WO2015107893A1 - 電気化学素子及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electrochemical element such as a lithium ion capacitor and a manufacturing method thereof.
- a lithium ion capacitor employs a configuration in which a positive electrode using activated carbon or the like as an active material and a negative electrode using graphite or the like as an active material are stacked or wound via a separator.
- a high energy density is realized by previously doping lithium ions into the negative electrode.
- Patent Document 1 describes a method of collectively doping lithium ions into a plurality of negative electrodes by disposing a metal lithium film at an end in a capacitor and short-circuiting the negative electrode and metal lithium. Yes. At this time, in order to allow lithium ions to pass therethrough, a plurality of through holes are formed in the current collectors of the positive electrode and the negative electrode.
- the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main object is to provide an electrochemical device and a method for manufacturing the same, in which the doping time of lithium ions is shortened and the manufacturing cost is greatly reduced. is there.
- the negative electrode includes a first negative electrode body and a second negative electrode body.
- the first and second negative electrode bodies are respectively a current collector and a first electrode of the current collector.
- a plurality of first through-holes are formed in the current collector, and the first and second negative electrode bodies are electrodes.
- the second surfaces of the current collector on which no layer is formed are arranged to face each other.
- the electrode layer is doped with lithium ions (cations) from a metal lithium film (lithium ion supply source) provided in advance on the second surface of the current collector.
- the present invention it is possible to provide an electrochemical device and a method for manufacturing the same, in which the lithium ion doping time is shortened and the manufacturing cost is significantly reduced.
- (A)-(d) is a figure explaining the manufacturing method of the lithium ion capacitor in other embodiment of this invention. It is the figure which showed the state which has arrange
- (A) And (b) is a top view of the negative electrode electrical power collector in which the several through-hole was formed. It is the graph which showed the evaluation result of the doping time of a lithium ion capacitor. It is the graph which showed the evaluation result of the deactivation degree of a metallic lithium film.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an electrode group constituting a lithium ion capacitor according to an embodiment of the present invention.
- the electrode group is housed in a case (not shown) together with the electrolytic solution to form a lithium ion capacitor.
- the electrode group shown in FIG. 1 is the structure before doping with lithium ions.
- the negative electrode 10 includes a negative electrode body 10A (first negative electrode body) and a negative electrode body 10B (second negative electrode body).
- Each of the negative electrode bodies 10 ⁇ / b> A and 10 ⁇ / b> B includes a negative electrode current collector 11 and a negative electrode layer 12 formed on the first surface of the negative electrode current collector 11.
- a metal lithium film (lithium ion supply source) 40 is formed on the second surface (surface opposite to the first surface) of the negative electrode current collector 11.
- a plurality of through holes 50B, 50A, and 50C are formed in the negative electrode layer 12, the negative electrode current collector 11, and the metal lithium film 40, respectively, and they communicate with each other to form the negative electrode through hole 50. Yes.
- the negative electrode bodies 10A and 10B are arranged with the metal lithium films 40 facing each other.
- the positive electrode 20 has a positive electrode current collector 21 and a positive electrode layer 22 formed on both surfaces of the positive electrode current collector 21. And the negative electrode 10 and the positive electrode 20 which consist of a pair of negative electrode bodies 10A and 10B are laminated
- the metallic lithium film 40 (lithium ion supply source) is disposed in the vicinity of the negative electrode layer 12, thereby greatly increasing the doping time of lithium ions into the negative electrode layer 12. It can be shortened. Further, uneven doping in the negative electrode layer 12 can be suppressed. This is because when the metal lithium film 40 is pre-doped, it can be pre-doped without being in contact with the negative electrode layer 12. That is, when the metal lithium film 40 is in contact with an active material such as a carbon material contained in the negative electrode layer 12, a lithium compound that does not contribute to the dope is generated by reacting with a component contained in the carbon material. In the embodiment, since these reactions are suppressed, variation in the dope is suppressed, and as a result, variation in deterioration of the negative electrode layer 12 can be suppressed.
- the negative electrodes 10A and 10B are arranged such that only one of the negative electrodes 10A and 10B is used as the negative electrode by disposing the second surfaces provided with the metal lithium film 40 facing each other.
- the reliability of the lithium ion capacitor can be improved. This is because when the negative electrode through hole 50 is formed in the negative electrode body 10A and the negative electrode body 10B, the burrs generated near the opening of the through hole 50C of the metal lithium film 40 or the through hole 50A of the negative electrode current collector 11 are formed. This is because the structure does not face the separator 30. With this configuration, it is possible to prevent the occurrence of an internal short circuit due to burrs.
- the manufacturing method of the lithium ion capacitor of the present embodiment is simplified. Can do. Therefore, it is preferable to provide the opposing region where the second surfaces of the pair of negative electrode bodies 10A and 10B of the present invention are opposed to each other, facing the positive electrode 20 via the separator 30.
- the negative electrode 10 including the pair of negative electrode bodies 10A and 10B has a configuration in which the negative electrode layer 12 is substantially formed on both surfaces of the negative electrode current collector 11. Therefore, the positive electrode 20 is also formed of the positive electrode current collector 21. It can be set as the structure which formed the positive electrode layer 22 in both surfaces, and can suppress the fall of the energy density of a capacitor by this.
- the negative electrode current collector 11 in which the through hole has been previously formed is not essential.
- the negative electrode layer 12 can be formed on the surface of the negative electrode current collector 11 by a normal coating method without using a special coating apparatus.
- an expensive negative electrode current collector 11 such as an expanded metal, the manufacturing cost can be reduced.
- productivity can be increased when the metal lithium film 40 is formed by a vapor phase method or a liquid phase method. This is because in the step of forming the metal lithium film 40 on the second surface of the negative electrode current collector 11 by forming the negative electrode through hole 50 after forming the metal lithium film 40, the second surface is the negative electrode. This is because the metal lithium film 40 can be formed in a state where the through hole 50 is not formed.
- the present invention it is possible to provide a lithium ion capacitor that can significantly reduce the lithium ion doping time, suppress the decrease in energy density, and greatly reduce the manufacturing cost. .
- the thickness of the metal lithium film 40 formed on the second surface of the negative electrode current collector 11 is usually determined according to the amount of lithium ions doped into the negative electrode layer 12. Therefore, after the doping is completed, the entire metal lithium film 40 is eluted in the electrolytic solution, and the place becomes a part of the gap between the negative electrode bodies 10A and 10B.
- the electrode group constituting the lithium ion capacitor in a normally used state has a configuration as shown in FIG. That is, the negative electrode 10 includes a negative electrode body 10A and a negative electrode body 10B, and these negative electrode bodies 10A and 10B are formed on the first surface of the negative electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 11, respectively, and lithium ions Is doped with the electrode layer 12.
- the negative electrode current collector 11 and the negative electrode layer 12 are each formed with a plurality of first through holes 50A and second through holes 50B, which communicate with each other to form the negative electrode through holes 50. ing.
- Negative electrode bodies 10A and 10B each have a second surface (surface opposite to the first surface) of negative electrode current collector 11 on which negative electrode layer 12 is not formed, and these second surfaces are Opposite opposing regions are provided. And between the negative electrode body 10A and the negative electrode body 10B, it is the space
- the positive electrode 20 includes a positive electrode current collector 21 and a positive electrode layer 22 formed on both surfaces of the positive electrode current collector 21. And the negative electrode 10 and the positive electrode 20 which consist of a pair of negative electrode bodies 10A and 10B are laminated
- the size of the through hole 50B formed in the negative electrode layer 12 is small because the negative electrode layer 12 expands when the negative electrode layer 12 is completely doped with lithium ions. Yes. Accordingly, the through-hole 50B illustrated in FIG. 2 is larger than the through-hole 50A formed in the negative electrode current collector 11, but the lithium ion capacitor is in a state of being normally used after the doping of lithium ions is completed. Then, the sizes of the through holes 50A and 50B may be reversed.
- each member constituting the lithium ion capacitor is not particularly limited.
- a copper foil or the like can be used.
- the negative electrode layer 12 can be made of a material that can be doped or undoped with lithium ions, such as graphite.
- the positive electrode collector 21 can use aluminum foil etc., for example.
- activated carbon etc. can be used for the positive electrode layer 22.
- lithium salt etc. can be used for electrolyte solution as an electrolyte which can transfer lithium ion, for example.
- the negative electrode 10 and the positive electrode 20 are stacked via the separator 30 to constitute the electrode group, but the negative electrode 10 and the positive electrode 20 may be wound via the separator 30 to constitute the electrode group.
- FIG. 3 is a diagram schematically showing the electrode group of this embodiment formed by winding, and a partially enlarged view thereof.
- the electrode group of the present embodiment is configured by winding a sheet-like positive electrode 20 and a negative electrode 10 via a separator 30.
- the negative electrode 10 includes a negative electrode body 10A and a negative electrode body 10B.
- Each of these negative electrode bodies 10 ⁇ / b> A and 10 ⁇ / b> B includes a negative electrode current collector 11 and a negative electrode layer 12 formed on the first surface of the negative electrode current collector 11.
- a metal lithium film 40 (lithium ion supply source) is formed on the second surface (surface opposite to the first surface) of the negative electrode current collector 11.
- a plurality of through holes 50B, 50A, and 50C are formed in the negative electrode layer 12, the negative electrode current collector 11, and the metal lithium film 40, respectively, and they communicate with each other to form the negative electrode through hole 50. Yes.
- the negative electrode bodies 10A and 10B are arranged with the metal lithium films 40 facing each other.
- the positive electrode 20 includes a positive electrode current collector 21 and a positive electrode layer 22 formed on both surfaces of the positive electrode current collector 21. And the negative electrode 10 and the positive electrode 20 which consist of a pair of negative electrode bodies 10A and 10B are wound through the separator 30. Furthermore, the strip-shaped negative electrode bodies 10A and 10B are opposed to each other in a state in which they are shifted in the longitudinal direction (winding direction) in the configuration of facing each other.
- the second surface provided on the negative electrode current collector 11 of each of the negative electrode bodies 10A and 10B is located on one end side in the longitudinal direction of one negative electrode current collector 11, and the other negative electrode current collector An opposing region opposed to the second surface of 11, and a non-opposing region located on the other end side in the longitudinal direction of one negative electrode current collector 11 and not opposed to the second surface of the other negative electrode current collector 11. It is formed.
- the non-opposing areas of the negative electrode bodies 10A and 10B are located at both ends in the winding direction, and the opposing area is provided between the pair of non-opposing areas. It becomes the composition.
- the non-opposing region of one of the negative electrodes of the pair of non-opposing regions located at both ends in the winding direction has the second surface inside.
- the non-opposing region of the other negative electrode body has the first surface on the inner side (the second surface is on the outer side), and is positioned on the inner peripheral side of the electrode group (including the innermost periphery of the electrode group). ) And is positioned on the outer peripheral side of the electrode group (including the outermost periphery of the electrode group).
- the non-facing region is positioned at the innermost and outermost portions, so that the negative electrode 10 when the negative electrodes 10A and 10B are opposed to each other.
- the length in the winding direction including the facing region is configured to be longer than the length in the winding direction of the positive electrode 20.
