JP2018182015A

JP2018182015A - Electrochemical device

Info

Publication number: JP2018182015A
Application number: JP2017078038A
Authority: JP
Inventors: 加納　幸司; Koji Kano; 幸司加納; 克典横島; Katsunori Yokoshima
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2018-11-15

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the variation in lithium ion pre-doping.SOLUTION: An electrochemical device comprises: a first electrode unit in which first positive and negative electrodes are alternately laminated through a first separator; a second electrode unit in which second positive and negative electrodes are alternately laminated through respective second separators; a lithium ion supply source provided between the first and second electrode units; a third separator wound around the first electrode unit; and a fourth separator wound around the second electrode unit. The number of times that the third separator overlaps with itself between the first electrode unit and the lithium ion supply source is the same as the number of times that the fourth separator overlaps with itself between the second electrode unit and the lithium ion supply source. The first and second negative electrodes are pre-doped with lithium ions from metallic lithium provided in the lithium ion supply source.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、負極、正極及び集電体を有する電気化学デバイスに関する。 The present invention relates to an electrochemical device having a negative electrode, a positive electrode and a current collector.

大容量キャパシタとして、エネルギー密度が高いリチウムイオンキャパシタが検討されている。リチウムイオンキャパシタにおいては、リチウムイオンを負極にプレドープすることを要する。リチウムイオンキャパシタを長期間にわたり安定させるには、負極へのリチウムイオンのプレドープがより均一になることが望ましい。 As a large capacity capacitor, a lithium ion capacitor having a high energy density is considered. In a lithium ion capacitor, it is necessary to pre-dope lithium ions to the negative electrode. In order to stabilize the lithium ion capacitor over a long period of time, it is desirable for the negative electrode to be more uniformly pre-doped with lithium ions.

例えば、エネルギー密度が高いリチウムイオンキャパシタとして、負極と正極とが交互に配置された電極ユニットが複数設けられ、隣接する電極ユニット間にリチウムイオン供給源が設けられた電気化学デバイスが提供されている（例えば、特許文献１参照）。そして、プレドープは、複数の電極ユニット及びリチウムイオン供給源が電解液に浸漬され、電解液に溶解したリチウムイオンが複数の電極ユニットの負極に供給されることでなされる。 For example, as a lithium ion capacitor having a high energy density, an electrochemical device is provided in which a plurality of electrode units in which a negative electrode and a positive electrode are alternately arranged are provided and a lithium ion supply source is provided between adjacent electrode units. (See, for example, Patent Document 1). The pre-doping is performed by immersing the plurality of electrode units and the lithium ion supply source in the electrolytic solution, and supplying lithium ions dissolved in the electrolytic solution to the negative electrodes of the plurality of electrode units.

国際公開第２００６／１１２０６８号WO 2006/112068

しかしながら、複数の電極ユニットのそれぞれがセパレータによって積層捲回された場合、複数の電極ユニット間に位置するセパレータの枚数が異なると、電気化学デバイスにおいて、リチウムイオンのプレドープのばらつきがより大きくなる可能性がある。 However, when each of the plurality of electrode units is stacked and wound by the separators, the difference in the number of separators positioned between the plurality of electrode units may increase the variation in lithium ion pre-doping in the electrochemical device. There is.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、リチウムイオンのプレドープのばらつきが抑制された電気化学デバイスを提供することにある。 In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to provide an electrochemical device in which the variation in pre-doping of lithium ions is suppressed.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気化学デバイスは、第１電極ユニットと、第２電極ユニットと、リチウムイオン供給源と、第３セパレータと、第４セパレータとを具備する。上記第１電極ユニットにおいては、第１正極と第１負極とが第１セパレータを介して交互に積層されている。上記第２電極ユニットにおいては、第２正極と第２負極とが第２セパレータを介して交互に積層されている。上記リチウムイオン供給源は、上記第１電極ユニットと上記第２電極ユニットとの間に設けられている。上記第３セパレータは、上記第１電極ユニットに捲回されている。上記第４セパレータは、上記第２電極ユニットに捲回されている。上記第１電極ユニットと上記リチウムイオン供給源との間における上記第３セパレータの重複数は、上記第２電極ユニットと上記リチウムイオン供給源との間における上記第４セパレータの重複数と同じである。上記第１負極及び上記第２負極には、上記リチウムイオン供給源に設けられた金属リチウム層からリチウムイオンのプレドープがなされている。 In order to achieve the above object, an electrochemical device according to an aspect of the present invention includes a first electrode unit, a second electrode unit, a lithium ion supply source, a third separator, and a fourth separator. In the first electrode unit, the first positive electrode and the first negative electrode are alternately stacked via the first separator. In the second electrode unit, the second positive electrode and the second negative electrode are alternately stacked via the second separator. The lithium ion supply source is provided between the first electrode unit and the second electrode unit. The third separator is wound around the first electrode unit. The fourth separator is wound around the second electrode unit. The overlapping number of the third separator between the first electrode unit and the lithium ion supply source is the same as the overlapping number of the fourth separator between the second electrode unit and the lithium ion supply source . The first negative electrode and the second negative electrode are pre-doped with lithium ions from a metal lithium layer provided in the lithium ion supply source.

このような電気化学デバイスであれば、上記第１電極ユニットと上記リチウムイオン供給源との間における上記第３セパレータの重複数が上記第２電極ユニットと上記リチウムイオン供給源との間における上記第４セパレータの重複数と同じになり、リチウムイオンのプレドープのばらつきが抑制される。 In such an electrochemical device, the overlapping number of the third separators between the first electrode unit and the lithium ion source is the number between the second electrode unit and the lithium ion source. It becomes the same as the overlap number of 4 separators, and the variation in the lithium ion pre-doping is suppressed.

上記の電気化学デバイスにおいては、上記第１電極ユニットに捲回された上記第３セパレータの最外端は、上記第１電極ユニットの側壁に並んでもよい。上記第２電極ユニットに捲回された上記第４セパレータの最外端は、上記第２電気ユニットの側壁に並んでもよい。このような電気化学デバイスであれば、第１及び第２電気ユニットにおけるプレドープのばらつきがさらに抑制される。 In the above electrochemical device, the outermost end of the third separator wound around the first electrode unit may be aligned with the side wall of the first electrode unit. The outermost end of the fourth separator wound around the second electrode unit may be aligned with the side wall of the second electrical unit. With such an electrochemical device, variations in pre-doping in the first and second electrical units are further suppressed.

上記の電気化学デバイスは、上記第３セパレータの上記最外端を上記第３セパレータ自体に固定する第１巻止テープと、上記第４セパレータの上記最外端を上記第４セパレータ自体に固定する第２巻止テープとをさらに具備してもよい。このような電気化学デバイスであれば、第３及び第４セパレータの最外端が巻止テープによって各セパレータ自体に確実に固定されるとともに、プレドープの際、第１及び第２電気ユニットにおけるプレドープのばらつきがさらに抑制される。 The electrochemical device described above fixes a first winding tape that fixes the outermost end of the third separator to the third separator itself, and fixes the outermost end of the fourth separator to the fourth separator itself The second winding tape may further be provided. In such an electrochemical device, the outermost ends of the third and fourth separators are securely fixed to the respective separators by a winding tape, and at the time of pre-doping, pre-doping in the first and second electrical units is performed. Variation is further suppressed.

上記の電気化学デバイスは、上記第３セパレータの上記最外端を上記第３セパレータ自体に固定する第１粘着剤層と、上記第４セパレータの上記最外端を上記第４セパレータ自体に固定する第２粘着剤層とをさらに具備してもよい。このような電気化学デバイスであれば、巻止テープによる遮蔽効果が減少し、第１及び第２電気ユニットにおけるプレドープのばらつきがさらに抑制される。 The electrochemical device as described above fixes the first pressure-sensitive adhesive layer for fixing the outermost end of the third separator to the third separator itself and the outermost end of the fourth separator to the fourth separator itself You may further comprise a 2nd adhesive layer. With such an electrochemical device, the shielding effect by the winding tape is reduced, and the variation in pre-doping in the first and second electrical units is further suppressed.

