JP2009059732A - リチウムイオンキャパシタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】貫通孔を有する正極集電体1aの正極1と、貫通孔を有する負極集電体上2aの負極2と、リチウム塩の非プロトン性有機溶媒液の電解液と、負極2および/または正極1に予め担持させるリチウムイオンを供給するリチウムイオン供給源4と、リチウムイオン供給源4、正極1及び負極2の間に設けられるセパレータ3とを備え、正極活物質がリチウムイオンおよび/またはアニオンを可逆的に担持可能な物質で、負極活物質がリチウムイオンを可逆的に担持可能な物質で、リチウムイオン供給源4と隣接する正極1および/または負極2との間を40〜120μmの範囲に、少なくとも2枚以上のセパレータを挟装させてなるリチウムイオンキャパシタ。
【選択図】図1
Description
なお、負極活物質の厚さは、セルのエネルギー密度を確保できるように正極活物質との厚さのバランスで設計されるが、セルの出力密度とエネルギー密度、工業的生産性等を考慮すると、集電体の片面で通常、15〜100μm、好ましくは20〜80μmである。
本発明では、層間に複数枚のセパレータを入れた効果をより確実なものにするには、セパレータ複数枚の厚さの合計が、好ましくは、40〜120μm、更に好ましくは、40〜80μmである。
(実施例1)
(負極2−1の製造法)
厚さ0.5mmのフェノール樹脂成形板をシリコニット電気炉中に入れ、窒素雰囲気下で500℃まで50℃/時間の速度で、更に10℃/時間の速度で660℃まで昇温し、熱処理して、PASを合成した。かくして得られたPAS板をディスクミルで粉砕することにより、PAS粉体を得た。このPAS粉体のH/C比は0.21であった。
(正極1−1の製造法)
市販の比表面積が1950m2/g活性炭粉末100重量部とポリフッ化ビニリデン粉末10重量部をN−メチルピロリドン100重量部に溶解した溶液とを充分に混合することによりスラリーを得た。該スラリーをカーボン系導電塗料をコーティングした厚さ20μmのアルミニウム箔片面に固形分にして約7mg/cm2程度になるよう塗工し、乾燥、プレス後正極1−1を得た。
(正極1−1の単位重量当たりの静電容量測定)
上記正極を1.5×2.0cm2サイズに切り出し、評価用正極とした。正極と対極として1.5×2.0cm2サイズ、厚み200μmの金属リチウムを厚さ50μmのポリエチレン製不織布をセパレーターとして介し模擬セルを組んだ。
(負極2−1の単位重量当たりの静電容量測定)
上記負極を1.5×2.0cm2サイズに4枚切り出し、評価用負極とした。負極と対極として1.5×2.0cm2サイズ、厚み200μmの金属リチウムを厚さ50μmのポリエチレン製不織布をセパレーターとして介し模擬セルを組んだ。参照極として金属リチウムを用いた。電解液としては、プロピレンカーボネートに、1モル/lの濃度にLiPF6を溶解した溶液を用いた。
(負極2−2の製造法)
厚さ29μm(気孔率50%)の銅製エキスパンドメタル(日本金属工業株式会社製)両面に上記負極2−1のスラリーをダイコーターにて成形し、プレス後負極全体の厚さ(両面の負極電極層厚さと負極集電体厚さの合計)が145μmの負極2−2を得た。
(正極1−2の製造法)
厚さ35μm(気孔率50%)のアルミニウム製エキスパンドメタル(日本金属工業株式会社製)両面に非水系のカーボン系導電塗料(日本アチソン株式会社製:EB−815)をスプレー方式にてコーティングし、乾燥することにより導電層が形成された正極用集電体を得た。
(電極積層体の作製)
厚さ145μmの負極2−2と、厚さ310μmの正極1−2を図3に示すような形状でそれぞれ、6.0×7.5cm2(端子溶接部を除く)にカットし、セパレータとして厚さ35μmのセルロース/レーヨン混合不織布を用いて、図1に示したように正極集電体、負極集電体の端子溶接部がそれぞれ反対側になるよう配置し、正極、負極の対向面が20層になるよう積層した。
(セル1の作製)
リチウム極として、リチウム金属箔(170μm、5.9×7.4cm2、400mAh/g相当)を厚さ29μmの銅製エキスパンドメタルに圧着したものを用い、負極と完全に対向するように電極積層体の下部に1枚配置し三極積層ユニットを得た。なお、リチウム極集電体の端子溶接部(2枚)は負極端子溶接部に抵抗溶接した。尚、リチウム金属の負極との対向面積の負極面積に対する比率は、97.0%である。
(負極の評価)
セル組み立て後20日間放置後にしぼり部の厚みを測定し、1セル分解した。このとき、リチウム金属は完全になくなっていることを確認した。このセルの最下層(リチウム金属と隣接した)の負極を取出し、前述の要領で負極活物質の単位重量当たりの静電容量を求めた。結果を表2に示す。
電極積層体の作製において、正負極間、最上部および最下部に各1枚のセパレータ(厚さ35μm)を配置させて、実施例1と同様のセルを作製した。
電極積層体の作製において、正負極間、最上部に各1枚のセパレータを配置させて、最下部には2枚のセパレータを配置させた実施例1と同様のセルを作製した。
セル組み立て後20日間放置後にしぼり部の厚みを測定し、1セル分解した。このとき、リチウム金属は完全になくなっていることを確認した。このセルの最下層(リチウム金属と隣接した)の負極を取出し、前述の要領で負極活物質の単位重量当たりの静電容量を求めた。結果を表4に示す。
電極積層体の作製において、正負極間、最上部および最下部に各1枚のセパレータを配置させて、実施例1と同様のセルを作製した。このとき、セパレータは厚みが40μm(実施例3)、30μm(比較例2)、50μm(実施例4)のものをそれぞれに使用した。
1a 正極集電体
2 負極
2a 負極集電体
3 セパレータ
4 リチウム金属
4a リチウム極集電体
5 外装容器
6 取出し部
7 取出し部
8 リチウム極取出し部
9 正極接続端子
10 負極接続端子
11 電極積層体
12 孔
Claims (8)
- 表裏面を貫通する孔を有する正極集電体上に形成された正極と、表裏面を貫通する孔を有する負極集電体上に形成された負極と、リチウム塩の非プロトン性有機溶媒液からなる電解液と、前記負極および/または前記正極に電気化学的接触により予め担持させるリチウムイオンを供給するリチウムイオン供給源と、該リチウムイオン供給源、前記正極及び前記負極の間に設けられるセパレータとを備え、前記正極および/または前記負極とが交互に3層以上積層されてなるリチウムイオンキャパシタであって、
前記正極の正極活物質がリチウムイオンおよび/またはアニオンを可逆的に担持可能な物質を含み、前記負極の負極活物質がリチウムイオンを可逆的に担持可能な物質を含み、所定位置に設けられた前記リチウムイオン供給源と隣接する前記正極および/または前記負極との間を40〜120μmの範囲にすべく、少なくとも2枚以上のセパレータを挟装させてなることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。 - 前記3層以上に積層されてなるリチウムイオンキャパシタの最外層を負極とし、該最外層の負極のさらに外側に前記セパレータを介して前記リチウム供給源を設けてなることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 表裏面を貫通する孔を有する正極集電体上に形成された正極と、表裏面を貫通する孔を有する負極集電体上に形成された負極と、リチウム塩の非プロトン性有機溶媒液からなる電解液と、前記負極および/または前記正極に電気化学的接触により予め担持させるリチウムイオンを供給するリチウムイオン供給源と、該リチウムイオン供給源、前記正極及び前記負極の間に設けられるセパレータとを備え、前記正極と前記負極とが前記セパレータを介して捲回されてなるリチウムイオンキャパシタであって、
前記正極の正極活物質がリチウムイオンおよび/またはアニオンを可逆的に担持可能な物質を含み、前記負極の負極活物質がリチウムイオンを可逆的に担持可能な物質を含み、所定位置に設けられた前記リチウムイオン供給源と隣接対向する前記正極部分および/または前記負極部分との間を40〜120μmの範囲にすべく、少なくとも2枚以上のセパレータを挟装させてなることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。 - 前記正極と前記負極とが前記セパレータを介して捲回されてなるリチウムイオンキャパシタの最外層を負極とし、該最外層の負極のさらに外側に前記セパレータを介して前記リチウム供給源を設けてなることを特徴とする請求項3に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 3層以上に積層されてなる前記正極と前記負極との間、または巻回されてなる前記正極部分と前記負極部分との間を40〜120μmの範囲にすべく、少なくとも2枚以上のセパレータを挟持させてなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記セパレータのうち最外層に位置するセパレータを2枚重ねとし、若しくは前記最外層に位置するセパレータとその内側に位置するセパレータの双方を2枚重ねとすることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記正極と前記負極とを短絡させた後の前記正極電位が2.0V以下となるように、前記リチウムイオン供給源から前記負極および/または前記正極に予め所定量のリチウムイオンを担持させておくことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
- 前記負極活物質が、前記正極活物質と対比して、単位重量あたりの静電容量を3倍以上を有し、かつ前記正極活物質の重量が前記負極活物質の重量より大きいことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載のリチウムイオンキャパシタ。
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