(57)【要約】  集電部材と極板を確実に溶接し、溶接部の抵抗の低いリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットを製造する方法及びリチウムイオンキャパシタを提供する。正極板９の未塗工部２５と負極板１１の未塗工部３３が逆方向にセパレータ１３，１５よりも外側に突出するように構成し、軸芯７を中心として断面渦巻き状に捲回されて極板群５を構成する。また、極板群５の径方向の中央領域において、金属リチウム支持部材１７の捲回層が位置するように金属リチウム支持部材１７が負極板１１上に配置されている。負極集電部材４５を未塗工部３３の上に載せた状態で、レーザ光を連続的に発生する直接集光型半導体レーザ装置を用いて溶接を行い、リチウムイオンキャパシタ用極板群ユニット２を製造する。容器３にリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニット２を収納し、リチウムイオンキャパシタ１を得る。
2012036249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム箔に正極活物質合剤が塗着された正極板と、銅箔に負極活物質合剤が塗着された負極板とがセパレータを介して積層した積層体を捲回してなる極板群と、
前記正極板の前記アルミニウム箔に電気的に接続されたアルミニウムからなる正極集電部材と、
前記負極板の前記銅箔に電気的に接続された金属材料からなる負極集電部材と、
金属リチウムと、前記負極集電部材と電気的に接続されてイオン透過性を有し且つ前記金属リチウムを保持する構造を有する銅箔からなる支持体とを備えた金属リチウム支持部材とを有し、
前記金属リチウムが前記負極板の前記負極活物質合剤中の負極活物質に吸蔵されることで前記銅箔のみが残存するように前記金属リチウム支持部材が、前記極板群内または前記極板群に隣接して前記正極板と電気的に絶縁した状態で配置されてなるリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法であって、
前記負極板として、前記負極活物質合剤の塗布層に沿って前記銅箔の未塗工部が残されたものを用意し、
前記正極板として、前記正極活物質合剤の塗布層に沿って前記アルミニウム箔の未塗工部が残されたものを用意し、
前記極板群を、前記負極板の前記未塗工部と前記正極板の前記未塗工部がそれぞれ逆方向に前記セパレータより外側に突出するように構成し、
前記支持体の端部の前記セパレータからの突出長さを、前記負極板の前記未塗工部の前記セパレータからの突出長さよりも長くなるように前記極板群を構成し、
前記金属リチウム支持部材は、前記金属リチウム支持部材の捲回層が、前記極板群の径方向の中央領域に位置するように配置されており、
前記極板群の前記負極板の前記未塗工部及び前記支持体の端部上に前記負極集電部材を載せた状態で、レーザ光を連続的に発生する直接集光型半導体レーザ装置を用いて、前記レーザ光を前記負極集電部材に連続照射して前記負極集電部材を局部的に溶融し、溶融金属により前記負極板の前記未塗工部及び前記支持体の端部と前記負極集電部材とを溶接し、
前記極板群の前記正極板の前記未塗工部の上に前記正極集電部材を載せた状態で、レーザ光を連続的に発生する直接集光型半導体レーザ装置を用いて、前記レーザ光を前記正極集電部材に連続照射して前記正極集電部材を局部的に溶融し、溶融金属により前記正極板の前記未塗工部と前記正極集電部材とを溶接することを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法。
【請求項２】
アルミニウム箔に正極活物質合剤が塗着された正極板と、銅箔に負極活物質合剤が塗着された負極板とがセパレータを介して積層した積層体を捲回してなる極板群と、
前記正極板の前記アルミニウム箔に電気的に接続されたアルミニウムからなる正極集電部材と、
前記負極板の前記銅箔に電気的に接続された金属材料からなる負極集電部材と、
金属リチウムと、前記負極集電部材と電気的に接続されてイオン透過性を有し且つ前記金属リチウムを保持する構造を有する銅箔からなる支持体とを備えた金属リチウム支持部材とを有し、
前記金属リチウムが前記負極板の前記負極活物質合剤中の負極活物質に吸蔵されることで前記銅箔のみが残存するように前記金属リチウム支持部材が、前記極板群内または前記極板群に隣接して前記正極板と電気的に絶縁した状態で配置されてなるリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法であって、
前記負極板として、前記負極活物質合剤の塗布層に沿って前記銅箔の未塗工部が残されたものを用意し、
前記正極板として、前記正極活物質合剤の塗布層に沿って前記アルミニウム箔の未塗工部が残されたものを用意し、
前記極板群を、前記負極板の前記未塗工部と前記正極板の前記未塗工部がそれぞれ逆方向に前記セパレータより外側に突出するように構成し、
前記極板群の前記負極板の前記未塗工部及び前記支持体の端部上に前記負極集電部材を載せた状態で、レーザ光を連続的に発生する直接集光型半導体レーザ装置を用いて、前記レーザ光を前記負極集電部材に連続照射して前記負極集電部材を局部的に溶融し、溶融金属により前記負極板の前記未塗工部及び前記支持体の端部と前記負極集電部材とを溶接することを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法。