上記の電気化学デバイスにおいては、上記第３セパレータの上記最外端は、熱圧着によって上記第３セパレータ自体に固定されてもよい。上記第４セパレータの上記最外端は、熱圧着によって上記第４セパレータ自体に固定されてもよい。このような電気化学デバイスであれば、このような電気化学デバイスであれば、巻止テープによる遮蔽効果が減少し、第１及び第２電気ユニットにおけるプレドープのばらつきがさらに抑制される。 In the above electrochemical device, the outermost end of the third separator may be fixed to the third separator itself by thermocompression bonding. The outermost end of the fourth separator may be fixed to the fourth separator itself by thermocompression bonding. With such an electrochemical device, with such an electrochemical device, the shielding effect by the winding tape is reduced, and the variation in pre-doping in the first and second electrical units is further suppressed.

上記の電気化学デバイスにおいては、上記リチウムイオン供給源とは反対側の上記第１電極ユニットに積層された上記第３セパレータの重複数は、上記第１電極ユニットと上記リチウムイオン供給源との間における上記第３セパレータの重複数と同じでもよい。このような電気化学デバイスであれば、さらに第１電気ユニットの積層が可能になり、蓄電容量の設計自由度が増す。 In the above electrochemical device, the overlapping number of the third separators stacked on the first electrode unit opposite to the lithium ion supply source is between the first electrode unit and the lithium ion supply source. It may be the same as the overlapping number of the third separator in. With such an electrochemical device, it is possible to further stack the first electric unit, and the design freedom of the storage capacity is increased.

上記の電気化学デバイスにおいては、上記リチウムイオン供給源とは反対側の上記第２電極ユニットに積層された上記第４セパレータの重複数は、上記第２電極ユニットと上記リチウムイオン供給源との間における上記第４セパレータの重複数と同じでもよい。このような電気化学デバイスであれば、さらに第２電極ユニットの積層が可能になり、蓄電容量の設計自由度が増す。 In the electrochemical device described above, the overlapping number of the fourth separators stacked on the second electrode unit opposite to the lithium ion supply source is between the second electrode unit and the lithium ion supply source. It may be the same as the overlapping number of the fourth separator in. With such an electrochemical device, it is possible to further stack the second electrode unit, and the design freedom of the storage capacity is increased.

以上述べたように、本発明によれば、リチウムイオンのプレドープのばらつきがより抑制された電気化学デバイスが提供される。 As described above, according to the present invention, an electrochemical device is provided in which the variation in pre-doping of lithium ions is further suppressed.

本実施形態に係る電気化学デバイスを示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing an electrochemical device concerning this embodiment. 図１の枠Ｐにおける電気化学デバイスを示す模式的断面図である。It is a schematic cross section which shows the electrochemical device in the frame P of FIG. 図（ａ）は、本実施形態に係る外装フィルムに封止された電気化学デバイスを示す模式的断面図である。図（ｂ）は、本実施形態に係る外装フィルムに封止された電気化学デバイスを示す模式的斜視図である。FIG. (A) is a schematic cross-sectional view showing an electrochemical device sealed in an exterior film according to the present embodiment. FIG. (B) is a schematic perspective view showing an electrochemical device sealed in an exterior film according to the present embodiment. 比較例に係る電気化学デバイスを示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing an electrochemical device concerning a comparative example. 本実施形態の変形例に係る電気化学デバイスを示す模式的断面図である。It is a schematic cross section which shows the electrochemical device concerning the modification of this embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。ＸＹＺ軸は、互いに直交する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, XYZ axis coordinates may be introduced. The XYZ axes are orthogonal to one another.

［電気化学デバイスの構成］
本実施形態に係る電気化学デバイス１００の構成を以下に説明する。本実施形態で例示される電気化学デバイス１００は、リチウムイオンキャパシタである。 [Configuration of electrochemical device]
The configuration of the electrochemical device 100 according to the present embodiment will be described below. The electrochemical device 100 exemplified in the present embodiment is a lithium ion capacitor.

図１は、本実施形態に係る電気化学デバイスを示す模式的断面図である。
図２は、図１の枠Ｐにおける電気化学デバイスを示す模式的断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an electrochemical device according to the present embodiment.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the electrochemical device in the frame P of FIG.

図１及び図２に示す電気化学デバイス１００は、電極ユニット１０１（第１電極ユニット）と、電極ユニット１０２（第２電極ユニット）と、リチウムイオン供給源１８０と、セパレータ１５３（第３セパレータ）と、セパレータ１５４（第４セパレータ）とを具備する。電極ユニット１０１、１０２、リチウムイオン供給源１８０及びセパレータ１５３、１５４は、電解液によって浸漬されることが可能である。図１及び図２には、リチウムイオンが電極ユニット１０１、１０２にプレドープされる前の状態が表されている。 The electrochemical device 100 shown in FIGS. 1 and 2 includes an electrode unit 101 (first electrode unit), an electrode unit 102 (second electrode unit), a lithium ion supply source 180, and a separator 153 (third separator). , And a separator 154 (fourth separator). The electrode units 101 and 102, the lithium ion source 180, and the separators 153 and 154 can be immersed in an electrolyte. 1 and 2 show the state before lithium ions are pre-doped into the electrode units 101 and 102. FIG.

電極ユニット１０１、リチウムイオン供給源１８０及び電極ユニット１０２は、Ｚ軸方向（第１方向）に並ぶ。電極ユニット１０１、１０２及びリチウムイオン供給源１８０は、Ｘ−Ｙ軸平面おいて、例えば、矩形状である。リチウムイオン供給源１８０は、例えば、シート状である。例えば、電極ユニット１０１がリチウムイオン供給源１８０に対向する主面（上面１０１ｕ）は、電極ユニット１０２がリチウムイオン供給源１８０に対向する主面（下面１０２ｄ）と、Ｚ軸方向において重なる。リチウムイオン供給源１８０は、電極ユニット１０１の上面１０１ｕと、電極ユニット１０２の下面１０２ｄとの間に設けられている。 The electrode unit 101, the lithium ion source 180, and the electrode unit 102 are arranged in the Z-axis direction (first direction). The electrode units 101 and 102 and the lithium ion source 180 have, for example, a rectangular shape in the X-Y axis plane. The lithium ion source 180 is, for example, in the form of a sheet. For example, the main surface (upper surface 101u) where the electrode unit 101 faces the lithium ion supply source 180 overlaps the main surface (lower surface 102d) where the electrode unit 102 faces the lithium ion supply source 180 in the Z-axis direction. The lithium ion supply source 180 is provided between the upper surface 101 u of the electrode unit 101 and the lower surface 102 d of the electrode unit 102.

本実施形態では、便宜上、電極ユニット１０１から電極ユニット１０２に向かう方向を上方、電極ユニット１０２から電極ユニット１０１に向かう方向を下方とする。但し、電気化学デバイス１００の用途によっては、その方向は問われない。また、電極ユニット及びリチウムイオン供給源は、図示する数に限らない。 In the present embodiment, for convenience, the direction from the electrode unit 101 to the electrode unit 102 is upward, and the direction from the electrode unit 102 to the electrode unit 101 is downward. However, depending on the application of the electrochemical device 100, the direction does not matter. Also, the number of electrode units and lithium ion sources are not limited to the numbers shown.

図１に示すように、セパレータ１５３は、電極ユニット１０１を囲む。例えば、セパレータ１５３は、電極ユニット１０１のＸＺ軸平面における任意の断面において電極ユニット１０１を囲んでいる。これにより、リチウムイオン供給源１８０は、電極ユニット１０１に接触しなくなる。但し、セパレータ１５３は、電解液中に含まれるイオンを透過する。例えば、セパレータ１５３は、電極ユニット１０１の上面１０１ｕを覆い、電極ユニット１０１を旋回し、上面１０１ｕとは反対側の下面１０１ｄを覆い、上面１０１ｕを再び覆い、下面１０１ｄを再び覆っている。すなわち、セパレータ１５３は、電極ユニット１０１とリチウムイオン供給源１８０との間で重複するように設けられている。さらに、セパレータ１５３は、リチウムイオン供給源１８０とは反対側の下面１０１ｄの側においても重複するように設けられている。 As shown in FIG. 1, the separator 153 surrounds the electrode unit 101. For example, the separator 153 surrounds the electrode unit 101 at any cross section in the XZ-axis plane of the electrode unit 101. Thereby, the lithium ion supply source 180 does not contact the electrode unit 101. However, the separator 153 transmits ions contained in the electrolytic solution. For example, the separator 153 covers the upper surface 101u of the electrode unit 101, pivots the electrode unit 101, covers the lower surface 101d opposite to the upper surface 101u, covers the upper surface 101u again, and covers the lower surface 101d again. That is, the separator 153 is provided to overlap between the electrode unit 101 and the lithium ion supply source 180. Furthermore, the separators 153 are provided to overlap also on the side of the lower surface 101 d opposite to the lithium ion supply source 180.

図１の例では、この重複した部分のセパレータ１５３の重複数は、「２」である。セパレータ１５３は、図１に例示される重複数以上に電極ユニット１０１に捲回されてもよい。また、図１の例では、電極ユニット１０１のＹ軸方向（第２方向）における側壁は、セパレータ１５３から開放されている。電極ユニット１０１は、セパレータ１５３から開放された側壁を経由してリチウムイオン供給源１８０、他の電極ユニット及び電極端子等の外部との電気的な接続を図ることができる。 In the example of FIG. 1, the overlapping number of the separator 153 of the overlapping portion is “2”. The separators 153 may be wound around the electrode units 101 by the number of overlapping shown in FIG. Further, in the example of FIG. 1, the side wall in the Y axis direction (second direction) of the electrode unit 101 is open from the separator 153. The electrode unit 101 can electrically connect the lithium ion supply source 180, the other electrode units, the electrode terminals, and the like to the outside via the side wall opened from the separator 153.

セパレータ１５４は、電極ユニット１０２を囲む。例えば、セパレータ１５４は、電極ユニット１０２のＸＺ軸平面における任意の断面において電極ユニット１０２を囲む。これにより、リチウムイオン供給源１８０は、電極ユニット１０２に接触しなくなる。但し、セパレータ１５４は、電解液中に含まれるイオンを透過する。例えば、セパレータ１５４は、電極ユニット１０２の上面１０２ｕを覆い、電極ユニット１０２を旋回し、上面１０２ｕとは反対側の下面１０２ｄを覆い、上面１０２ｕを再び覆い、下面１０２ｄを再び覆っている。すなわち、セパレータ１５４は、電極ユニット１０２とリチウムイオン供給源１８０との間で重複するように設けられている。さらに、セパレータ１５４は、リチウムイオン供給源１８０とは反対側の上面１０２ｕの側においても重複するように設けられている。 The separator 154 surrounds the electrode unit 102. For example, the separator 154 surrounds the electrode unit 102 at any cross section in the XZ-axis plane of the electrode unit 102. As a result, the lithium ion source 180 does not contact the electrode unit 102. However, the separator 154 transmits ions contained in the electrolytic solution. For example, the separator 154 covers the upper surface 102u of the electrode unit 102, pivots the electrode unit 102, covers the lower surface 102d opposite to the upper surface 102u, covers the upper surface 102u again, and covers the lower surface 102d again. That is, the separator 154 is provided to overlap between the electrode unit 102 and the lithium ion supply source 180. Furthermore, the separators 154 are provided to overlap also on the side of the upper surface 102 u opposite to the lithium ion supply source 180.

図１の例では、この重複した部分のセパレータ１５４の重複数は、例えば、「２」である。セパレータ１５４は、図１に例示される重複数以上に電極ユニット１０２に捲回されてもよい。また、図１の例では、電極ユニット１０２のＹ軸方向における側壁は、セパレータ１５４から開放されている。電極ユニット１０２は、セパレータ１５４から開放された側壁を経由してリチウムイオン供給源１８０、他の電極ユニット及び電極端子等の外部との電気的な接続を図ることができる。 In the example of FIG. 1, the overlapping number of the separators 154 of the overlapping part is, for example, “2”. The separators 154 may be wound on the electrode units 102 more than the number of overlaps illustrated in FIG. 1. Further, in the example of FIG. 1, the side wall in the Y-axis direction of the electrode unit 102 is open from the separator 154. The electrode unit 102 can electrically connect the lithium ion supply source 180, the other electrode units, the electrode terminals and the like to the outside via the side wall opened from the separator 154.

電気化学デバイス１００においては、電極ユニット１０１とリチウムイオン供給源１８０との間においてセパレータ１５３が重複した部分のセパレータ１５３の重複数は、電極ユニット１０２とリチウムイオン供給源１８０との間においてセパレータ１５４が重複した部分のセパレータ１５４の重複数と同じである。また、リチウムイオン供給源１８０とは反対側の電極ユニット１０１に積層されたセパレータ１５３の重複数は、電極ユニット１０１とリチウムイオン供給源１８０との間におけるセパレータ１５３の重複数と同じである。さらに、リチウムイオン供給源１８０とは反対側の電極ユニット１０２に積層されたセパレータ１５４の重複数は、電極ユニット１０２とリチウムイオン供給源１８０との間におけるセパレータ１５４の重複数と同じである。例えば、それぞれの重複数は、「２」である。また、それぞれの重複数は、「２」に限らず、例えば、３重〜１０重であってもよい。 In the electrochemical device 100, the overlapping number of separators 153 in the portion where the separators 153 overlap between the electrode unit 101 and the lithium ion supply source 180 is the separator 154 between the electrode unit 102 and the lithium ion supply source 180. It is the same as the overlapping number of the separator 154 of the overlapping part. Further, the overlapping number of the separators 153 stacked on the electrode unit 101 opposite to the lithium ion supply source 180 is the same as the overlapping number of the separators 153 between the electrode unit 101 and the lithium ion supply source 180. Furthermore, the overlapping number of separators 154 stacked on the electrode unit 102 opposite to the lithium ion supply source 180 is the same as the overlapping number of separators 154 between the electrode unit 102 and the lithium ion supply source 180. For example, each duplication number is "2". Moreover, each duplication number is not limited to “2”, and may be, for example, three to ten.

リチウムイオン供給源１８０は、電極ユニット１０１と電極ユニット１０２との間に設けられている。リチウムイオン供給源１８０は、電極ユニット１０１の上面１０１ｕまたは電極ユニット１０２の下面１０２ｄとＺ軸方向において重なる。リチウムイオン供給源１８０は、金属箔１８１と、金属リチウム層１８３とを有する。金属箔１８１は、電極ユニット１０１、１０２の負極と直接的または間接的な電気的接続がなされている。金属リチウム層１８３は、金属箔１８１の上面１８１ｕ及び下面１８１ｄに設けられている。 The lithium ion supply source 180 is provided between the electrode unit 101 and the electrode unit 102. The lithium ion supply source 180 overlaps the upper surface 101 u of the electrode unit 101 or the lower surface 102 d of the electrode unit 102 in the Z-axis direction. The lithium ion source 180 has a metal foil 181 and a metal lithium layer 183. The metal foil 181 is in direct or indirect electrical connection with the negative electrode of the electrode unit 101, 102. The lithium metal layer 183 is provided on the upper surface 181 u and the lower surface 181 d of the metal foil 181.

金属箔１８１には、複数の貫通孔１８１ｈが設けられてもよい。金属箔１８１は、例えば、多孔金属箔である。金属リチウム層１８３は圧着等によって金属箔１８１に固定されている。金属箔１８１の両主面に設けられた金属リチウム層１８３は、金属箔１８１の主面に沿って均等な厚さを有する。 The metal foil 181 may be provided with a plurality of through holes 181 h. The metal foil 181 is, for example, a porous metal foil. The metallic lithium layer 183 is fixed to the metallic foil 181 by pressure bonding or the like. The metal lithium layer 183 provided on both main surfaces of the metal foil 181 has an even thickness along the main surface of the metal foil 181.

