 및 직류 저항값을 측정하고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 못박기 시험 측정을 행하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 3>
실시예 2에 있어서, 제1 다공질 시트 및 제2 다공질 시트의 길이를 522.0㎝로 하고, 또한 다공질층의 두께를 60㎛로 한 것 이외에는 당해 실시예 2와 마찬가지로 하여 비교용 권회형 LIC(이하, 「비교용 권회형 LIC(3)」이라고도 함)를 제작하였다.
얻어진 비교용 권회형 LIC(3)에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 정전 용량 및 직류 저항값을 측정하고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 못박기 시험 측정을 행하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 4>
실시예 4에 있어서, 제1 다공질 시트 및 제2 다공질 시트의 길이를 562.0㎝, 두께를 40㎛로 하고, 또한 다공질층의 두께를 40㎛로 한 것 이외에는 당해 실시예 4와 마찬가지로 하여 비교용 권회형 LIC(이하, 「비교용 권회형 LIC(4)」라고도 함)를 제작하였다.
얻어진 비교용 권회형 LIC(4)에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 정전 용량 및 직류 저항값을 측정하고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 못박기 시험 측정을 행하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 5>
실시예 4에 있어서, 제1 다공질 시트 및 제2 다공질 시트의 길이를 574.0㎝로 하고, 또한 다공질층의 두께를 80㎛로 한 것 이외에는 당해 실시예 4와 마찬가지로 하여 비교용 권회형 LIC(이하, 「비교용 권회형 LIC(5)」라고도 함)를 제작하였다.
얻어진 비교용 권회형 LIC(5)에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 정전 용량 및 직류 저항값을 측정하고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 못박기 시험 측정을 행하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 6>
이하와 같이 하여, 비교용 적층형 리튬 이온 캐패시터(이하, 「비교용 적층형 LIC(6)」이라고도 함)를 제작하고, 얻어진 비교용 적층형 LIC에 대해서, 1.5A의 정전류로 셀 전압이 3.8V가 될 때까지 충전하며, 그 후 3.8V의 정전압을 인가하는 정전류-정전압 충전을 1시간 행한 후, 1.5A의 정전류로 셀 전압이 2.2V가 될 때까지 방전하는 3.8V-2.2V의 사이클을 반복하고, 10회째의 방전에 있어서의 셀 정전 용량(리튬 이온 캐패시터의 정전 용량), 내부 저항(리튬 이온 캐패시터의 직류 저항값)을 측정하였다. 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 못박기 시험 측정을 행하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
(1) 부극 전극 시트의 제조:
실시예 1에 관한 (1) 부극 전극 시트의 제조와 마찬가지의 방법에 의해, 부극 집전체재의 양면에 전극층을 형성하고, 이것을 종횡 치수가 6.0㎝×7.5㎝(단자 용접부를 제외함)가 되도록 커트함으로써 부극 전극 시트를 제조하였다.
(2) 정극 전극 시트의 제조:
비표면적 2000㎡/g의 활성탄 분말 85질량부와, 아세틸렌 블랙 분체 5질량부와, 아크릴계 수지 바인더 6질량부와, 카르복시메틸셀룰로오스 4질량부 및 물 200질량부를 혼합함으로써 정극용 슬러리를 제조하였다.