- the wound electrode group can be wound by providing a second surface on which the electrode layer is not formed on the innermost and outermost surfaces of the negative electrode 10, and thus does not face the positive electrode.
- the area of the negative electrode layer 12 can be reduced, and the space not contributing to the capacity can be reduced. Further, by winding a separator around the second surface of the current collector on which the electrode layer is not formed on the innermost and outermost periphery, the electrode group is formed by winding, and then provided on the second surface.
- the separator that holds the electrolytic solution functions as an electrolytic solution source, the impregnating property of the electrolytic solution in the vicinity of the metallic lithium where the pre-doping is performed is increased, and the reliability of the pre-doping is increased. Can be improved.
- the negative electrode 10 has been described as having a non-opposing region at both ends in the winding direction.
- the present invention is not limited to this configuration, and the length in the winding direction of the negative electrodes 10A and 10B is not limited.
- the non-opposing region is provided with a non-opposing region, such that the non-opposing region is provided only at one end side of both ends in the winding direction, or the lengths of the negative electrodes 10A and 10B in the winding direction are the same.
- the configuration may be such that the negative electrodes 10A and 10B are wound facing each other so that all of the second surface becomes the facing region.
- a negative electrode body 10A and a negative electrode body 10B in which a negative electrode layer 12 is formed on a first surface of a negative electrode current collector 11 are prepared.
- the second surface of the negative electrode current collector 11 where the negative electrode layer 12 is not formed (the surface opposite to the first surface).
- a metal lithium film 40 (lithium ion supply source) is formed.
- the metal lithium film 40 can be formed on the negative electrode current collector 11 by using a method such as vacuum deposition, electron beam deposition, or sputtering deposition. Thereby, a thin metallic lithium film 40 of 20 ⁇ m or less can be formed.
- a plurality of through holes 50B, 50A, and 50C are formed in the negative electrode layer 12, the negative electrode current collector 11, and the metal lithium film 40, respectively. These through holes 50B, 50A, and 50C communicate with each other to form the negative electrode through hole 50.
- the negative electrode bodies 10A and 10B are arranged with the metallic lithium films 40 formed on the second surface of the negative electrode current collector 11 facing each other.
- the negative electrode 10 composed of a pair of negative electrode bodies 10A and 10B is stacked or wound so as to face the positive electrode 20 through the separator 30, thereby forming an electrode group.
- positive electrode layers 22 are formed on both surfaces of the positive electrode current collector 21.
- the negative electrode layer 12 of the negative electrodes 10A and 10B is doped with lithium ions from the metal lithium film 40. Thereby, a lithium ion capacitor in which the negative electrode layer 12 is doped with lithium ions in advance is manufactured.
- the opening ratio of the through holes 50 ⁇ / b> A of the negative electrode current collector 11 is preferably less than 1% with respect to the area of the negative electrode current collector 11.
- the positive electrode current collector 21 in which the positive electrode layer 22 of the positive electrode 20 is formed, and the negative electrode current collector 11 in which the negative electrode layer 12 of the pair of negative electrode bodies 10A and 10B is formed include the electrode layer 22, 12, the opening ratio of the through holes 50A of the negative electrode current collector 11 is preferably in the range of 0.05% to 0.8%.
- a jig 70 having a plurality of punch blades 71 is arranged on the negative electrode layer 12 side and moved in the direction of the arrow, while the negative electrode is moved by the punch blade 71.
- a plurality of negative electrode through holes 50 communicating with each other are formed in the layer 12, the negative electrode current collector 11, and the metal lithium film 40.
- burrs (not shown) are generated around the opening of the through hole 50 ⁇ / b> C of the metal lithium film 40.
- burrs are generated around the opening of the through hole 50B of the negative electrode layer 12, but the negative electrode layer 12 is separated from the separator 30 as shown in FIG. Therefore, this burr may penetrate the separator 30 and cause an internal short circuit. Therefore, the through hole 50 is preferably formed from the negative electrode layer 12 side.
- the negative electrode through hole 50 is formed so as to penetrate all of the negative electrode layer 12, the negative electrode current collector 11, and the metal lithium film 40, but only in the negative electrode layer 12 and the negative electrode current collector 11,
- the through holes 50B and 50A may be formed.
- a negative electrode body 10A and a negative electrode body 10B in which a negative electrode layer 12 is formed on a first surface of a negative electrode current collector 11 are prepared.
- a plurality of through holes 50B and 50A are formed in the negative electrode layer 12 and the negative electrode current collector 11, respectively. These through holes 50B and 50A communicate with each other to form a negative electrode through hole 50.
- the negative electrode through hole 50 is formed from the negative electrode layer 12 side.
- a sheet 41 having a metal lithium film 40 formed on the surface thereof is prepared, and the sheet 41 is moved in the direction of the arrow to move the metal lithium film 40. Is pressed against the second surface of the negative electrode current collector 11 where the negative electrode layer 12 is not formed. Thereafter, by separating the sheet 41, the metal lithium film 40 is transferred to the negative electrode current collector 11 side, and the metal lithium film 40 is formed on the surface of the negative electrode current collector 11.
- the negative electrode bodies 10A and 10B are arranged with the metal lithium films 40 formed on the second surface of the negative electrode current collector 11 facing each other.
- the negative electrode 10 composed of a pair of negative electrode bodies 10A and 10B is stacked or wound so as to face the positive electrode 20 with the separator 30 interposed therebetween.
- the negative electrode layer 12 of the negative electrodes 10A and 10B is doped with lithium ions from the metal lithium film 40. Thereby, a lithium ion capacitor in which the negative electrode layer 12 is doped with lithium ions in advance is manufactured.
- the through holes 50B and 50A are formed in the negative electrode layer 12 and the negative electrode current collector 11.
- the evaporated metallic lithium diffuses through the through holes 50B and 50A.
- lithium ions can be doped from the metal lithium film 40 into the negative electrode layer 12 through the negative electrode through hole 50. Therefore, the doping time of lithium ions into the negative electrode layer 12 is reduced. It can be greatly shortened. Further, by arranging the negative electrode bodies 10A and 10B so that the metal lithium film 40 faces each other, the burrs of the negative electrode current collector 11 generated when the through holes 50B are formed penetrate the metal lithium film 40. However, since the penetrating burr is not on the separator 30 side, it is possible to prevent the occurrence of an internal short circuit due to the burr.
- the negative electrode 10 including the pair of negative electrode bodies 10A and 10B has a configuration in which the negative electrode layer 12 is substantially formed on both surfaces of the negative electrode current collector 11. Therefore, the positive electrode 20 is also formed of the positive electrode current collector 21. It can be set as the structure which formed the positive electrode layer 22 in both surfaces, and can suppress the fall of the energy density of a capacitor by this.
- the negative electrode layer is formed on the surface of the negative electrode current collector 11 by a normal coating method without using a special coating device. 12 can be formed.
- an expensive negative electrode current collector 11 such as an expanded metal, the manufacturing cost can be reduced.
- the through hole 50 ⁇ / b> A is formed only in the negative electrode current collector 11.
- a negative electrode current collector 11 having a plurality of through holes 50A is prepared.
- the negative electrode current collector 11 may be an expanded metal or the like in which a through hole 50A is formed in advance, or may be formed in the negative electrode current collector 11 using a jig 70 as shown in FIG. 50A may be formed.
- the negative electrode layer 12 is formed on the first surface of the negative electrode current collector 11.
- the negative electrode layer 12 is applied while the negative electrode current collector 11 is vertical and pulled up.
- a metal lithium film 40 is formed on the second surface of the negative electrode current collector 11 where the negative electrode layer 12 is not formed.
- the metal lithium film 40 can be formed by a vapor deposition method or a transfer method.
- the through-hole 50A formed in the negative electrode current collector 11 is blocked by the negative electrode layer 12, but the evaporated metallic lithium diffuses to the back surface of the negative electrode phase layer 12. Therefore, it is preferable to form by a transfer method.
- the negative electrode bodies 10A and 10B are arranged so that the metal lithium films 40 formed on the second surface of the negative electrode current collector 11 face each other.
- the negative electrode 10 composed of a pair of negative electrode bodies 10A and 10B is stacked or wound so as to face the positive electrode 20 with the separator 30 interposed therebetween.
- the negative electrode layer 12 of the negative electrodes 10A and 10B is doped with lithium ions from the metal lithium film 40. Thereby, a lithium ion capacitor in which the negative electrode layer 12 is doped with lithium ions in advance is manufactured.
- lithium ions can be doped from the metal lithium film 40 into the negative electrode layer 12 through the through holes 50A, so that the lithium ion doping time to the negative electrode layer 12 is greatly increased. Can be shortened.
- the negative electrode 10 including the pair of negative electrode bodies 10A and 10B has a configuration in which the negative electrode layer 12 is substantially formed on both surfaces of the negative electrode current collector 11. Therefore, the positive electrode 20 is also formed of the positive electrode current collector 21. It can be set as the structure which formed the positive electrode layer 22 in both surfaces, and can suppress the fall of the energy density of a capacitor by this.
- FIG. 8 is a view showing a state in which the negative electrode bodies 10A and 10B are arranged with the metal lithium films 40 formed on the second surface of the negative electrode current collector 11 facing each other.
- the thickness of the metal lithium film 40 is usually determined according to the amount of lithium ions doped into the negative electrode layer 12. Therefore, after the doping is completed, the metal lithium layer 40 is eluted into the electrolytic solution as a lithium ion, a negative electrode layer 12 (carbon material), gradually disappears occluded as C m -Li n compound .
- the space in which the metal lithium film 40 is formed is a gap between the current collectors 11 as indicated by the dotted line.
- the negative electrode bodies 10 ⁇ / b> A and 10 ⁇ / b> B are preferably arranged such that the metallic lithium films 40 are spaced from each other with a certain distance L ⁇ b> 1 .
- the spacing L 1 is, from the viewpoint of energy density of the capacitor, is preferably small. This is because, first, the movement distance of lithium ions moving between the negative electrode bodies can be reduced, and the doping time can be reduced.
- the distance L 1 is, 1 [mu] m or more, 100 [mu] m or less, preferably, 10 [mu] m or more, 70 [mu] m or less, more preferably 20 ⁇ m or more, preferably set to 50 ⁇ m or less.
- the doping is completed and the metallic lithium layer 40 disappears all, as shown in FIG. 8, the negative electrode body 10A, 10B is in a state arranged at regular intervals L 2.
- This interval L 2 is larger than the interval L 1 by twice the thickness of the metal lithium film 40.
- the space interval L 1 shown in FIG. 8 may be inserted high sheet member 80 affinity with the electrolyte.
- the sheet member 80 can be made of, for example, a material used for a separator.
- FIG. 10A and 10B are plan views of the negative electrode current collector 11 in which a plurality of through holes 50A are formed.
- FIG. 10A is a negative electrode current collector 11 for stacking, and
- FIG. A recycle negative electrode current collector 11 is shown.
- Reference numeral 11A in the figure denotes a lead take-out portion.
