(57)【要約】【課題】積層されてなる電極のすべてに対して長い時間を要することなく高い均一性をもってドーピング処理を行うことができ、これにより信頼性の高いキャパシタを得ることのできる蓄電デバイス要素、および優れた性能を有すると共に、高い生産性の得られるリチウムイオンキャパシタを提供すること。【解決手段】蓄電デバイス要素は、貫通孔が複数形成された金属箔よりなる多孔質集電体の一端側に活物質層が積層されてなる活物質層形成部と、当該活物質層形成部に連設する活物質層非形成部とを有する構成正極および負極がセパレータを介して積層されてなる構成を有し、前記正極を構成する多孔質集電体の複数の貫通孔と、当該正極とセパレータを介して互いに隣り合う負極を構成する多孔質集電体の複数の貫通孔とのすべてが、上方から透視した正極および負極の積層方向の投影面上において重なる位置に配設されていることを特徴とする。【選択図】図１
2010232404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が複数形成された金属箔よりなる多孔質集電体の一端側に活物質層が積層されており、当該活物質層が形成されてなる活物質層形成部と、当該活物質層形成部に連設する活物質層非形成部とを有する構成の板状の正極および負極がセパレータを介して積層されてなる構成を有する蓄電デバイス要素であって、
前記正極を構成する多孔質集電体の複数の貫通孔と、当該正極とセパレータを介して重畳された負極を構成する多孔質集電体の複数の貫通孔とが、上方から透視した正極および負極の積層方向の投影面上において重なる位置に配設されていることを特徴とする蓄電デバイス要素。
【請求項２】
上方から透視した正極および負極の積層方向の投影面上において、正極を構成する多孔質集電体の貫通孔と、負極を構成する多孔質集電体の貫通孔とが重なり合う部分の面積が、当該正極を構成する多孔質集電体の貫通孔の面積および負極を構成する多孔質集電体の貫通孔の各々の面積に対して２５％以上の大きさであることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス要素。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス要素を備えてなることを特徴とする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、蓄電デバイス要素およびリチウムイオンキャパシタに関し、更に詳しくは、リチウムイオンキャパシタに好適に用いられる蓄電デバイス要素、および当該蓄電デバイス要素を備えたリチウムイオンキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リチウムイオンキャパシタとしては、正極と負極とがセパレータを介して巻回または交互に積層されてなる構成の蓄電デバイス要素と有機電解液とを備えてなる構成のものや、フラット形状の構成のものが提案されているが、このような構成のリチウムイオンキャパシタは、高性能が期待されるものの、例えば負極または正極に対向するように、例えばリチウム箔などよりなるリチウムイオン供給源（金属イオン供給源）を配置することによって予め負極にリチウムイオンをドーピングさせる必要があり、このドーピング処理に極めて長時間を要することや負極全体にリチウムイオンを均一に担持させることが容易ではないため、実用化が困難とされていた。
【０００３】
而して、近年、リチウムイオンキャパシタとして、正極と負極とがセパレータを介して巻回または交互に積層されてなる構成の電気デバイス要素と有機電解液とを備え、当該正極および負極として、各々、表裏面を貫通する貫通孔を複数有する集電体を備えてなる構成のものが提案されている（特許文献１〜３参照。）。
【０００４】
このような構成のリチウムイオンキャパシタにおいては、正極および負極を構成する集電体に複数の貫通孔が設けられているため、リチウムイオンが正極および負極の表裏間を移動することができることから、蓄電デバイス要素が、正極と負極とがセパレータを介して巻回または交互に積層されてなる構成を有するものであっても、貫通孔を通じて、リチウムイオン供給源の近傍に位置する負極だけでなく当該リチウムイオン供給源から離れた場所に位置する負極にもリチウムイオンを電気化学的に担持させることが可能となる。
【０００５】
しかしながら、正極を構成する集電体の貫通孔と、当該正極とセパレータを介して互いに隣り合う負極を構成する集電体の貫通孔とに、上方から透視した正極および負極の厚み方向の投影面上において異なる位置に形成されているものが存在する場合には、リチウムイオン供給源から供給されるリチウムイオンが、正極と負極とが積層されてなる積層体内を直進することができず、スムーズに移動することができないことから、負極および正極の全体に対して高い均一性をもってドーピング処理を施すことが容易ではない、という問題がある。
また、リチウムイオンキャパシタにおいては、リチウムイオンの移動がスムーズに行われないことに起因して負極に対してドーピングされるリチウムイオン量が少なくなるような場合には、負極の電圧が高くなることに伴って電極全体の電位が高電圧にシフトし、正極の電圧が必然的に高くなってしまい、このようにして電圧が高くなった正極においては、当該正極を構成する活物質層の有機電解液に対する分解能が大きくなり、ガスの発生などの弊害が生じる結果、キャパシタとしての機能が発揮されなくなるおそれがある、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８６９１９号公報
【特許文献２】特開２００８−６０４７７号公報
【特許文献３】特開２００８−３１１１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の事情に基づいてなされたものであって、その目的は、積層されてなる電極のすべてに対して長い時間を要することなく高い均一性をもってドーピング処理を行うことができ、これにより信頼性の高いキャパシタを得ることのできる蓄電デバイス要素を提供することにある。