電気化学デバイス１００においては、電極ユニット１０１に捲回されたセパレータ１５３の最外端１５３ｔは、電極ユニット１０１の上面１０１ｕとリチウムイオン供給源１８０との間から外れるように配置される。例えば、セパレータ１５３の最外端１５３ｔは、Ｘ軸方向（第３方向）において電極ユニット１０１の側壁１０１ｗに並ぶ。また、電極ユニット１０２に捲回されたセパレータ１５４の最外端１５４ｔは、電極ユニット１０２の下面１０２ｄとリチウムイオン供給源１８０との間から外れるように配置される。例えば、セパレータ１５４の最外端１５４ｔは、Ｘ軸方向において電気ユニット１０２の側壁１０２ｗに並んでいる。このように、セパレータ１５３の構成と、セパレータ１５４の構成とは、同じになっている。または、セパレータ１５３の構成とセパレータ１５４の構成とをリチウムイオン供給源１８０の中心軸１８０ｃに対して線対称にしてもよい。 In the electrochemical device 100, the outermost end 153t of the separator 153 wound around the electrode unit 101 is disposed out of the space between the upper surface 101u of the electrode unit 101 and the lithium ion supply source 180. For example, the outermost end 153 t of the separator 153 is aligned with the side wall 101 w of the electrode unit 101 in the X-axis direction (third direction). Further, the outermost end 154 t of the separator 154 wound around the electrode unit 102 is disposed out of the space between the lower surface 102 d of the electrode unit 102 and the lithium ion supply source 180. For example, the outermost end 154t of the separator 154 is aligned with the side wall 102w of the electrical unit 102 in the X-axis direction. Thus, the configuration of the separator 153 and the configuration of the separator 154 are the same. Alternatively, the configuration of the separator 153 and the configuration of the separator 154 may be line symmetrical with respect to the central axis 180 c of the lithium ion supply source 180.

電気化学デバイス１００においては、セパレータ１５３の最外端１５３ｔが巻止テープ１６１（第１巻止テープ）によってセパレータ１５３自体に固定されている。セパレータ１５４の最外端１５４ｔは、巻止テープ１６２（第２巻止テープ）によってセパレータ１５４自体に固定されている。巻止テープ１６１、１６２は、例えば、粘着層を有する樹脂製の粘着テープである。 In the electrochemical device 100, the outermost end 153t of the separator 153 is fixed to the separator 153 itself by a winding tape 161 (first winding tape). The outermost end 154t of the separator 154 is fixed to the separator 154 itself by a winding tape 162 (second winding tape). The winding stop tapes 161 and 162 are, for example, resin adhesive tapes having an adhesive layer.

図２に示すように、電極ユニット１０１は、負極１３０（第１負極）と、正極１４０（第１正極）と、セパレータ１５１（第１セパレータ）を有する。負極１３０、正極１４０及びセパレータ１５１のそれぞれは、ＸＹ平面において平行に配置されている。負極１３０、正極１４０及びセパレータ１５１のそれぞれは、例えば、シート状である。 As shown in FIG. 2, the electrode unit 101 includes a negative electrode 130 (first negative electrode), a positive electrode 140 (first positive electrode), and a separator 151 (first separator). Each of the negative electrode 130, the positive electrode 140, and the separator 151 is arranged in parallel in the XY plane. Each of the negative electrode 130, the positive electrode 140, and the separator 151 is, for example, a sheet.

電極ユニット１０１においては、正極１４０と負極１３０とがセパレータ１５１を介して交互にＺ軸方向に積層されている。複数の正極１４０同士は、直接的または間接的に電気的な接続がなされている。複数の負極１３０同士は、直接的または間接的に電気的な接続がなされている。負極１３０の個数及び正極１４０の個数は、図示される数に限られない。 In the electrode unit 101, the positive electrode 140 and the negative electrode 130 are alternately stacked in the Z-axis direction via the separator 151. The plurality of positive electrodes 140 are electrically connected directly or indirectly. The plurality of negative electrodes 130 are electrically connected directly or indirectly. The number of negative electrodes 130 and the number of positive electrodes 140 are not limited to the numbers shown.

負極１３０は、負極集電体１３２と、負極活物質層１３３とを有する。負極活物質層１３３は、負極集電体１３２の主面１３２ａ、１３２ｂに設けられている。すなわち、Ｚ軸方向において、負極集電体１３２は、２つの負極活物質層１３３の間に設けられている。負極１３０における任意の負極集電体１３２は、直接的または間接的に、他の負極集電体１３２、金属箔１８１、負極端子等に電気的に接続されている。 The negative electrode 130 includes a negative electrode current collector 132 and a negative electrode active material layer 133. The negative electrode active material layer 133 is provided on the main surfaces 132 a and 132 b of the negative electrode current collector 132. That is, the negative electrode current collector 132 is provided between the two negative electrode active material layers 133 in the Z-axis direction. An optional negative electrode current collector 132 in the negative electrode 130 is electrically connected directly or indirectly to another negative electrode current collector 132, a metal foil 181, a negative electrode terminal or the like.

正極１４０は、正極集電体１４２と、正極活物質層１４３とを有する。正極活物質層１４３は、正極集電体１４２の主面１４２ａ、１４２ｂに設けられている。すなわち、Ｚ軸方向において、正極集電体１４２は、２つの正極活物質層１４３の間に設けられている。正極１４０における任意の正極集電体１４２は、直接的または間接的に、他の正極集電体１４２、正極端子等に電気的に接続されている。 The positive electrode 140 includes a positive electrode current collector 142 and a positive electrode active material layer 143. The positive electrode active material layer 143 is provided on the main surfaces 142 a and 142 b of the positive electrode current collector 142. That is, in the Z-axis direction, the positive electrode current collector 142 is provided between the two positive electrode active material layers 143. An optional positive electrode current collector 142 of the positive electrode 140 is electrically connected directly or indirectly to another positive electrode current collector 142, a positive electrode terminal or the like.

セパレータ１５１は、負極１３０と正極１４０とを絶縁する。セパレータ１５１は、負極１３０と正極１４０を隔て、電解液中に含まれるイオンを透過する。複数の負極１３０には、リチウムイオン供給源１８０に設けられた金属リチウムからリチウムイオンのプレドープがなされる。 The separator 151 insulates the negative electrode 130 from the positive electrode 140. The separator 151 separates the negative electrode 130 and the positive electrode 140, and transmits ions contained in the electrolytic solution. The plurality of negative electrodes 130 are pre-doped with lithium ions from metal lithium provided in the lithium ion supply source 180.

電極ユニット１０２は、負極１３５（第２負極）と、正極１４５（第２正極）と、セパレータ１５２（第２セパレータ）を有する。負極１３５、正極１４５及びセパレータ１５２のそれぞれは、ＸＹ平面において平行に配置されている。負極１３５、正極１４５及びセパレータ１５２のそれぞれは、例えば、シート状である。 The electrode unit 102 includes a negative electrode 135 (second negative electrode), a positive electrode 145 (second positive electrode), and a separator 152 (second separator). The negative electrode 135, the positive electrode 145, and the separator 152 are arranged in parallel in the XY plane. Each of the negative electrode 135, the positive electrode 145, and the separator 152 is, for example, a sheet.

電極ユニット１０２においては、正極１４５と負極１３５とがセパレータ１５２を介して交互にＺ軸方向に積層されている。複数の正極１４５同士は、直接的または間接的に電気的な接続がなされている。複数の負極１３５同士は、直接的または間接的に電気的な接続がなされている。負極１３５の個数及び正極１４５の個数は、図示される数に限られない。電極ユニット１０１と同様に、ＸＹ平面において、負極１３５が正極１４５よりも外側に突き出ている。 In the electrode unit 102, the positive electrode 145 and the negative electrode 135 are alternately stacked in the Z-axis direction via the separator 152. The plurality of positive electrodes 145 are electrically connected directly or indirectly. The plurality of negative electrodes 135 are electrically connected directly or indirectly. The number of negative electrodes 135 and the number of positive electrodes 145 are not limited to the numbers shown. Similar to the electrode unit 101, the negative electrode 135 protrudes outward beyond the positive electrode 145 in the XY plane.

負極１３５は、負極集電体１３７と、負極活物質層１３８とを有する。負極活物質層１３８は、負極集電体１３７の主面１３７ａ、１３７ｂに設けられている。すなわち、Ｚ軸方向において、負極集電体１３７は、２つの負極活物質層１３８の間に設けられている。負極１３５における任意の負極集電体１３７は、直接的または間接的に、他の負極集電体１３７、金属箔１８１、負極端子等に電気的に接続されている。 The negative electrode 135 includes a negative electrode current collector 137 and a negative electrode active material layer 138. The negative electrode active material layer 138 is provided on the main surfaces 137 a and 137 b of the negative electrode current collector 137. That is, the negative electrode current collector 137 is provided between the two negative electrode active material layers 138 in the Z-axis direction. An optional negative electrode current collector 137 in the negative electrode 135 is electrically connected directly or indirectly to another negative electrode current collector 137, a metal foil 181, a negative electrode terminal or the like.

正極１４５は、正極集電体１４７と、正極活物質層１４８とを有する。正極活物質層１４８は、正極集電体１４７の主面１４７ａ、１４７ｂに設けられている。すなわち、Ｚ軸方向において、正極集電体１４７は、２つの正極活物質層１４８の間に設けられている。正極１４５における任意の正極集電体１４７は、直接的または間接的に、他の正極集電体１４７、正極端子等に電気的に接続されている。 The positive electrode 145 includes a positive electrode current collector 147 and a positive electrode active material layer 148. The positive electrode active material layer 148 is provided on the main surfaces 147 a and 147 b of the positive electrode current collector 147. That is, the positive electrode current collector 147 is provided between the two positive electrode active material layers 148 in the Z-axis direction. An optional positive electrode current collector 147 in the positive electrode 145 is electrically connected directly or indirectly to another positive electrode current collector 147, a positive electrode terminal or the like.

セパレータ１５２は、負極１３５と正極１４５とを絶縁する。セパレータ１５２は、負極１３５と正極１４５を隔て、電解液中に含まれるイオンを透過する。複数の負極１３５には、リチウムイオン供給源１８０に設けられた金属リチウムからリチウムイオンのプレドープがなされる。プレドープ後においては、図１、２から、金属リチウム層１８３が電解液に溶解し厚さが減少する。 The separator 152 insulates the negative electrode 135 and the positive electrode 145. The separator 152 separates the negative electrode 135 and the positive electrode 145, and transmits ions contained in the electrolytic solution. The plurality of negative electrodes 135 are pre-doped with lithium ions from metal lithium provided in the lithium ion supply source 180. After pre-doping, as shown in FIGS. 1 and 2, the metal lithium layer 183 dissolves in the electrolyte and the thickness decreases.

図３（ａ）は、本実施形態に係る外装フィルムに封止された電気化学デバイスを示す模式的断面図である。図３（ｂ）は、本実施形態に係る外装フィルムに封止された電気化学デバイスを示す模式的斜視図である。図３（ａ）には、図３（ｂ）のＡ−Ａ線断面が示されている。 Fig.3 (a) is typical sectional drawing which shows the electrochemical device sealed by the exterior film which concerns on this embodiment. FIG.3 (b) is a typical perspective view which shows the electrochemical device sealed by the exterior film which concerns on this embodiment. The AA line cross section of FIG.3 (b) is shown by FIG. 3 (a).

図３（ａ）に示すように、電気化学デバイス１００は、電極ユニット１０１、１０２が外装フィルム１０６に封止されている。外装フィルム１０６内の電極ユニット１０１、１０２には、電解液１２０が含浸されている。図３（ａ）の例では、図１、２の構成に電極ユニット１０１が増設されている。増設される電極ユニットの数は、図示する数に限らない。電極ユニット１０１と電極ユニット１０２との間には、リチウムイオン供給源１８０が設けられている。負極端子１３１は、電極ユニット１０１、１０２のそれぞれの負極に電気的に接続されている。正極端子１４１は、電極ユニット１０１、１０２のそれぞれの正極に電気的に接続されている。 As shown in FIG. 3A, in the electrochemical device 100, the electrode units 101 and 102 are sealed in an exterior film 106. The electrode units 101 and 102 in the exterior film 106 are impregnated with the electrolytic solution 120. In the example of FIG. 3A, the electrode unit 101 is added to the configuration of FIGS. The number of electrode units to be added is not limited to the illustrated number. A lithium ion source 180 is provided between the electrode unit 101 and the electrode unit 102. The negative electrode terminal 131 is electrically connected to the respective negative electrodes of the electrode units 101 and 102. The positive electrode terminal 141 is electrically connected to the positive electrode of each of the electrode units 101 and 102.

外装フィルム１０６は、外装フィルム１０６ａと外装フィルム１０６ｂとを有する。外装フィルム１０６ａと、外装フィルム１０６ｂとは、電極ユニット１０２の外周で、例えば、熱圧着等によって接合されている。 The exterior film 106 has an exterior film 106 a and an exterior film 106 b. The exterior film 106 a and the exterior film 106 b are joined, for example, by thermocompression bonding on the outer periphery of the electrode unit 102.

電気化学デバイス１００の材料について説明する。 The material of the electrochemical device 100 will be described.

金属箔１８１は、例えば、銅箔である。金属リチウム層１８３は、例えば、金属リチウム箔である。金属リチウム層１８３の量は、リチウムイオンのプレドープにおいて負極活物質層１３３、１３８にドープ可能な範囲で任意に調整される。 The metal foil 181 is, for example, a copper foil. The metallic lithium layer 183 is, for example, metallic lithium foil. The amount of the metallic lithium layer 183 is arbitrarily adjusted within the range in which the negative electrode active material layers 133 and 138 can be doped in the lithium ion pre-doping.

負極集電体１３２、１３７は、例えば、金属箔である。負極集電体１３２、１３７は、例えば、銅箔等でもよい。負極活物質層１３３、１３８に含まれる負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵と放出とが可能な材料であり、例えば難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、グラファイトやソフトカーボン等の炭素系材料、ケイ素、酸化ケイ素等の合金系材料、または、それらの複合材料でもよい。負極活物質層１３３、１３８は、負極活物質がバインダ樹脂と混合されたものでもよく、さらに導電助剤を含んでもよい。例えば、負極活物質層１３３、１３８は、上記の活物質、導電助剤及び合成樹脂のスラリー状の混合物を塗布してシート状に形成し、それを裁断したものである。 The negative electrode current collectors 132 and 137 are, for example, metal foils. The negative electrode current collectors 132 and 137 may be, for example, copper foil or the like. The negative electrode active material contained in the negative electrode active material layers 133 and 138 is a material capable of absorbing and releasing lithium ions, and is, for example, a carbon-based material such as non-graphitizable carbon (hard carbon), graphite or soft carbon, silicon Or an alloy-based material such as silicon oxide, or a composite material thereof. The negative electrode active material layers 133 and 138 may be a mixture of a negative electrode active material and a binder resin, and may further contain a conductive aid. For example, the negative electrode active material layers 133 and 138 are formed by applying a slurry-like mixture of the above-described active material, a conductive additive, and a synthetic resin to form a sheet, and cutting the sheet.

バインダ樹脂は、負極活物質を接合する合成樹脂でよい。バインダ樹脂は、例えばカルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、芳香族ポリアミド、フッ素系ゴム、ポリビニリデンフルオライド、イソプレンゴム、ブタジエンゴム及びエチレンプロピレン系ゴム等を用いてもよい。 The binder resin may be a synthetic resin for bonding the negative electrode active material. As the binder resin, for example, carboxymethyl cellulose, styrene butadiene rubber, polyethylene, polypropylene, aromatic polyamide, fluorine based rubber, polyvinylidene fluoride, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene propylene based rubber and the like may be used.

導電助剤は、導電性材料からなる粒子であり、負極活物質の間での導電性を向上させるものでよい。導電助剤は、例えば、黒鉛、カーボンブラック等の炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。なお、導電助剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。 The conductive aid may be particles made of a conductive material, and may improve the conductivity between the negative electrode active materials. Examples of the conductive aid include carbon materials such as graphite and carbon black. These may be used alone or in combination of two or more. The conductive aid may be a metal material, a conductive polymer, or the like as long as the material has conductivity.