- the shape, arrangement, and the like of the through hole 50A are not particularly limited, and may be determined in consideration of the diffusibility of lithium ions, the strength of the negative electrode current collector 11 after the formation of the through hole 50A, and the like.
- the interval between the through holes 50A is 12 mm or less, preferably 6 mm or less, more preferably 2 mm or less.
- the shape of the opening of the through hole 50A can be a circle, a polygon, a slit, or the like.
- a circle having a diameter of 0.5 mm or less, preferably 0.2 mm or less, or a rectangle having an aspect ratio of 1:20 or more and 1: 150 or less is preferable.
- the longitudinal direction of the through hole 50A is set to the longitudinal direction of the negative electrode current collector 11. It is preferable to arrange in parallel to (winding direction). Thereby, even if tension
- Example 2 Lithium ion capacitors shown in the following examples and comparative examples were prepared, and the lithium ion doping time and the degree of deactivation of the metal lithium film were evaluated.
- a slurry containing graphite as a main component is applied to one surface of a negative electrode current collector 11 made of a copper foil having a thickness of 20 ⁇ m to form a negative electrode layer 12 having a thickness of 20 ⁇ m, thereby producing negative electrodes 10A and 10B. did.
- a metal lithium film 40 having a thickness of 3.5 ⁇ m was attached to the other surface of the negative electrode current collector 11 by a transfer method.
- the negative electrode penetrating the negative electrode layer 12, the negative electrode current collector 11, and the metal lithium film 40 from the negative electrode layer 12 in the dry air environment using the jig 70 shown in FIG. A through hole 50 was formed.
- the shape of the through hole 50 was a slit shape with an aspect ratio of 1:10, and the interval was 2 mm.
- the through hole 50 of the negative electrode current collector 11 had an aperture ratio of 0.3% to 0.9%, which is less than 1% with respect to the area of the negative electrode current collector 11.
- a slurry containing activated carbon as a main component was applied to both surfaces of a positive electrode current collector 21 made of an aluminum foil having a thickness of 22 ⁇ m to form a positive electrode layer 22 having a thickness of 20 ⁇ m.
- the negative electrodes 10A and 10B are arranged with the metallic lithium films 40 facing each other to form the negative electrode 10, and the negative electrode 10 and the positive electrode 20 are formed with a thickness of 50 ⁇ m.
- Lamination was performed with a separator 30 made of cellulose interposed therebetween, and a structure close to the electrode group as shown in FIG.
- four negative electrodes 10 and three positive electrodes 20 were used.
- the negative electrode 10 on the outermost side is only one negative electrode body 10A, and a separator 30 is disposed on the outer side.
- the positive electrode current collector 21 on which the positive electrode layer 22 is formed and the negative electrode current collector 11 on which the negative electrode layer 12 of the pair of negative electrode bodies 10A and 10B is formed are formed on the surface on which the electrode layers 22 and 12 are formed.
- the aperture ratio of the negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 21 was formed in the range of 0.05% to 0.8%. In the configuration of this example, the portion is configured by 0.39%.
- the electrode group was housed in an exterior material made of a laminate film, and after injecting an electrolytic solution, the opening was sealed to produce a lithium ion capacitor.
- the electrolytic solution was prepared by dissolving LiPF 6 in a solvent composed of propylene carbonate and adjusting the concentration to 1.0 mol / L.
- the lithium ion capacitor according to the present example has lead foils (not shown) made of the same metal as the current collectors on the negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 21 in order to draw the electrodes from the negative electrode 10 and the positive electrode 20. ) Is electrically connected, and sealing is performed in a state where the other end of each lead foil is exposed to the outside of the laminate film.
- a slurry containing activated carbon as a main component is applied to both surfaces of a positive electrode current collector 21 made of an expanded metal made of aluminum having a thickness of 30 ⁇ m by a vertical pulling method to form a positive electrode layer 22 having a thickness of 20 ⁇ m. 20 was produced.
- the negative electrode and the positive electrode 20 were laminated with a separator made of cellulose having a thickness of 50 ⁇ m interposed therebetween, and a metal lithium foil having a thickness of 20 ⁇ m was arranged on the outermost side to produce an electrode group.
- a separator made of cellulose having a thickness of 50 ⁇ m interposed therebetween and a metal lithium foil having a thickness of 20 ⁇ m was arranged on the outermost side to produce an electrode group.
- four negative electrodes 10 and three positive electrodes 20 were used.
- the electrode group was housed in an exterior material made of a laminate film, and after injecting an electrolytic solution, the opening was sealed to produce a lithium ion capacitor.
- the electrolytic solution was prepared by dissolving LiPF 6 in a solvent composed of propylene carbonate and adjusting the concentration to 1.0 mol / L.
- a method of calculating the doping amount by measuring the negative electrode potential is used for evaluating the doping time.
- the negative electrode potential is determined based on the negative electrode active material and the metal. It becomes a mixed potential with lithium, and it may be difficult to accurately calculate the doping amount from the negative electrode potential to the negative electrode layer. Therefore, the doping rate of lithium ions into the negative electrode layer was evaluated by measuring the cell internal resistance. Since the cell internal resistance tends to decrease as the lithium ion doping amount increases, a method of evaluating the lithium ion doping rate from the internal resistance decreasing rate was used.
- the cell internal resistance was measured by the following method.
- the electrolyte solution was poured into the cells of the example and the comparative example, and then immediately sealed.
- the charge / discharge test was repeated at 1A for 1 second and then charged at 0.01A for 100 seconds at regular intervals. .
- an approximate function is provided using the least square method, and the voltage value at the start of discharge is excluded from this approximate function. This voltage value was used as the discharge start voltage, and after using this discharge start voltage, the resistance value was calculated by the following equation. And the relationship between each resistance value obtained for every said fixed time and time was investigated.
- FIG. 11 is a graph showing the results.
- Curve A shows the results of the example and curve B shows the results of the comparative example.
- the vertical axis represents the resistance (m ⁇ ) of the cell including the positive electrode and the negative electrode, and the horizontal axis represents the elapsed time (h) after the injection.
- the doping of lithium ions proceeds and the cell resistance gradually decreases, but until the cell resistance reaches a stable value, Takes more than 15 hours.
- the resistance of the cell sharply decreases after about 4 hours from the injection and becomes a stable value after about 5 hours.
- the fluctuation of the resistance value of less than one-tenth of the cell resistance value continues for 12 hours or more, it is determined that the cell resistance is stable, and the first time point is determined as the time when the cell resistance is stable. did.
- the lithium ion capacitor in the example can significantly reduce the lithium ion doping time to the negative electrode layer 12 by disposing the metal lithium film 40 in the vicinity of the negative electrode layer 12.
- the number of stacked positive electrodes 20 is three.
- the number of stacked positive electrodes 20 is 10 to 30 sheets.
- the diffusion distance of lithium ions increases linearly as the number of stacked layers increases.
- the time until the completion of lithium ion doping is 2 weeks or more. I need it.
- the metal lithium film is disposed on the back surface of each electrode even when the number of stacked layers is increased, the time until completion of doping is not prolonged as in the comparative example. That is, in the present invention, when the number of stacked positive electrodes 20 is 20 or more, the lithium ion doping time to the negative electrode layer 12 is significantly reduced from about 2 weeks (about 300 hours) to about 5 hours. can do.
- the change in the negative electrode potential was measured in the time from immediately after assembly of the cells of the example and the comparative example to when the electrolyte was injected.
- the negative electrode potential is a potential based on the potential of the lithium metal. The measurement was performed in an atmosphere with a dew point of -30 degrees or less.
- FIG. 12 is a graph showing the results, where curve A shows the results of the example and curve B shows the results of the comparative example.
- the vertical axis represents the potential based on the potential of lithium metal (V vs. Li / Li + )
- the horizontal axis indicates the time (h) from immediately after assembly until the electrolyte is injected.
- the negative electrode potential gradually increased with time. This is presumably because the metal lithium film was formed directly on the negative electrode layer, so that the metal lithium reacted with carbon, which is the material of the negative electrode layer, to generate a reaction product in the negative electrode layer. In this case, since a part of the metal lithium film is deactivated, the amount of lithium ions doped in the negative electrode layer varies.
- the negative electrode potential hardly increased over time. This is presumably because the metal lithium film was formed on the back surface of the negative electrode current collector on which the negative electrode layer was not formed, so that the metal lithium film could be prevented from reacting with the negative electrode layer. In this case, since the deactivation of the metal lithium film can be suppressed, the negative electrode layer can be stably doped with lithium ions.
- the lithium ion capacitor according to the example can prevent the deactivation of metal lithium by forming a metal lithium film on the surface of the negative electrode current collector where the negative electrode layer is not formed.
- the lithium ion can be stably doped. Thereby, management of the metal lithium film at the time of manufacture becomes easy and the reliability of a lithium ion capacitor can also be improved.
- Lithium ion capacitors were fabricated by changing the interval (pitch) between the plurality of through holes formed in the negative electrode current collector, and the relationship between the pitch of the through holes and the doping rate was investigated.
- the lithium ion capacitor was produced by changing only the pitch of the through holes formed in the negative electrode current collector among the conditions produced in the above examples.
- the through-hole was made into the slit shape of length 0.8mm and width 0.02mm.
- the pitch was the average value (interval average) of the distance between the longitudinal direction and the width direction of the negative electrode current collector.
- the dope rate was measured by the following method.
- Each lithium ion capacitor was pre-doped for the same time, and the negative electrode potential of each capacitor after completion of pre-doping was compared and evaluated.
- the negative electrode potential is measured by taking out the negative electrode from the exterior material after pre-doping and providing several measurement points so that the negative electrode layer is aligned in the surface direction of the electrode layer. The local potential was measured, and the average value of the potential values measured at each measurement location was used as the final negative electrode potential of each lithium ion capacitor.
- the measurement is performed so as to include at least a location where the lead foil and the negative electrode current collector are connected (or the vicinity thereof) and a location farthest from the connection location in the negative electrode layer.
- each measurement location was measured individually with only the measurement location in contact with a lithium reference electrode through a separator impregnated with an electrolyte.
- Table 1 shows the results. As shown in Table 1, the negative electrode potential increases as the pitch increases. This means that as the pitch increases, the doping rate of lithium ions into the negative electrode layer becomes slower. Therefore, in order to increase the dope speed, it is preferable to set the pitch (interval average) of the through holes to 6 mm or less.
- a lithium ion capacitor is manufactured by changing the distance between the pair of first negative electrode and the second negative electrode body (the distance between the second surfaces of the negative electrode current collector), and the distance between the negative electrode bodies and the doping variation I investigated the relationship.
- the structure of the lithium ion capacitor in this test used the same structure as the structure produced in the said Example except the distance between the said negative electrode bodies.
- the dope variation was measured by the following method.
- the potential of the electrode layer was individually measured for the opposing region and the non-facing region of the negative electrode, and the potential measured in each region was expressed as a ratio (the potential of the opposing region / the potential of the non-facing region).