本発明の他の目的は、優れた性能を有すると共に、高い生産性の得られる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】
本発明の蓄電デバイス要素は、貫通孔が複数形成された金属箔よりなる多孔質集電体の一端側に活物質層が積層されており、当該活物質層が形成されてなる活物質層形成部と、当該活物質層形成部に連設する活物質層非形成部とを有する構成の板状の正極および負極がセパレータを介して積層されてなる構成を有する蓄電デバイス要素であって、
前記正極を構成する多孔質集電体の複数の貫通孔と、当該正極とセパレータを介して重畳された負極を構成する多孔質集電体の複数の貫通孔とが、上方から透視した正極および負極の積層方向の投影面上において重なる位置に配設されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の蓄電デバイス要素においては、上方から透視した正極および負極の積層方向の投影面上において、正極を構成する多孔質集電体の貫通孔と、負極を構成する多孔質集電体の貫通孔とが重なり合う部分の面積が、当該正極を構成する多孔質集電体の貫通孔の面積および負極を構成する多孔質集電体の貫通孔の各々の面積に対して２５％以上の大きさであることが好ましい。
【００１０】
本発明のリチウムイオンキャパシタは、前記の蓄電デバイス要素を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の蓄電デバイス要素においては、正極を構成する多孔質集電体の貫通孔と、当該正極とセパレータを介して重畳する負極を構成する多孔質集電体の貫通孔とが、上方から透視した正極および負極の積層方向の投影面上において重なる位置に配設されていることから、この正極および負極がセパレータを介して積層されてなる積層体内において、正極を構成する多孔質集電体の貫通孔と、負極を構成する多孔質集電体の貫通孔とによって形成されることとなる、金属イオン供給源から供給される金属イオンの移動路を直線状とすることができる。そのため、金属イオン供給源から供給される金属イオンが、多孔質集電体における貫通孔の形成されていない部分によって遮断されることなく直進することができることから、その移動がスムーズなものとなってドーピング処理に要する時間の短縮化を図ることができると共に、各電極に対する金属イオンの供給量の均一化を図り、かつ電極においては高い均一性で金属イオンをドーピングさせることができる。
従って、本発明の蓄電デバイス要素によれば、積層されてなる電極のすべてに対して長い時間を要することなく高い均一性をもってドーピング処理を行うことができ、これにより信頼性の高いリチウムイオンキャパシタを得ることができる。
【００１２】
本発明のリチウムイオンキャパシタによれば、蓄電デバイス要素として、本発明の蓄電デバイス要素が用いられていることから、優れた性能を有すると共に、高い生産性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の蓄電デバイス要素の構成の一例を模式的に示す説明用断面図である。
【図２】図１の蓄電デバイス要素を上から透視した、正極および負極の積層方向の投影面上における、或る正極を構成する多孔質集電体の貫通孔および当該正極とセパレータを介して重畳する負極を構成する多孔質集電体の貫通孔の位置関係の一例を示す説明用平面図である。
【図３】図１の蓄電デバイス要素を上から透視した、正極および負極の積層方向の投影面上における、或る正極を構成する多孔質集電体の貫通孔および当該正極とセパレータを介して重畳する負極を構成する多孔質集電体の貫通孔の位置関係の他の例を示す説明用平面図である。
【図４】図１の蓄電デバイス要素を上から透視した、正極および負極の積層方向の投影面上における、或る正極を構成する多孔質集電体の貫通孔および当該正極とセパレータを介して重畳する負極を構成する多孔質集電体の貫通孔の位置関係の更に他のを示す説明図である。
【図５】図１の蓄電デバイス要素を上から透視した、正極および負極の積層方向の投影面上における、或る正極を構成する多孔質集電体の貫通孔および当該正極とセパレータを介して重畳する負極を構成する多孔質集電体の貫通孔の位置関係のまた更に他の例を示す説明用平面図である。
【図６】比較用の蓄電デバイス要素であって、当該比較用の蓄電デバイス要素において、当該蓄電デバイス要素を上から透視した、正極および負極の積層方向の投影面上における、或る正極を構成する多孔質集電体の貫通孔と当該正極とセパレータを介して重畳する負極を構成する多孔質集電体の貫通孔とが異なる位置に形成されている状態を示す説明用平面図である。
【図７】本発明のリチウムイオンキャパシタの構成の一例を説明するための組立斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
〔蓄電デバイス要素〕
図１は、本発明の蓄電デバイス要素の構成の一例を模式的に示す説明用断面図である。
蓄電デバイス要素１０は、セパレータ１１を介して複数（図１においては３つ）の平板状の正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、複数（図１においては３つ）の平板状の負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃとが交互に積層され、更にその上にセパレータ１１を介してリチウム箔を金属製支持体上に貼り付けたリチウム極（リチウムイオン供給源）１９が積層されてなる構成を有するものである。この電気デバイス要素１０は、複数の正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが共通の正極リード部材に電気的に接続されると共に、複数の負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃとリチウム極１９とが共通の負極リード部材に電気的に接続される。