한편, 두께 35㎛(기공률 50％)의 알루미늄제 익스팬드 메탈(닛뽄킨조쿠고교가부시끼가이샤 제조)로 이루어진 정극 집전체재의 양면에, 비수계의 카본계 도전 도료(닛뽄애치슨가부시끼가이샤 제조: EB-815)를 스프레이 방식으로 코팅하고, 건조함으로써 도전층을 형성하였다. 정극 집전체재와 그 양면에 형성된 도전층과의 합계의 두께는 52㎛이며, 정극 집전체재에 구멍은 도전층에 의해 거의 폐색되어 있었다.
계속해서, 얻어진 정극용 슬러리를, 정극 집전체재에 형성된 도전층의 양면에 롤 코터를 사용해서 코팅하고, 진공 건조시킴으로써 전극층을 형성하고, 이것을 종횡 치수가 5.8㎝×7.3㎝(단자 용접부를 제외함)가 되도록 커트함으로써 정극 전극 시트를 제조하였다. 얻어진 정극 전극 시트에 있어서, 정극 집전체와 그 양면에 형성된 도전층 및 전극층과의 합계의 두께는 152㎛이며, 전극층의 두께는 양면에서 100㎛였다.
(3) 적층형 리튬 이온 캐패시터의 제조:
세퍼레이터로서 종횡 치수가 6.2㎝×7.7㎝이며 두께가 35㎛인 셀룰로오스/레이온 혼합 부직포를 사용하고, 정극 전극 시트와 부극 전극 시트를, 양쪽의 최외층이 부극 전극 시트에 의해 구성되고, 대향면이 40층이 되도록 적층하며, 당해 최외층에 세퍼레이터를 배치해서 테이프로 고정하면서, 또한 정극 집전체의 단자 용접부(20장), 부극 집전체의 단자 용접부(21장)를 각각 초음파 용접함으로써 전극 적층체를 제작하였다.
얻어진 전극 적층체의 상면 및 하면에, 금속 리튬 박을 두께 80㎛의 스테인리스 망에 압착한 리튬 극을 각 1장 배치하면서, 또한 그 위에 두께 0.5㎜의 폴리에틸렌제판을 배치해서 테이프로 고정한 3극 적층 유닛을 얻었다. 이 3극 적층 유닛을, 그 중앙부에 드로잉 가공이 실시된 상부 외장 필름용 라미네이트 필름과 하부 외장 필름용 라미네이트 필름에 의해 끼우고, 당해 라미네이트 필름의 3변을 열융착한 후, 전해액(에틸렌카르보네이트, 디에틸카르보네이트 및 프로필렌카르보네이트를 질량비로 3:4:1로 한 혼합 용매에, 1몰/L의 농도로 LiPF6를 용해한 용액)을 진공 함침시킨 후, 나머지 1변을 감압 하에서 열융착함으로써, 비교용 적층형 리튬 이온 캐패시터(비교용 적층형 LIC(6))를 제작하였다.
Figure 112013038217818-pct00001
표 1 중, 비교예 6에 있어서는 「다공질층의 두께 T」의 란에, 전극 적층체 상에 배치한 폴리에틸렌제 판의 두께를 괄호를 붙여서 나타냈다.
표 1의 결과로부터 명백해진 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4에 관한 리튬 이온 캐패시터는, 높은 정전 용량을 가지면서, 또한 직류 저항값이 작은 것이 확인되고, 게다가 못을 박은 후의 표면 온도가 비교적 저온인 것이 확인되었다. 따라서, 이 실시예 1 내지 실시예 4에 관한 리튬 이온 캐패시터는, 높은 정전 용량에서 저저항이고, 또한 안전성을 갖는 리튬 이온 캐패시터인 것이 명확하다.
비교예 1 내지 비교예 5에 관한 리튬 이온 캐패시터는, 못을 박은 후의 표면 온도가 150℃ 이상의 고온이 된 점에서, 안전성이 낮은 것이 명확하다. 또한, 비교예 6에 관한 리튬 이온 캐패시터는, 못을 박은 후의 표면 온도가 비교적 저온이지만, 정전 용량이 낮고, 고저항인 리튬 이온 캐패시터인 것이 명확하다.
10: 캐패시터 요소 유닛
10A: 전극 적중체
11: 리튬 이온 캐패시터 요소(엘리먼트)
12: 정극 전극 시트
12a: 정극 집전체
12b: 전극층
12e: 측연부
13: 부극 전극 시트
13a: 부극 집전체
13b: 전극층
13e: 측연부
14: 제1 다공질 시트
14a: 일단부 부분
14b: 세퍼레이터 형성용 부분의 타단부 부분(세퍼레이터 단부 부분)
14c: 타단부 부분
15: 제2 다공질 시트
15a: 일단부 부분
15b: 타단부 부분
16, 17: 리튬 이온 공급원
16a, 17b: 집전체(리튬극 집전체)
18: 테이프
20: 외장 용기
21: 주벽부
22: 덮개부
23: 저부
25: 정극 집전판
26: 부극 집전판
27: 절연 부재
28: 부극 리드선
30: 정극 전극 단자
31: 오목부
32: 볼록부
35: 부극 전극 단자
36: 오목부
37: 볼록부
38: 가스킷
40: 다공질층