- the same method as the method used at the time of the test which investigated the relationship between the said pitch and dope rate was used for the measuring method of the electric potential in each area
- Table 2 shows the results. As shown in Table 2, when the distance between the negative electrode bodies is increased, the potential ratio in the negative electrode is increased. This is because when the distance between the negative electrode bodies increases, the capillary force against the electrolyte solution between the negative electrode bodies decreases, and it becomes difficult to sufficiently fill the electrolyte solution between the negative electrode bodies. It means that Therefore, in order to reduce the dope variation, it is preferable that the distance between the negative electrode bodies (the interval between the second surfaces of the negative electrode current collector) is 100 ⁇ m or less.
- the lithium ion capacitor has been described as an example.
- the negative electrode layer is previously doped with another cation (for example, a cation of at least a single atom such as potassium ion, sodium ion, calcium ion, or magnesium ion).
- the present invention can also be applied to a capacitor (electrochemical element) formed.
- the present invention can also be applied to a lithium ion battery using a lithium-containing metal oxide such as LiCoO 2 capable of taking lithium ions in and out of the positive electrode layer.
- 1st negative electrode body 10A, 10B is metal on both surfaces.
- the second surface of the negative electrode current collector 11 may be disposed so as to face each other across the sheet carrying the lithium film 40.
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Abstract
正極（２０）及び負極（１０）がセパレータ（３０）を介して積層または巻回された電気化学素子であって、負極（１０）は、負極体（１０Ａ）と負極体（１０Ｂ）とを備え、負極体（１０Ａ）、（１０Ｂ）は、それぞれ、負極集電体（１１）と、負極集電体（１１）の第１の面に形成され、カチオンがドープされた負極電極層（１２）とを有し、負極集電体（１１）には、負極電極層（１２）が形成されていない第２の面と、前記第１の面及び第２の面を貫通する複数の第１の貫通孔（５０Ａ）を備え、負極集電体（１１）の第２の面はそれぞれ、互いに対向する対向領域を備えている。
Description
本発明は、リチウムイオンキャパシタ等の電気化学素子及びその製造方法に関する。
一般に、リチウムイオンキャパシタは、活性炭等を活物質とする正極と、黒鉛等を活物質とする負極とを、セパレータを介して積層又は巻回した構成が採用されている。そして、予め負極にリチウムイオンをドープしておくことによって、高いエネルギー密度を実現している。
特許文献１には、キャパシタ内の端部に金属リチウム膜を配置し、負極と金属リチウムとを短絡させることによって、複数の負極に対して、リチウムイオンを一括してドープする方法が記載されている。このとき、リチウムイオンを通過させるために、正極及び負極の集電体には、複数の貫通孔が形成されている。
従来のリチウムイオンのドーピング方法では、キャパシタ内の端部に配置された金属リチウム膜から、複数の負極にリチウムイオンのドープを行うため、全ての負極にリチウムイオンをドープするまでに、長期間（例えば、２週間程度）を要してしまう。そのため、製造コストが高くなるという問題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その主な目的は、リチウムイオンのドーピング時間を短縮し、製造コストを大幅に低減した電気化学素子及びその製造方法を提供することにある。
本発明における電気化学素子は、負極が、第１の負極体と第２の負極体とを備え、これら第１、第２の負極体は、それぞれ、集電体と、該集電体の第１の面に形成され、カチオンがドープされた電極層とを有し、この集電体には、複数の第１の貫通孔が形成されており、第１、第２の負極体は、電極層が形成されていない集電体の第２の面を互いに対向させて配置されている。ここで、電極層は、集電体の第２の面に予め設けられた金属リチウム膜（リチウムイオン供給源）から、リチウムイオン（カチオン）がドープされている。
本発明によれば、リチウムイオンのドーピング時間を短縮し、製造コストを大幅に低減した電気化学素子及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
図１は、本発明の一実施形態におけるリチウムイオンキャパシタを構成する電極群を模式的に示した断面図である。この電極群を電解液と共にケース（不図示）内に収容して、リチウムイオンキャパシタが構成される。なお、図１に示した電極群は、リチウムイオンをドープする前の構成である。
図１に示すように、負極１０は、負極体１０Ａ（第１の負極体）と負極体１０Ｂ（第２の負極体）とを備えている。負極体１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ、負極集電体１１と、負極集電体１１の第１の面に形成された負極電極層１２を有している。また、負極集電体１１の第２の面（第１の面と反対側の面）には、金属リチウム膜（リチウムイオン供給源）４０が形成されている。さらに、負極電極層１２、負極集電体１１、及び金属リチウム膜４０には、それぞれ複数の貫通孔５０Ｂ、５０Ａ、５０Ｃが形成され、それらは互いに連通して、負極貫通孔５０を形成している。そして、負極体１０Ａ、１０Ｂは、金属リチウム膜４０を互いに対向させて配置されている。
正極２０は、正極集電体２１と、正極集電体２１の両面に形成された正極電極層２２とを有している。そして、一対の負極体１０Ａ、１０Ｂからなる負極１０と正極２０とは、セパレータ３０を介して積層されている。
本実施形態におけるリチウムイオンキャパシタによれば、まず、金属リチウム膜４０（リチウムイオン供給源）を負極電極層１２の近傍に配置することによって、負極電極層１２へのリチウムイオンのドーピング時間を大幅に短縮することができる。さらに、負極電極層１２内において、ドープのムラを抑えることができる。これは、金属リチウム膜４０がプレドープを行う際に、負極電極層１２と当接してない状態でプレドープを行うことができるためである。すなわち、金属リチウム膜４０が負極電極層１２に含まれる炭素材などの活物質と当接していると、炭素材に含まれる成分と反応してドープに寄与しないリチウム化合物が生成されるが、本実施形態では、これらの反応が抑制されるため、上記ドープのばらつきが抑えられ、その結果、負極電極層１２の劣化のばらつきを抑えることができる。
また、負極体１０Ａ、１０Ｂを、金属リチウム膜４０が設けられた第２の面を互いに対向させて配置することによって、負極体１０Ａ、１０Ｂのうち、いずれか一方のみを負極として用いた構成に比べて、リチウムイオンキャパシタとして信頼性を高めることができる。これは、負極体１０Ａ及び負極体１０Ｂに対して、負極貫通孔５０を形成した時に、金属リチウム膜４０の貫通孔５０Ｃ、または負極集電体１１の貫通孔５０Ａの開口部付近に生じたバリが、セパレータ３０と向き合わない構成となるためである。この構成により、バリに起因する内部短絡の発生を防止することができる。さらに、上記負極貫通孔５０を形成した際に上記バリが発生した場合に、そのバリを除去する処理を行うことが必須ではなくなるため、本実施形態のリチウムイオンキャパシタの製造方法を簡略化させることができる。したがって、本発明の一対の負極体１０Ａ、１０Ｂの第２の面が互いに対向する対向領域は、セパレータ３０を介して正極２０と対峙している箇所に設けることが好ましい。
また、一対の負極体１０Ａ、１０Ｂからなる負極１０は、実質的に、負極集電体１１の両面に負極電極層１２が形成された構成になるため、正極２０も、正極集電体２１の両面に正極電極層２２を形成した構成にすることができ、これにより、キャパシタのエネルギー密度の低下を抑制することができる。
さらに、負極体１０Ａ、１０Ｂに形成された負極貫通孔５０は、負極電極層１２や金属リチウム膜４０を設けた後に形成するため、予め貫通孔が形成された負極集電体１１が必須ではなくなり、特殊な塗工装置を用いることなく、通常の塗工方法で、負極集電体１１の表面に負極電極層１２を形成することができる。加えて、エキスパンドメタル等の高価な負極集電体１１を用いる必要もないため、製造コストを低減することができる。
そして、上記方法により負極貫通孔５０を形成することにより、金属リチウム膜４０を気相法や液相法で形成する際に、生産性を高めることができる。これは、金属リチウム膜４０を形成した後に負極貫通孔５０を形成することにより、金属リチウム膜４０を負極集電体１１の第２の面に設ける工程の段階では、上記第２の面は負極貫通孔５０が未形成の状態で金属リチウム膜４０を形成することができるためである。この手順で金属リチウム膜４０を設けることにより、負極貫通孔５０を通って金属リチウム膜４０を構成する非常に細かい金属リチウム（気化リチウム、液化リチウムなど）が第２の面上に堆積されず第２の面を透過することを抑制できる。
このように、本発明によれば、リチウムイオンのドーピング時間を大幅に短縮することができ、かつ、エネルギー密度の低下を抑制し、製造コストを大幅に低減したリチウムイオンキャパシタを提供することができる。
ところで、通常、負極集電体１１の第２の面に形成された金属リチウム膜４０は、負極電極層１２へのリチウムイオンのドープ量に応じて、その膜厚が決定されている。従って、ドーピングが終了した後は、金属リチウム膜４０は、全て電解液中に溶出し、その場所は負極体１０Ａ、１０Ｂ間の空隙の一部となる。
従って、通常使用されている状態のリチウムイオンキャパシタを構成する電極群は、図２に示すような構成になっている。すなわち、負極１０は、負極体１０Ａと負極体１０Ｂとを備え、これら負極体１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ、負極集電体１１と、負極集電体１１の第１の面に形成され、リチウムイオンがドープされた電極層１２とを有する。また、負極集電体１１及び負極電極層１２には、それぞれ複数の第１の貫通孔５０Ａ、及び第２の貫通孔５０Ｂが形成され、それらは互いに連通して、負極貫通孔５０を形成している。負極体１０Ａ、１０Ｂは、負極電極層１２が形成されていない負極集電体１１の第２の面（第１の面と反対側の面）をそれぞれ有し、これら第２の面は、互いに対向する対向領域を備えている。そして、負極体１０Ａと負極体１０Ｂとの間は、金属リチウム膜４０が消失した空隙６０になっている。一方、正極２０は、正極集電体２１と、正極集電体２１の両面に形成された正極電極層２２とを有している。そして、一対の負極体１０Ａ、１０Ｂからなる負極１０と正極２０とは、セパレータ３０を介して積層されている。