この図の例においては、リチウム極１９の下方において、下から順に、正極２０Ｃ、負極３０Ｃ、正極２０Ｂ、負極３０Ｂ、正極２０Ａおよび負極３０Ａが、各々、セパレータ１１を介して重畳されている。
【００１６】
＜正極＞
蓄電デバイス要素１０を構成する正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、各々、多孔質集電体２１の一端側に活物質層２５が積層されており、当該活物質層２５が形成されてなる活物質層形成部と、当該活物質層形成部に連設する、多孔質集電体２１が露出されて状態の活物質層非形成部とを有する構成のものである。
ここに、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、各々、図示されてはいないが、活物質層非形成部において、正極リード部材に電気的に接続されている。
図１の例において、正極２０Ａ、２０Ｂは、多孔質集電体２１の両面および貫通孔２２内に活物質層２５が形成されてなるものであり、正極２０Ｃは、多孔質集電体２１の片面（図１における上面）および貫通孔２２内のみに活物質層２５が形成されてなるものである。
【００１７】
〔集電体〕
正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを構成する多孔質集電体２１は、その全体形状が矩形状であり、機械的な打ち抜きにより、表裏面を貫通する貫通孔２２が複数形成された金属箔よりなるものである。
【００１８】
この多孔質集電体２１において貫通孔２２を形成するための機械的な打ち抜きの具体例としては、例えばピンの往復運動により穴をあけるパンチング方式やプレス方式などの手法、表面上に多数のピンを立てたロールに沿って金属箔を通過させることにより穴をあける回転ロールパンチング方式などの手法などが挙げられる。
【００１９】
多孔質集電体２１には、その全面において複数の貫通孔２２が形成されており、これらの複数の貫通孔２２は、規則的に配置されていることが好ましく、またその配置位置は、千鳥配列であることが好ましい。千鳥配列とすることにより、重畳された各電極へのプレドープ性を向上させることができ、これによって信頼性が向上する。
また、多孔質集電体２１に形成されている貫通孔２２は、どのような形状を有するものであってもよいが、例えば円形状、十文字状、三角形状、角を丸めた三角形状、ひし形状、正方形状、角を丸めた正方形状、長方形状、角を丸めた長方形状、六角形状、楕円形状、円形状などであることが好ましく、特に円形状であることが好ましい。
多孔質集電体２１としては、図２に示すように、複数の貫通孔２２が円形状の形状を有し、千鳥配列で配置されてなる構成のものが好ましい。
【００２０】
多孔質集電体２１における貫通孔２２の寸法は、蓄電デバイス要素１０の大きさおよび使用用途に応じて異なるが、その開口面積が０．００５〜１２．５ｍｍ2 であることが好ましく、更に好ましくは０．０３〜３ｍｍ2 以下である。また、その孔径は０．１〜４ｍｍであることが好ましく、０．２〜２ｍｍであることが好ましい。
貫通孔２２の開口面積が過大である場合には、多孔質集電体２１上に形成した活物質層２５の保持性が低下し、長期信頼性が低下する傾向にある。
【００２１】
また、多孔質集電体２１における開口率は、１０％以上であることが好ましく、更に好ましくは３０％以上であり、特に好ましくは４０％以上である。
開口率が過小である場合には、プレドープ性が低下し、生産性が低下する傾向にある。
【００２２】
ここに、多孔質集電体２１において、貫通孔２２間の中心間距離が０．５〜２ｍｍであることが好ましく、更に好ましくは０．５〜１．５ｍｍである。
【００２３】
多孔質集電体２１を構成する金属箔は、蓄電デバイス要素１０の使用用途に応じて適宜に選択することができる。
【００２４】
具体的に、蓄電デバイス要素１０をリチウムイオンキャパシタの電気デバイス要素として用いる場合において、多孔質集電体２１を構成するための金属箔としては、例えばアルミニウム、ステンレスなどよりなり、その厚みが１〜１００μｍであるものが好ましく、特に５〜５０μｍであるものが好ましい。
正極に係る多孔質集電体２１を構成する金属箔の厚みが１μｍ未満である場合には、多孔質集電体２１自体の強度が不足し、その取扱が困難なものとなるおそれがあり、一方、その厚みが１００μｍを超える場合には、多孔質集電体２１自体の重量が大きくなることに伴って正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの重量が大きくなり、エネルギー密度が低下する傾向にある。
【００２５】
〔活物質層〕
正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを構成する活物質層２５は、活物質およびバインダー、並びに必要に応じて導電剤を含有してなるものである。
この活物質層２５においては、蓄電デバイス要素１０の使用用途に応じて、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを構成する活物質およびバインダー、並びに必要に応じて用いられる導電剤を適宜に選択することができる。
【００２６】
具体的に、蓄電デバイス要素１０をリチウムイオンキャパシタの電気デバイス要素として用いる場合について、具体的には、リチウムイオンキャパシタの正極を構成するための活物質層（正極活物質層）について説明する。
【００２７】
（正極活物質）