正極集電体１４２、１４７の材料は、例えば、アルミニウム等である。正極活物質層１４３、１４８に含まれる正極活物質は、例えば、活性炭、ＰＡＳ（Polyacenic Semiconductor：ポリアセン系有機半導体）、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム等のリチウム複合酸化物等の活物質の少なくともいずれかを含む。正極活物質層１４３、１４８は、上記の活物質、導電助剤（例えば、カーボンブラック）及び合成樹脂（例えば、ＰＴＦＥ等）のスラリー状の混合物を塗布してシート状に形成し、それを裁断したものである。 The material of the positive electrode current collectors 142 and 147 is, for example, aluminum or the like. The positive electrode active material contained in the positive electrode active material layers 143 and 148 is, for example, an active material such as activated carbon, PAS (Polyacenic Semiconductor: polyacene organic semiconductor), lithium cobaltate, lithium manganese oxide, lithium complex oxide such as lithium nickelate, etc. Contains at least one of the substances. The positive electrode active material layers 143 and 148 are formed into a sheet by applying a slurry-like mixture of the above-mentioned active material, conductive auxiliary (for example, carbon black) and synthetic resin (for example, PTFE etc.), and cutting it out It is

セパレータ１５１、１５２、１５３、１５４は、織布、不織布、合成樹脂微多孔膜等でもよい。セパレータ１５１、１５２、１５３，１５４は、ガラス繊維、セルロース繊維、オレフィン系樹脂等のプラスチック繊維等からなる多孔質シートでもよい。 The separators 151, 152, 153, 154 may be a woven fabric, a non-woven fabric, a synthetic resin microporous membrane or the like. The separators 151, 152, 153, 154 may be porous sheets made of glass fibers, cellulose fibers, plastic fibers such as olefin resins, and the like.

電解液は、任意に選択することが可能である。例えば、電解液において、カチオンとしては、リチウムイオンを少なくとも含む。アニオンとしてはＢＦ_４ ⁻（四フッ化ホウ酸イオン）、ＰＦ_６ ⁻（六フッ化リン酸イオン）、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ⁻（ＴＦＳＡイオン）等のアニオンを含み、溶媒としてはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、スルホラン、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、エチルイソプロピルスルホン等を含むものとすることができる。具体的には、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）または、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）のプロピレンカーボネート溶液等でもよい。 The electrolyte can be selected arbitrarily. For example, in the electrolytic solution, the cation contains at least lithium ion. The anion includes anions such as BF ₄ ⁻ (tetrafluoride borate ion), PF ₆ ⁻ (hexafluoride phosphate ion) and (CF ₃ SO ₂ ) ₂ N ⁻ (TFSA ion), and the solvent is propylene Carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, sulfolane, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, ethyl isopropyl sulfone and the like can be included. Specifically, a propylene carbonate solution of lithium tetrafluoroborate (LiBF ₄ ) or lithium hexafluorophosphate (LiPF ₆ ) may be used.

［電気化学デバイスの作用］ [Function of electrochemical device]

本実施形態に係る電気化学デバイス１００の作用を説明する前に、比較例に係る電気化学デバイスについて説明する。 Before describing the operation of the electrochemical device 100 according to the present embodiment, an electrochemical device according to a comparative example will be described.

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、比較例に係る電気化学デバイスを示す模式的断面図である。 Fig.4 (a) and FIG.4 (b) are typical sectional drawings which show the electrochemical device which concerns on a comparative example.

図４（ａ）に示す電気化学デバイス５０１では、電極ユニット１０１とリチウムイオン供給源１８０との間におけるセパレータ１５３の重複数は、電極ユニット１０２とリチウムイオン供給源１８０との間におけるセパレータ１５４の重複数と異なっている。 In the electrochemical device 501 shown in FIG. 4A, the overlapping number of the separators 153 between the electrode unit 101 and the lithium ion source 180 is equal to the weight of the separator 154 between the electrode unit 102 and the lithium ion source 180. It is different from plural.

例えば、電極ユニット１０１とリチウムイオン供給源１８０との間では、セパレータ１５３の重複数は、「２」であり、電極ユニット１０２とリチウムイオン供給源１８０との間では、セパレータ１５４が重複していない。 For example, the overlapping number of the separator 153 is “2” between the electrode unit 101 and the lithium ion supply source 180, and the separator 154 is not overlapping between the electrode unit 102 and the lithium ion supply source 180. .

このような構成においては、プレドープの際、リチウムイオンがセパレータの重複数がより少ないセパレータ１５４を介して電極ユニット１０２に浸透しやすくなる。これにより、電気化学デバイス５０１では、電極ユニット１０１と電気ユニト１０２とにおけるリチウムイオンのドープ量の差が大きくなってしまう。 In such a configuration, at the time of pre-doping, lithium ions can easily penetrate the electrode unit 102 through the separator 154 having a smaller number of overlapping separators. As a result, in the electrochemical device 501, the difference in the doping amount of lithium ions in the electrode unit 101 and the electrical unit 102 becomes large.

また、図４（ｂ）に示す電気化学デバイス５０２では、セパレータ１５３の最外端１５３ｔが電極ユニット１０１とリチウムイオン供給源１８０との間に位置している。この最外端１５３ｔは、巻止テープ１６１によってセパレータ１５３に固定されている。さらに、電気化学デバイス５０２では、電極ユニット１０１とリチウムイオン供給源１８０との間にセパレータ１５３が重複する部分がある。一方、電極ユニット１０２とリチウムイオン供給源１８０との間では、セパレータ１５４が重複していない。さらに、電極ユニット１０２とリチウムイオン供給源１８０との間に、巻止テープ１６２が位置していない。 Further, in the electrochemical device 502 shown in FIG. 4B, the outermost end 153 t of the separator 153 is located between the electrode unit 101 and the lithium ion supply source 180. The outermost end 153 t is fixed to the separator 153 by a winding stop tape 161. Furthermore, in the electrochemical device 502, there is a portion where the separator 153 overlaps between the electrode unit 101 and the lithium ion source 180. On the other hand, the separator 154 is not overlapped between the electrode unit 102 and the lithium ion supply source 180. Furthermore, the winding stop tape 162 is not located between the electrode unit 102 and the lithium ion source 180.

このような構成においては、プレドープの際、リチウムイオンがセパレータの重複数がより少ないセパレータ１５４を介して電極ユニット１０２に浸透しやすくなる。さらに、プレドープの際、巻止テープ１６１によってリチウムイオンが遮蔽されて巻止テープ１６１付近の負極１３０にリチウムイオンがドープされにくくなる。これにより、電気化学デバイス５０２では、電極ユニット１０１と電気ユニト１０２とにおいて、リチウムイオンのドープ量の差が大きくなってしまう。さらに、電極ユニット１０１の内部においてもリチウムイオンのプレドープのばらつきが大きくなる。 In such a configuration, at the time of pre-doping, lithium ions can easily penetrate the electrode unit 102 through the separator 154 having a smaller number of overlapping separators. Furthermore, at the time of pre-doping, lithium ions are shielded by the winding tape 161, and lithium ions are less likely to be doped in the negative electrode 130 near the winding tape 161. As a result, in the electrochemical device 502, the difference in the lithium ion doping amount between the electrode unit 101 and the electrical unit 102 becomes large. Furthermore, the variation in the pre-doping of lithium ions also increases inside the electrode unit 101.

これに対して、本実施形態に係る電気化学デバイス１００では、電極ユニット１０１とリチウムイオン供給源１８０との間におけるセパレータ１５３の重複数が電極ユニット１０２とリチウムイオン供給源１８０との間におけるセパレータ１５４の重複数と同じである（図１、２）。 On the other hand, in the electrochemical device 100 according to the present embodiment, the overlapping number of separators 153 between the electrode unit 101 and the lithium ion supply source 180 is the separator 154 between the electrode unit 102 and the lithium ion supply source 180. Is the same as the number of duplicates of (Figures 1 and 2).