なお、負極電極層１２に形成された貫通孔５０Ｂの大きさは、負極電極層１２にリチウムイオンのドープが完了すると、負極電極層１２が膨張するため、貫通孔５０Ｂの大きさは小さくなっている。従って、図２に例示した貫通孔５０Ｂは、負極集電体１１に形成した貫通孔５０Ａよりも大きくなっているが、リチウムイオンのドープが完了して、通常使用されている状態のリチウムイオンキャパシタでは、貫通孔５０Ａ、５０Ｂの大きさが逆転している場合もある。
本実施形態において、リチウムイオンキャパシタを構成する各部材は、特に限定されない。負極集電体１１は、例えば、銅箔等を用いることができる。また、負極電極層１２は、リチウムイオンをドープ、脱ドープ可能な材料、例えば、黒鉛等を用いることができる。また、正極集電体２１は、例えば、アルミニウム箔等を用いることができる。また、正極電極層２２は、活性炭等を用いることができる。また、電解液は、リチウムイオンを移送可能な電解質として、例えば、リチウム塩等を用いることができる。
本実施形態において、負極１０及び正極２０をセパレータ３０を介して積層して電極群を構成したが、負極１０及び正極２０をセパレータ３０を介して巻回して電極群を構成してもよい。
図３は、巻回して形成された本実施形態の電極群を模式的に示した図、及びその部分拡大図である。
図３に示すように、本実施形態の電極群は、シート状の正極２０及び負極１０がセパレータ３０を介して巻回されて構成されている。部分拡大図に示すように、負極１０は、負極体１０Ａと負極体１０Ｂとを備えている。これら負極体１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ、負極集電体１１と、負極集電体１１の第１の面に形成された負極電極層１２を有している。また、負極集電体１１の第２の面（第１の面と反対側の面）には、金属リチウム膜４０（リチウムイオン供給源）が形成されている。さらに、負極電極層１２、負極集電体１１、及び金属リチウム膜４０には、それぞれ複数の貫通孔５０Ｂ、５０Ａ、５０Ｃが形成され、それらは互いに連通して、負極貫通孔５０を形成している。そして、負極体１０Ａ、１０Ｂは、金属リチウム膜４０を互いに対向させて配置されている。
正極２０は、正極集電体２１と、正極集電体２１の両面に形成された正極電極層２２とを有している。そして、一対の負極体１０Ａ、１０Ｂからなる負極１０と正極２０とは、セパレータ３０を介して巻回されている。
さらに、帯状である負極体１０Ａ、１０Ｂは、互いに対向する構成において、それぞれ長手方向（巻回方向）にずれた状態で対向している。この構成により、負極体１０Ａ、１０Ｂの負極集電体１１に設けられた第２の面は、それぞれ、一方の負極集電体１１の長手方向の一端側に位置し、他方の負極集電体１１の第２の面と対向した対向領域と、一方の負極集電体１１の長手方向の他端側に位置し、他方の負極集電体１１の第２の面と対向しない非対向領域が形成される。このように対向した負極体１０Ａ、１０Ｂを備えた負極１０は、巻回方向の両端に負極体１０Ａ、１０Ｂの非対向領域が位置し、この一対の非対向領域の間に対向領域が設けられた構成となる。
さらに、帯状である負極体１０Ａ、１０Ｂは、互いに対向する構成において、それぞれ長手方向（巻回方向）にずれた状態で対向している。この構成により、負極体１０Ａ、１０Ｂの負極集電体１１に設けられた第２の面は、それぞれ、一方の負極集電体１１の長手方向の一端側に位置し、他方の負極集電体１１の第２の面と対向した対向領域と、一方の負極集電体１１の長手方向の他端側に位置し、他方の負極集電体１１の第２の面と対向しない非対向領域が形成される。このように対向した負極体１０Ａ、１０Ｂを備えた負極１０は、巻回方向の両端に負極体１０Ａ、１０Ｂの非対向領域が位置し、この一対の非対向領域の間に対向領域が設けられた構成となる。
この負極１０が正極２０とともに巻回されて電極群を構成する際、巻回方向両端に位置する上記一対の非対向領域のうち、一方の負極体の非対向領域は、第２の面を内側に向けながら巻回されて電極群の内周側（電極群の最内周を含む）に位置し、他方の負極体の非対向領域は、第１の面を内側（第２の面を外側）に向けながら巻回されて電極群の外周側（電極群の最外周を含む）に位置している。負極１０が巻回された電極群において、上記のように、非対向領域を最内周および最外周部分に位置するよう構成するために、負極体１０Ａ、１０Ｂが対向したときの負極１０の非対向領域を含めた巻回方向の長さは、正極２０の巻回方向の長さより長く構成されている。
この構成により、巻回された電極群は、負極１０の最内周面および最外周面に電極層が形成されていない第２の面を設けて巻回することができるため、正極に対向しない負極の電極層１２の面積を低減することができ、容量に寄与しない空間を減らすことができる。さらに、最内周および最外周において電極層が形成されていない集電体の第２の面に、セパレータを巻回することにより、巻回して電極群を作製した後、第２の面に設けた金属リチウム膜４０を使ってプレドープを行うときに、電解液を保持するセパレータが電解液源として機能するため、プレドープが行われる金属リチウム近傍での電解液の含浸性が高まり、プレドープの信頼性を向上させることができる。
なお、上記電極群の説明では、負極１０が巻回方向両端に非対向領域を有する構成で説明を行ったが、この構成に限定されず、負極体１０Ａ、１０Ｂの巻回方向の長さが互いに異なる構成などにすることにより、上記非対向領域を巻回方向の両端のうち、一端側のみに設ける構成や、負極１０Ａ、１０Ｂの巻回方向の長さを同一とし、非対向領域を設けず上記第２の面のすべてが対向領域となるように、負極１０Ａ、１０Ｂを対向させて巻回した構成であってもよい。
次に、図４（ａ）～（ｅ）を参照しながら、本実施形態におけるリチウムイオンキャパシタの製造方法を説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、負極集電体１１の第１の面に負極電極層１２が形成された負極体１０Ａ及び負極体１０Ｂを用意する。
次に、図４（ｂ）に示すように、負極体１０Ａ、１０Ｂにおいて、負極集電体１１の負極電極層１２が形成されていない第２の面（第１の面と反対側の面）に、金属リチウム膜４０（リチウムイオン供給源）を形成する。ここで、金属リチウム膜４０は、例えば、真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング蒸着等の方法を用いて、負極集電体１１上に形成することができる。これにより、２０μｍ以下の薄い金属リチウム膜４０を形成することができる。
次に、図４（ｃ）に示すように、負極電極層１２、負極集電体１１、及び金属リチウム膜４０に、それぞれ複数の貫通孔５０Ｂ、５０Ａ、５０Ｃを形成する。これらの貫通孔５０Ｂ、５０Ａ、５０Ｃは互いに連通して、負極貫通孔５０を形成している。
次に、図４（ｄ）に示すように、負極体１０Ａ、１０Ｂを、負極集電体１１の第２の面に形成された金属リチウム膜４０を互いに対向させて配置する。
次に、図４（ｅ）に示すように、一対の負極体１０Ａ、１０Ｂからなる負極１０を、セパレータ３０を介して、正極２０に対向させて積層または巻回して、電極群を形成する。なお、正極２０は、正極集電体２１の両面に、正極電極層２２が形成されている。
最後に、電極群を、電解液とともにケース（不図示）内に収容した後、負極体１０Ａ、１０Ｂの負極電極層１２に、金属リチウム膜４０からリチウムイオンをドープさせる。これにより、予め負極電極層１２にリチウムイオンがドープされたリチウムイオンキャパシタが製造される。
なお、負極集電体１１の貫通孔５０Ａの開口率は、負極集電体１１の面積に対して１％未満が好ましい。また、正極２０の正極電極層２２が形成されている正極集電体２１、及び、一対の負極体１０Ａ、１０Ｂの負極電極層１２が形成されている負極集電体１１は、電極層２２、１２の形成面に対して、負極集電体１１の貫通孔５０Ａの開口率は、０．０５％～０．８％の範囲が好ましい。
次に、図５（ａ）～（ｃ）を参照しながら、負極電極層１２、負極集電体１１、及び金属リチウム膜４０に、互いに連通する複数の負極貫通孔５０を形成する方法を説明する。
図５（ａ）～（ｃ）に示すように、複数のパンチ刃７１を有する治具７０を、負極電極層１２側に配置し、矢印の方向に移動させながら、パンチ刃７１によって、負極電極層１２、負極集電体１１、及び金属リチウム膜４０に、互いに連通する複数の負極貫通孔５０を形成する。このとき、金属リチウム膜４０の貫通孔５０Ｃの開口部周辺には、バリ（不図示）が発生する。なお、金属リチウム膜４０側から負極貫通孔５０を形成すると、負極電極層１２の貫通孔５０Ｂの開口部周辺にバリが生じるが、負極電極層１２は、図３に示したように、セパレータ３０と対峙するため、このバリがセパレータ３０を貫通して内部短絡が発生するおそれがある。従って、貫通孔５０は、負極電極層１２側から形成するのが好ましい。
上記実施形態において、負極貫通孔５０を、負極電極層１２、負極集電体１１、及び金属リチウム膜４０全てを貫通するように形成したが、負極電極層１２及び負極集電体１１にだけ、貫通孔５０Ｂ，５０Ａを形成してもよい。
以下、図６（ａ）～（ｆ）を参照しながら、本発明の他の実施形態におけるリチウムイオンキャパシタの製造方法を説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、負極集電体１１の第１の面に負極電極層１２が形成された負極体１０Ａ及び負極体１０Ｂを用意する。
次に、図６（ｂ）に示すように、負極電極層１２及び負極集電体１１に、それぞれ複数の貫通孔５０Ｂ、５０Ａを形成する。これらの貫通孔５０Ｂ、５０Ａは互いに連通して、負極貫通孔５０を形成している。ここで、負極貫通孔５０は、負極電極層１２側から形成される。
次に、図６（ｃ）～（ｅ）に示すように、表面に金属リチウム膜４０が形成されたシート４１を用意し、このシート４１を、矢印の方向に移動させて、金属リチウム膜４０を、負極電極層１２が形成されていない負極集電体１１の第２の面に押圧する。その後、シート４１を引き離すことによって、金属リチウム膜４０は、負極集電体１１側に転写され、負極集電体１１の表面に金属リチウム膜４０が形成される。
次に、図６（ｆ）に示すように、負極体１０Ａ、１０Ｂを、負極集電体１１の第２の面に形成された金属リチウム膜４０を互いに対向させて配置する。
次に、図４（ｅ）に示したのと同様に、一対の負極体１０Ａ、１０Ｂからなる負極１０を、セパレータ３０を介して、正極２０に対向させて積層または巻回して、電極群を形成する。
最後に、電極群を、電解液とともにケース内に収容した後、負極体１０Ａ、１０Ｂの負極電極層１２に、金属リチウム膜４０からリチウムイオンをドープさせる。これにより、予め負極電極層１２にリチウムイオンがドープされたリチウムイオンキャパシタが製造される。
本実施形態では、金属リチウム膜４０を転写法により、負極集電体１１の第２の面に形成するため、負極電極層１２及び負極集電体１１に貫通孔５０Ｂ、５０Ａが形成されていても、蒸着法のように、蒸発した金属リチウムが貫通孔５０Ｂ、５０Ａを通って、周りに拡散するという不都合は生じない。
本実施形態におけるリチウムイオンキャパシタにおいても、金属リチウム膜４０から、リチウムイオンを負極貫通孔５０を介して負極電極層１２にドープすることができるため、負極電極層１２へのリチウムイオンのドーピング時間を大幅に短縮することができる。また、負極体１０Ａ、１０Ｂを、金属リチウム膜４０を互いに対向させて配置することによって、万一、貫通孔５０Ｂの形成時に生じた負極集電体１１のバリが、金属リチウム膜４０を貫通しても、貫通したバリは、セパレータ３０側にはないため、バリに起因する内部短絡の発生を防止することができる。
また、一対の負極体１０Ａ、１０Ｂからなる負極１０は、実質的に、負極集電体１１の両面に負極電極層１２が形成された構成になるため、正極２０も、正極集電体２１の両面に正極電極層２２を形成した構成にすることができ、これにより、キャパシタのエネルギー密度の低下を抑制することができる。
さらに、予め貫通孔５０Ａが形成された負極集電体１１を用いる必要がないため、特殊な塗工装置を用いることなく、通常の塗工方法で、負極集電体１１の表面に負極電極層１２を形成することができる。加えて、エキスパンドメタル等の高価な負極集電体１１を用いる必要もないため、製造コストを低減することができる。
次に、図７（ａ）～（ｄ）を参照しながら、本発明の他の実施形態におけるリチウムイオンキャパシタの製造方法を説明する。本実施形態では、負極集電体１１のみに貫通孔５０Ａを形成する。
まず、図７（ａ）に示すように、複数の貫通孔５０Ａが形成された負極集電体１１を用意する。負極集電体１１は、予め貫通孔５０Ａが形成されたエキスパンドメタル等であっても、あるいは、図５（ａ）に示したような治具７０を用いて、負極集電体１１に貫通孔５０Ａを形成したものであってもよい。
次に、図７（ｂ）に示すように、負極集電体１１の第１の面に、負極電極層１２を形成する。この場合、負極電極層１２は、負極集電体１１を垂直にして、引き上げながら塗工する。
次に、図７（ｃ）に示すように、負極集電体１１の負極電極層１２が形成されていない第２の面に、金属リチウム膜４０を形成する。この場合、金属リチウム膜４０は、蒸着法、あるいは転写法で形成するこができる。しかし、蒸着法で形成した場合、負極集電体１１に形成された貫通孔５０Ａは、負極電極層１２によって塞がれているが、蒸発した金属リチウムが負極電極相層１２の背面まで拡散するため、転写法で形成した方が好ましい。
次に、図７（ｄ）に示すように、負極体１０Ａ、１０Ｂを、負極集電体１１の第２の面に形成された金属リチウム膜４０を互いに対向させて配置する。
次に、図４（ｅ）に示したのと同様に、一対の負極体１０Ａ、１０Ｂからなる負極１０を、セパレータ３０を介して、正極２０に対向させて積層または巻回して、電極群を形成する。
最後に、電極群を、電解液とともにケース内に収容した後、負極体１０Ａ、１０Ｂの負極電極層１２に、金属リチウム膜４０からリチウムイオンをドープさせる。これにより、予め負極電極層１２にリチウムイオンがドープされたリチウムイオンキャパシタが製造される。
本実施形態におけるリチウムイオンキャパシタにおいても、金属リチウム膜４０から、リチウムイオンを貫通孔５０Ａを介して負極電極層１２にドープすることができるため、負極電極層１２へのリチウムイオンのドーピング時間を大幅に短縮することができる。
また、一対の負極体１０Ａ、１０Ｂからなる負極１０は、実質的に、負極集電体１１の両面に負極電極層１２が形成された構成になるため、正極２０も、正極集電体２１の両面に正極電極層２２を形成した構成にすることができ、これにより、キャパシタのエネルギー密度の低下を抑制することができる。
図８は、負極体１０Ａ、１０Ｂを、負極集電体１１の第２の面に形成された金属リチウム膜４０を互いに対向させて配置した状態を示した図である。上述したように、通常、金属リチウム膜４０は、負極電極層１２へのリチウムイオンのドープ量に応じて、その膜厚が決定されている。従って、ドーピングが終了した後は、金属リチウム膜４０は、リチウムイオンとして電解液中に溶出し、負極電極層１２（炭素材料）内に、Ｃｍ－Ｌｉｎ化合物として吸蔵されて消失していく。そして、金属リチウム膜４０のリチウムの量と負極電極層１２の吸蔵量が合致する場合、金属リチウム膜４０が形成されていた空間は、点線で示すように集電体１１どうしの間にある空隙の一部となる。
本発明において、図８に示すように、負極体１０Ａ、１０Ｂは、金属リチウム膜４０どうしを、一定の間隔Ｌ１を開けて配置することが好ましい。この空間に、電解液が浸透することによって、金属リチウム膜４０から電解液に溶出したリチウムイオンを、効率的に、負極貫通孔５０を介して、負極電極層１２にドープすることができる。なお、この間隔Ｌ１は、キャパシタのエネルギー密度の観点からは、小さい方が好ましい。これは、まず、この負極体間を移動するリチウムイオンの移動距離を減少、ドープ時間を減少させることができるためである。そして、この間隔Ｌ１が小さいと、リチウムイオンのドープ時に発生した水素等のガスが、気泡として、この間隙内に滞留しにくくなる。気泡が滞留した場合、金属リチウム膜４０と接する電解液の量が減少し、電解液が不足することによるドープ時間の増加を改善することができる。従って、この間隔Ｌ１は、１μｍ以上、１００μｍ以下、好ましくは、１０μｍ以上、７０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以上、５０μｍ以下とするのが好ましい。なお、ドーピングが終了し、金属リチウム膜４０が全て消失すると、図８に示すように、負極体１０Ａ、１０Ｂは、一定の間隔Ｌ２を開けて配置された状態になっている。この間隔Ｌ２は、間隔Ｌ１に対して、金属リチウム膜４０の膜厚の２倍だけ大きくなっている。
図９に示すように、図８に示した間隔Ｌ１の空間に、電解液と親和性の高いシート部材８０を挿入してもよい。シート部材８０に電解液が浸透することによって、リチウムイオンを効率的に負極電極層１２まで拡散させることができる。シート部材８０は、例えば、セパレータに使用する材料等を用いることができる。
図１０（ａ）、（ｂ）は、複数の貫通孔５０Ａが形成された負極集電体１１の平面図で、（ａ）は、積層用の負極集電体１１、（ｂ）は、巻回用の負極集電体１１を示す。また、図中の１１Ａは、リードの取出し部である。
本発明において、貫通孔５０Ａの形状や、配置等は、特に限定されず、リチウムイオンの拡散性や、貫通孔５０Ａを形成した後の負極集電体１１の強度等を考慮して決めればよい。例えば、貫通孔５０Ａの間隔は、１２ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下とするのが好ましい。また、貫通孔５０Ａの開口部の形状は、円形、多角形、あるいは、スリット形状等にすることができる。例えば、直径が０．５ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以下の円、あるいは、縦横比が１：２０以上、１：１５０以下の長方形とすることが好ましい。
また、図１０（ｂ）に示すように、巻回用の負極集電体１１において、スリット形状の貫通孔５０Ａを形成する場合、貫通孔５０Ａの長手方向を、負極集電体１１の長手方向（巻回方向）に平行に配置することが好ましい。これにより、巻回時に、負極集電体１１の長手方向に沿って張力が加わっても、貫通孔５０Ａが毀損するのを防止することができる。
（実施例）
以下の実施例及び比較例で示すリチウムイオンキャパシタをそれぞれ作製し、リチウムイオンのドーピング時間、及び、金属リチウム膜の失活度合いを評価した。
以下の実施例及び比較例で示すリチウムイオンキャパシタをそれぞれ作製し、リチウムイオンのドーピング時間、及び、金属リチウム膜の失活度合いを評価した。
厚さ２０μｍの銅箔からなる負極集電体１１の一方の面に、黒鉛を主成分とするスラリーを塗布して、厚さ２０μｍの負極電極層１２を形成し、負極体１０Ａ、１０Ｂを作製した。次に、負極集電体１１の他方の面に、厚さ３．５μｍの金属リチウム膜４０を転写法により貼り付けた。次に、図５に示した治具７０を用いて、ドライエアーの環境下で、負極電極層１２の方から、負極電極層１２、負極集電体１１、及び金属リチウム膜４０を貫通する負極貫通孔５０を形成した。貫通孔５０の形状は、縦横比が１：１０のスリット形状で、その間隔は、２ｍｍとした。なお、負極集電体１１の貫通孔５０の開口率は、負極集電体１１の面積に対して１％未満である０．３％～０．９％のもので構成した。
また、厚さ２２μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体２１の両面に、活性炭を主成分とするスラリーを塗布して、厚さ２０μｍの正極電極層２２を形成し、正極２０を作製した。
次に、図４（ｄ）に示したように、負極体１０Ａ、１０Ｂを、金属リチウム膜４０を互いに対向させて配置して負極１０を形成し、負極１０及び正極２０を、厚さ５０μｍのセルロースからなるセパレータ３０を挟んで積層し、図４（ｅ）に示したような電極群に近い構成のものを作製した。ここで、負極１０は４枚、正極２０は３枚とした。なお、最外側にある負極１０は、一方の負極体１０Ａのみとし、さらに外側にセパレ－タ－３０を配設した。
また、正極電極層２２が形成されている正極集電体２１及び、一対の負極体１０Ａ、１０Ｂの負極電極層１２が形成されている負極集電体１１は、電極層２２、１２の形成面に対して、負極集電体１１、正極集電体２１の開口率を０．０５％～０．８％の範囲で形成した。本実施例の構成では、当該部分を０．３９％で構成した。
次に、電極群を、ラミネートフィルムからなる外装材に収容し、電解液を注液後、開口部を封止して、リチウムイオンキャパシタを作製した。電解液は、ＬｉＰＦ６をプロピレンカーボネートからなる溶媒に溶解させて、１．０モル／Ｌに調整したものを使用した。また、本実施例のリチウムイオンキャパシタは、負極１０および正極２０から電極を引き出すために、負極集電体１１、正極集電体２１にそれぞれ各集電体と同じ金属から成るリード箔（図示なし）の一端を電気的に接続し、上記各リード箔の他端が上記ラミネートフィルムの外部に表出した状態で封止が行われた構成である。
（比較例１）
厚さ３０μｍの銅製のエキスパンドメタルからなる負極集電体の両面に、黒鉛を主成分とするスラリーを、垂直引上げ法により塗布して、厚さ２０μｍの負極電極層を形成し、負極を作製した。
厚さ３０μｍの銅製のエキスパンドメタルからなる負極集電体の両面に、黒鉛を主成分とするスラリーを、垂直引上げ法により塗布して、厚さ２０μｍの負極電極層を形成し、負極を作製した。
厚さ３０μｍのアルミニウム製のエキスパンドメタルからなる正極集電体２１の両面に、活性炭を主成分とするスラリーを、垂直引上げ法により塗布して、厚さ２０μｍの正極電極層２２を形成し、正極２０を作製した。
次に、負極及び正極２０を、厚さ５０μｍのセルロースからなるセパレータを挟んで積層し、最外側に、厚さ２０μｍの金属リチウム箔を配置して、電極群を作製した。ここで、負極１０は４枚、正極２０は３枚とした。
次に、電極群を、ラミネートフィルムからなる外装材に収容し、電解液を注液後、開口部を封止して、リチウムイオンキャパシタを作製した。電解液は、ＬｉＰＦ６をプロピレンカーボネートからなる溶媒に溶解させて、１．０モル／Ｌに調整したものを使用した。
（ドーピング時間の評価）
実施例及び比較例で作製したリチウムイオンキャパシタを、以下の方法で、リチウムイオンの負極電極層へのドーピング時間を評価した。
実施例及び比較例で作製したリチウムイオンキャパシタを、以下の方法で、リチウムイオンの負極電極層へのドーピング時間を評価した。
一般的に、ドーピング時間を評価には、負極電位の測定により、ドープ量を算出する方法を用いる。しかしながら、負極背面に金属リチウム膜が残存した状態である負極に対して、この負極を外装材の中から取り出さずにリード箔などから負極電位を測定する場合、その負極電位は負極活物質と金属リチウムとの混成電位となり、負極電位から負極電極層へのドープ量を正確に算出することが難しい恐れがある。そのため、セル内部抵抗を測定することによって、負極電極層へのリチウムイオンのドーピング速度を評価した。セル内部抵抗は、リチウムイオンのドープ量が増加するほど低下する傾向を示すことから、内部抵抗の低下速度からリチウムイオンのドープ速度を評価する手法を用いた。
セル内部抵抗は、以下のような方法で測定した。
実施例と比較例のセルに電解液を注液後、直ちに封止し、一定時間毎に、１Ａで放電を１秒間行い、その後、０．０１Ａで充電を１００秒間行う充放電試験を繰り返した。得られた放電前電圧と、放電開始後０．５～１．０秒間の電圧データから、最小二乗法を用いて近似関数を設け、この近似関数から放電開始０秒時の電圧の値を外挿して算出し、この電圧値をた放電開始電圧とし、この放電開始電圧を用いてから、次式により抵抗値を算出した。そして、上記一定時間毎に得られる各抵抗値と時間との関係を調べた。
内部抵抗=（放電前電圧－放電開始０秒時電圧）／電流値
図１１は、その結果を示したグラフで、曲線Ａは実施例の結果、曲線Ｂは比較例の結果をそれぞれ示す。なお、縦軸は、正極、負極を含めたセルの抵抗（ｍΩ）を示し、横軸は、注液後からの経過時間（ｈ）を示す。
図１１は、その結果を示したグラフで、曲線Ａは実施例の結果、曲線Ｂは比較例の結果をそれぞれ示す。なお、縦軸は、正極、負極を含めたセルの抵抗（ｍΩ）を示し、横軸は、注液後からの経過時間（ｈ）を示す。