リチウムイオンキャパシタの正極における正極活物質層を構成するための正極活物質は、リチウムイオンおよび／または、例えばテトラフルオロボレートのようなアニオンを可逆的に担持できる物質である。
このような正極活物質としては、種々のものが挙げられるが、活性炭、および芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であって水素原子／炭素原子の原子比が０．５０〜０．０５であるポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体（ＰＡＳ）などが好ましく挙げられ、特に活性炭が好ましい。
【００２８】
ＰＡＳは、アモルファス構造を有することから、リチウムイオンの挿入・脱離に対して膨潤・収縮といった構造変化を伴わず、このために得られるリチウムイオンキャパシタが優れたサイクル特性を有するものとなる。また、リチウムイオンの挿入・脱離に対して等方的な分子構造（高次構造）であるために、得られるリチウムイオンキャパシタが急速充電および急速放電の実現されたものとなる。
ＰＡＳの前駆体である芳香族系縮合ポリマーは、芳香族炭化水素化合物とアルデヒド類との縮合物であり、芳香族炭化水素化合物としては、例えばフェノール、クレゾール、キシレノールなどのフェノール類；下記一般式（１）で表されるメチレン・ビスフェノール類；ヒドロキシ・ビフェニル類；ヒドロキシナフタレン類などを挙げることができ、これらのうち、特にフェノール類を好適に用いることができる。
【００２９】
【化１】
2010232404.tif 000003
【００３０】
〔上記一般式（１）中、ｘおよびｙは、それぞれ独立に０〜２の整数である。〕
【００３１】
また、芳香族系縮合ポリマ−としては、上記のフェノール性水酸基を有する芳香族炭化水素化合物の一部をフェノール性水酸基を有さない芳香族炭化水素化合物、例えばキシレン、トルエン、アニリンなどで置換した変成芳香族系縮合ポリマー、具体的には例えばフェノールとキシレンとホルムアルデヒドとの縮合物や、メラミン、尿素で置換した変成芳香族系ポリマーなどを用いることもできる。また、フラン樹脂も好適に用いることができる。
【００３２】
このようなＰＡＳは以下のように製造することができる。すなわち、芳香族系縮合ポリマーを、非酸化性雰囲気下（真空も含む）中で４００〜８００℃の適当な温度まで徐々に加熱することにより、水素原子／炭素原子の原子比（以下、「Ｈ／Ｃ」と記す。）が０．５〜０．０５、好ましくは０．３５〜０．１０の不溶不融性基体とし、この不溶不融性基体を、非酸化性雰囲気下（真空も含む）中で、３５０〜８００℃の温度まで、好ましくは４００〜７５０℃の適当な温度まで徐々に加熱した後、水あるいは希塩酸などによって充分に洗浄することにより、Ｈ／Ｃが上記範囲にあり、かつ、ＢＥＴ比表面積が例えば６００ｍ2 ／ｇ以上であるＰＡＳを得ることができる。
上記のように得られたＰＡＳは、Ｘ線回折（ＣｕＫα）によって、メイン・ピークの位置は２θで表して２４°以下に存在し、また当該メイン・ピークの他に４１〜４６°の間にブロードな他のピークが存在することが検出されるものである。すなわち、当該ＰＡＳは、芳香族系多環構造が適度に発達したポリアセン系骨格構造を有し、かつアモルファス構造を有するものであり、これにより、リチウムイオンを安定にドーピングすることができると考えられる。
【００３３】
正極活物質としては、広い粒度分布を有するものが好ましく使用され、例えば、５０％体積累積径（Ｄ50）が２μｍ以上であるものが好ましく、より好ましくは２〜５０μｍ、特に好ましくは２〜２０μｍである。
また、正極活物質としては、平均細孔径が１０ｎｍ以下であるものが好ましく、比表面積が６００〜３０００ｍ2 ／ｇであるものが好ましく、より好ましくは１３００〜２５００ｍ2 ／ｇである。
【００３４】
（バインダー）
正極活物質層を形成するためのバインダーとしては、例えば、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などのゴム系バインダー；ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどの含フッ素系樹脂；ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレートなどの熱可塑性樹脂などを用いることができる。
バインダーの使用量は、正極活物質の電気伝導度、形成すべき正極の形状などによっても異なるが、正極活物質１００質量部に対して１〜２０質量部の割合で添加することが好ましく、より好ましくは２〜２０質量部とされる。
【００３５】
（導電剤）
正極活物質層を形成するために必要に応じて使用される導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、グラファイト、金属粉末などが挙げられる。
導電剤の使用量は、正極活物質の電気伝導度、形成すべき正極の形状などによっても異なるが、正極活物質１００質量部に対して好ましくは１〜２０質量部、より好ましくは２〜２０質量部とされる。
【００３６】
このような構成の正極活物質層は、その厚みが０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。
なお、上記の正極活物質層の厚みとは、正極活物質層が多孔質集電体２０の表裏面の各々に形成されてなる場合においては、その両面における合計の厚みを示す。
【００３７】
〔正極の製造方法〕
正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、例えば正極活物質、バインダー、および必要に応じて使用される導電剤を、水系媒体中に分散させてスラリーとし、当該スラリーを集電体に塗布する方法や、上記のスラリーを予めシート状に成形し、これを好ましくは導電性接着剤を使用して多孔質集電体２１に貼り付ける方法などを挙げることができる。
【００３８】
＜負極＞
蓄電デバイス要素１０を構成する負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、各々、多孔質集電体３１の一端側に活物質層３５が積層されており、当該活物質層３５が形成されてなる活物質層形成部と、当該活物質層形成部に連設する、多孔質集電体３１が露出されて状態の活物質層非形成部とを有する構成のものである。
ここに、負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、各々、図示されてはいないが、活物質層非形成部において、負極リード部材に電気的に接続されている。
図１の例において、負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、多孔質集電体３１の両面および貫通孔３２内に活物質層３５が形成されてなるものである。
【００３９】
〔集電体〕
負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを構成する多孔質集電体３１は、前述の正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを構成する多孔質集電体２１と同様に、その全体形状が矩形状であり、機械的な打ち抜きによって表裏面を貫通する貫通孔３２が複数形成された金属箔よりなるものである。
この負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃに係る多孔質集電体３１は、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに係る多孔質集電体２１と同一の構造、すなわち形成されている貫通孔の個数、当該貫通孔の形状およびそれらの貫通孔の配置位置のすべてが同一のものであることが好ましい。
【００４０】
多孔質集電体３１を構成する金属箔は、電気二重層キャパシタ用電気デバイス要素１０の使用用途に応じて適宜に選択することができる。
【００４１】
具体的に、蓄電デバイス要素１０をリチウムイオンキャパシタの電気デバイス要素として用いる場合において、多孔質集電体３１を構成するための金属箔としては、例えば銅、ステンレス、ニッケルなどよりなり、その厚みが１〜１００μｍであるものが好ましく、特に５〜５０μｍであるものが好ましい。
負極に係る多孔質集電体３１を構成する金属箔の厚みが１μｍ未満である場合には、多孔質集電体３１自体の強度が不足し、その取扱が困難なものとなるおそれがあり、一方、その厚みが１００μｍを超える場合には、多孔質集電体３１自体の重量が大きくなることに伴って負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの重量が大きくなり、エネルギー密度が低下する傾向にある。
【００４２】
〔活物質層〕
負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを構成する活物質層３５は、活物質およびバインダー、並びに必要に応じて導電剤を含有してなるものである。
この活物質層３５においては、蓄電デバイス要素１０の使用用途に応じて、負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを構成する活物質およびバインダー、並びに必要に応じて用いられる導電剤を適宜に選択することができる。
【００４３】
具体的に、蓄電デバイス要素１０をリチウムイオンキャパシタの電気デバイス要素として用いる場合について、具体的には、リチウムイオンキャパシタの負極を構成するための活物質層（負極活物質層）について説明する。
【００４４】
（負極活物質）
リチウムイオンキャパシタの負極における負極活物質層を構成するための負極活物質は、リチウムイオンを可逆的に担持できる物質である。
このような負極活物質としては、黒鉛、難黒鉛化炭素、ハードカーボン、コークスなどの炭素材料や、上記に正極活物質として記載したポリアセン系有機半導体（ＰＡＳ）などを挙げることができる。負極活物質としては、具体的には、フェノール樹脂などを炭化させ、必要に応じて賦活され、次いで粉砕したものを用いることができる。
【００４５】
負極活物質としては、５０％体積累積径（Ｄ50）が例えば０．５〜３０μｍであるものが好ましく、より好ましくは０．５〜１５μｍ、特に好ましくは０．５〜６μｍである。
また、負極活物質としては、比表面積が０．１〜２０００ｍ2 ／ｇであるものが好ましく、より好ましくは０．１〜１０００ｍ2 ／ｇ、更により好ましくは０．１〜６００ｍ2 ／ｇである。
【００４６】
（バインダー）
負極活物質層を形成するためのバインダーとしては、前述の正極活物質層を形成するためのバインダーと同様のものを挙げることができる。
バインダーの使用量は、負極活物質の電気伝導度、形成すべき負極の形状などによっても異なるが、負極活物質１００質量部に対して１〜２０質量部の割合で添加することが好ましい。
【００４７】
（導電剤）
負極活物質層を形成するために必要に応じて使用される導電剤としては、前述の正極活物質層を形成するために必要に応じて使用される導電剤と同様のものを挙げることができ、その使用量も同様の範囲とすることができる。
【００４８】
このような構成の負極活物質層は、その厚みが０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。
なお、上記の負極活物質層の厚みとは、負極活物質層が多孔質集電体２０の表裏面の各々に形成されてなる場合においては、その両面における合計の厚みを示す。
【００４９】
〔負極の製造方法〕
負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、前述の正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと同様の手法によって製造することができ、例えば負極活物質、バインダー、および必要に応じて使用される導電剤を、水系媒体中に分散させてスラリーとし、当該スラリーを集電体に塗布する方法や、上記のスラリーを予めシート状に成形し、これを好ましくは導電性接着剤を使用して多孔質集電体３１に貼り付ける方法などを挙げることができる。
【００５０】
＜セパレータ＞
蓄電デバイス要素１０を構成するセパレータ１１は、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃおよび負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを電気的に絶縁して有機電解液を保持するものである。
具体的には、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂製の多孔性フィルムよりなるものを好適に用いることができる。
【００５１】
そして、蓄電デバイス要素１０においては、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃとは、各々、例えば図３〜図５に示すように、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを構成する多孔質集電体２１の複数の貫通孔２２と、当該正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃとセパレータ１１を介して重畳する負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを構成する多孔質集電体３１の複数の貫通孔３２とが、上方から透視した正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃおよび負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの積層方向（図１における上下方向）の投影面（以下、「特定投影面」ともいう。）上において、それらのすべてが重なり合うように配置されている。
すなわち、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを構成する多孔質集電体２１の複数の貫通孔２２と、当該正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃとセパレータ１１を介して重畳する負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを構成する多孔質集電体３１の複数の貫通孔３２とのいずれもが、例えば図６に示すように、特定投影面上において、異なる位置に配設されている状態ではないことが必要とされる。
図３〜図６においては、各々、セパレータ１１を介して重畳する一対の正極および負極の各々を構成する多孔質集電体のうちの一方の多孔質集電体（具体的には、正極に係る多孔質集電体２１）に形成されている貫通孔２２を実線にて示し、他方の多孔質集電体（具体的には、負極に係る多孔質集電体３１）に形成されている貫通孔３２を鎖線によって示す。
【００５２】
特定投影面上における、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを構成する多孔質集電体２１の貫通孔２２と、負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを構成する多孔質集電体３１の貫通孔３２との重なり合いは、その重なり合う部分の面積（以下、「重なり部分面積」ともいう。）が、当該正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを構成する多孔質集電体２１の貫通孔２２の面積および負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを構成する多孔質集電体３１の貫通孔３２の各々の面積に対して、１％以上の大きさであることが好ましく、更に好ましくは１０％以上、特に好ましくは２５％以上である。
ここに、図３においては、重なり部分面積が、多孔質集電体２１の貫通孔２２および多孔質集電体３１の貫通孔３２の面積の各々に対して３９％の大きさである場合を示し、図４においては、重なり部分面積が、多孔質集電体２１の貫通孔２２および多孔質集電体３１の貫通孔３２の面積各々に対して８０％の大きさである場合を示し、図５においては、重なり部分面積が、多孔質集電体２１の貫通孔２２および多孔質集電体３１の貫通孔３２の面積各々に対して１００％の大きさである場合を示す。
【００５３】
重なり部分面積が、当該貫通孔２２および貫通孔３２の各々の面積に対して２５％以上であることにより、リチウムイオンなどの金属イオンのドーピング速度およびドーピング率が、正極を構成する多孔質集電体の貫通孔と当該正極とセパレータを介して重畳する負極を構成する多孔質集電体の貫通孔とに異なる位置に形成されているものが存在する構造を有する従来の蓄電デバイス要素に比して大きくなるため、静電容量が高くなり、その結果、エネルギー密度を向上させることができる。
【００５４】
また、蓄電デバイス要素１０においては、合計６個の電極（具体的には、３個の正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃおよび３個の負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）が積層されているが、これらの電極は、セパレータ１１を介して重畳する電極間において多孔質集電体２１、３１の貫通孔２２、３２が特定投影面上で重なり合い、これにより、当該特定投影面上において、すべての電極に係る合計６個の貫通孔が重なり合うように配置されている。
すなわち、正極２０Ａ、２０Ｂ、３０Ｃの各々を構成する多孔質集電体２１の貫通孔２２と、負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの各々を構成する多孔質集電体３１の貫通孔３２、具体的には、正極２０Ａに係る一の貫通孔２２Ａ、負極３０Ａに係る一の貫通孔３２Ａ、正極２０Ｂに係る一の貫通孔２２Ａ、負極３０Ｂに係る一の貫通孔３２Ａ、正極２０Ｃに係る一の貫通孔２２Ａおよび負極３０Ｃに係る一の貫通孔３２Ａが、当該正極２０Ａ、２０Ｂ、３０Ｃおよび負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの積層方向に垂直に伸びる直線上にこの順に位置している。
【００５５】
このように、正極２０Ａ、２０Ｂ、３０Ｃおよび負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを所望の状態、すなわち正極２０Ａ、２０Ｂ、３０Ｃおよび負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを構成するすべての多孔質集電体２１、３１の貫通孔２２、３２が特定投影面上で重なり合う状態に積層するための手法としては、例えば複数の貫通孔が規則的に形成された多孔質集電体材料上に、所望の大きさの活物質層を断続的に形成し、活物質層が形成されていない部分の貫通孔を基準としてアライメントして、活物質層が積層されてなる活物質層形成部と活物質層が積層されておらず、多孔質集電体２１が露出されて状態の活物質層非形成部とを有する構成の電極を所望の大きさに打ち抜き、このようにして作製された複数の電極を、活物質層非形成部における多孔質集電体２１の貫通孔２２を基準としてアライメントして積層する手法が挙げられる。
【００５６】
以上のような蓄電デバイス要素１０においては、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃおよび負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃがセパレータ１１を介して積層されてなる積層体内において、当該正極２０Ａ、２０Ｂ、３０Ｃの各々を構成する多孔質集電体２１の貫通孔２２と、当該負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの各々を構成する多孔質集電体３１の貫通孔３２とにより、リチウム極１９から当該リチウム極１９と最も離間している正極３０Ｃに至るまでのリチウムイオン移動路が複数形成されることとなるが、これらのリチウムイオン移動路が、各々、直線状に形成される。そのため、リチウム極１９から供給されるリチウムイオンが、多孔質集電体２１、３１における貫通孔２２、２３の形成されていない部分によって遮断されることなく直進することがき、その移動がスムーズなものとなってドーピング処理に要する時間の短縮化を図ることができると共に、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃおよび負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの各々に対するリチウムイオンの供給量の均一化を図り、かつ正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃおよび負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの各々においては、それぞれ高い均一性でリチウムイオンをドーピングさせることができる。
従って、蓄電デバイス要素１０によれば、積層されてなる電極（具体的には、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃおよび負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）のすべてに対して長い時間を要することなく高い均一性をもってドーピング処理を行うことができ、これにより信頼性の高い電気二重層キャパシタを得ることができる。
【００５７】
また、蓄電デバイス要素１０は、正極２０Ａ、２０Ｂ、３０Ｃおよび負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが、各々、活物質層が積層されてなる活物質層形成部と、活物質層が積層されておらず、多孔質集電体２１、３１が露出されて状態の活物質層非形成部とを有する構成のものであることから、正極２０Ａ、２０Ｂ、３０Ｃの各々を構成する多孔質集電体２１の貫通孔２２と、負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの各々を構成する多孔質集電体３１の貫通孔３２とが特定投影面上において重なり合った状態を、活物質層非形成部における多孔質集電体２１、３１の貫通孔２２、３２を基準として形成することができるため、容易に製造することができる。
【００５８】
〔リチウムイオンキャパシタ〕
本発明のリチウムイオンキャパシタは、蓄電デバイス要素として、本発明の蓄電デバイス要素１０が備えられてなることを特徴とするものであり、特に、板状の正極と負極とがセパレータを介して各々３層以上積層された積層型セル、帯状に構成した正極と負極とがセパレータを介して積層された積層体を、隣接する正極と負極とが互いに接触しないようセパレータを介して捲回された捲回型セル、または、積層型セルが外装フィルム内に封入されたフィルム型セルなどの大容量を実現するセル構造よりなるものとすることができる。これらのセル構造は、国際公開ＷＯ００／０７２５５号公報、国際公開ＷＯ０３／００３３９５号公報、特開２００４−２６６０９１号公報などに開示されている。
【００５９】
図７は、本発明のリチウムイオンキャパシタの構成の一例を示す組立斜視図である。
このリチウムイオンキャパシタ５０は、蓄電デバイス要素として、蓄電デバイス要素１０が用いられているものである。
リチウムイオンキャパシタ５０においては、蓄電デバイス要素１０は、複数の正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが、活物質層非形成部において、共通の正極リード部材としての、例えばアルミニウム製の正極端子５２Ａに電気的に接続されると共に、複数の負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが、活物質層非形成部において、リチウム極１９と共通の負極リード部材としての、例えば銅製の負極端子５２Ｂに電気的に接続されており、これらの正極端子５２Ａおよび負極端子５２Ｂの各々の先端部が突出した状態で、上部外装フィルム５４Ａおよび下部外装フィルム５４Ｂにより挟まれ、周縁部全周を熱融着されることで、外装容器に収容されている。この外装容器の内部の蓄電デバイス要素収容用気密空間に有機電解液を注入することによって、リチウム極１９と、負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃおよび／または正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃとの間に電気化学的接触が生じることから、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの各々を構成する多孔質集電体２１の貫通孔２２および負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの各々を構成する多孔質集電体３１の貫通孔３２を介してリチウムイオンが移動され、これにより、負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃおよび／または正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに予めリチウムイオンが担持されることとなる。
【００６０】
〔電解質〕
リチウムイオンキャパシタ５０を構成する有機電解液としては、リチウムイオンを移送可能なものであれば特に限定されず、適宜の溶媒中に電解質が溶解されてなるものであり、溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、１−フルオロエチレンカーボネート、１−（トリフルオロメチル）エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、スルホラン等の非プロトン性有機溶媒が挙げられ、これらは単独でも、２種類以上を組み合わせて用いることもできる。また、電解質としては、リチウムイオンを生成しうる、例えばＬｉＩ、ＬｉＣＩＯ4 、ＬｉＡｓＦ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＮ（Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ2 ）2 、ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 、ＬｉＮ（ＦＳＯ2 ）2 などが挙げられる。
【００６１】
以上のようなリチウムイオンキャパシタ５０によれば、蓄電デバイス要素として、本発明の蓄電デバイス要素１０が用いられていることから、積層されてなるすべての電極（具体的には、正極２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃおよび負極３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ）に対して、長い時間を要することなく、高い均一性でリチウムイオンをドーピングさせることができて電極間および各電極内におけるリチウムイオンのドーピング量にばらつきが生じることを抑制することができるため、優れた性能を有すると共に、高い生産性を得ることができる。
【００６２】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は以上の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、蓄電デバイス要素は、正極を構成する多孔質集電体の貫通孔と、当該正極にセパレータを介して重畳する負極を構成する多孔質集電体の貫通孔とが、特定投影面上において重なり合うように形成されていればよく、当該正極に係る多孔質集電体と、当該負極に係る多孔質集電体とが、異なる構造を有するものであってもよい。
また、蓄電デバイス要素は、正極と負極とがセパレータを介して捲回されてなる構造を有するものであってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０    蓄電デバイス要素
１１    セパレータ
１９    リチウム極
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ    正極
２１    多孔質集電体
２２、２２Ａ    貫通孔
２５    活物質層
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ    負極
３１    多孔質集電体
３２、３２Ａ    貫通孔
３５    活物質層
５０    リチウムイオンキャパシタ
５２Ａ    正極端子
５２Ｂ    負極端子
５４Ａ    上部外装フィルム
５４Ｂ    下部外装フィルム
【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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