これにより、電気化学デバイス１００においては、プレドープの際、セパレータ１５３を介して電極ユニット１０１に拡散するリチウムイオンの量と、セパレータ１５４を介して電極ユニット１０２に拡散するリチウムイオンの量とが均衡し、電極ユニット１０１、１０２のそれぞれにおけるリチウムイオンのプレドープのばらつきがより抑制される。例えば、電気化学デバイス１００では、電極ユニット１０１と電気ユニト１０２とにおけるリチウムイオンのドープ量の差が比較例に比べて減少する。 Thus, in the electrochemical device 100, the amount of lithium ions diffused to the electrode unit 101 through the separator 153 is balanced with the amount of lithium ions diffused to the electrode unit 102 through the separator 154 during pre-doping. The variation in lithium ion pre-doping in each of the electrode units 101 and 102 is further suppressed. For example, in the electrochemical device 100, the difference in the doping amount of lithium ions in the electrode unit 101 and the electrical unit 102 is reduced as compared with the comparative example.

さらに、電極ユニット１０１とリチウムイオン供給源１８０との間及び電極ユニット１０２とリチウムイオン供給源１８０との間においてセパレータを重複させることにより、次の効果を奏する。 Furthermore, by overlapping the separators between the electrode unit 101 and the lithium ion source 180 and between the electrode unit 102 and the lithium ion source 180, the following effects can be obtained.

例えば、電気化学デバイス１００では、リチウムイオンがセパレータ１５３を介して電極ユニット１０１に浸透するときのリチウムイオンの拡散速度が単層のセパレータを用いた場合に比べて緩和される。この結果、プレドープの際には、電極ユニット１０１の内部への急峻なドープが抑制される。すなわち、プレドープの際には、電極ユニット１０１の内部にリチウムイオンが徐々に浸透し、電極ユニット１０１の内部におけるリチウムイオンのドープ量がより均一になる。電極ユニット１０２も同様な作用をする。 For example, in the electrochemical device 100, the diffusion rate of lithium ions when lithium ions penetrate the electrode unit 101 through the separator 153 is relaxed as compared with the case where a single-layer separator is used. As a result, in the pre-doping, the steep doping to the inside of the electrode unit 101 is suppressed. That is, at the time of pre-doping, lithium ions gradually penetrate into the inside of the electrode unit 101, and the doping amount of lithium ions in the inside of the electrode unit 101 becomes more uniform. The electrode unit 102 also operates in the same manner.

また、電気化学デバイス１００においては、セパレータ１５３の最外端１５３ｔが電極ユニット１０１の側壁１０１ｗの横に位置している。これにより、電極ユニット１０１とリチウムイオン供給源１８０との間では、セパレータ１５３の段差がなく、セパレータ１５３の枚数が同じになる。この結果、プレドープの際、リチウムイオンが電極ユニット１０１の内部により均等に浸透しやすくなり、電極ユニット１０１の内部におけるリチウムイオンのドープ量がより均一になる。電極ユニット１０２も同様な作用をする。 Further, in the electrochemical device 100, the outermost end 153 t of the separator 153 is located beside the side wall 101 w of the electrode unit 101. As a result, there is no level difference between the electrode unit 101 and the lithium ion supply source 180 in the separator 153, and the number of separators 153 is the same. As a result, at the time of pre-doping, lithium ions are more easily penetrated into the inside of the electrode unit 101, and the doping amount of lithium ions in the inside of the electrode unit 101 becomes more uniform. The electrode unit 102 also operates in the same manner.

また、電気化学デバイス１００においては、巻止テープ１６１が電極ユニット１０１の側壁１０１ｗの横に位置している。これにより、セパレータ１５３の最外端１５３ｔが巻止テープ１６１によってセパレータ１５３自体に確実に固定されるとともに、プレドープの際、リチウムイオンが巻止テープ１６１によって遮蔽されにくくなる。この結果、電極ユニット１０１の内部におけるリチウムイオンのドープ量がより均一になる。電極ユニット１０２も同様な作用をする。 In addition, in the electrochemical device 100, the winding stop tape 161 is positioned beside the side wall 101 w of the electrode unit 101. As a result, the outermost end 153 t of the separator 153 is securely fixed to the separator 153 itself by the winding tape 161, and at the time of pre-doping, lithium ions are less likely to be shielded by the winding tape 161. As a result, the doping amount of lithium ions in the electrode unit 101 becomes more uniform. The electrode unit 102 also operates in the same manner.

また、プレドープ後は、リチウムイオン供給源１８０から金属箔１８１が露出し、金属箔１８１がセパレータに直接接触する場合がある。さらに、プレドープ後に金属リチウム層１８３が残存した場合には、金属リチウム片がセパレータに直接接触する場合がある。このような場合、電気化学デバイス１００では、セパレータ１５３が電極ユニット１０１と金属箔１８１との間で重複しているため、セパレータ１５３の機械的強度が強くなり、セパレータ１５３は、破損しにくくなっている。これにより、電気化学デバイス１００の耐久性が向上する。 In addition, after pre-doping, the metal foil 181 may be exposed from the lithium ion supply source 180, and the metal foil 181 may be in direct contact with the separator. Furthermore, when the metallic lithium layer 183 remains after pre-doping, the metallic lithium pieces may be in direct contact with the separator. In such a case, in the electrochemical device 100, since the separator 153 overlaps between the electrode unit 101 and the metal foil 181, the mechanical strength of the separator 153 is increased, and the separator 153 is less likely to be damaged. There is. Thereby, the durability of the electrochemical device 100 is improved.

このように、電気化学デバイス１００においては、リチウムイオンのプレドープのばらつきが抑制される。 Thus, in the electrochemical device 100, variation in lithium ion pre-doping is suppressed.

また、電気化学デバイス１００においては、電極ユニット１０１（または、電極ユニット１０２）において、上面側及び下面側におけるセパレータの重複数が同じである。従って、図１、２に例示する構成のほかに、電極ユニット１０１（または、電極ユニット１０２）を追加積層するこが可能になる。この場合、リチウムイオン供給源１８０は、それぞれの電極ユニット間に配置される。これにより、各電極ユニットにおけるリチウムイオンのドープ量がより均一になるともに、蓄電容量の設計自由度が増加する。 Further, in the electrochemical device 100, in the electrode unit 101 (or the electrode unit 102), the overlapping number of separators on the upper surface side and the lower surface side is the same. Therefore, in addition to the configuration illustrated in FIGS. 1 and 2, the electrode unit 101 (or the electrode unit 102) can be additionally stacked. In this case, the lithium ion source 180 is disposed between the respective electrode units. As a result, the doping amount of lithium ions in each electrode unit becomes more uniform, and the design freedom of the storage capacity is increased.

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本実施形態の変形例に係る電気化学デバイスを示す模式的断面図である。 Fig.5 (a) and FIG.5 (b) are typical sectional drawings which show the electrochemical device concerning the modification of this embodiment.

図５（ａ）に示す変形例では、セパレータ１５３の最外端１５３ｔが粘着剤層１７０によってセパレータ１５３自体に固定されている。セパレータ１５４の最外端１５４ｔも、粘着剤層１７０によってセパレータ１５４自体に固定されてもよい。 In the modification shown in FIG. 5A, the outermost end 153t of the separator 153 is fixed to the separator 153 itself by the adhesive layer 170. The outermost end 154 t of the separator 154 may also be fixed to the separator 154 itself by the adhesive layer 170.

図５（ｂ）に示す変形例では、セパレータ１５３の最外端１５３ｔが熱圧着によってセパレータ１５３自体に固定されている。例えば、セパレータ１５３の最外端１５３ｔは、熱圧着領域１５３ｂにおいて、セパレータ１５３自体に固定されている。セパレータ１５４の最外端１５４ｔも、熱圧着によってセパレータ１５４自体に固定されてもよい。 In the modification shown in FIG. 5B, the outermost end 153t of the separator 153 is fixed to the separator 153 itself by thermocompression bonding. For example, the outermost end 153t of the separator 153 is fixed to the separator 153 itself in the thermocompression bonding area 153b. The outermost end 154t of the separator 154 may also be fixed to the separator 154 itself by thermocompression bonding.