図１１に示すように、比較例のキャパシタでは、時間が経過するに従い、リチウムイオンのドープが進み、セルの抵抗が徐々に下がるが、セルの抵抗が安定した値になるまでには、注入後から１５時間以上を要している。一方、実施例のキャパシタでは、セルの抵抗は、注入後から４時間程度で、急激に下がり、５時間程度で安定した値になっている。ここで、セルの抵抗値の１０分の１未満の抵抗値の変動が１２時間以上続いたとき、セルの抵抗が安定したと判断し、その最初の時点を、セルの抵抗が安定した時間とした。
このことから、実施例にけるリチウムイオンキャパシタは、金属リチウム膜４０を負極電極層１２の近傍に配置することによって、負極電極層１２へのリチウムイオンのドーピング時間を大幅に短縮できることが分かる。
なお、実施例で作製したキャパシタは、本発明の効果を検証するために作製したサンプルであるため、正極２０の積層枚数は３枚としたが、量産時のキャパシタでは、正極２０の積層枚数は１０～３０枚となる。比較例では、積層枚数が増加するほどリチウムイオンの拡散距離は一次関数的に増加してしまうため、例えば、積層枚数が２０枚以上の場合、リチウムイオンのドープ完了までの時間は、２週間以上必要になる。一方、実施例では、積層枚数が増加しても各電極の背面に金属リチウム膜が配置されているため、比較例のように、ドープ完了までの時間が長時間化されることはない。すなわち、本発明において、正極２０の積層枚数が２０枚以上の場合、負極電極層１２へのリチウムイオンのドーピング時間は、従来の２週間（約３００時間）程度から、５時間程度まで大幅に短縮することができる。
なお、実施例におけるリチウムイオンキャパシタでは、内部短絡の発生も見られなかった。これは、負極体１０Ａ、１０Ｂを、金属リチウム膜４０を互いに対向させて配置することによって、負極貫通孔５０の形成時に生じた金属リチウム膜４０のバリを、セパレータ３０側に設けなかったためと考えられる。
（金属リチウム膜の失活度合いの評価）
実施例及び比較例で作製したリチウムイオンキャパシタを、以下の方法で、金属リチウム膜の失活度合いを評価した。
実施例及び比較例で作製したリチウムイオンキャパシタを、以下の方法で、金属リチウム膜の失活度合いを評価した。
実施例と比較例のセルを、組立て直後から電解液を注液するまでの時間において、負極電位の変化を測定した。ここで、負極電位は、リチウム金属の電位を基準にした電位である。また、測定は、露点が－３０度以下の雰囲気下で行った。
図１２は、その結果を示したグラフで、曲線Ａは実施例の結果、曲線Ｂは比較例の結果をそれぞれ示す。なお、縦軸は、リチウム金属の電位を基準にした電位（V vs. Li/Li+)
を示し、横軸は、組立て直後から電解液を注液するまでの時間（ｈ）を示す。
を示し、横軸は、組立て直後から電解液を注液するまでの時間（ｈ）を示す。
図１２に示すように、比較例のキャパシタでは、時間が経過するに従い、負極電位が徐々に上昇した。これは、金属リチウム膜が、負極電極層に直接形成されているため、金属リチウムが負極電極層の材料である炭素と反応して、負極電極層に反応生成物が生成されたためと考えられる。この場合、金属リチウム膜は、その一部が失活するため、負極電極層にドープされるリチウムイオンのドープ量にバラツキが生じる。
一方、実施例のキャパシタでは、時間が経過しても、負極電位の上昇はほとんどなかった。これは、金属リチウム膜が、負極電極層が形成されていない負極集電体の背面に形成されているため、金属リチウム膜が負極電極層と反応するのを抑制できたためと考えられる。この場合、金属リチウム膜の失活が抑制できるため、負極電極層に、安定してリチウムイオンをドープすることができる。
このことから、実施例にけるリチウムイオンキャパシタは、負極集電体の負極電極層が形成されていない面に、金属リチウム膜を形成することによって、金属リチウムの失活が防止でき、負極電極層へのリチウムイオンのドーピングを安定して行うことができる。これにより、製造時の金属リチウム膜の管理が容易になり、リチウムイオンキャパシタの信頼性も高めることができる。
（貫通孔のピッチとドープ速度との関係）
負極集電体に形成された複数の貫通孔の間隔（ピッチ）を変えて、リチウムイオンキャパシタを作製し、貫通孔のピッチとドープ速度との関係を調べた。なお、リチウムイオンキャパシタは、上記実施例で作製した条件のうち、負極集電体に形成された貫通孔のピッチだけを変えて作製した。また、貫通孔は、長さ０．８ｍｍ、幅０．０２ｍｍのスリット形状とした。また、本試験においてピッチは、負極集電体の長手方向と幅方向の間隔の平均値（間隔平均）とした。
負極集電体に形成された複数の貫通孔の間隔（ピッチ）を変えて、リチウムイオンキャパシタを作製し、貫通孔のピッチとドープ速度との関係を調べた。なお、リチウムイオンキャパシタは、上記実施例で作製した条件のうち、負極集電体に形成された貫通孔のピッチだけを変えて作製した。また、貫通孔は、長さ０．８ｍｍ、幅０．０２ｍｍのスリット形状とした。また、本試験においてピッチは、負極集電体の長手方向と幅方向の間隔の平均値（間隔平均）とした。
本試験において、ドープ速度は、以下のような方法で測定した。
各リチウムイオンキャパシタに対して、同じ時間だけプレドープを行い、プレドープ終了後の各キャパシタの負極電位を比較して評価した。このとき、負極電位の測定方法は、プレドープ後に外装材から負極を取り出し、負極電極層に対して、電極層の面方向に並ぶように数箇所、測定箇所を設けて各測定箇所で電極層の局所的な電位を測定し、各測定箇所で測定された電位の値の平均値を最終的な各リチウムイオンキャパシタの負極電位とした。上記測定箇所には、少なくともリード箔と負極集電体が接続した箇所（又はその近傍）と、負極電極層において、この接続箇所から最も遠い箇所を少なくとも含むように測定を行う。たとえば、負極電極層が矩形状である場合、接続箇所と、負極電極層の矩形の四隅、四端辺の中点箇所（４箇所）、および上記四隅を結ぶ一対の対角線の交点箇所の計１０箇所を測定することが好ましい。各測定箇所の負極電位を測定する方法として、測定箇所のみに、電解液を含浸したセパレータを介してリチウム参照電極を当接させた状態で、各測定箇所について個別に測定を行った。
表１は、その結果を示した表である。表１に示すように、ピッチが大きくなるに従い、負極電位は大きくなっている。これは、ピッチが大きくなると、リチウムイオンの負極電極層へのドープ速度が遅くなっていることを意味している。従って、ドープ速度を早めるためには、貫通孔のピッチ（間隔平均）を６ｍｍ以下にすることが好ましい。
（負極体間の距離とドープばらつきとの関係）
一対の第１の負極と第２の負極体間の距離（負極集電体の第２の面の間に間隔）を変えてリチウムイオンキャパシタを作製し、負極体間の距離とドープばらつきとの関係を調べた。なお、本試験におけるリチウムイオンキャパシタの構成は、上記負極体間の距離以外は上記実施例で作製した構成と同じ構成を用いた。
一対の第１の負極と第２の負極体間の距離（負極集電体の第２の面の間に間隔）を変えてリチウムイオンキャパシタを作製し、負極体間の距離とドープばらつきとの関係を調べた。なお、本試験におけるリチウムイオンキャパシタの構成は、上記負極体間の距離以外は上記実施例で作製した構成と同じ構成を用いた。
ドープばらつきは、以下のような方法で測定した。
ドープばらつきについては、負極の対向領域、非対向領域について電極層の電位を個別に測定し、各領域で測定された電位を比（対向領域の電位／非対向領域の電位）として表現した。なお、各領域における電位の測定方法は、上記ピッチとドープ速度の関係を調べた試験のときに用いた方法と同じ方法を用いた。
表２は、その結果を示した表である。表２に示すように、負極体間の距離が大きくなると、負極内の電位比が大きくなっている。これは、負極体間の距離が大きくなると、この負極体間における電解液に対する毛細管力が低下し、この負極体間を十分に電解液が満たすことが困難になるため、ドープばらつきが大きくなっていることを意味している。従って、ドープばらつきを小さくするためには、負極体間の距離（負極集電体の第２の面の間に間隔）を１００μｍ以下のすることが好ましい。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、リチウムイオンキャパシタを例に説明したが、負極電極層に、他のカチオン（例えば、カリウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオンなど、少なくとも単原子のカチオン）が予めドープされたキャパシタ（電気化学素子）にも適用することができる。また、正極電極層に、リチウムイオンを出し入れ可能なＬｉＣｏＯ２等のリチウム含有金属酸化物を用いたリチウムイオン電池にも適用することができる。
また、上記実施形態では、金属リチウム膜４０を、負極集電体１１の負極電極層１２が形成されていない第２の面に形成したが、第１の負極体１０Ａ、１０Ｂを、両面に金属リチウム膜４０が担持されたシートを挟んで、負極集電体１１の第２の面を互いに対向させて配置してもよい。
１０ 負極
１０Ａ、１０Ｂ 負極体
１１ 負極集電体
１２ 負極電極層
２０ 正極
２１ 正極集電体
２２ 正極電極層
３０ セパレータ
４０ 金属リチウム膜
４１ シート
５０ 負極貫通孔
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ 貫通孔
６０ 空隙
７０ 治具
７１ パンチ刃
８０ シート部材
１０Ａ、１０Ｂ 負極体
１１ 負極集電体
１２ 負極電極層
２０ 正極
２１ 正極集電体
２２ 正極電極層
３０ セパレータ
４０ 金属リチウム膜
４１ シート
５０ 負極貫通孔
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ 貫通孔
６０ 空隙
７０ 治具
７１ パンチ刃
８０ シート部材
Claims (12)
- 正極及び負極がセパレータを介して積層または巻回された電気化学素子であって、
前記負極は、第１の負極体と第２の負極体とを備え、
前記第１及び第２の負極体は、それぞれ、集電体と、該集電体の第１の面に形成され、カチオンがドープされた電極層とを有し、
前記集電体はそれぞれ、前記電極層が形成されていない第２の面と、前記第の面１の面及び第２の面を貫通する複数の第１の貫通孔を備え、
前記集電体が有する第２の面は、それぞれ、互いに対向し合う対向領域を備えている、電気化学素子。 - 前記第２の面は前記第１の面の裏面に設けられ、
前記第２の面の対向する領域の裏面に位置する前記電極層は、その外表面が前記セパレータを介して前記正極と対向している、請求項１に記載の電気化学素子。 - 前記正極及び前記負極はシート状であり、
前記正極及び負極が前記セパレータを介して巻回された電気化学素子であって、
前記第２の面は前記第１の面の裏面に設けられ、
前記負極を構成する第１及び第２の負極体うち少なくとも一方は、前記第２の面において、巻回方向の一端側に設けられた前記対向領域と、前記巻回方向の他端側に設けられた前記第１及び第２の負極体が互いに対向しない非対向領域を備えた、請求項１に記載の電気化学素子。 - 前記第１及び第２の負極体は、前記第２の面の間に間隔を有する、請求項１に記載の電気化学素子。
- 前記第２の面の間に設けられた間隔の距離が、１２０μｍ未満である、請求項４に記載の電気化学素子。
- 前記電極層には、前記集電体の第１の貫通孔に連通する第２の貫通孔が形成されている、請求項１に記載の電気化学素子。
- 前記第１の貫通孔は、６．０ｍｍ以下の間隔平均で形成されている、請求項１に記載の電気化学素子。
- 前記第１の貫通孔及び第２の貫通孔の開口部の形状は、縦横比が１：２０以上１：１５０以下の長方形である、請求項６に記載の電気化学素子。
- 前記正極は、集電体の両面に電極層が形成された構成をなす、請求項１に記載の電気化学素子。
- 集電体の第１の面に電極層が形成された第１の負極体及び第２の負極体を用意する工程（ａ）と、
前記第１及び第２の負極体において、前記集電体の前記電極層が形成されていない第２の面に、カチオン供給源を形成する工程（ｂ）と、
前記電極層、前記集電体、及び前記カチオン供給源に、互いに連通する複数の貫通孔を形成する工程（ｃ）と、
前記第１及び第２の負極体を、前記集電体の第２の面に形成された前記カチオン供給源が互いに対向するように配置する工程（ｄ）と、
前記第１及び第２の負極体を、セパレータを介して、正極に対向させて配置する工程（ｅ）と、
前記第１及び第２の負極体の電極層に、前記カチオン供給源からカチオンをドープさせる工程（ｆ）と
を有する、電気化学素子の製造方法。 - 前記工程（ｃ）の代わりに、前記工程（ａ）の後、前記工程（ｂ）の前に、前記電極層及び前記集電体に、互いに連通する複数の貫通孔を形成する工程を有する、請求項１０に記載の電気化学素子の製造方法。
