非水系蓄電デバイス
【課題】大容量・高電圧であって信頼性に優れた非水系蓄電デバイスを提供すること。
【解決手段】この非水系蓄電デバイス１１は、正極２１、負極３１及びセパレータ４１を積層してなる電極積層体５１を容器６１内に収容し、その容器６１内に有機電解質を注入してなる。負極電極３２は、電極積層体５１の厚さ方向から見て正極電極２２よりも広面積である。負極電極３２の外形線は、正極電極２２の外形線の外側に位置している。負極集電体３３は、電極積層体５１の厚さ方向から見て負極電極３２よりも広面積である。負極集電体３３の外周部には、プレドープ用のリチウム金属が貼付されるリチウム金属貼付部３７が設けられている。
【解決手段】この非水系蓄電デバイス１１は、正極２１、負極３１及びセパレータ４１を積層してなる電極積層体５１を容器６１内に収容し、その容器６１内に有機電解質を注入してなる。負極電極３２は、電極積層体５１の厚さ方向から見て正極電極２２よりも広面積である。負極電極３２の外形線は、正極電極２２の外形線の外側に位置している。負極集電体３３は、電極積層体５１の厚さ方向から見て負極電極３２よりも広面積である。負極集電体３３の外周部には、プレドープ用のリチウム金属が貼付されるリチウム金属貼付部３７が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大容量・高電圧の非水系蓄電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や風力発電等の負荷平準化装置、コンピュータ等に代表される電子機器の瞬時電圧低下対策装置、電気自動車やハイブリッドカーのエネルギー回生装置などのような蓄電システムにおいては、エネルギー容量が大きくてかつ急速充放電が可能な蓄電デバイスが必要とされる。そして、このような用途に有望な蓄電デバイスの一種として、近年、非水系蓄電デバイスが注目されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
現在、この種の蓄電デバイスの主流は、電気二重層機能を使用したキャパシタ（いわゆる電気二重層キャパシタ）である。しかしながら、電気二重層キャパシタは、容量が小さくて電圧が低いため、大容量・高電圧を実現しようとすると装置全体が大型化するという問題がある。そこで、この問題を解決しうる新たな蓄電デバイスとして、リチウムプレドープ型リチウムイオンキャパシタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このタイプのリチウムイオンキャパシタでは、リチウムの吸蔵及び放出が可能な材料からなる負極電極を用い、その負極電極にリチウムをプレドープすることにより、負極電位を下げている。その結果、電池として高い電圧を得ることができ、これによりエネルギー容量も大きくすることができるようになっている。
【０００４】
上記従来のリチウムイオンキャパシタは、正極、負極及びセパレータを積層してなる電極積層体を備えている。電流集中によるリチウム金属の析出を避けるため、一般的に負極は正極よりも大きく形成される。かかる電極積層体は例えば柔らかいアルミラミネート箔からなる容器内に収容され、その容器内はリチウムイオンを含んだ有機電解質で満たされている。
【０００５】
ところで、負極電極に対するリチウムのプレドープは、一般的に、負極集電体における所定領域（例えば負極集電体における張出部分）にリチウム金属箔を貼り付けることにより行われている。その具体例としては、全ての負極集電体の表裏面にリチウム金属箔を貼り付けるといった方法などが従来採用されている。
【特許文献１】特許第３８５９３５号公報（図１等参照）
【特許文献２】特開２００６−２８６９１９号公報（図１等参照）
【特許文献３】特許第３４８５９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のリチウムイオンキャパシタには下記の問題点があった。
【０００７】
例えば、負極電極の面積が正極電極と同等またはそれ以下の場合、言い換えると負極電極の外形線が正極電極の外形線の内側に位置している場合には、負極電極側に電流集中が起こりやすい。その際、正極電極にリチウム金属が析出することはないが、負極電極についてはリチウム金属が析出してしまう。なお、この現象は小電流のときには認められず、大電流（具体的には１００Ａ以上）を流したときに顕著になる。それゆえ、信頼性向上の観点から、リチウム金属が析出しにくい構造を採用する必要がある。
【０００８】
さらに、負極集電体上に貼付されたリチウム金属は、完全に拡散して無くなってしまうことが望ましいが、ときとして十分に拡散できずに溶け残ることがある。この場合、溶け残ったリチウム金属に対向して正極電極が配置されていると、正極電極が充放電に関与してしまい、リチウム金属析出のリスクが高くなる。その結果、充放電特性に悪影響を及ぼし、信頼性や性能が低下してしまう。
【０００９】
また、全ての負極集電体の表裏面にリチウム金属箔を貼り付ける従来技術の場合、リチウム金属を確実にドープさせることができるという利点がある。その反面、リチウム金属箔は薄い小片であるため取り扱い性が悪く、これを負極集電体に直接貼り付けるのには非常に手間が掛かるという欠点がある。従って、生産性向上等の観点から、もっと簡単にプレドープができて困難なく製造可能な構造のリチウムイオンキャパシタが望まれていた。同時に、リチウム金属をできるだけ早く均一にドーピングできる構造が望まれていた。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大容量・高電圧であって信頼性に優れた非水系蓄電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、炭素材料からなる正極電極を正極集電体上に形成した構造の正極と、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなる負極電極を負極集電体上に形成した構造の負極と、前記負極及び前記正極の間に介在されたセパレータとを備え、前記正極、前記負極及び前記セパレータを積層することにより電極積層体が構成されている非水系蓄電デバイスにおいて、前記負極電極は、前記電極積層体の厚さ方向から見て前記正極電極よりも広面積であり、かつその外形線が前記正極電極の外形線の外側に位置しており、前記負極集電体は、前記電極積層体の厚さ方向から見て前記負極電極よりも広面積であり、かつその外周部にリチウム金属貼付部が設けられていることを特徴とする非水系蓄電デバイスをその要旨とする。
【００１２】
請求項１に記載の発明によると、負極電極を正極電極よりも広面積とし、かつその外形線を正極電極の外形線の外側に位置させているため、大電流を流したときでも負極電極側への電流集中が回避され、リチウム金属の析出が防止される。また、負極集電体を負極電極よりも広面積とし、かつその外周部にリチウム金属貼付部を設けているが、当該リチウム金属貼付部と対向する位置には少なくとも正極電極は配置されていない。ゆえに、仮にリチウム金属が溶け残ったとしても、正極電極が充放電に関与するおそれはなく、好適な充放電特性が維持される。従って、大容量・高電圧という高い性能を有し、かつ、信頼性に優れた非水系蓄電デバイスを提供することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記リチウム金属貼付部に貼付されるリチウム金属がプレドープ用であることをその要旨とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記負極集電体は、前記電極積層体の厚さ方向から見たときの形状が矩形状であり、前記リチウム金属貼付部は、前記負極集電体における対向した二辺の近傍にそれぞれ設けられていることをその要旨とする。
【００１５】
従って、請求項３に記載の発明によると、上記の離間した２箇所に設けたリチウム金属貼付部にリチウム金属を貼付することで、リチウムイオンが二方向から同時に供給されるため、リチウムイオンを早く均一にドーピングすることができる。よって、比較的容易にリチウムイオンのプレドープを行うことが可能なリチウムイオンキャパシタとすることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記負極集電体は、前記電極積層体の厚さ方向から見たときの形状が一対の長辺及び一対の短辺を有する長方形状であり、前記リチウム金属貼付部は、前記負極集電体における前記一対の長辺の近傍にそれぞれ設けられ、前記負極集電体における前記一対の短辺のうちのいずれかには、負極外部端子に電気的に接続される接続部がそれぞれ突設されていることをその要旨とする。
【００１７】
従って、請求項４に記載の発明によると、負極集電体における一対の短辺の近傍に設けた場合に比べて広面積のリチウム金属貼付部を形成しやすく、しかもリチウムイオンの移動距離が短くなるため、リチウムイオンを早く均一にドーピングすることができる。よって、比較的容易にリチウムイオンのプレドープを行うことが可能なリチウムイオンキャパシタとすることができる。また、この構成であると、集電体と外部端子との溶接部の抵抗が大きくなりにくいため、大きな電位差の発生を防ぐための工夫が不要になり、比較的容易に設計することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記リチウム金属貼付部は、前記負極集電体における片側面にのみ設けられていることをその要旨とする。
【００１９】
従って、請求項５に記載の発明によると、負極集電体における両側面にリチウム金属を貼り付ける場合に比べて、貼付作業に要する労力が半減する。このため、比較的製造しやすくて安価な非水系蓄電デバイスとすることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項において、前記セパレータは、前記電極積層体の厚さ方向から見て前記正極電極よりも広面積であり、かつその外形線が前記正極電極の外側に位置していることをその要旨とする。
【００２１】
従って、請求項６に記載の発明によると、リチウム金属貼付部を設けた負極集電体の外周部とセパレータの外周部とが近接した状態となるので、そのリチウム金属貼付部にリチウム金属を貼付しておくと、リチウムイオンがセパレータ内を移動して速やかに拡散することができる。しかも、この構成によると、当該リチウム金属貼付部と同一面上にある負極電極にリチウムイオンを拡散させることができるばかりでなく、隣接する他の負極電極にもリチウムイオンを拡散させることができる。ゆえにこの構成は、片側面のみにリチウム金属を貼付する場合に有利である。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記セパレータは、前記リチウム金属貼付部が設けられた領域まで及んでいることをその要旨とする。
【００２３】
従って、請求項７に記載の発明によると、リチウム金属貼付部を設けた負極集電体の外周部とセパレータの外周部とがいっそう近接して対面した状態となるので、そのリチウム金属貼付部にリチウム金属を貼付しておくと、リチウムイオンがセパレータ内を移動して速やかに拡散することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上詳述したように、請求項１〜７に記載の発明によると、大容量・高電圧であって信頼性に優れた非水系蓄電デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［第１の実施形態］
【００２６】
以下、本発明の非水系蓄電デバイスを、リチウムプレドープ型リチウムイオンキャパシタに具体化した一実施の形態を図１〜図４に基づき詳細に説明する。図１は本実施形態のリチウムイオンキャパシタ１１の平面図、図２は上記リチウムイオンキャパシタ１１を構成する電極積層体５１の断面図、図３は電極積層体５１及びその構成部材の平面図及び分解断面図、図４は電極積層体５１の部分拡大断面図である。
【００２７】
図２等に示されるように、本実施形態のリチウムプレドープ型リチウムイオンキャパシタ１１は、正極２１、負極３１及びセパレータ４１を積層してなる電極積層体５１を備えている。なお、正極２１（負極３１）の枚数は図示されたものに限定されず、これよりも多くても少なくてもよい。
【００２８】
正極２１は、炭素材料からなる正極電極２２を正極集電体２３上に形成した構造を有している。
【００２９】
正極電極２２を形成する炭素材料の例としては、適度な粉砕処理が施された各種の天然黒鉛、合成黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛材料、炭素化処理されたメソカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、熱分解炭素、石油コークス、ピッチコークス及びニードルコークス等の炭素材料に黒鉛化処理を施した合成黒鉛材料、またはこれらの混合物等が挙げられる。これらの炭素材料は、必要に応じて導電剤及びバインダとともに混練され、成形される。
【００３０】
上記導電剤としては各種黒鉛材料やカーボンブラックが挙げられるが、なかでも導電性カーボンブラック類を使用することが好ましい。その具体例としては、チャンネルブラック、オイルファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等があるが、液体保持力に優れかつ電気抵抗が低いという点でアセチレンブラックを選択することが特に好ましい。
【００３１】
上記バインダとしては、有機電解質に対して不溶のものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素系樹脂、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリル酸及びポリアクリル酸ソーダ等の有機高分子化合物が好適である。
【００３２】
上記正極集電体２３は、正極電極２２を支持しつつ集電を行うための部材であって、例えばアルミニウム、ステンレス等のような導電性金属箔あるいは導電性金属板の使用が好適である。ステンレスは、リチウムと合金化せず、かつ、電気化学的酸化が起こりにくいという点で、好適な材料であるといえる。
【００３３】
正極集電体２３は容器６１内に収容可能な大きさであれば基本的に任意の平面視形状とすることができるが、通常は容器６１の外形形状と同様の形状とされる。例えば、平面視矩形状の容器６１を使用する場合には、それに合わせて正極集電体２３も平面視矩形状とされる。正極集電体２３の有する四辺のうちの一辺からは、接続部としてのタブ２４が突出している。このタブ２４は、導電性金属材料からなる正極外部端子２５に対して溶接により接合される。
【００３４】
負極３１は、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなる負極電極３２を負極集電体３３上に形成した構造を有している。ここで、リチウムイオンを供給する金属としては、リチウム金属単体のみを指すばかりでなく、リチウム−アルミニウム合金のように、少なくともリチウムを含有し、リチウムイオンを供給することができる物質全てを広く指している。
【００３５】
負極電極３２はリチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料によって形成される。その具体例としては、リチウム金属、リチウム−アルミニウム合金、黒鉛材料、易黒鉛化性炭素材料、難黒鉛化性炭素材料、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、一酸化珪素（ＳｉＯ）、一酸化錫（ＳｎＯ）、錫とリチウムとの複合酸化物（Ｌｉ２ＳｎＯ３）、リチウム・リン・ホウ素の複合酸化物（例えばＬｉＰ０．４Ｂ０．６Ｏ２．９）、等がある。これらのなかでも、黒鉛材料、易黒鉛化性炭素材料、難黒鉛化性炭素材料等の炭素材料は、可逆性が高い等の性質を有するため、負極材料として好適である。
【００３６】
負極電極３２を形成する炭素材料の例としては、適度な粉砕処理が施された各種の天然黒鉛、合成黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛材料、炭素化処理されたメソカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、熱分解炭素、石油コークス、ピッチコークス及びニードルコークス等の炭素材料、またはこれらの混合物等がある。ここに列挙した負極電極３２用の炭素材料は、必要に応じて導電剤及びバインダとともに混練され、成形される。なお、導電剤及びバインダとしては、正極電極２２の説明の際に例示した材料をそのまま使用することができる。
【００３７】
負極３１及び正極２１の間に介在されるセパレータ４１は、有機電解質や電極活物質等に対して耐久性があり、連通気孔を有する非導電性の多孔体等からなる。通常、ガラス繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなる布、不織布あるいは多孔体が用いられる。セパレータ４１の厚さは、キャパシタの内部抵抗を小さくするために薄いほうが好ましいが、有機電解質の保持量、流通性、強度等を勘案して適宜設定することができる。
【００３８】
かかるセパレータ４１には通常液状の有機電解質が含浸されているが、漏液を防止するためにゲル状または固体状にした有機電解質を用いることもできる。ここで前記有機電解質は、ドーピングされうるリチウムイオンを生成しうる化合物を、非プロトン性有機溶媒に溶解させてなるものである。上記化合物としては有機リチウム塩を挙げることができ、その好適例としては、ＬｉＰＦ６と表記されるリチウムヘキサフルオロフォスフェート、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２と表記されるリチウムビス（トリフルオロメタンスルホン）イミド、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２と表記されるリチウムビス（ペンタフルオロエタンスルホン）イミド等がある。また、上記非プロトン性有機溶媒の好適例としては、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、アセトニトリル（ＡＮ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）及びこれらの誘導体、あるいはそれらの混合溶媒等がある。
負極集電体３３は負極電極３２を支持しつつ集電を行うための部材であって、例えば銅、ニッケル、ステンレス等のような導電性金属箔あるいは導電性金属板の使用が好適である。負極集電体３３は容器６１内に収容可能な大きさであれば基本的に任意の平面視形状とすることができるが、通常は容器６１の外形形状と同様の形状とされる。例えば、平面視矩形状の容器６１を使用する場合には、それに合わせて負極集電体３３も平面視矩形状とされる。負極集電体３３の有する四辺のうちの一辺からは、接続部としてのタブ３４が突出している。このタブ３４は、導電性金属材料からなる負極外部端子３５に対して溶接により接合される。
【００３９】
本実施形態のリチウムイオンキャパシタ１１では、正極２１、負極３１及びセパレータ４１の寸法関係等について特徴的な構成を備えている。
【００４０】
図２，図３に示されるように、負極３１を構成する負極電極３２は、電極積層体５１の厚さ方向から見て（即ち平面視で）正極電極２２よりも広面積であり、かつその外形線が正極電極２２の外形線の外側に位置している。このような大きさにする理由は、電流集中によるリチウム金属の析出を避けるためである。
【００４１】
負極集電体３３は、電極積層体５１の厚さ方向から見て負極電極３２よりも広面積であり、かつその片側面の外周部にリチウム金属貼付部としてのリチウム貼付部３７が設けられている。本実施形態では、リチウム貼付部３７は、負極集電体３３における対向した二辺の近傍にて、それぞれ帯状に設けられている。
【００４２】
これらのリチウム貼付部３７上には、帯状にカットされたプレドープ用リチウム金属としてのリチウム金属箔１６が貼付される。リチウム金属箔１６は、リチウム貼付部３７に対して直接的に貼付されてもよいが、図示しない金属製支持体（例えば銅箔等）上に支持固定しておくことにより間接的に貼付されてもよい。後者の方法の利点は、リチウム金属箔１６の取り扱い性が向上し、それを配置する労力が従来に比べて軽減されることである。かかる労力の軽減はいわばプレドープのために払う労力の軽減を意味するが、このことはリチウムイオンキャパシタ１１の製造容易化にプラスに作用する。なお、プレドープが完了すると、通常、このリチウム金属箔１６は溶解して消失してしまう。
【００４３】
セパレータ４１は、電極積層体５１の厚さ方向から見て正極電極２２よりも広面積であり、かつその外形線が正極電極２２の外側に位置している。本実施形態では、セパレータ４１の大きさは負極集電体３３とほぼ同じ大きさとされている。従って、セパレータ４１の外形線は、リチウム金属箔１６が貼り付けられたリチウム貼付部３７が設けられた領域まで及んだ状態となっている。
【００４４】
各正極集電体２３から突出する各タブ２４は同じ辺の側に配置されるとともに、それらタブ２４は１枚の正極外部端子２５に溶接されている。その結果、各正極２１が正極外部端子２５に対して電気的に接続されている。各負極集電体３３から突出する各タブ３４は、各正極集電体２３から突出する各タブ２４と同じ辺の側に配置されるとともに、それらタブ３４は１枚の負極外部端子３５に溶接されている。その結果、各負極３１が負極外部端子３５に対して電気的に接続されている。そして、アルミラミネート箔からなる容器６１内に上記電極積層体５１を収容した場合、正極外部端子２５の一端及び負極外部端子３５の一端が容器６１の一辺から突出するようになっている。
【００４５】
次に、本実施形態のリチウムイオンキャパシタ１１を製造する方法の一例を図３等に基づいて説明する。
【００４６】
まず、正極２１、負極３１及びセパレータ４１を積層してなる電極積層体５１と、それを収容するための容器６１とを準備しておく。
【００４７】
正極２１の作製は下記の手順で行う。まず、炭素材料、導電剤及びバインダを含む混合スラリーを用意し、これを正極集電体２３である厚さ２０μｍのアルミニウム箔に塗布して、正極電極２２を形成する。正極電極２２の乾燥及びプレスを行った後、金型で所定サイズに裁断して、正極２１とする（図３（ｃ）参照）。負極３１の作製は下記の手順で行う。まず、炭素材料及びバインダを含む混合スラリーを用意し、これを負極集電体３３である厚さ１２μｍの銅箔に塗布して、負極電極３２を形成する。ただし、その際にはスラリーを塗らない部分を外周部に設定しておき、そこをリチウム貼付部３７とする。負極電極３２の乾燥及びプレスを行った後、金型で所定サイズに裁断して、負極３１とする。リチウム貼付部３７には、あらかじめリチウム金属箔１６を接合しておく（図３（ａ）参照）。
【００４８】
そして、正極２１及びリチウム金属箔１６付きの負極３１間にセパレータ４１（図３（ｂ）参照）を介在させて積層し、電極積層体５１とする（図３（ｄ），（ｅ）参照）。その後、各正極集電体２３の各タブ２４を正極外部端子２５に超音波溶接し、かつ、各負極集電体３３の各タブ３４を負極外部端子３５に超音波溶接する。
【００４９】
次に、容器６１の中に端子付きの電極積層体５１を収容して開口部を閉じる。この後、真空引きを行いつつ有機電解質を注入し、容器６１内の収容空間を有機電解質で確実に満たすようにする。さらに、容器６１を密閉して所定時間保持し、プレドープを進行させる。本実施形態の場合、負極３１の片側面にのみリチウム金属箔１６を設けているにもかかわらず、電極両面にリチウムイオンを十分に行き渡らせることができ、プレドープを速やかに進行させることができる（図４の太線矢印を参照）。以上の結果、図１に示すリチウムイオンキャパシタ１１が完成する。
【００５０】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００５１】
（１）本実施形態の場合、負極電極３２を正極電極２２よりも広面積とし、かつその外形線を正極電極２２の外形線の外側に位置させている。そのため、１００Ａを越える大電流を流したときでも、負極電極３２側への電流集中が回避され、リチウム金属の析出が防止される。また、負極集電体３３を負極電極３２よりも広面積とし、かつその外周部にリチウム貼付部３７を設けているが、当該リチウム貼付部３７と対向する位置には少なくとも正極電極２２は配置されていない。ゆえに、仮にリチウムが溶け残ったとしても、正極電極２２が充放電に関与するおそれはなく、好適な充放電特性が維持される。従って、大容量・高電圧という高い性能を有し、かつ、信頼性に優れたリチウムイオンキャパシタ１１を提供することができる。
【００５２】
（２）本実施形態では、リチウム貼付部３７を平面視矩形状の負極集電体３３における対向した二辺の近傍にそれぞれ設けている。従って、このように離間した２箇所に設けたリチウム貼付部３７にリチウム金属箔１６を貼付することで、負極電極３２に対しリチウムイオンが二方向から同時に供給される。そのため、リチウムイオンを早く均一にドーピングすることができる。よって、比較的容易にリチウムイオンのプレドープを行うことが可能なリチウムイオンキャパシタ１１とすることができる。
【００５３】
（３）本実施形態では、リチウム貼付部３７を負極集電体３３における片側面にのみ設けた結果、リチウム金属箔１６を負極集電体３３における片側面にのみ貼り付ける構成となっている。従って、負極集電体３３における両側面にリチウム金属箔１６を貼り付ける場合に比べて、貼付作業に要する労力が半減する。このため、比較的製造しやすくて安価なリチウムイオンキャパシタ１１とすることができる。
【００５４】
（４）本実施形態では、セパレータ４１は、平面視で正極電極２２よりも広面積であり、かつその外形線が正極電極２２の外側に位置し、リチウム貼付部３７が設けられた領域まで及んでいる。それゆえ、リチウム貼付部３７を設けた負極集電体３３の外周部とセパレータ４１の外周部とが近接して対面した状態となる（図４参照）。よって、そのリチウム貼付部３７にリチウムを貼付しておくと、リチウムイオンがセパレータ４１内を移動して速やかに拡散することができる。即ち、この構成によると、セパレータ４１が一種のリチウム拡散経路として機能する。しかも、この構成によると、当該リチウム貼付部３７と同一面上にある負極電極３２にリチウムイオンを拡散させることができるばかりでなく、隣接する他の負極電極３２にもリチウムイオンを拡散させることができる。ゆえにこの構成は、片側面のみにリチウム金属箔１６を貼付する本実施形態のような構造を採用する場合に、とりわけ有利である。
【００５５】
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００５６】
・上記実施形態では、負極集電体３３の外周部における片側面にのみリチウム金属箔１６を貼付したが、図５に示す別の実施形態のように、負極集電体３３の外周部における両側面にリチウム金属箔１６を貼付した構成を採用してもよい。
【００５７】
・上記実施形態では、ラミネートフィルム製の容器６１を用いてリチウムイオンキャパシタ１１を構成したが、当該容器６１のようなソフトケースに代わる収容体として、例えば、箱状のケース本体と上蓋とからなるハードケースを用いてもよい。
【００５８】
・上記実施形態では、正極外部端子２５及び負極外部端子３５を平面視で略正方形状の容器６１における一辺から突出させた構成としたが、例えば、図６，図７に示す別の実施形態のリチウムイオンキャパシタ１１１のような構成としてもよい。即ち、このリチウムイオンキャパシタ１１１の場合、容器１６１が平面視で長方形状となっていて、正極外部端子２５及び負極外部端子３５がその容器１６１における一対の短辺からそれぞれ突出している。この実施形態では、容器１６１と同様に電極積層体１５１も長方形状となっており、その構成部材である負極集電体３３も長方形状となっている。そして、負極集電体３３における一対の長辺の近傍にはリチウム貼付部３７が設けられ、そこにリチウム金属箔１６が貼付されている。一方、負極集電体３３における一対の短辺のうちのいずれかの近傍には、負極外部端子３５に電気的に接続されるタブ３４が突設されている。
【００５９】
上記の構成であると、広面積のリチウム貼付部３７を形成しやすく、しかもリチウムイオンの移動距離が短くなるため、リチウムイオンを早く均一にドーピングすることができる。よって、比較的容易にリチウムイオンのプレドープを行うことができる。また、この構成であると、負極集電体３３と負極外部端子３５との溶接部の抵抗が大きくなりにくいため、大きな電位差の発生を防ぐための工夫が不要になり、比較的容易に設計することができる
【００６０】
・上記実施形態では、本発明をリチウムプレドープ型リチウムイオンキャパシタ１１，１１１に具体化したが、リチウム以外のアルカリ金属をプレドープさせるタイプのアルカリ金属イオンキャパシタに具体化することもできる。あるいは、本発明を非水系二次電池や電気二重層キャパシタなどに具体化することもできる。
【００６１】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００６２】
（１）請求項１において、前記リチウム金属貼付部に貼付されるリチウム金属が、プレドープ用のリチウム金属箔であることを特徴とする非水系蓄電デバイス。
【００６３】
（２）請求項１において、前記リチウム金属貼付部に貼付されるリチウム金属が、金属製支持体上に支持固定されたプレドープ用のリチウム金属箔であり、前記金属製支持体は、前記リチウム金属貼付部に接着剤を用いて接着されることを特徴とする非水系蓄電デバイス。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施形態のリチウムイオンキャパシタの平面図。
【図２】上記リチウムイオンキャパシタを構成する電極積層体の断面図。
【図３】（ａ）は負極、（ｂ）はセパレータ、（ｃ）は正極、（ｄ）は電極積層体の平面図、（ｅ）は電極積層体の分解断面図。
【図４】実施形態の電極積層体の部分拡大断面図。
【図５】別の実施形態の電極積層体の部分拡大断面図。
【図６】別の実施形態のリチウムイオンキャパシタの平面図。
【図７】別の実施形態の電極積層体の平面図。
【符号の説明】
【００６５】
１１，１１１…非水系蓄電デバイスとしてのリチウムプレドープ型リチウムイオンキャパシタ
２１…正極
２２…正極電極
２３…正極集電体
３１…負極
３２…負極電極
３３…負極集電体
３４…接続部としてのタブ
３５…負極外部端子
３７…リチウム金属貼付部としてのリチウム貼付部
４１…セパレータ
５１，１５１…電極積層体
６１，１６１…容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大容量・高電圧の非水系蓄電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や風力発電等の負荷平準化装置、コンピュータ等に代表される電子機器の瞬時電圧低下対策装置、電気自動車やハイブリッドカーのエネルギー回生装置などのような蓄電システムにおいては、エネルギー容量が大きくてかつ急速充放電が可能な蓄電デバイスが必要とされる。そして、このような用途に有望な蓄電デバイスの一種として、近年、非水系蓄電デバイスが注目されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
現在、この種の蓄電デバイスの主流は、電気二重層機能を使用したキャパシタ（いわゆる電気二重層キャパシタ）である。しかしながら、電気二重層キャパシタは、容量が小さくて電圧が低いため、大容量・高電圧を実現しようとすると装置全体が大型化するという問題がある。そこで、この問題を解決しうる新たな蓄電デバイスとして、リチウムプレドープ型リチウムイオンキャパシタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このタイプのリチウムイオンキャパシタでは、リチウムの吸蔵及び放出が可能な材料からなる負極電極を用い、その負極電極にリチウムをプレドープすることにより、負極電位を下げている。その結果、電池として高い電圧を得ることができ、これによりエネルギー容量も大きくすることができるようになっている。
【０００４】
上記従来のリチウムイオンキャパシタは、正極、負極及びセパレータを積層してなる電極積層体を備えている。電流集中によるリチウム金属の析出を避けるため、一般的に負極は正極よりも大きく形成される。かかる電極積層体は例えば柔らかいアルミラミネート箔からなる容器内に収容され、その容器内はリチウムイオンを含んだ有機電解質で満たされている。
【０００５】
ところで、負極電極に対するリチウムのプレドープは、一般的に、負極集電体における所定領域（例えば負極集電体における張出部分）にリチウム金属箔を貼り付けることにより行われている。その具体例としては、全ての負極集電体の表裏面にリチウム金属箔を貼り付けるといった方法などが従来採用されている。
【特許文献１】特許第３８５９３５号公報（図１等参照）
【特許文献２】特開２００６−２８６９１９号公報（図１等参照）
【特許文献３】特許第３４８５９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のリチウムイオンキャパシタには下記の問題点があった。
【０００７】
例えば、負極電極の面積が正極電極と同等またはそれ以下の場合、言い換えると負極電極の外形線が正極電極の外形線の内側に位置している場合には、負極電極側に電流集中が起こりやすい。その際、正極電極にリチウム金属が析出することはないが、負極電極についてはリチウム金属が析出してしまう。なお、この現象は小電流のときには認められず、大電流（具体的には１００Ａ以上）を流したときに顕著になる。それゆえ、信頼性向上の観点から、リチウム金属が析出しにくい構造を採用する必要がある。
【０００８】
さらに、負極集電体上に貼付されたリチウム金属は、完全に拡散して無くなってしまうことが望ましいが、ときとして十分に拡散できずに溶け残ることがある。この場合、溶け残ったリチウム金属に対向して正極電極が配置されていると、正極電極が充放電に関与してしまい、リチウム金属析出のリスクが高くなる。その結果、充放電特性に悪影響を及ぼし、信頼性や性能が低下してしまう。
【０００９】
また、全ての負極集電体の表裏面にリチウム金属箔を貼り付ける従来技術の場合、リチウム金属を確実にドープさせることができるという利点がある。その反面、リチウム金属箔は薄い小片であるため取り扱い性が悪く、これを負極集電体に直接貼り付けるのには非常に手間が掛かるという欠点がある。従って、生産性向上等の観点から、もっと簡単にプレドープができて困難なく製造可能な構造のリチウムイオンキャパシタが望まれていた。同時に、リチウム金属をできるだけ早く均一にドーピングできる構造が望まれていた。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大容量・高電圧であって信頼性に優れた非水系蓄電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、炭素材料からなる正極電極を正極集電体上に形成した構造の正極と、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなる負極電極を負極集電体上に形成した構造の負極と、前記負極及び前記正極の間に介在されたセパレータとを備え、前記正極、前記負極及び前記セパレータを積層することにより電極積層体が構成されている非水系蓄電デバイスにおいて、前記負極電極は、前記電極積層体の厚さ方向から見て前記正極電極よりも広面積であり、かつその外形線が前記正極電極の外形線の外側に位置しており、前記負極集電体は、前記電極積層体の厚さ方向から見て前記負極電極よりも広面積であり、かつその外周部にリチウム金属貼付部が設けられていることを特徴とする非水系蓄電デバイスをその要旨とする。
【００１２】
請求項１に記載の発明によると、負極電極を正極電極よりも広面積とし、かつその外形線を正極電極の外形線の外側に位置させているため、大電流を流したときでも負極電極側への電流集中が回避され、リチウム金属の析出が防止される。また、負極集電体を負極電極よりも広面積とし、かつその外周部にリチウム金属貼付部を設けているが、当該リチウム金属貼付部と対向する位置には少なくとも正極電極は配置されていない。ゆえに、仮にリチウム金属が溶け残ったとしても、正極電極が充放電に関与するおそれはなく、好適な充放電特性が維持される。従って、大容量・高電圧という高い性能を有し、かつ、信頼性に優れた非水系蓄電デバイスを提供することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記リチウム金属貼付部に貼付されるリチウム金属がプレドープ用であることをその要旨とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記負極集電体は、前記電極積層体の厚さ方向から見たときの形状が矩形状であり、前記リチウム金属貼付部は、前記負極集電体における対向した二辺の近傍にそれぞれ設けられていることをその要旨とする。
【００１５】
従って、請求項３に記載の発明によると、上記の離間した２箇所に設けたリチウム金属貼付部にリチウム金属を貼付することで、リチウムイオンが二方向から同時に供給されるため、リチウムイオンを早く均一にドーピングすることができる。よって、比較的容易にリチウムイオンのプレドープを行うことが可能なリチウムイオンキャパシタとすることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記負極集電体は、前記電極積層体の厚さ方向から見たときの形状が一対の長辺及び一対の短辺を有する長方形状であり、前記リチウム金属貼付部は、前記負極集電体における前記一対の長辺の近傍にそれぞれ設けられ、前記負極集電体における前記一対の短辺のうちのいずれかには、負極外部端子に電気的に接続される接続部がそれぞれ突設されていることをその要旨とする。
【００１７】
従って、請求項４に記載の発明によると、負極集電体における一対の短辺の近傍に設けた場合に比べて広面積のリチウム金属貼付部を形成しやすく、しかもリチウムイオンの移動距離が短くなるため、リチウムイオンを早く均一にドーピングすることができる。よって、比較的容易にリチウムイオンのプレドープを行うことが可能なリチウムイオンキャパシタとすることができる。また、この構成であると、集電体と外部端子との溶接部の抵抗が大きくなりにくいため、大きな電位差の発生を防ぐための工夫が不要になり、比較的容易に設計することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、前記リチウム金属貼付部は、前記負極集電体における片側面にのみ設けられていることをその要旨とする。
【００１９】
従って、請求項５に記載の発明によると、負極集電体における両側面にリチウム金属を貼り付ける場合に比べて、貼付作業に要する労力が半減する。このため、比較的製造しやすくて安価な非水系蓄電デバイスとすることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項において、前記セパレータは、前記電極積層体の厚さ方向から見て前記正極電極よりも広面積であり、かつその外形線が前記正極電極の外側に位置していることをその要旨とする。
【００２１】
従って、請求項６に記載の発明によると、リチウム金属貼付部を設けた負極集電体の外周部とセパレータの外周部とが近接した状態となるので、そのリチウム金属貼付部にリチウム金属を貼付しておくと、リチウムイオンがセパレータ内を移動して速やかに拡散することができる。しかも、この構成によると、当該リチウム金属貼付部と同一面上にある負極電極にリチウムイオンを拡散させることができるばかりでなく、隣接する他の負極電極にもリチウムイオンを拡散させることができる。ゆえにこの構成は、片側面のみにリチウム金属を貼付する場合に有利である。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記セパレータは、前記リチウム金属貼付部が設けられた領域まで及んでいることをその要旨とする。
【００２３】
従って、請求項７に記載の発明によると、リチウム金属貼付部を設けた負極集電体の外周部とセパレータの外周部とがいっそう近接して対面した状態となるので、そのリチウム金属貼付部にリチウム金属を貼付しておくと、リチウムイオンがセパレータ内を移動して速やかに拡散することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上詳述したように、請求項１〜７に記載の発明によると、大容量・高電圧であって信頼性に優れた非水系蓄電デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［第１の実施形態］
【００２６】
以下、本発明の非水系蓄電デバイスを、リチウムプレドープ型リチウムイオンキャパシタに具体化した一実施の形態を図１〜図４に基づき詳細に説明する。図１は本実施形態のリチウムイオンキャパシタ１１の平面図、図２は上記リチウムイオンキャパシタ１１を構成する電極積層体５１の断面図、図３は電極積層体５１及びその構成部材の平面図及び分解断面図、図４は電極積層体５１の部分拡大断面図である。
【００２７】
図２等に示されるように、本実施形態のリチウムプレドープ型リチウムイオンキャパシタ１１は、正極２１、負極３１及びセパレータ４１を積層してなる電極積層体５１を備えている。なお、正極２１（負極３１）の枚数は図示されたものに限定されず、これよりも多くても少なくてもよい。
【００２８】
正極２１は、炭素材料からなる正極電極２２を正極集電体２３上に形成した構造を有している。
【００２９】
正極電極２２を形成する炭素材料の例としては、適度な粉砕処理が施された各種の天然黒鉛、合成黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛材料、炭素化処理されたメソカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、熱分解炭素、石油コークス、ピッチコークス及びニードルコークス等の炭素材料に黒鉛化処理を施した合成黒鉛材料、またはこれらの混合物等が挙げられる。これらの炭素材料は、必要に応じて導電剤及びバインダとともに混練され、成形される。
【００３０】
上記導電剤としては各種黒鉛材料やカーボンブラックが挙げられるが、なかでも導電性カーボンブラック類を使用することが好ましい。その具体例としては、チャンネルブラック、オイルファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等があるが、液体保持力に優れかつ電気抵抗が低いという点でアセチレンブラックを選択することが特に好ましい。
【００３１】
上記バインダとしては、有機電解質に対して不溶のものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素系樹脂、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリル酸及びポリアクリル酸ソーダ等の有機高分子化合物が好適である。
【００３２】
上記正極集電体２３は、正極電極２２を支持しつつ集電を行うための部材であって、例えばアルミニウム、ステンレス等のような導電性金属箔あるいは導電性金属板の使用が好適である。ステンレスは、リチウムと合金化せず、かつ、電気化学的酸化が起こりにくいという点で、好適な材料であるといえる。
【００３３】
正極集電体２３は容器６１内に収容可能な大きさであれば基本的に任意の平面視形状とすることができるが、通常は容器６１の外形形状と同様の形状とされる。例えば、平面視矩形状の容器６１を使用する場合には、それに合わせて正極集電体２３も平面視矩形状とされる。正極集電体２３の有する四辺のうちの一辺からは、接続部としてのタブ２４が突出している。このタブ２４は、導電性金属材料からなる正極外部端子２５に対して溶接により接合される。
【００３４】
負極３１は、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなる負極電極３２を負極集電体３３上に形成した構造を有している。ここで、リチウムイオンを供給する金属としては、リチウム金属単体のみを指すばかりでなく、リチウム−アルミニウム合金のように、少なくともリチウムを含有し、リチウムイオンを供給することができる物質全てを広く指している。
【００３５】
負極電極３２はリチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料によって形成される。その具体例としては、リチウム金属、リチウム−アルミニウム合金、黒鉛材料、易黒鉛化性炭素材料、難黒鉛化性炭素材料、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、一酸化珪素（ＳｉＯ）、一酸化錫（ＳｎＯ）、錫とリチウムとの複合酸化物（Ｌｉ２ＳｎＯ３）、リチウム・リン・ホウ素の複合酸化物（例えばＬｉＰ０．４Ｂ０．６Ｏ２．９）、等がある。これらのなかでも、黒鉛材料、易黒鉛化性炭素材料、難黒鉛化性炭素材料等の炭素材料は、可逆性が高い等の性質を有するため、負極材料として好適である。
【００３６】
負極電極３２を形成する炭素材料の例としては、適度な粉砕処理が施された各種の天然黒鉛、合成黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛材料、炭素化処理されたメソカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、熱分解炭素、石油コークス、ピッチコークス及びニードルコークス等の炭素材料、またはこれらの混合物等がある。ここに列挙した負極電極３２用の炭素材料は、必要に応じて導電剤及びバインダとともに混練され、成形される。なお、導電剤及びバインダとしては、正極電極２２の説明の際に例示した材料をそのまま使用することができる。
【００３７】
負極３１及び正極２１の間に介在されるセパレータ４１は、有機電解質や電極活物質等に対して耐久性があり、連通気孔を有する非導電性の多孔体等からなる。通常、ガラス繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなる布、不織布あるいは多孔体が用いられる。セパレータ４１の厚さは、キャパシタの内部抵抗を小さくするために薄いほうが好ましいが、有機電解質の保持量、流通性、強度等を勘案して適宜設定することができる。
【００３８】
かかるセパレータ４１には通常液状の有機電解質が含浸されているが、漏液を防止するためにゲル状または固体状にした有機電解質を用いることもできる。ここで前記有機電解質は、ドーピングされうるリチウムイオンを生成しうる化合物を、非プロトン性有機溶媒に溶解させてなるものである。上記化合物としては有機リチウム塩を挙げることができ、その好適例としては、ＬｉＰＦ６と表記されるリチウムヘキサフルオロフォスフェート、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２と表記されるリチウムビス（トリフルオロメタンスルホン）イミド、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２と表記されるリチウムビス（ペンタフルオロエタンスルホン）イミド等がある。また、上記非プロトン性有機溶媒の好適例としては、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、アセトニトリル（ＡＮ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）及びこれらの誘導体、あるいはそれらの混合溶媒等がある。
負極集電体３３は負極電極３２を支持しつつ集電を行うための部材であって、例えば銅、ニッケル、ステンレス等のような導電性金属箔あるいは導電性金属板の使用が好適である。負極集電体３３は容器６１内に収容可能な大きさであれば基本的に任意の平面視形状とすることができるが、通常は容器６１の外形形状と同様の形状とされる。例えば、平面視矩形状の容器６１を使用する場合には、それに合わせて負極集電体３３も平面視矩形状とされる。負極集電体３３の有する四辺のうちの一辺からは、接続部としてのタブ３４が突出している。このタブ３４は、導電性金属材料からなる負極外部端子３５に対して溶接により接合される。
【００３９】
本実施形態のリチウムイオンキャパシタ１１では、正極２１、負極３１及びセパレータ４１の寸法関係等について特徴的な構成を備えている。
【００４０】
図２，図３に示されるように、負極３１を構成する負極電極３２は、電極積層体５１の厚さ方向から見て（即ち平面視で）正極電極２２よりも広面積であり、かつその外形線が正極電極２２の外形線の外側に位置している。このような大きさにする理由は、電流集中によるリチウム金属の析出を避けるためである。
【００４１】
負極集電体３３は、電極積層体５１の厚さ方向から見て負極電極３２よりも広面積であり、かつその片側面の外周部にリチウム金属貼付部としてのリチウム貼付部３７が設けられている。本実施形態では、リチウム貼付部３７は、負極集電体３３における対向した二辺の近傍にて、それぞれ帯状に設けられている。
【００４２】