このような構成であれば、巻止テープ１６１が用いられず、セパレータ１５３の最外端１５３ｔがセパレータ１５３自体に固定されている。これにより、巻止テープ１６１によって被覆されるセパレータ１５３の部分の面積が減少し、巻止テープ１６１によるリチウムイオンの遮蔽効果がより減退する。これにより、電気ユニット１０１の内部におけるリチウムイオンのドープ量がより均一になる。電気ユニット１０２においても同様の作用を奏する。 With such a configuration, the winding stop tape 161 is not used, and the outermost end 153 t of the separator 153 is fixed to the separator 153 itself. As a result, the area of the portion of the separator 153 covered by the winding tape 161 is reduced, and the shielding effect of lithium ions by the winding tape 161 is further reduced. Thereby, the doping amount of lithium ions in the inside of the electrical unit 101 becomes more uniform. The same action is performed in the electric unit 102.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to the above-mentioned embodiment, of course, a various change can be added.

１００、５０１、５０２…電気化学デバイス
１０１、１０２…電極ユニット
１０１ｄ、１０２ｄ…下面
１０１ｗ、１０２ｗ…側壁
１０１ｕ、１０２ｕ…上面
１０６、１０６ａ、１０６ｂ…外装フィルム
１２０…電解液
１３０、１３５…負極
１３０ｅ…端部
１３１…負極端子
１３２、１３７…負極集電体
１３２ａ、１３２ｂ、１３７ａ、１３７ｂ…主面
１３３、１３８…負極活物質層
１４０、１４５…正極
１４１…正極端子
１４２ａ、１４２ｂ、１４７ａ、１４７ｂ…主面
１４２、１４７…正極集電体
１４３、１４８…正極活物質層
１５１、１５２、１５３、１５４…セパレータ
１５３ｔ、１５４ｔ…最外端
１５３ｂ…熱圧着領域
１６１、１６２…巻止テープ
１７０…粘着剤層
１８０…リチウムイオン供給源
１８０ｃ…中心軸
１８１…金属箔
１８１ｈ…貫通孔
１８１ｄ…下面
１８１ｕ…上面
１８３…金属リチウム層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 501, 502 ... Electrochemical device 101, 102 ... Electrode unit 101 d, 102 d ... Lower surface 101 w, 102 w ... Side wall 101 u, 102 u ... Upper surface 106, 106 a, 106 b ... Exterior film 120 ... Electrolyte 130, 135 ... Negative electrode 130 e ... end Part 131 ... negative electrode terminal 132, 137 ... negative electrode current collector 132a, 132b, 137a, 137b ... principal surface 133, 138 ... negative electrode active material layer 140, 145 ... positive electrode 141 ... positive electrode terminal 142a, 142b, 147a, 147b ... principal surface 142, 147 ... positive electrode current collectors 143, 148 ... positive electrode active material layers 151, 152, 153, 154 ... separators 153t, 154t ... outermost end 153b ... thermocompression bonding area 161, 162 ... winding stop tape 170 ... adhesive layer 180 ... Lithium ion supply source 180c ... Central axis 181 ... metal foil 181 h ... through hole 181 d ... lower surface 181 u ... upper surface 183 ... metal lithium layer

Claims

第１正極と第１負極とが第１セパレータを介して交互に積層された第１電極ユニットと、
第２正極と第２負極とが第２セパレータを介して交互に積層された第２電極ユニットと、
前記第１電極ユニットと前記第２電極ユニットとの間に設けられたリチウムイオン供給源と、
前記第１電極ユニットに捲回された第３セパレータと、
前記第２電極ユニットに捲回された第４セパレータと
を具備し、
前記第１電極ユニットと前記リチウムイオン供給源との間における前記第３セパレータの重複数は、前記第２電極ユニットと前記リチウムイオン供給源との間における前記第４セパレータの重複数と同じであり、
前記第１負極及び前記第２負極には、前記リチウムイオン供給源に設けられた金属リチウム層からリチウムイオンのプレドープがなされている
電気化学デバイス。 A first electrode unit in which a first positive electrode and a first negative electrode are alternately stacked via a first separator;
A second electrode unit in which a second positive electrode and a second negative electrode are alternately stacked via a second separator;
A lithium ion source provided between the first electrode unit and the second electrode unit;
A third separator wound on the first electrode unit;
And a fourth separator wound on the second electrode unit,
The overlapping number of the third separator between the first electrode unit and the lithium ion source is the same as the overlapping number of the fourth separator between the second electrode unit and the lithium ion source. ,
An electrochemical device, wherein the first negative electrode and the second negative electrode are pre-doped with lithium ions from a metal lithium layer provided in the lithium ion supply source.

請求項１に記載の電気化学デバイスであって、
前記第１電極ユニットに捲回された前記第３セパレータの最外端は、前記第１電極ユニットの側壁に並び、
前記第２電極ユニットに捲回された前記第４セパレータの最外端は、前記第２電気ユニットの側壁に並んでいる
電気化学デバイス。 An electrochemical device according to claim 1, wherein
The outermost end of the third separator wound around the first electrode unit is aligned with the side wall of the first electrode unit,
An electrochemical device, wherein the outermost end of the fourth separator wound on the second electrode unit is aligned with the side wall of the second electrical unit.

請求項１または２に記載の電気化学デバイスであって、
前記第３セパレータの前記最外端を前記第３セパレータ自体に固定する第１巻止テープと、
前記第４セパレータの前記最外端を前記第４セパレータ自体に固定する第２巻止テープと
をさらに具備する
電気化学デバイス。 An electrochemical device according to claim 1 or 2, wherein
A first winding tape for fixing the outermost end of the third separator to the third separator itself;
An electrochemical device, further comprising: a second winding tape fixing the outermost end of the fourth separator to the fourth separator itself.

請求項１または２に記載の電気化学デバイスであって、
前記第３セパレータの前記最外端を前記第３セパレータ自体に固定する第１粘着剤層と、
前記第４セパレータの前記最外端を前記第４セパレータ自体に固定する第２粘着剤層と
をさらに具備する
電気化学デバイス。 An electrochemical device according to claim 1 or 2, wherein
A first pressure-sensitive adhesive layer fixing the outermost end of the third separator to the third separator itself;
An electrochemical device, further comprising: a second pressure-sensitive adhesive layer fixing the outermost end of the fourth separator to the fourth separator itself.

請求項１または２に記載の電気化学デバイスであって、
前記第３セパレータの前記最外端は、熱圧着によって前記第３セパレータ自体に固定され、
前記第４セパレータの前記最外端は、熱圧着によって前記第４セパレータ自体に固定されている
電気化学デバイス。 An electrochemical device according to claim 1 or 2, wherein
The outermost end of the third separator is fixed to the third separator itself by thermocompression bonding,
The electrochemical device, wherein the outermost end of the fourth separator is fixed to the fourth separator itself by thermocompression bonding.

請求項１〜５のいずれか１つに記載の電気化学デバイスであって、
前記リチウムイオン供給源とは反対側の前記第１電極ユニットに積層された前記第３セパレータの重複数は、前記第１電極ユニットと前記リチウムイオン供給源との間における前記第３セパレータの重複数と同じである
電気化学デバイス。 The electrochemical device according to any one of claims 1 to 5, wherein
The overlapping number of the third separators stacked on the first electrode unit opposite to the lithium ion source is the overlapping number of the third separators between the first electrode unit and the lithium ion source. An electrochemical device that is the same.

請求項１〜６のいずれか１つに記載の電気化学デバイスであって、
前記リチウムイオン供給源とは反対側の前記第２電極ユニットに積層された前記第４セパレータの重複数は、前記第２電極ユニットと前記リチウムイオン供給源との間における前記第４セパレータの重複数と同じである
電気化学デバイス。 The electrochemical device according to any one of claims 1 to 6, wherein
The overlapping number of the fourth separators stacked on the second electrode unit opposite to the lithium ion source is the overlapping number of the fourth separators between the second electrode unit and the lithium ion source. An electrochemical device that is the same.