- 前記カチオン供給源は、リチウム金属膜からなり、
前記工程（ｂ）において、前記リチウム金属膜は、シートに形成されたリチウム金属膜を、転写法により、前記集電体の第２の面に形成される、請求項１０または１１に記載の電気化学素子の製造方法。
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|---|---|
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017111878A (ja) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | ソニー株式会社 | 電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム |
| JP6351050B1 (ja) * | 2017-03-29 | 2018-07-04 | 三菱アルミニウム株式会社 | 蓄電デバイス集電体用孔開き金属箔及びその製造方法と電極及び該電極を備えた電池 |
| JP2019096388A (ja) * | 2017-11-17 | 2019-06-20 | 三菱マテリアル株式会社 | 蓄電デバイス |
| JP2019102379A (ja) * | 2017-12-07 | 2019-06-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 蓄電デバイス |
| WO2019163896A1 (ja) * | 2018-02-22 | 2019-08-29 | Jsr株式会社 | 蓄電デバイス、蓄電デバイス用負極、及びそれらの製造方法 |
| EP3589443A4 (en) * | 2017-03-01 | 2021-01-20 | Global Energy Science, LLC | DETACHABLE PELLICLE GALVANIC FASTENING TOOL |
| US20210090818A1 (en) * | 2018-02-22 | 2021-03-25 | Jm Energy Corporation | Power storage device, power storage device electrode, and a method for manufacturing said power storage device and power storage device electrode |
| JP2021077611A (ja) * | 2019-11-08 | 2021-05-20 | 輝能科技股▲分▼有限公司Ｐｒｏｌｏｇｉｕｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． | リチウム電池構造およびその電極層 |
| CN117276468A (zh) * | 2023-11-23 | 2023-12-22 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 负极极片、电池和用电装置 |
| WO2024031216A1 (zh) * | 2022-08-08 | 2024-02-15 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 负极极片及其制备方法、二次电池、电池模块、电池包及用电装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3091626B1 (fr) * | 2019-01-08 | 2021-01-29 | Commissariat Energie Atomique | Electrodes negatives utilisables dans des accumulateurs fonctionnant selon le principe d’insertion et desinsertion ionique ou de formation d’alliage et accumulateur comprenant une telle electrode |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001236945A (ja) * | 2000-02-21 | 2001-08-31 | Furukawa Electric Co Ltd:The | リチウム電池用電極とその製造方法、およびそれを用いた電池 |
| JP2005093859A (ja) * | 2003-09-19 | 2005-04-07 | Nichicon Corp | 電気二重層キャパシタ |
| JP2010027891A (ja) * | 2008-07-22 | 2010-02-04 | Meidensha Corp | 電気化学素子 |
| JP2010080857A (ja) * | 2008-09-29 | 2010-04-08 | Hitachi Aic Inc | 電気二重層キャパシタおよびその製造方法 |
| JP2011003318A (ja) * | 2009-06-16 | 2011-01-06 | Nissan Motor Co Ltd | リチウムイオン二次電池 |
| JP2011199210A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-06 | Fuji Heavy Ind Ltd | 捲回型の蓄電デバイス |
-
2015
- 2015-01-15 WO PCT/JP2015/000150 patent/WO2015107893A1/ja active Application Filing
- 2015-01-15 JP JP2015557771A patent/JP6565000B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001236945A (ja) * | 2000-02-21 | 2001-08-31 | Furukawa Electric Co Ltd:The | リチウム電池用電極とその製造方法、およびそれを用いた電池 |
| JP2005093859A (ja) * | 2003-09-19 | 2005-04-07 | Nichicon Corp | 電気二重層キャパシタ |
| JP2010027891A (ja) * | 2008-07-22 | 2010-02-04 | Meidensha Corp | 電気化学素子 |
| JP2010080857A (ja) * | 2008-09-29 | 2010-04-08 | Hitachi Aic Inc | 電気二重層キャパシタおよびその製造方法 |
| JP2011003318A (ja) * | 2009-06-16 | 2011-01-06 | Nissan Motor Co Ltd | リチウムイオン二次電池 |
| JP2011199210A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-06 | Fuji Heavy Ind Ltd | 捲回型の蓄電デバイス |
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017104117A1 (ja) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | ソニー株式会社 | 電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム |
| US11631901B2 (en) | 2015-12-14 | 2023-04-18 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Battery, battery pack, electronic device, electric vehicle, electric storage device, and electric power system |
| CN108292776A (zh) * | 2015-12-14 | 2018-07-17 | 株式会社村田制作所 | 电池、电池组、电子设备、电动车辆、蓄电装置及电力系统 |
| CN108292776B (zh) * | 2015-12-14 | 2021-07-06 | 株式会社村田制作所 | 电池、电池组、电子设备、电动车辆、蓄电装置及电力系统 |
| JP2017111878A (ja) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | ソニー株式会社 | 電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム |
| EP3589443A4 (en) * | 2017-03-01 | 2021-01-20 | Global Energy Science, LLC | DETACHABLE PELLICLE GALVANIC FASTENING TOOL |
| JP2018170106A (ja) * | 2017-03-29 | 2018-11-01 | 三菱アルミニウム株式会社 | 蓄電デバイス集電体用孔開き金属箔及びその製造方法と電極及び該電極を備えた電池 |
| WO2018181278A1 (ja) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | 三菱アルミニウム株式会社 | 蓄電デバイス集電体用孔開き金属箔及びその製造方法 |
| JP6351050B1 (ja) * | 2017-03-29 | 2018-07-04 | 三菱アルミニウム株式会社 | 蓄電デバイス集電体用孔開き金属箔及びその製造方法と電極及び該電極を備えた電池 |
| JP2019096388A (ja) * | 2017-11-17 | 2019-06-20 | 三菱マテリアル株式会社 | 蓄電デバイス |
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| JP2019102379A (ja) * | 2017-12-07 | 2019-06-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 蓄電デバイス |
| EP3758033A4 (en) * | 2018-02-22 | 2021-12-08 | Musashi Energy Solutions Co., Ltd. | ENERGY STORAGE DEVICE, ENERGY STORAGE DEVICE ELECTRODE, AND METHOD OF MANUFACTURING said ENERGY STORAGE DEVICE AND ENERGY STORAGE DEVICE ELECTRODE |
| US20210090818A1 (en) * | 2018-02-22 | 2021-03-25 | Jm Energy Corporation | Power storage device, power storage device electrode, and a method for manufacturing said power storage device and power storage device electrode |
| JPWO2019163896A1 (ja) * | 2018-02-22 | 2021-03-04 | 武蔵エナジーソリューションズ株式会社 | 蓄電デバイス、蓄電デバイス用負極、及びそれらの製造方法 |
| KR20200124253A (ko) * | 2018-02-22 | 2020-11-02 | 제이에무에나지 가부시키가이샤 | 축전 디바이스, 축전 디바이스용 부극, 및 그들의 제조 방법 |
| WO2019163896A1 (ja) * | 2018-02-22 | 2019-08-29 | Jsr株式会社 | 蓄電デバイス、蓄電デバイス用負極、及びそれらの製造方法 |
| KR102574080B1 (ko) | 2018-02-22 | 2023-09-07 | 무사시 에너지 솔루션즈 가부시키가이샤 | 축전 디바이스, 축전 디바이스용 부극, 및 그들의 제조 방법 |
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