Claims (5)

  1. 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트를 세퍼레이터를 개재해서 중첩 형성된 리튬 이온 캐패시터 요소와, 전해액이 외장 용기 내에 수용되어 이루어지는 리튬 이온 캐패시터이며,
    상기 리튬 이온 캐패시터 요소의 외면 상에 다공질층이 형성되어 있고, 당해 다공질층이 상기 세퍼레이터와 동일 부재에 의해 구성되어 있으며,
    당해 리튬 이온 캐패시터의 정전 용량을 C[kF], 당해 리튬 이온 캐패시터의 직류 저항값을 R[mΩ] 및 상기 다공질층의 두께를 T[㎛]라고 할 때, 하기의 관계식 (1) 및 하기의 관계식 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 캐패시터.
    관계식 (1): 35≤T×R/C
    관계식 (2): 0.01≤R/C≤5
  2. 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트를 세퍼레이터를 개재해서 중첩 형성된 리튬 이온 캐패시터 요소와, 전해액이 외장 용기 내에 수용되어 이루어지는 리튬 이온 캐패시터이며,
    상기 리튬 이온 캐패시터 요소의 외면 상에 다공질층이 형성되어 있고, 당해 다공질층이 셀룰로오스, 레이온, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀룰로오스와 레이온과의 혼합체, 및 셀룰로오스/레이온 혼합 부직포로부터 선택되는 적어도 1종으로 이루어진 것이고,
    당해 리튬 이온 캐패시터의 정전 용량을 C[kF], 당해 리튬 이온 캐패시터의 직류 저항값을 R[mΩ] 및 상기 다공질층의 두께를 T[㎛]라고 할 때, 하기의 관계식 (1) 및 하기의 관계식 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 캐패시터.
    관계식 (1): 35≤T×R/C
    관계식 (2): 0.01≤R/C≤5
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다공질층이 다공질 시트에 의해 중첩 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 캐패시터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다공질층의 두께가 120㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 캐패시터.
  5. 삭제
KR1020137011203A 2010-10-19 2011-06-28 리튬 이온 캐패시터 KR101813306B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2010-234276 2010-10-19
JP2010234276 2010-10-19
PCT/JP2011/064773 WO2012053256A1 (ja) 2010-10-19 2011-06-28 リチウムイオンキャパシタ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130127448A KR20130127448A (ko) 2013-11-22
KR101813306B1 true KR101813306B1 (ko) 2017-12-28

Family

ID=45974982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137011203A KR101813306B1 (ko) 2010-10-19 2011-06-28 리튬 이온 캐패시터

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9202637B2 (ko)
EP (1) EP2631924B1 (ko)
JP (1) JP5730321B2 (ko)
KR (1) KR101813306B1 (ko)
TW (1) TW201230100A (ko)
WO (1) WO2012053256A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120123309A (ko) * 2009-12-28 2012-11-08 제이에무에나지 가부시키가이샤 축전 디바이스
DE112013003366T5 (de) * 2012-07-04 2015-03-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Lithium-Ionen-Kondensator
TWI484514B (zh) * 2012-09-20 2015-05-11 Asahi Chemical Ind Lithium ion capacitors
US9552930B2 (en) 2015-01-30 2017-01-24 Corning Incorporated Anode for lithium ion capacitor
US9779885B2 (en) 2012-11-09 2017-10-03 Corning Incorporated Method of pre-doping a lithium ion capacitor
US9607778B2 (en) 2015-01-30 2017-03-28 Corning Incorporated Poly-vinylidene difluoride anode binder in a lithium ion capacitor
US9679704B2 (en) 2015-01-30 2017-06-13 Corning Incorporated Cathode for a lithium ion capacitor
US9672992B2 (en) 2015-01-30 2017-06-06 Corning Incorporated Coke sourced anode for lithium ion capacitor
US9911545B2 (en) 2015-01-30 2018-03-06 Corning Incorporated Phenolic resin sourced carbon anode in a lithium ion capacitor
JP6684035B2 (ja) * 2018-05-29 2020-04-22 太陽誘電株式会社 電気化学デバイス及び電気化学デバイスの製造方法
JP6684034B2 (ja) * 2018-05-29 2020-04-22 太陽誘電株式会社 電気化学デバイス及び電気化学デバイスの製造方法
US20200127336A1 (en) * 2018-10-17 2020-04-23 American Lithium Energy Corporation Pre-lithiation of battery cells

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007027027A (ja) * 2005-07-21 2007-02-01 Sony Corp 電池
JP2010161249A (ja) * 2009-01-09 2010-07-22 Fdk Corp リチウムイオンキャパシタ