これらのリチウム貼付部３７上には、帯状にカットされたプレドープ用リチウム金属としてのリチウム金属箔１６が貼付される。リチウム金属箔１６は、リチウム貼付部３７に対して直接的に貼付されてもよいが、図示しない金属製支持体（例えば銅箔等）上に支持固定しておくことにより間接的に貼付されてもよい。後者の方法の利点は、リチウム金属箔１６の取り扱い性が向上し、それを配置する労力が従来に比べて軽減されることである。かかる労力の軽減はいわばプレドープのために払う労力の軽減を意味するが、このことはリチウムイオンキャパシタ１１の製造容易化にプラスに作用する。なお、プレドープが完了すると、通常、このリチウム金属箔１６は溶解して消失してしまう。
【００４３】
セパレータ４１は、電極積層体５１の厚さ方向から見て正極電極２２よりも広面積であり、かつその外形線が正極電極２２の外側に位置している。本実施形態では、セパレータ４１の大きさは負極集電体３３とほぼ同じ大きさとされている。従って、セパレータ４１の外形線は、リチウム金属箔１６が貼り付けられたリチウム貼付部３７が設けられた領域まで及んだ状態となっている。
【００４４】
各正極集電体２３から突出する各タブ２４は同じ辺の側に配置されるとともに、それらタブ２４は１枚の正極外部端子２５に溶接されている。その結果、各正極２１が正極外部端子２５に対して電気的に接続されている。各負極集電体３３から突出する各タブ３４は、各正極集電体２３から突出する各タブ２４と同じ辺の側に配置されるとともに、それらタブ３４は１枚の負極外部端子３５に溶接されている。その結果、各負極３１が負極外部端子３５に対して電気的に接続されている。そして、アルミラミネート箔からなる容器６１内に上記電極積層体５１を収容した場合、正極外部端子２５の一端及び負極外部端子３５の一端が容器６１の一辺から突出するようになっている。
【００４５】
次に、本実施形態のリチウムイオンキャパシタ１１を製造する方法の一例を図３等に基づいて説明する。
【００４６】
まず、正極２１、負極３１及びセパレータ４１を積層してなる電極積層体５１と、それを収容するための容器６１とを準備しておく。
【００４７】
正極２１の作製は下記の手順で行う。まず、炭素材料、導電剤及びバインダを含む混合スラリーを用意し、これを正極集電体２３である厚さ２０μｍのアルミニウム箔に塗布して、正極電極２２を形成する。正極電極２２の乾燥及びプレスを行った後、金型で所定サイズに裁断して、正極２１とする（図３（ｃ）参照）。負極３１の作製は下記の手順で行う。まず、炭素材料及びバインダを含む混合スラリーを用意し、これを負極集電体３３である厚さ１２μｍの銅箔に塗布して、負極電極３２を形成する。ただし、その際にはスラリーを塗らない部分を外周部に設定しておき、そこをリチウム貼付部３７とする。負極電極３２の乾燥及びプレスを行った後、金型で所定サイズに裁断して、負極３１とする。リチウム貼付部３７には、あらかじめリチウム金属箔１６を接合しておく（図３（ａ）参照）。
【００４８】
そして、正極２１及びリチウム金属箔１６付きの負極３１間にセパレータ４１（図３（ｂ）参照）を介在させて積層し、電極積層体５１とする（図３（ｄ），（ｅ）参照）。その後、各正極集電体２３の各タブ２４を正極外部端子２５に超音波溶接し、かつ、各負極集電体３３の各タブ３４を負極外部端子３５に超音波溶接する。
【００４９】
次に、容器６１の中に端子付きの電極積層体５１を収容して開口部を閉じる。この後、真空引きを行いつつ有機電解質を注入し、容器６１内の収容空間を有機電解質で確実に満たすようにする。さらに、容器６１を密閉して所定時間保持し、プレドープを進行させる。本実施形態の場合、負極３１の片側面にのみリチウム金属箔１６を設けているにもかかわらず、電極両面にリチウムイオンを十分に行き渡らせることができ、プレドープを速やかに進行させることができる（図４の太線矢印を参照）。以上の結果、図１に示すリチウムイオンキャパシタ１１が完成する。
【００５０】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００５１】
（１）本実施形態の場合、負極電極３２を正極電極２２よりも広面積とし、かつその外形線を正極電極２２の外形線の外側に位置させている。そのため、１００Ａを越える大電流を流したときでも、負極電極３２側への電流集中が回避され、リチウム金属の析出が防止される。また、負極集電体３３を負極電極３２よりも広面積とし、かつその外周部にリチウム貼付部３７を設けているが、当該リチウム貼付部３７と対向する位置には少なくとも正極電極２２は配置されていない。ゆえに、仮にリチウムが溶け残ったとしても、正極電極２２が充放電に関与するおそれはなく、好適な充放電特性が維持される。従って、大容量・高電圧という高い性能を有し、かつ、信頼性に優れたリチウムイオンキャパシタ１１を提供することができる。
【００５２】
（２）本実施形態では、リチウム貼付部３７を平面視矩形状の負極集電体３３における対向した二辺の近傍にそれぞれ設けている。従って、このように離間した２箇所に設けたリチウム貼付部３７にリチウム金属箔１６を貼付することで、負極電極３２に対しリチウムイオンが二方向から同時に供給される。そのため、リチウムイオンを早く均一にドーピングすることができる。よって、比較的容易にリチウムイオンのプレドープを行うことが可能なリチウムイオンキャパシタ１１とすることができる。
【００５３】
（３）本実施形態では、リチウム貼付部３７を負極集電体３３における片側面にのみ設けた結果、リチウム金属箔１６を負極集電体３３における片側面にのみ貼り付ける構成となっている。従って、負極集電体３３における両側面にリチウム金属箔１６を貼り付ける場合に比べて、貼付作業に要する労力が半減する。このため、比較的製造しやすくて安価なリチウムイオンキャパシタ１１とすることができる。
【００５４】
（４）本実施形態では、セパレータ４１は、平面視で正極電極２２よりも広面積であり、かつその外形線が正極電極２２の外側に位置し、リチウム貼付部３７が設けられた領域まで及んでいる。それゆえ、リチウム貼付部３７を設けた負極集電体３３の外周部とセパレータ４１の外周部とが近接して対面した状態となる（図４参照）。よって、そのリチウム貼付部３７にリチウムを貼付しておくと、リチウムイオンがセパレータ４１内を移動して速やかに拡散することができる。即ち、この構成によると、セパレータ４１が一種のリチウム拡散経路として機能する。しかも、この構成によると、当該リチウム貼付部３７と同一面上にある負極電極３２にリチウムイオンを拡散させることができるばかりでなく、隣接する他の負極電極３２にもリチウムイオンを拡散させることができる。ゆえにこの構成は、片側面のみにリチウム金属箔１６を貼付する本実施形態のような構造を採用する場合に、とりわけ有利である。
【００５５】
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
【００５６】
・上記実施形態では、負極集電体３３の外周部における片側面にのみリチウム金属箔１６を貼付したが、図５に示す別の実施形態のように、負極集電体３３の外周部における両側面にリチウム金属箔１６を貼付した構成を採用してもよい。
【００５７】
・上記実施形態では、ラミネートフィルム製の容器６１を用いてリチウムイオンキャパシタ１１を構成したが、当該容器６１のようなソフトケースに代わる収容体として、例えば、箱状のケース本体と上蓋とからなるハードケースを用いてもよい。
【００５８】
・上記実施形態では、正極外部端子２５及び負極外部端子３５を平面視で略正方形状の容器６１における一辺から突出させた構成としたが、例えば、図６，図７に示す別の実施形態のリチウムイオンキャパシタ１１１のような構成としてもよい。即ち、このリチウムイオンキャパシタ１１１の場合、容器１６１が平面視で長方形状となっていて、正極外部端子２５及び負極外部端子３５がその容器１６１における一対の短辺からそれぞれ突出している。この実施形態では、容器１６１と同様に電極積層体１５１も長方形状となっており、その構成部材である負極集電体３３も長方形状となっている。そして、負極集電体３３における一対の長辺の近傍にはリチウム貼付部３７が設けられ、そこにリチウム金属箔１６が貼付されている。一方、負極集電体３３における一対の短辺のうちのいずれかの近傍には、負極外部端子３５に電気的に接続されるタブ３４が突設されている。
【００５９】
上記の構成であると、広面積のリチウム貼付部３７を形成しやすく、しかもリチウムイオンの移動距離が短くなるため、リチウムイオンを早く均一にドーピングすることができる。よって、比較的容易にリチウムイオンのプレドープを行うことができる。また、この構成であると、負極集電体３３と負極外部端子３５との溶接部の抵抗が大きくなりにくいため、大きな電位差の発生を防ぐための工夫が不要になり、比較的容易に設計することができる
【００６０】
・上記実施形態では、本発明をリチウムプレドープ型リチウムイオンキャパシタ１１，１１１に具体化したが、リチウム以外のアルカリ金属をプレドープさせるタイプのアルカリ金属イオンキャパシタに具体化することもできる。あるいは、本発明を非水系二次電池や電気二重層キャパシタなどに具体化することもできる。
【００６１】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００６２】
（１）請求項１において、前記リチウム金属貼付部に貼付されるリチウム金属が、プレドープ用のリチウム金属箔であることを特徴とする非水系蓄電デバイス。
【００６３】
（２）請求項１において、前記リチウム金属貼付部に貼付されるリチウム金属が、金属製支持体上に支持固定されたプレドープ用のリチウム金属箔であり、前記金属製支持体は、前記リチウム金属貼付部に接着剤を用いて接着されることを特徴とする非水系蓄電デバイス。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施形態のリチウムイオンキャパシタの平面図。
【図２】上記リチウムイオンキャパシタを構成する電極積層体の断面図。
【図３】（ａ）は負極、（ｂ）はセパレータ、（ｃ）は正極、（ｄ）は電極積層体の平面図、（ｅ）は電極積層体の分解断面図。
【図４】実施形態の電極積層体の部分拡大断面図。
【図５】別の実施形態の電極積層体の部分拡大断面図。
【図６】別の実施形態のリチウムイオンキャパシタの平面図。
【図７】別の実施形態の電極積層体の平面図。
【符号の説明】
【００６５】
１１，１１１…非水系蓄電デバイスとしてのリチウムプレドープ型リチウムイオンキャパシタ
２１…正極
２２…正極電極
２３…正極集電体
３１…負極
３２…負極電極
３３…負極集電体
３４…接続部としてのタブ
３５…負極外部端子
３７…リチウム金属貼付部としてのリチウム貼付部
４１…セパレータ
５１，１５１…電極積層体
６１，１６１…容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素材料からなる正極電極を正極集電体上に形成した構造の正極と、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなる負極電極を負極集電体上に形成した構造の負極と、前記負極及び前記正極の間に介在されたセパレータとを備え、前記正極、前記負極及び前記セパレータを積層することにより電極積層体が構成されている非水系蓄電デバイスにおいて、
前記負極電極は、前記電極積層体の厚さ方向から見て前記正極電極よりも広面積であり、かつその外形線が前記正極電極の外形線の外側に位置しており、前記負極集電体は、前記電極積層体の厚さ方向から見て前記負極電極よりも広面積であり、かつその外周部にリチウム金属貼付部が設けられていることを特徴とする非水系蓄電デバイス。
【請求項２】
前記リチウム金属貼付部に貼付されるリチウム金属がプレドープ用であることを特徴とする請求項１に記載の非水系蓄電デバイス。
【請求項３】
前記負極集電体は、前記電極積層体の厚さ方向から見たときの形状が矩形状であり、前記リチウム金属貼付部は、前記負極集電体における対向した二辺の近傍にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の非水系蓄電デバイス。
【請求項４】
前記負極集電体は、前記電極積層体の厚さ方向から見たときの形状が一対の長辺及び一対の短辺を有する長方形状であり、前記リチウム金属貼付部は、前記負極集電体における前記一対の長辺の近傍にそれぞれ設けられ、前記負極集電体における前記一対の短辺のうちのいずれかには、負極外部端子に電気的に接続される接続部がそれぞれ突設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非水系蓄電デバイス。
【請求項５】
前記リチウム金属貼付部は、前記負極集電体における片側面にのみ設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非水系蓄電デバイス。
【請求項６】
前記セパレータは、前記電極積層体の厚さ方向から見て前記正極電極よりも広面積であり、かつその外形線が前記正極電極の外側に位置していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の非水系蓄電デバイス。
【請求項７】
前記セパレータは、前記リチウム金属貼付部が設けられた領域まで及んでいることを特徴とする請求項６に記載の非水系蓄電デバイス。
【請求項１】
炭素材料からなる正極電極を正極集電体上に形成した構造の正極と、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなる負極電極を負極集電体上に形成した構造の負極と、前記負極及び前記正極の間に介在されたセパレータとを備え、前記正極、前記負極及び前記セパレータを積層することにより電極積層体が構成されている非水系蓄電デバイスにおいて、
前記負極電極は、前記電極積層体の厚さ方向から見て前記正極電極よりも広面積であり、かつその外形線が前記正極電極の外形線の外側に位置しており、前記負極集電体は、前記電極積層体の厚さ方向から見て前記負極電極よりも広面積であり、かつその外周部にリチウム金属貼付部が設けられていることを特徴とする非水系蓄電デバイス。
【請求項２】
前記リチウム金属貼付部に貼付されるリチウム金属がプレドープ用であることを特徴とする請求項１に記載の非水系蓄電デバイス。
【請求項３】
前記負極集電体は、前記電極積層体の厚さ方向から見たときの形状が矩形状であり、前記リチウム金属貼付部は、前記負極集電体における対向した二辺の近傍にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の非水系蓄電デバイス。
【請求項４】
前記負極集電体は、前記電極積層体の厚さ方向から見たときの形状が一対の長辺及び一対の短辺を有する長方形状であり、前記リチウム金属貼付部は、前記負極集電体における前記一対の長辺の近傍にそれぞれ設けられ、前記負極集電体における前記一対の短辺のうちのいずれかには、負極外部端子に電気的に接続される接続部がそれぞれ突設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非水系蓄電デバイス。
【請求項５】
前記リチウム金属貼付部は、前記負極集電体における片側面にのみ設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非水系蓄電デバイス。
【請求項６】
前記セパレータは、前記電極積層体の厚さ方向から見て前記正極電極よりも広面積であり、かつその外形線が前記正極電極の外側に位置していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の非水系蓄電デバイス。
【請求項７】
前記セパレータは、前記リチウム金属貼付部が設けられた領域まで及んでいることを特徴とする請求項６に記載の非水系蓄電デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−３０５６４８（Ｐ２００８−３０５６４８Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５１０４３（Ｐ２００７−１５１０４３）
【出願日】平成１９年６月６日（２００７．６．６）
【出願人】（０００２３７７２１）ＦＤＫ株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月６日（２００７．６．６）
【出願人】（０００２３７７２１）ＦＤＫ株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
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