【請求項３】
前記極板群の前記正極板の前記未塗工部の上に前記正極集電部材を載せた状態で、レーザ光を連続的に発生する直接集光型半導体レーザ装置を用いて、前記レーザ光を前記正極集電部材に連続照射して前記正極集電部材を局部的に溶融し、溶融金属により前記正極板の前記未塗工部と前記正極集電部材とを溶接する請求項２に記載のリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法。
【請求項４】
前記溶融金属が前記極板群の最も径方向外側に位置する極板層を越えて径方向外側に延びないように溶接を行う請求項１または２に記載のリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法。
【請求項５】
前記支持体の端部の前記セパレータからの突出長さを、前記負極板の前記未塗工部の前記セパレータからの突出長さよりも長くなるように前記極板群を構成することを特徴とする請求項２に記載のリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法。
【請求項６】
前記金属リチウム支持部材は、前記金属リチウム支持部材の捲回層が、前記極板群の径方向の中央領域に位置するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載のリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法。
【請求項７】
前記負極集電部材及び前記正極集電部材には、前記レーザ光が照射される部分に直線的に延びる凹部または凸部がプレス加工されている請求項１または２に記載のリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法。
【請求項８】
前記金属材料は、ニッケルまたは銅にニッケルメッキが施されたものである請求項１または２に記載のリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法。
【請求項９】
請求項１または２に記載の方法により製造したリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットを備えたリチウムイオンキャパシタ。
【請求項１０】
アルミニウム箔に正極活物質合剤が塗着された正極板と、銅箔に負極活物質合剤が塗着された負極板とがセパレータを介して積層した積層体を捲回してなる極板群と、
前記正極板の前記アルミニウム箔に電気的に接続されたアルミニウムからなる正極集電部材と、
前記負極板の前記銅箔に電気的に接続された金属材料からなる負極集電部材と、
金属リチウムと、前記負極集電部材と電気的に接続されてイオン透過性を有し且つ前記金属リチウムを保持する構造を有する銅箔からなる支持体とを備えた金属リチウム支持部材とを有し、
前記金属リチウムが前記負極板の前記負極活物質合剤中の負極活物質に吸蔵されることで前記銅箔のみが残存するように前記金属リチウム支持部材が、前記極板群内または前記極板群に隣接して前記正極板と電気的に絶縁した状態で配置されてなるリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットが有底の容器内に収納され、前記容器の開口部が端子電極を兼ねる蓋部材によって封止されているリチウムイオンキャパシタであって、
前記負極板は前記負極活物質合剤の塗布層に沿って前記銅箔の未塗工部が残されたものであり、且つ前記正極板は前記正極活物質合剤の塗布層に沿って前記アルミニウム箔の未塗工部が残されたものであり、
前記極板群が、前記負極板の前記未塗工部と前記正極板の前記未塗工部がそれぞれ逆方向に前記セパレータより外側に突出するように構成され、
前記極板群の前記負極板の前記未塗工部及び前記支持体の端部に前記負極集電部材がレーザ溶接されており、
前記負極集電部材の前記金属材料は、直接集光型半導体レーザ装置から連続的に出力されるレーザ光により溶融する材料であることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
【請求項１１】
前記金属材料は、ニッケルまたは銅にニッケルメッキが施されたものである請求項１０に記載のリチウムイオンキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法及びその極板群ユニットを備えたリチウムイオンキャパシタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大容量キャパシタ（例えば、５００Ｆ以上）として、リチウムイオン電池の利点と電気二重層キャパシタの利点とを組み合わせたリチウムイオンキャパシタが開発されている。最近開発が進められているリチウムイオンキャパシタは、一般に、正極活物質に活性炭、負極活物質にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材が用いられている。リチウムイオンキャパシタは、予め負極板にリチウムイオンが吸蔵またはドープされていることにより、負極電位が通常の電気二重層キャパシタ（およそ−１Ｖ〜−１．３５Ｖ）より低く保たれる(およそ−３Ｖ)。そのため、セルの使用電圧範囲を高くすることができ（およそ２．２Ｖ〜３．８Ｖ）、また、正極充放電機構として、通常の電気二重層キャパシタで利用される陰イオンの吸着に加え、陽イオンの吸着も利用できるため、容量を原理的に倍取り出すことができる。さらにリチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン電池に比べて容量は小さいものの、内部抵抗が小さく出力特性の点で優れるとともに、長寿命であるという利点がある［特開２０１０−１４１２１７号（特許文献１）］。特許文献１に記載の構造では、複数のタブを利用して集電板と集電部材とを接続している。【０００３】
このようなリチウムイオンキャパシタを製造する場合に、銅箔からなる負極集電体と銅からなる負極集電部材を確実に溶接するために、ＹＡＧレーザ光を用いたレーザ溶接利用しているものがある［特開２０１０−９３１７８号（特許文献２）］。特許文献２に記載の構造では、タブを利用することなく、負極集電体に負極集電部材を直接溶接している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４１２１７号公報
【特許文献２】特開２０１０−９３１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に示されているＹＡＧレーザ光やＣＯ2レーザ光を用いる溶接技術では、レーザ光の集光エネルギが高く、レーザが照射されている部分の金属が蒸発し、その反力で鍵穴のように溶かし込む、いわゆる「キーホール」が発生するため、溶融金属が飛び散ったり（スパッタ）、溶融穴にガスが入りブローホールを形成してしまうことがあり、溶接欠陥が生じやすい。また、ＹＡＧレーザ光やＣＯ2レーザ光はスポット径が小さいことや、レーザ光の集光用レンズの温度上昇によって焦点が変化することから、溶接位置がズレやすく、溶接の品質にバラツキが生じやすい。リチウムイオンキャパシタを製造する場合、集電部材と極板の集電体との溶接が不十分であると、溶接部の抵抗が増大し、キャパシタの性能が低下してしまうという問題がある。【０００６】
本発明の目的は、集電部材と極板を確実に溶接し、溶接部の抵抗が低く、溶融金属による短絡の生じないリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットを製造する方法及びリチウムイオンキャパシタを提供することにある。【０００７】
上記目的に加えて、本発明の目的は、事前充電動作において、金属リチウムが確実に吸蔵されるリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法及びリチウムイオンキャパシタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の製造方法により製造するリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットは、基本的な構成に、アルミニウム箔（正極集電体）に正極活物質合剤が塗着された正極板と、銅箔（負極集電体）に負極活物質合剤が塗着された負極板とがセパレータを介して積層した積層体を捲回してなる極板群と、正極板のアルミニウム箔に電気的に接続されたアルミニウムからなる正極集電部材と、負極板の銅箔に電気的に接続された金属材料からなる負極集電部材と、金属リチウムと、負極集電部材と電気的に接続されてイオン透過性を有し且つ金属リチウムを保持する構造を有する銅箔からなる支持体とを備えた金属リチウム支持部材とを備えている。【０００９】
金属リチウム支持部材は、極板群内または極板群に隣接して正極板と電気的に絶縁した状態で配置されており、金属リチウムが、負極板の負極活物質合剤中の負極活物質に吸蔵（プレドープ）されることで銅箔のみが残存するようになっている。【００１０】
本発明のリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットの製造方法では、負極板としては、負極活物質合剤の塗布層に沿って銅箔の未塗工部が残されたものを用意する。また正極板としては、正極活物質合剤の塗布層に沿ってアルミニウム箔の未塗工部が残されたものを用意する。そして極板群を、負極板の未塗工部と正極板の未塗工部がそれぞれ逆方向にセパレータより外側に突出するように構成する。このようにして構成した極板群の負極板の未塗工部及び支持体の端部上に負極集電部材を載せた状態で、直接集光型半導体レーザ装置を用いて溶接する。【００１１】
本発明で用いる直接集光型半導体レーザ装置（Direct Diode Laser：ＤＤＬ）とは、高効率な発振が可能なレーザダイオード（ＬＤ）を光源とする半導体レーザ光源のレーザ光を直接集光して出力する半導体レーザ装置であり（例えば、コヒレント・ジャパン株式会社やｌａｓｅｒｌｉｎｅ社の販売している高出力半導体レーザ装置など）、レーザ光による伝導熱で金属を溶かし込む溶接が可能で、また、連続的にレーザ光を発生することができるものである。そのため、いわゆるキーホールが生じることはなく、溶接金属が飛び散ったり、ブローホールを形成することがなく、負極集電部材を効率的に溶融させることができて、確実に溶接を行うことが可能になり、溶接部の抵抗が大きくなることを確実に防止できる。また、溶融金属による飛び散りによるスパッタが少ないことから、リチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットを容器に収納した場合に、容器との短絡が生じる可能性もなくなる。さらに、本発明では、捲回された極板群の負極板の未塗工部に直接溶接を行うことから、溶接面積が大きくなるため、接触抵抗をより小さくすることができる。特に本発明では、銅箔からなる金属リチウム支持部材の支持体も、負極集電部材に一緒に溶接するため、金属リチウム支持部材と負極集電部材とを溶接部の抵抗を大きくすることなく確実に溶接することができる。そのため事前充電の際に、負極板の負極活物質合剤中の負極活物質に金属リチウムを確実に吸蔵させることができる。また、金属リチウムが吸蔵された後に、残存する支持材が落下することを防ぐことができる。【００１２】
なお、使用する直接集光型半導体レーザ装置から出力するレーザ光の波長とパワーは、負極集電部材を効率的に溶融させることができるものを選べばよい。また、本発明の直接集光型半導体レーザ装置には、出力レーザ光を光ファイバに集光させて取り回しを容易にしたファイバ導光型半導体レーザ装置（ＦＯＬＤ）も含むものである。【００１３】
本発明の負極側に使用する直接集光型半導体レーザ装置は、正極集電部材及び正極板に使用しているアルミニウムの溶接も可能なため、負極集電部材と負極板だけでなく、正極集電部材と正極板についても同様の溶接装置を用いて溶接を行うことができる。すなわち、極板群の正極板の未塗工部の上に正極集電部材を載せた状態で、レーザ光を連続的に発生する直接集光型半導体レーザ装置を用いて、レーザ光を正極集電部材に連続照射して正極集電部材を局部的に溶融し、溶融金属により正極板の未塗工部と正極集電部材とを溶接することができる。したがって、１台の直接集光型半導体レーザ装置を用いて、負極側及び正極側の溶接作業を行うことができ、生産効率が向上する。【００１４】
本発明の製造方法において溶接を行う場合、溶融金属が極板群の最も径方向外側に位置する極板層を越えて径方向外側に延びないようにした方がよい。本発明の製造方法で製造されたリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットを、最終的に金属製の容器に収納すると、溶接金属が極板群の最も径方向外側に位置する極板層を越えて径方向外側に延びていた場合、容器壁面と電気的に接触し、短絡を発生させる可能性があるためである。【００１５】
金属リチウムの吸蔵をより確実に行うため、支持体の端部のセパレータからの突出長さを、負極板の未塗工部のセパレータからの突出長さよりも長くなるように極板群を構成することが望ましい。このように構成することにより、負極集電部材と支持体の溶接がより確実になり、溶接部の抵抗値を上げることなく金属リチウムの吸蔵を確実に行うことができる。これは支持体が溶融した負極集電部材に深く入り込んで接触面積が増え、これが溶接部の抵抗値が大きくならない原因となっているからである。【００１６】
極板群内における金属リチウム支持部材の配置位置は、任意である。例えば、金属リチウム支持部材の捲回層が、極板群の外側に配置されるような位置に配置してもよい。しかしながら、この場合には、負極集電部材と金属リチウム支持部材の支持体とを確実に溶接するために、負極集電部材の径を大きくする必要がある。また、負極集電部材の外側まで溶接を行う必要があり、溶接による溶融金属が極板群の最も径方向外側に位置する極板層を越えてしまう可能性が高くなる。そのため、金属リチウム支持部材の捲回層が、極板群の径方向の中央領域に位置するように配置することが望ましい。このように金属リチウム支持部材を配置すれば、負極集電部材の径を実質的に大きくする必要がなくなり、また、負極集電部材の端まで溶接をしなくても、確実に金属リチウム支持部材の支持体と負極集電部材とを溶接することができる。【００１７】
負極集電部材及び正極集電部材には、レーザ光が照射される部分に直線的に延びる凹部または凸部がプレス加工されていることが好ましい。このように構成することで、レーザ光による熱の熱拡散を防止することができ、また、レーザ光を照射する位置が明確になり、所望の箇所を的確に溶接することができる。【００１８】
以上のようにして製造したリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットは、リチウムイオンキャパシタに適用が可能である。【００１９】
本発明は、リチウムイオンキャパシタとして把握することもできる。本発明のリチウムイオンキャパシタは、前述の方法で製造されるリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットを用いる。前述のようにこのユニットは、アルミニウム箔に正極活物質合剤が塗着された正極板と、銅箔に負極活物質合剤が塗着された負極板とがセパレータを介して積層した積層体を捲回してなる極板群と、正極板のアルミニウム箔に電気的に接続されたアルミニウムからなる正極集電部材と、負極板の銅箔に電気的に接続された金属材料からなる負極集電部材とを有する。また金属リチウムと、負極集電部材と電気的に接続されてイオン透過性を有し且つ金属リチウムを保持する構造を有する銅箔からなる支持体とを備えた金属リチウム支持部材を有する。そして金属リチウムが負極板の負極活物質合剤中の負極活物質に吸蔵されることで銅箔のみが残存するように金属リチウム支持部材が、極板群内または極板群に隣接して正極板と電気的に絶縁した状態で配置される。本発明では、このリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットが有底の容器内に収納され、容器の開口部が端子電極を兼ねる蓋部材によって封止されている。【００２０】
負極板は負極活物質合剤の塗布層に沿って銅箔の未塗工部が残されたものであり、且つ正極板は正極活物質合剤の塗布層に沿ってアルミニウム箔の未塗工部が残されたものである。極板群は、負極板の未塗工部と正極板の未塗工部がそれぞれ逆方向にセパレータより外側に突出するように構成され、極板群の負極板の未塗工部及び支持体の端部に負極集電部材がレーザ溶接されている。負極集電部材の金属材料は、直接集光型半導体レーザ装置から連続的に出力されるレーザ光により溶融する材料である。これにより、負極板と負極集電部材が確実に溶接された、溶接部の接触抵抗の小さいリチウムイオンキャパシタを得ることができる。【００２１】
なお、直接集光型半導体レーザ装置から連続的に出力されるレーザ光により溶融する負極集電部材の金属材料の例としては、ニッケルまたは銅にニッケルメッキが施されたものが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は、本発明のリチウムイオンキャパシタの平面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）のＩＢ−ＩＢ線断面図である。
【図２】本発明の極板群の展開図を示す図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の正極板及び負極板の例を示す図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の金属リチウム支持部材の例を示す図である。
【図５】本発明の正極集電部材の例を示す図である。
【図６】本発明の負極集電部材の例を示す図である。
【図７】本発明の極板群と、正極集電部材及び負極集電部材の組み合わせを示す図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の集電部材と極板の溶接の様子を示す図である。
【図９】（ａ）は、図１（ｂ）の符号Ａを付した領域を拡大して示した断面図であり、（ｂ）は、図１（ｂ）の符号Ｂを付した領域を拡大して示した断面図である。
【図１０】図１（ｂ）の符号Ｃを付した領域を拡大して示した断面図である。
【図１１】本発明のリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニットを容器に収納し、容器蓋で密封する様子を示した図である。
【図１２】本発明の正極集電部材の変形例を示す図である。
【図１３】本発明の負極集電部材の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明を円筒状リチウムイオンキャパシタに適用した実施の形態について説明する。
【００２４】
（構成）
＜全体構成＞
図１（ａ）は正極を上にした状態の本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ１（以下、キャパシタ１と略称する。）の平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＩＢ−ＩＢ線断面図である。なお図１（ｂ）には、極板群５の断面形状は図示を省略してあり、また断面部分を示すハッチングも省略してある。キャパシタ１は、ニッケルメッキが施されたスチール製の有底円筒状の容器（缶）３を有している。容器３内には、極板群５と正極集電部材３９及び負極集電部材４５の組み合わせからなるリチウムイオンキャパシタ用極板群ユニット２が収納されている。図１（ｂ）及び図２に示すように、極板群５は、中空円筒状のポリプロピレン製軸芯７に帯状の正極板９および負極板１１が第１のセパレータ１３及び第２のセパレータ１５を介して捲回されて構成されている。ドーピング前の極板群５内には、図２に示すように金属リチウムを含む金属リチウム支持部材１７が配置されている。正極板９は、２枚の分割正極板９Ａ,９Ｂから構成されている。第１及び第２のセパレータ１３，１５としては、クラフト紙等の多孔質基材を用いることができる。
【００２５】
＜正極板＞
正極板９を構成する分割正極板９Ａ，９Ｂは、長さ寸法を除いて同じ構造を有している。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、分割正極板９Ａ，９Ｂは、例えば、アルミニウム箔（正極集電体）１９の両面に、正極活物質合剤２１が塗着されて構成されている。なお本願明細書において、アルミニウム箔はアルミニウム合金箔を含むものである。正極活物質合剤２１としては、例えば、活性炭と、アクリル系バインダからなる結着剤と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）からなる分散剤との混合物を用いることができる。アルミニウム箔１９は、多数の貫通孔が形成されて正極活物質合剤が塗布される塗工部２３と、塗工部２３の長手方向に沿って形成されて貫通孔が形成されていない未塗工部２５を有している。塗工部２３に該塗工部の幅方向の長さに満たない長さで正極活物質合剤２１が塗着されている。すなわち、正極活物質合剤２１の塗布層に沿ってアルミニウム箔の未塗工部２５が露出した状態で残されている。
【００２６】
＜負極板＞
負極板１１も図３（ａ）、（ｂ）に示す分割正極板９Ａ及び９Ｂと同様の構造を有している。すなわち、負極板１１は、銅箔（負極集電体）２７の両面に負極活物質合剤２９が塗着された構造を有している。なお本願明細書において、銅箔は、純銅箔だけでなく銅合金箔も含むものである。負極活物質合剤２９としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な非晶質炭素と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）からなる結着剤と、アセチレンブラック等の導電助材との混合物を用いることができる。銅箔２７は、多数の貫通孔が形成された塗工部３１と、塗工部３１の長手方向に沿って形成されて貫通孔が形成されていない未塗工部３３を有している。塗工部３１には、該塗工部３１の幅方向の長さに満たない長さで負極活物質合剤２９が塗着されている。すなわち、負極活物質合剤２９の塗布層に沿って銅箔の未塗工部３３が露出した状態で残されている。
【００２７】
＜金属リチウム支持部材＞
金属リチウム支持部材１７は、負極板１１の負極活物質（本例では非晶質炭素）にリチウムイオンを吸蔵（ドープ）させるためのものである。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、金属リチウム支持部材１７は、薄板状の金属リチウム３５と、２枚の銅箔（支持体）３７，３７とで構成されている。銅箔３７，３７は、負極板１１を構成する銅箔２７と同じものを所定寸法に切断して用いることができる。銅箔３７，３７には、多数の貫通孔が形成されており（図示せず）、金属リチウム３５は、２枚の銅箔３７の多数の貫通孔が形成された部分に接触するようにして２枚の銅箔３７，３７間に挟持されている。
【００２８】
＜極板群＞
図２に示すように、極板群５は、正極板９（分割正極板９Ａ，９Ｂ）と負極板１１とが、直接接触しないように、２枚のセパレータ１３，１５を介して、軸芯７を中心として断面渦巻き状に捲回されて構成されている。そして、極板群５の径方向の中央領域には、金属リチウム支持部材１７の捲回層が位置するように金属リチウム支持部材１７が負極板１１上に配置されている。正極板９と負極板１１は、それぞれの未塗工部（未塗工部２５と３３）が逆方向にセパレータ１３，１５よりも外側に突出するように配置されている。なお、極板群５の捲回終端部は、捲き解けを防止するために、粘着テープを捲回終端部と極板群の外周面とに跨がって貼り付けることで固定されている。
【００２９】
＜正極集電部材＞
正極集電部材３９は、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）からなり、図５に示す通り、中心部分に円形の孔４１が形成されたリング形状を有している。図１（ｂ）に示すように、孔４１は、正極集電部材３９が極板群５の中心からずれないようにするために、軸芯７の上端に嵌る直径を有している。正極集電部材３９は、極板群５に含まれる正極板９の未塗工部２５に溶接される。そこで図７に示すように、極板群５の正極板９の塗工部２５が位置する側の上方から正極集電部材３９を極板群５に向かって近付け、正極板９のアルミニウム箔１９の未塗工部２５の上に、正極集電部材３９を載せる。そして後述するレーザ溶接により、未塗工部２５と正極集電部材３９とを溶接する。レーザ溶接のために、正極集電部材３９には、極板群５と接する方向に向かって凸となり、極板群５から離れる方向に向かって開くよう溶接用凹部を構成する溝４３が４本設けられている。これらの溝４３は、プレス加工によって形成されており、正極集電部材３９の仮想中心点を中心として、放射状に直線的に延びている。なお、図７において正極集電部材３９に溶接された正極端子部４４Ａは、図１（ｂ）に示した容器蓋５５に溶接されるものである。なお図１（ｂ）に示すように、組立の際には、正極集電部材３９の外周縁部には、容器３と電気的に絶縁するためのゴム製の絶縁リング部材が装着される。
【００３０】
＜負極集電部材＞
負極集電部材４５は、ニッケルまたは銅にニッケルメッキを施した金属材料のいずれかで形成されている。本実施の形態では、銅にニッケルメッキを施した金属材料で負極集電部材４５を形成した。図６に示す通り、負極集電部材４５は、中心部分に円形の窪み４７が形成された円盤形状を有している。窪み４７は、軸芯７の下端を収納するように形成されている。図７に示す通り、負極集電部材４５は、極板群５の負極板１１の銅箔の未塗工部３３が位置する側から、極板群５に近付けられて、銅箔２７の未塗工部３３上に載せられる。そして負極集電部材４５と銅箔２７の未塗工部３３とはレーザ溶接される。負極集電部材４５にも、正極集電部材３９と同様に、極板群５に向かって凸となり極板群５から離れる方向に向かって開くように溶接用凹部を構成する溝４９が４本設けられている。これらの溝４９は、プレス加工によって形成されており、負極集電部材４５の仮想中心点を中心として放射状に直線的に延びている。
【００３１】
＜極板群と集電部材の溶接＞
極板群５の未塗工部２５及び３３と集電部材（正極集電部材３９及び負極集電部材４５）の溶接には、レーザ光を用いる。特に、本実施の形態では、レーザ溶接装置として、レーザ光を連続的に発生する直接集光型半導体レーザ装置（ＤＬＬ・図示せず）を用いた。本実施の形態の直接集光型半導体レーザ装置は、高効率な発振が可能なレーザダイオードのレーザ光を用いており、ＹＡＧレーザ光やＣＯ2レーザ光に比べて集光度が10分の1程度、ビーム形状が楕円形であり、レーザ光による伝導熱で金属を溶かし込む溶接が可能なものである。このような直接集光型半導体レーザ装置を用いることで、溶接を確実にし、且つ、溶融金属の飛び散りによるスパッタの少ない溶接が可能になる。負極集電部材４５を溶接する場合を例にして説明すると、レーザ光を連続的に発生する直接集光型半導体レーザ装置を用いて、レーザ光を負極集電部材４５の溝部４９に沿って負極集電部材４５の外周側から中心部に向かって連続照射して負極集電部材４５を局部的に溶融し、溶融金属により負極板の銅箔の未塗工部３３及び支持体３７の端部と負極集電部材４５とを溶接する。本実施の形態のように、直接集光型半導体レーザ装置を用いてレーザ溶接を行うと、負極集電部材を効率的に溶融させることができて、確実に溶接を行うことが可能になり、溶接部の抵抗が大きくなることを確実に防止できる。なお、直接集光型半導体レーザ装置の代わりに、ファイバ導光型半導体レーザ装置を用いても同様に良好な溶接結果を得ることができる。
【００３２】
図８（ａ）及び（ｂ）は、溝４３と直行する方向に、正極集電部材３９及び正極板９のアルミニウム箔の未塗工部２５を断面にして示した溶接前の断面図と溶接後の断面図である。図８（ａ）に示す溶接を行う前の状態では、正極集電部材３９の溝４３を形成したために形成された山形の凸条の先端部によって、アルミニウム箔からなる正極集電板が変形している。そして図８（ｂ）に示す溶接が完了した状態では、正極集電部材３９の溝４３の底部の部分が溶融し、溶融金属により正極板９のアルミニウム箔の未塗工部２５と正極集電部材３９とが溶接されている。
【００３３】
負極集電部材４５と負極板１１の未塗工部３３の溶接も同様に行われる。すなわち、負極集電部材４５が溶融し、溶融金属により負極板１１の未塗工部３３と負極集電部材４５とが溶接される。なお、後述するように、負極集電部材４５には、金属リチウム支持部材１７を構成する支持体３７，３７の端部も同様にして溶接されている。
【００３４】
図９（ａ）は、図１に符号Ａを付した領域を拡大して示した断面図である。図９（ａ）は、軸芯７付近に溶融金属が延びるように、正極集電部材３９と正極未塗工部２５とが溶接されている様子を示している。図９（ｂ）は、図１に符号Ｂを付した領域を拡大して示している。この図は、容器３の壁面付近において、正極集電部材３９とアルミニウム箔の未塗工部２５が溶接されている状態を示している。両図において、一部の部材は図示を省略してあり、また、極板群の層の数は実際のものとは異なるように示してある。本実施の形態では、容器３側から中心に向かう方向にレーザ光を移動させて溶接を行っている。その結果、図９（ｂ）に示した通り、溶融金属５１が硬化して形成される溶接ビードは、軸芯側に延びるように形成される。そのため極板群５の最外周面を越えて容器側に向かって溶融金属５１が延びることがない。その結果、容器３の壁面に硬化した溶融金属５１が接触して、短絡が発生することはない。
【００３５】
図１０は、図１に符号Ｃを付した領域を拡大して示した断面図である。図１０は、負極集電部材４５と銅箔の未塗工部３３が溶接されている様子を示している。図１０には、軸芯７や溶融金属５３などの一部の部材については、図示を省略してあり、また、極板群の層の数も実際とは異なって示してある。図１０から明らかなように、本実施の形態では、銅箔の未塗工部３３だけでなく、金属リチウム支持部材１７を構成する支持体３７，３７も負極集電部材４５に溶接されている。支持体３７，３７の端部のセパレータからの突出長さは、未塗工部３３がセパレータ１３，１５から突出する長さよりも長くなるように支持体３７，３７の端部が構成されている。このように構成することにより、負極集電部材４５と支持体３７，３７の溶接がより確実になり、溶接部の抵抗値を上げることなく金属リチウム３５の吸蔵を確実に行うことができる。また、支持体３７，３７も溶接されているため、金属リチウム３５が吸蔵された後に、残存する支持体３７，３７が落下することを防ぐこともできる。
【００３６】
このように、本実施の形態では、１台の直接集光型半導体レーザ装置の設定を変えることなく、負極側及び正極側の溶接作業を行うことができ、生産効率が向上する。
【００３７】
＜極板群の容器への収納＞
図１１に示すように、集電部材を溶接した極板群５、すなわち、リチウムイオンキャパシタ用極板群ユニット２は、容器３へ収納される。リチウムイオンキャパシタ用極板群ユニット２を収納した状態で、負極集電部材４５の窪み４７と、容器の底部はスポット溶接により溶接され、電気的に接続されている。
【００３８】
正極集電部材３９の外周縁部には、正極集電部材と容器３とを電気的に絶縁するための絶縁リング部材６３が取り付けられている。容器３には、開口部近傍において、絞り加工が施され、図１（ｂ）に示すように、リチウムイオンキャパシタ用極板群ユニット２は容器３内で固定される。
【００３９】
正極集電部材３９の上方には、正極端子を構成する容器蓋５５が配置される。容器蓋５５は、正極集電部材３９の上に配置された蓋本体５７と、この蓋本体５７と組み合わされる蓋キャップ５９とから構成されている。蓋本体５７は、アルミニウムにより形成されており、蓋キャップ５９は、容器８と同様にニッケルメッキが施されたスチールにより形成されている。蓋キャップ５９は、環状の平坦部５９ａと、平坦部５９ａの中央部から突出する凸部５９ｂとを有している。容器蓋５５は、蓋キャップ５９の平坦部５９ａの外周部が蓋本体５７の縁部にカーリング加工が施されて（かしめられて）構成されている。蓋キャップ５９の凸部５９ｂと蓋本体５７との間には、空隙部６１が形成されている。
【００４０】
正極集電部材３９の上面には、リボン状のアルミニウム箔を積層した２本の正極端子部のうち１本の正極端子部４４Ａの一端が接合されている。正極端子部のもう１本の正極端子部４４Ｂは、容器蓋５５を構成する蓋本体５７の外底面に溶接されている。また、２本の正極端子部４４Ａ，４４Ｂの他端同士も接合される。これにより、蓋本体５７は、極板群５の一方の極板（正極板９）と電気的に接続される。
【００４１】
上述のように、絞り加工が施された容器には、円環状の段部３ａが形成されており、容器蓋５５は、その上に、容器蓋５５と容器３を電気的に絶縁するための絶縁部材６５を介して配置される。そして、開口端部３ｂは、容器蓋５５に近づくようにカーリング加工（かしめ加工）されている。その結果、カーリング加工された開口端部３ｂと段部３ａとの間に、容器蓋５５が絶縁部材６５を介して挟まれた状態で固定される。これにより、キャパシタ１の内部は密封される。
【００４２】
容器３内には、リチウムイオンキャパシタ用極板群ユニット２全体を浸潤可能な量の非水電解液（不図示）が注液されている。非水電解液には、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比３０：５０：２０の割合で混合した溶媒中にリチウム塩として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を溶解した溶液を用いることができる。
【００４３】
（集電部材の変形例）
図１２及び図１３は、集電部材の変形例を図示してある。図１２及び図１３には、図５及び図６に示した実施の形態と同じ部材に、図５及び図６に付した符号の数に１００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。図１２の集電部材では、溝１４３を正極集電部材１３９の直径よりも短く形成し、正極集電部材１３９の外周部には、溝１４３の延長線上に、爪部１６５が形成されている。この爪部１６５によって、極板群１０５が径方向に移動することが阻止される。またレーザ溶接の際に、溶融金属が極板群の最外層を越えて径方向外側に延びてしまうことを防止することができる。負極集電部材１４５の爪部１６７も同様の効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、集電部材（正極集電部材及び負極集電部材）と、極板（正極板及び負極板）が確実に溶接され、溶接部の抵抗の低いキャパシタ用極板群ユニットを得ることができ、また、接触抵抗の低いリチウムイオンキャパシタを得ることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  リチウムイオンキャパシタ
２  リチウムイオンキャパシタ用極板群ユニット
３  容器
５  極板群
７  軸芯
９  正極板
１１  負極板
１３  第１のセパレータ
１５  第２のセパレータ
１７  金属リチウム支持部材
１９  アルミニウム箔（正極集電体）
２１  正極活物質合剤
２３  塗工部
２５  未塗工部
２７  銅箔（負極集電体）
２９  負極活物質合剤
３１  塗工部
３３  未塗工部
３５  金属リチウム
３７  銅箔（支持体）
３９  正極集電部材
４１  孔
４３  溝
４４  正極端子部
４５  負極集電部材
４７  窪み
４９  溝
５１，５３  溶融金属
５５  容器蓋
５７  蓋本体
５９  蓋キャップ
６１  空隙部
６３  絶縁リング部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図８】
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【図９】
2012036249.tif 000014
【図１０】
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【国際調査報告】
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