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5862035A (en) * 1994-10-07 1999-01-19 Maxwell Energy Products, Inc. Multi-electrode double layer capacitor having single electrolyte seal and aluminum-impregnated carbon cloth electrodes
JP2001283830A (ja) * 2000-03-29 2001-10-12 Toshiba Corp リチウムイオン二次電池
US6631074B2 (en) * 2000-05-12 2003-10-07 Maxwell Technologies, Inc. Electrochemical double layer capacitor having carbon powder electrodes
DE60215433T2 (de) * 2001-08-23 2007-05-03 Asahi Glass Co., Ltd. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Doppelschichtkondensators und positive Elektrode für einen elektrischen Doppelschichtkondensator
JP4176417B2 (ja) * 2002-08-23 2008-11-05 日本バルカー工業株式会社 補強材付き機能性シート
US20070002525A1 (en) * 2003-08-27 2007-01-04 Showa Denko K.K. Sheet for capacitor electrodes, method and apparatus for manufacturing the same, and electrolytic capacitors
JP3953026B2 (ja) * 2003-12-12 2007-08-01 松下電器産業株式会社 リチウムイオン二次電池用極板およびリチウムイオン二次電池並びにその製造方法
WO2005069321A1 (ja) * 2004-01-19 2005-07-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 電気二重層キャパシタ及びその製造方法とこれを用いた電子機器
CN101138058B (zh) * 2005-03-31 2011-03-30 富士重工业株式会社 锂离子电容器
US7463478B2 (en) * 2005-04-21 2008-12-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Electric double layer capacitor
JP4994603B2 (ja) * 2005-04-21 2012-08-08 三菱電機株式会社 電気二重層キャパシタ
US7817403B2 (en) * 2005-08-30 2010-10-19 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Lithium ion capacitor
JP4732072B2 (ja) * 2005-08-30 2011-07-27 富士重工業株式会社 捲回型リチウムイオンキャパシタ
JP2007073809A (ja) * 2005-09-08 2007-03-22 Honda Motor Co Ltd 電気二重層キャパシタ
JP4813168B2 (ja) * 2005-12-08 2011-11-09 富士重工業株式会社 リチウムイオンキャパシタ
JP4842633B2 (ja) * 2005-12-22 2011-12-21 富士重工業株式会社 電池又はキャパシタ用リチウム金属箔の製造方法
CN101341560B (zh) * 2006-04-25 2012-05-09 昭和电工株式会社 双电层电容器
US20080026288A1 (en) * 2006-07-26 2008-01-31 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical cell with positive container
JP2008243708A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池および非水電解質二次電池の製造方法
JP2008244378A (ja) 2007-03-29 2008-10-09 Fuji Heavy Ind Ltd 蓄電デバイス
JP2008304864A (ja) * 2007-06-11 2008-12-18 Ricoh Co Ltd 蓄電装置、蓄電装置を有する画像形成装置、及び蓄電装置における放電制御方法
JP4941245B2 (ja) * 2007-11-19 2012-05-30 三菱電機株式会社 電力貯蔵デバイスセルおよび電力貯蔵デバイスモジュール
EP2372732B1 (en) * 2008-12-26 2017-04-26 JM Energy Corporation Wound-type accumulator
JP2010232574A (ja) 2009-03-30 2010-10-14 Fuji Heavy Ind Ltd 蓄電デバイスおよびその製造方法
RU2419907C1 (ru) * 2010-04-23 2011-05-27 ЮГ Инвестмент Лтд. Многоэлементный электрохимический конденсатор и способ его изготовления
DE102010018374A1 (de) * 2010-04-26 2011-10-27 Treofan Germany Gmbh & Co. Kg Hochporöse Separator-Folie

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007027027A (ja) * 2005-07-21 2007-02-01 Sony Corp 電池
JP2010161249A (ja) * 2009-01-09 2010-07-22 Fdk Corp リチウムイオンキャパシタ

Also Published As

Publication number Publication date
CN103201803A (zh) 2013-07-10
EP2631924A4 (en) 2018-03-14
JP5730321B2 (ja) 2015-06-10
WO2012053256A1 (ja) 2012-04-26
EP2631924B1 (en) 2020-08-26
US9202637B2 (en) 2015-12-01
US20130201606A1 (en) 2013-08-08
JPWO2012053256A1 (ja) 2014-02-24
KR20130127448A (ko) 2013-11-22
TW201230100A (en) 2012-07-16
EP2631924A1 (en) 2013-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101813306B1 (ko) 리튬 이온 캐패시터
JP4732072B2 (ja) 捲回型リチウムイオンキャパシタ
KR101573106B1 (ko) 권회형 축전지
JP4386334B2 (ja) フィルム型蓄電装置
JP4813168B2 (ja) リチウムイオンキャパシタ
EP1400996A1 (en) Organic electrolyte capacitor
EP1930919A1 (en) Lithium ion capacitor
WO2004059672A1 (ja) 蓄電装置および蓄電装置の製造方法
JP5317688B2 (ja) 捲回型蓄電源およびその製造方法
JP5680868B2 (ja) リチウムイオンキャパシタ
US20060115723A1 (en) Storage device
US9030804B2 (en) Accumulator device
WO2011080988A1 (ja) 蓄電デバイス
JP5576654B2 (ja) 蓄電デバイス
JP2008244378A (ja) 蓄電デバイス
JP2005109199A (ja) フィルム型蓄電装置
JP2011192784A (ja) リチウムイオンキャパシタ
JP2007067097A (ja) 捲回型リチウムイオンキャパシタ
JP5430329B2 (ja) 蓄電源

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant