(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池負極集電箔および前記電池負極集電箔の両面に設けられた電池負極電極層を含んだリチウムイオン電池負極部と電池正極集電箔および前記電池正極集電箔の両面に設けられた電池正極電極層を含んだリチウムイオン電池正極部とを有し、積層方向端部に前記リチウムイオン電池正極部が配置されるように前記リチウムイオン電池負極部と前記リチウムイオン電池正極部とが交互に複数積層されたリチウムイオン電池本体部と、
貫通孔が形成された共通負極集電箔および前記共通負極集電箔の両面に設けられた共通負極電極層を有し、前記リチウムイオン電池本体部の積層方向端部に配置された前記リチウムイオン電池正極部に重ねられた共通負極部と、
キャパシタ正極集電箔および前記キャパシタ正極集電箔に設けられたキャパシタ正極電極層を有し、前記共通負極部と前記キャパシタ正極集電箔との間に前記キャパシタ正極電極層が配置されるように前記共通負極部に重ねられたリチウムイオンキャパシタ正極部と、
前記リチウムイオン電池負極部と前記リチウムイオン電池正極部との間、前記リチウムイオン電池正極部と前記共通負極部との間、前記共通負極部と前記リチウムイオンキャパシタ正極部との間のそれぞれに設けられたセパレータと、
前記リチウムイオン電池本体部、前記共通負極部、前記リチウムイオンキャパシタ正極部および前記セパレータを収容する容器と
を備え、
前記電池負極集電箔および前記共通負極集電箔は、電気的に接続され、
前記電池正極集電箔および前記キャパシタ正極集電箔は、電気的に接続されており、
前記共通負極集電箔の両面に設けられた前記共通負極電極層のうちの前記リチウムイオン電池本体部側に設けられた前記共通負極電極層には、前記共通負極集電箔に形成された前記貫通孔に重なるように貫通孔が形成され、
前記共通負極集電箔の両面に設けられた前記共通負極電極層のうちの前記リチウムイオンキャパシタ正極部側に設けられた前記共通負極電極層における前記共通負極集電箔側の面には、前記共通負極集電箔に形成された前記貫通孔に対向する凹部が形成され、
前記共通負極部は、前記共通負極集電箔の前記貫通孔、前記共通負極電極層の前記貫通孔および前記共通負極電極層の前記凹部に充填された電子絶縁性金属酸化物微粒子をさらに有していることを特徴とする電力貯蔵デバイスセル。
【請求項２】
前記リチウムイオン電池負極部および前記リチウムイオン電池正極部のそれぞれは、板形状に形成されており、
複数枚の前記リチウムイオン電池負極部と複数枚の前記リチウムイオン電池正極部とが、交互に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵デバイスセル。
【請求項３】
複数の前記リチウムイオン電池負極部から帯形状のリチウムイオン電池負極帯部材が構成され、
複数の前記リチウムイオン電池正極部から帯形状のリチウムイオン電池正極帯部材が構成され、
前記リチウムイオン電池負極帯部材および前記リチウムイオン電池正極帯部材は、互いに重ねられた状態で巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵デバイスセル。
【請求項４】
複数の前記キャパシタ正極集電箔と複数の前記キャパシタ正極電極層とが交互に積層され、
前記共通負極部から最も離れた位置にある前記キャパシタ正極電極層よりも前記共通負極部側に配置された前記キャパシタ正極集電箔には、貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電力貯蔵デバイスセル。
【請求項５】
前記キャパシタ正極電極層は、前記キャパシタ正極集電箔の両面に設けられ、
前記キャパシタ正極集電箔には、貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の電力貯蔵デバイスセル。
【請求項６】
前記リチウムイオンキャパシタ正極部は、前記キャパシタ正極集電箔に形成された前記貫通孔と、前記キャパシタ正極集電箔の前記貫通孔に重なるように前記キャパシタ正極電極層に形成された貫通孔とに充填された電子伝導性微粒子をさらに有していることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の電力貯蔵デバイスセル。
【請求項７】
前記共通負極電極層の前記貫通孔の面積開口率は、０．０１％以上、０．１％以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の電力貯蔵デバイスセル。
【請求項８】
前記キャパシタ正極電極層の前記貫通孔の面積開口率は、１％以上、３０％以下であることを特徴とする請求項６に記載の電力貯蔵デバイスセル。
【請求項９】
前記共通負極部は、前記共通負極集電箔の両面に設けられた前記共通負極電極層のうちの前記リチウムイオン電池本体部側に設けられた前記共通負極電極層に重ねられた電子絶縁性金属酸化物微粒子層をさらに有していることを特徴とする請求項１ないし請求項８の何れか１項に記載の電力貯蔵デバイスセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リチウムイオン電池とリチウムイオンキャパシタとの構成を内蔵した電力貯蔵デバイスセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力貯蔵デバイスセルとしては、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン電池（ＬＩＢ）およびリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）等がある。電気二重層キャパシタ（単にキャパシタ、スーパーキャパシタ、電気化学キャパシタなどとも呼称される）は、セパレータを挟んで、互いに対向する分極性電極（正極および負極）を備え、電解液中においてこの分極性電極の表面に形成される電気二重層の静電容量を利用するものである。リチウムイオン電池は、リチウムをカーボン負極に安定的に充電貯蔵することができることが特長であり、正極にはコバルト、ニッケル、マンガンなどを含んだ酸化物が用いられる。
【０００３】
リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタとリチウムイオン電池とのハイブリッド型として開発されたものである。このリチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタの正極とリチウムイオン電池の負極とを備えたものであり、電気二重層キャパシタよりも高い電圧が得られる反面、下限電圧を０Ｖにすることが困難であることが欠点となっている。
【０００４】
電気二重層キャパシタは、アルミ電解コンデンサ程の瞬発力を有していないが、エネルギーの出力密度が大きく、短時間での充放電ができるという利点を有している。一方、リチウムイオン電池は、電力貯蔵デバイスセルの中では、圧倒的に高いエネルギー密度、即ち持続力を持った電力貯蔵デバイスセルである。電気二重層キャパシタの瞬発力とリチウムイオン電池の持続力との両方を兼ね備えた電力貯蔵デバイスセルを実現することができれば、ハイブリッド自動車等のブレーキ回生等、さまざまな用途に電力貯蔵デバイスセルを利用することができる。
【０００５】
従来、リチウムイオン電池とリチウムイオンキャパシタとの構成を内蔵した電力貯蔵デバイスセルとして、リチウムイオンキャパシタ正極、共通負極およびリチウムイオン電池正極が順に重ねられ、リチウムイオンキャパシタ正極と共通負極との間、共通負極とリチウムイオン電池正極との間のそれぞれにセパレータが設けられた電力貯蔵デバイスセルが知られている。
【０００６】
共通負極は、貫通孔が形成された負極集電箔およびこの負極集電箔の一方の面に塗布された負極電極層を有している。負極電極層は、リチウムイオンキャパシタ正極と負極集電箔との間に配置されている。リチウムイオンキャパシタ正極は、キャパシタ正極集電箔およびこのキャパシタ正極集電箔の一方の面に塗布されたキャパシタ正極電極層を有している。キャパシタ正極電極層は、共通負極とキャパシタ正極集電箔との間に配置されている。リチウムイオン電池正極は、電池正極集電箔およびこの電池正極集電箔の一方の面に塗布された電池正極電極層を有している。電池正極電極層は、共通負極と電池正極集電箔との間に配置されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
従来の電力貯蔵デバイスセルによれば、リチウムイオン電池の持続力とリチウムイオンキャパシタの瞬発力との両方の利点を生かすことができ、また、急速充電時の電流をリチウムイオンキャパシタ部分が一旦受け取った後、リチウムイオン電池部分に電流が流れるので、急速充電時におけるリチウムイオン電池部分の劣化を抑制することができ、リチウムイオン電池部分のサイクル寿命を延ばすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１４１１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、キャパシタ正極電極層と電池正極電極層とが互いに同じ面積となっているので、電力貯蔵デバイスセル全体の中におけるリチウムイオン電池部分が占める部分が小さくなってしまう。これにより、電力貯蔵デバイスセルのエネルギー密度が低くなってしまうという問題点があった。
【００１０】
この発明は、エネルギー密度を向上させることができる電力貯蔵デバイスセルを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る電力貯蔵デバイスセルは、電池負極集電箔および前記電池負極集電箔の両面に設けられた電池負極電極層を含んだリチウムイオン電池負極部と電池正極集電箔および前記電池正極集電箔の両面に設けられた電池正極電極層を含んだリチウムイオン電池正極部とを有し、積層方向端部に前記リチウムイオン電池正極部が配置されるように前記リチウムイオン電池負極部と前記リチウムイオン電池正極部とが交互に複数積層されたリチウムイオン電池本体部と、貫通孔が形成された共通負極集電箔および前記共通負極集電箔の両面に設けられた共通負極電極層を有し、前記リチウムイオン電池本体部の積層方向端部に配置された前記リチウムイオン電池正極部に重ねられた共通負極部と、キャパシタ正極集電箔および前記キャパシタ正極集電箔に設けられたキャパシタ正極電極層を有し、前記共通負極部と前記キャパシタ正極集電箔との間に前記キャパシタ正極電極層が配置されるように前記共通負極部に重ねられたリチウムイオンキャパシタ正極部と、前記リチウムイオン電池負極部と前記リチウムイオン電池正極部との間、前記リチウムイオン電池正極部と前記共通負極部との間、前記共通負極部と前記リチウムイオンキャパシタ正極部との間のそれぞれに設けられたセパレータと、前記リチウムイオン電池本体部、前記共通負極部、前記リチウムイオンキャパシタ正極部および前記セパレータを収容する容器とを備え、前記電池負極集電箔および前記共通負極集電箔は、電気的に接続され、前記電池正極集電箔および前記キャパシタ正極集電箔は、電気的に接続されており、前記共通負極集電箔の両面に設けられた前記共通負極電極層のうちの前記リチウムイオン電池本体部側に設けられた前記共通負極電極層には、前記共通負極集電箔に形成された前記貫通孔に重なるように貫通孔が形成され、前記共通負極集電箔の両面に設けられた前記共通負極電極層のうちの前記リチウムイオンキャパシタ正極部側に設けられた前記共通負極電極層における前記共通負極集電箔側の面には、前記共通負極集電箔に形成された前記貫通孔に対向する凹部が形成され、前記共通負極部は、前記共通負極集電箔の前記貫通孔、前記共通負極電極層の前記貫通孔および前記共通負極電極層の前記凹部に充填された電子絶縁性金属酸化物微粒子をさらに有している。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る電力貯蔵デバイスセルによれば、キャパシタ正極電極層の面積よりも電池正極電極層の面積を大きくすることができるので、電力貯蔵デバイスセル全体の中のリチウムイオン電池部分が占める部分を大きくすることができる。その結果、電力貯蔵デバイスセルのエネルギー密度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電力貯蔵デバイスセルを示す正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る電力貯蔵デバイスセルを示す正面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る電力貯蔵デバイスセルを示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る電力貯蔵デバイスセルを示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係る電力貯蔵デバイスセルを示す正面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。
【図９】この発明の実施の形態６に係る電力貯蔵デバイスセルを示す正面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿った矢視断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態７に係る電力貯蔵デバイスセルを示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態８に係る電力貯蔵デバイスセルを示す断面図である。
【図１３】図１２の共通負極板部材を電池本体部側から視た平面図である。
【図１４】図１３の要部を示す拡大図である。
【図１５】図１２の共通負極集電箔の貫通孔、共通負極電極層の貫通孔および凹部を形成するための切歯ロールを示す斜視図および写真である。
【図１６】図１５の切歯ロールにより貫通孔が形成された共通負極集電箔を示す斜視図である。
【図１７】この発明の実施の形態９に係る電力貯蔵デバイスセルを示す断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態１０に係る電力貯蔵デバイスセルを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電力貯蔵デバイスセルを示す正面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。図２では、図１における電力貯蔵デバイスセルの奥行方向について電力貯蔵デバイスセルを拡大して示している。この発明の実施の形態１に係る電力貯蔵デバイスセルは、内部に電解液が満たされる容器１と、容器１の内側に設けられた電力貯蔵デバイスセル本体２と、電力貯蔵デバイスセル本体２に接続された負極端子３と、負極端子３を容器１に取り付ける負極シール部材４と、電力貯蔵デバイスセル本体２に接続された正極端子５と、正極端子５を容器１に取り付ける正極シール部材６とを備えている。
【００１５】
電力貯蔵デバイスセル本体２は、複数枚の電池負極板部材（リチウムイオン電池負極部）７および複数枚の電池正極板部材（リチウムイオン電池正極部）８を有した電池本体部（リチウムイオン電池本体部）９と、電池本体部９を挟むように電池本体部９に重ねられた一対の共通負極板部材（共通負極部）１０と、各共通負極板部材１０に重ねられた一対のキャパシタ正極板部材（リチウムイオンキャパシタ正極部）１１と、電池負極板部材７と電池正極板部材８との間、電池正極板部材８と共通負極板部材１０との間、共通負極板部材１０とキャパシタ正極板部材１１との間のそれぞれに設けられたセパレータ１２と、各キャパシタ正極板部材１１に重ねられた一対の電解液リザーバ１３とを備えている。
【００１６】
電池負極板部材７および電池正極板部材８のそれぞれは、板形状に形成されている。電池負極板部材７および電池正極板部材８は、電池本体部９の積層方向両端部に電池正極板部材８が配置されるように、交互に積層されている。
【００１７】
電池負極板部材７、電池正極板部材８、電池負極板部材７と電池正極板部材８との間に配置されたセパレータ１２、共通負極板部材１０および共通負極板部材１０と電池正極板部材８との間に配置されたセパレータ１２によって、電力貯蔵デバイスセルのリチウムイオン電池（ＬＩＢ）部分が構成されている。
【００１８】
共通負極板部材１０、キャパシタ正極板部材１１および共通負極板部材１０とキャパシタ正極板部材１１との間に配置されたセパレータ１２によって、電力貯蔵デバイスセルのリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）部分が構成されている。一対のリチウムイオンキャパシタ部分が、リチウムイオン電池部分を挟んでいる。
【００１９】
電池負極板部材７は、電池負極集電箔１４と、電池負極集電箔１４の両面に塗布された電池負極電極層１５とを有している。電池負極集電箔１４は、厚さ１０μｍ程度の銅箔またはアルミニウム箔から構成されている。電池負極電極層１５は、リチウム二次電池に使用される黒鉛、ハードカーボン、非晶質カーボンまたはメソカーボンマイクロビーズ黒鉛等のカーボン微粒子を含んでいる。カーボン微粒子の平均粒子径は、１〜２０μｍ程度となっている。
【００２０】
電池正極板部材８は、電池正極集電箔１６と、電池正極集電箔１６の両面に塗布された電池正極電極層１７とを有している。電池正極集電箔１６は、厚さ２０μｍ程度のアルミニウム箔から構成されている。電池正極電極層１７は、リチウム含有金属酸化物微粒子を含んでいる。リチウム含有金属酸化物微粒子としては、オリビン形リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）またはリチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４）等が用いられている。リチウム含有金属酸化物微粒子の平均粒子径は、数μｍ程度が望ましい。
【００２１】
共通負極板部材１０は、板形状に形成されている。共通負極板部材１０は、電池本体部９の積層方向両端部に重ねられている。共通負極板部材１０は、複数の貫通孔１８ａが形成された共通負極集電箔１８と、共通負極集電箔１８の両面に塗布され複数の貫通孔１９ａが形成された共通負極電極層１９とを有している。貫通孔１８ａおよび貫通孔１９ａは、互いに重なるように配置されている。共通負極集電箔１８は、電池負極集電箔１４と同様に、厚さ１０μｍ程度の銅箔またはアルミニウム箔から構成されている。共通負極電極層１９は、電池負極電極層１５と同様に、リチウム二次電池に使用される黒鉛、ハードカーボン、非晶質カーボンまたはメソカーボンマイクロビーズ黒鉛等のカーボン微粒子が用いられている。カーボン微粒子の平均粒子径は、１〜２０μｍ程度となっている。貫通孔１８ａおよび貫通孔１９ａは、共通負極集電箔１８の両面に共通負極電極層１９を塗布した後に、剣山等のような複数の針部材を有した貫通孔形成装置を用いて形成されている。なお、共通負極集電箔１８としては、パンチングメタルまたはエキスパンドメタル等を用いてもよい。また、共通負極電極層１９には、貫通孔１９ａが形成されなくてもよい。
【００２２】
貫通孔１８ａの開口面積は、共通負極集電箔１８の全面積に対して１％〜５％程度となっている。これにより、電力貯蔵デバイスセルが充電される初期に、リチウムイオン電池部分の電池正極電極層１７に含まれるリチウムイオンが、貫通孔１８ａを通って、リチウムイオンキャパシタ部分に移動することができる。貫通孔１８ａの開口面積を調整することにより、リチウムイオンが貫通孔１８ａを透過するときのイオン伝導抵抗を調整することができるので、電池正極板部材８とキャパシタ正極板部材１１との間の電気化学電位の差異を制御することができる。
【００２３】
キャパシタ正極板部材１１は、板形状に形成されている。キャパシタ正極板部材１１は、キャパシタ正極集電箔２０と、キャパシタ正極集電箔２０の一方の面に塗布されたキャパシタ正極電極層２１とを有している。キャパシタ正極板部材１１は、共通負極板部材１０とキャパシタ正極集電箔２０との間にキャパシタ正極電極層２１が配置されるように共通負極板部材１０に重ねられている。キャパシタ正極集電箔２０は、厚さ２０μｍ程度のアルミニウム箔から構成されている。キャパシタ正極電極層２１は、活性炭微粒子を含んでいる。活性炭微粒子としては、フェノール樹脂、石油ピッチ、石油コークスまたはヤシガラ等を原料として、水蒸気賦活またはアルカリ賦活を施した平均粒子径が１〜２０μｍ程度の微粒子が用いられている。
【００２４】
電池正極板部材８の枚数は、キャパシタ正極板部材１１の枚数よりも多いので、電池正極電極層１７の総面積は、キャパシタ正極電極層２１の総面積よりも大きくなっている。
【００２５】
電解液は、リチウムイオン電池部分とリチウムイオンキャパシタ部分とで共用されている。電解液としては、ＬｉＰＦ６またはＬｉＢＦ４等のリチウムイオンを含んだ有機電解液が用いられている。有機電解液の有機溶媒としては、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、ジメトキシメタン、ジエトキシエタン、γ‐ブチルラクトン、アセトニトリルおよびプロピオニトリルから選ばれる一種または二種以上の混合溶媒等が用いられる。
【００２６】
電解液リザーバ１３は、容器１の内壁とキャパシタ正極板部材１１との間に配置されている。電解液リザーバ１３は、キャパシタ正極集電箔２０に重ねられている。電解液リザーバ１３は、電力貯蔵デバイスセルの充放電に伴う電解液の膨張収縮を緩和する。
【００２７】
負極端子３、電池負極集電箔１４および共通負極集電箔１８は、超音波溶接等により互いに接合されている。負極端子３、電池負極集電箔１４および共通負極集電箔１８は、互いに電気的に接続されている。
【００２８】
正極端子５、電池正極集電箔１６およびキャパシタ正極集電箔２０は、超音波溶接等により互いに接合されている。正極端子５、電池正極集電箔１６およびキャパシタ正極集電箔２０は、互いに電気的に接続されている。
【００２９】
セパレータ１２および電解液リザーバ１３の材料としては、ポリエチレンまたはポリプロピレン等のオレフィン系多孔質紙、天然パルプ、天然セルロース、溶剤紡糸セルロースまたはバクテリアセルロース等のセルロース系材料、ガラス繊維または非フィブリル化有機繊維を含有する不織布、ナイロン６６、芳香族ポリアミド、全芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリエステルアミド、全芳香族ポリエーテル、全芳香族ポリアゾ化合物、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスチアゾール（ＰＢＺＴ）、ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフィリル化フォルムあるいは多孔質フィルムを用いることができる。
【００３０】
セパレータ１２は、厚さが１０μｍから５０μｍ程度、気孔率（空隙率）が６０％から８０％程度、平均気孔径が数μｍから数十μｍのものが用いられている。平均気孔径については様々なものがあり、同じ材料でも目付け密度で簡単に変化させることができる。
【００３１】
リチウムイオンキャパシタ部分の容量（蓄電エネルギー）は、リチウムイオン電池部分の容量の１％〜５％程度の容量となっている。これにより、リチウムイオン電池部分のサイクル寿命の延命効果が十分に得ることができる。
【００３２】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る電力貯蔵デバイスセルによれば、キャパシタ正極電極層２１の面積よりも電池正極電極層１７の面積を大きくすることができるので、電力貯蔵デバイスセル全体の中のリチウムイオン電池部分が占める部分を大きくすることができる。その結果、電力貯蔵デバイスセルのエネルギー密度を向上させることができる。
【００３３】
また、電池負極板部材７には貫通孔を形成する必要がなく、共通負極板部材１０の共通負極集電箔１８にのみ貫通孔１８ａが形成すればよいので、電池負極板部材７の枚数を増加させても、貫通孔１８ａを形成する作業は増加しない。これにより、電力貯蔵デバイスセルの製造効率の悪化を抑制することができる。
【００３４】
また、電力貯蔵デバイスセルは、複数枚の電池負極板部材７と複数枚の電池正極板部材８とが交互に積層されているので、電力貯蔵デバイスセルの横幅方向および縦方向の寸法を変化させずに、電池負極板部材７および電池正極板部材８の枚数を増加させることができる。
【００３５】
また、キャパシタ正極板部材１１は、電池本体部９、共通負極板部材１０およびキャパシタ正極板部材１１の中で、最も積層方向外側に配置されているので、例えば、容器１が変形したり、外部から釘等が刺さったりした場合に、リチウムイオンキャパシタ部分が先に短絡して放電する。これにより、リチウムイオン電池部分の短絡による金属酸化物（コバルト、マンガン、ニッケルの金属酸化物の場合）からの酸素発生を防止でき、電力貯蔵デバイスセルの発火を防止することができる。
【００３６】
また、キャパシタ正極板部材１１は、電池本体部９、共通負極板部材１０およびキャパシタ正極板部材１１の中で、最も積層方向外側に配置されているので、急速充電で最も発熱する部分であるキャパシタ正極板部材１１の放熱が容易となり、電力貯蔵デバイスセルの内部のリチウムイオン電池部分の温度上昇を抑制することができ、温度上昇によるリチウムイオン電池部分の劣化を抑制することができる。
【００３７】
また、キャパシタ正極板部材１１に隣接する電池正極板部材８に含まれるリチウムイオンは、共通負極板部材１０を介して、リチウムイオンキャパシタ部分に移動するので、共通負極板部材１０に隣接するリチウムイオン電池部分に含まれるリチウムイオンが、他のリチウムイオン電池部分に含まれるリチウムイオンよりも少なくなる。これにより、共通負極板部材１０の電位が電池負極板部材７の電位よりも高くなり、電池負極板部材７におけるリチウム金属の析出の発生を抑制することができる。すなわち、リチウムイオンキャパシタ部分に隣接するリチウムイオン電池部分の安全性は他のリチウムイオン電池部分よりもさらに向上し、より安全な層が電力貯蔵デバイスセルの外周部を占めることができる。
【００３８】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る電力貯蔵デバイスセルを示す正面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図である。図４では、図３における電力貯蔵デバイスセルの奥行方向について拡大して示している。この発明の実施の形態２に係る電力貯蔵デバイスセルは、負極端子３と正極端子５とが、電力貯蔵デバイスセル本体２から互いに反対方向に延びて配置されている。電力貯蔵デバイスセル本体２は、実施の形態１に記載の電解液リザーバ１３ではなく、電気絶縁シート２２を備えている。電気絶縁シート２２は、キャパシタ正極板部材１１に重ねられている。また、電気絶縁シート２２は、容器１の内壁とキャパシタ正極集電箔２０との間に配置されている。
【００３９】
電気絶縁シート２２としては、ポリプロピレン、ポリエチレンまたはポリエチレンテレフタレート製の０．１ｍｍ程度のフィルム等が用いられている。容器１とキャパシタ正極板部材１１との間に電気絶縁シート２２が配置されているので、容器１が外部からの衝撃を受けたときに容器１の変形による電気短絡が発生するリスクを軽減させる効果が得られる。なお、電気絶縁シート２２は、実施の形態１に記載の電解液リザーバ１３と容器１の内壁との間に設けてもよい。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００４０】
以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る電力貯蔵デバイスセルによれば、負極端子３と正極端子５とが、電力貯蔵デバイスセル本体２から互いに反対方向に延びて配置されているので、負極端子３および正極端子５のそれぞれの幅方向の寸法を大きくすることができる。これにより、負極端子３および正極端子５のそれぞれの断面積を大きくすることができる。その結果、負極端子３および正極端子５における電気抵抗を低減させることができる。
【００４１】
また、容器１とキャパシタ正極板部材１１との間に電気絶縁シート２２を配置されているので、容器１が外部からの衝撃を受けたときに容器１の変形による電気短絡が発生するリスクを軽減させることができる。
【００４２】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係る電力貯蔵デバイスセルを示す断面図である。この発明の実施の形態３に係る電力貯蔵デバイスセルは、各キャパシタ正極板部材１１が、２枚のキャパシタ正極集電箔２０と２枚のキャパシタ正極電極層２１とを有している。キャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１は、交互に積層されている。各キャパシタ正極集電箔２０には、貫通孔２０ａが形成されている。各キャパシタ正極電極層２１には、貫通孔２１ａが形成されている。貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａは、互いに重ねられている。その他の構成は、実施の形態２と同様である。なお、その他の構成を実施の形態１と同様にしてもよい。
【００４３】
以上説明したように、この発明の実施の形態３に係る電力貯蔵デバイスセルによれば、キャパシタ正極板部材１１は、２枚のキャパシタ正極集電箔２０と２枚のキャパシタ正極電極層２１とを有し、キャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１が交互に積層されているので、充放電の瞬発力を向上させることができ、また、キャパシタ正極電極層２１を厚くすることなく、リチウムイオンキャパシタとしての容量を２倍近くに増やすことができる。これにより、リチウムイオン電池の寿命延長効果を向上させることができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態３では、２枚のキャパシタ正極集電箔２０と２枚のキャパシタ正極電極層２１とが交互に積層されたキャパシタ正極板部材１１について説明したが、３枚以上のキャパシタ正極集電箔と３枚以上のキャパシタ正極電極層とが交互に積層されたキャパシタ正極板部材であってもよい。これにより、リチウムイオンキャパシタの容量および瞬発力をさらに向上させることができ、リチウムイオン電池の寿命延長効果をさらに向上させることができる。
【００４５】
また、上記実施の形態３では、電池本体部９の積層方向両端部に設けられた一対のキャパシタ正極板部材１１のそれぞれが、２枚のキャパシタ正極集電箔２０と２枚のキャパシタ正極電極層２１を有した構成について説明したが、電池本体部９の積層方向一端部に配置されたキャパシタ正極板部材１１のキャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１の枚数と、電池本体部９の積層方向他端部に配置されたキャパシタ正極板部材１１のキャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１の枚数とが異なる構成であってもよい。
【００４６】
また、上記実施の形態３では、積層されたキャパシタ正極集電箔２０のそれぞれに貫通孔２０ａが形成された構成について説明したが、共通負極板部材１０から最も離れた位置にあるキャパシタ正極電極層２１よりも共通負極板部材１０側に配置されたキャパシタ正極集電箔２０にのみ貫通孔２０ａが形成された構成であってもよい。
【００４７】
また、上記実施の形態３では、キャパシタ正極電極層２１に貫通孔２１ａが形成された構成について説明したが、キャパシタ正極電極層２１には、貫通孔２１ａが形成されていなくてもよい。
【００４８】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４に係る電力貯蔵デバイスセルを示す断面図である。この発明の実施の形態４に係る電力貯蔵デバイスセルは、キャパシタ正極電極層２１が、キャパシタ正極集電箔２０の両面に塗布されている。キャパシタ正極集電箔２０には、貫通孔２０ａが形成されている。キャパシタ正極電極層２１には、貫通孔２１ａが形成されている。貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａは、互いに重ねられている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。なお、その他の構成を実施の形態２と同様にしてもよい。
【００４９】
以上説明したように、この発明の実施の形態４に係る電力貯蔵デバイスセルによれば、キャパシタ正極電極層２１がキャパシタ正極集電箔２０の両面に塗布されており、キャパシタ正極集電箔２０には、貫通孔２０ａが形成されているので、キャパシタ正極集電箔２０の両面で、充放電をすることができる。その結果、リチウムイオンキャパシタの容量を２倍近くに増やすことができる。
【００５０】
なお、上記実施の形態４では、一枚のキャパシタ正極集電箔２０とこのキャパシタ正極集電箔２０の両面に塗布されたキャパシタ正極電極層２１とを有したキャパシタ正極板部材１１の構成について説明したが、複数枚が積層されたキャパシタ正極集電箔２０とこれらのキャパシタ正極集電箔２０の両面に塗布されたキャパシタ正極電極層２１とを有したキャパシタ正極板部材１１の構成であってもよい。この場合、隣り合うキャパシタ正極電極層２１の間にセパレータ１２が配置されてもよい。
【００５１】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５に係る電力貯蔵デバイスセルを示す正面図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。この発明の実施の形態５に係る電力貯蔵デバイスセルは、負極端子３と正極端子５とが、電力貯蔵デバイスセル本体２から互いに反対方向に延びて配置されている。
【００５２】
電力貯蔵デバイスセル本体２は、１枚の電池負極帯部材（リチウムイオン電池負極帯部材）２３および１枚の電池正極帯部材（リチウムイオン電池正極帯部材）２４を有し電池負極帯部材２３および電池正極帯部材２４が重ねられた状態で巻回された電池本体部（リチウムイオン電池本体部）２５と、電池本体部２５の周囲を覆う共通負極帯部材２６と、共通負極帯部材２６の周囲を覆うキャパシタ正極帯部材（リチウムイオンキャパシタ正極帯部材）２７と、電池負極帯部材２３と電池正極帯部材２４との間、電池正極帯部材２４と共通負極帯部材２６との間、共通負極帯部材２６とキャパシタ正極帯部材２７との間のそれぞれに設けられたセパレータ（図示せず）と、キャパシタ正極帯部材２７に重ねられた電解液リザーバ１３とを備えている。なお、電解液リザーバ１３の換わりに、実施の形態２に記載のように電気絶縁シート２２を設けてもよい。また、容器１の内壁と電解液リザーバ１３との間に電気絶縁シート２２を設けてもよい。
【００５３】
電池負極帯部材２３は、実施の形態１に記載の電池負極板部材７のように、電池負極集電箔と、電池負極集電箔の両面に塗布された電池負極電極層とを有した複数の電池負極部（リチウムイオン電池負極部）を備えている。複数の電池負極部が一列に連結されることにより、帯形状の電池負極帯部材２３が構成されている。
【００５４】
電池正極帯部材２４は、実施の形態１に記載の電池正極板部材８のように、電池正極集電箔と、電池正極集電箔の両面に塗布された電池正極電極層とを有した複数の電池正極部（リチウムイオン電池正極部）を備えている。複数の電池正極部が一列に連結されることにより、帯形状の電池正極帯部材２４が構成されている。
【００５５】
共通負極帯部材２６は、実施の形態１に記載の共通負極板部材１０のように、複数の貫通孔が形成された共通負極集電箔と、共通負極集電箔の両面に塗布され複数の貫通孔が形成された共通負極電極層とを有した複数の共通負極部を備えている。複数の共通負極部が一列に連結されることにより、帯形状の共通負極帯部材２６が構成されている。
【００５６】
キャパシタ正極帯部材２７は、実施の形態１に記載のキャパシタ正極板部材１１のように、キャパシタ正極集電箔と、キャパシタ正極集電箔の一方の面に塗布されたキャパシタ正極電極層とを有した複数のキャパシタ正極部（リチウムイオンキャパシタ正極部）を備えている。複数のキャパシタ正極部が一列に連結されることにより、帯形状のキャパシタ正極帯部材２７が構成されている。
【００５７】
電池負極帯部材２３および電池正極帯部材２４は、電池本体部２５の外周部に電池正極帯部材２４の部分が配置されるように巻回されている。共通負極帯部材２６は、電池負極帯部材２３の外周側端部に接続されている。共通負極帯部材２６は、電池本体部２５の外周部に位置する電池正極帯部材２４の部分の外周面に重ねられている。キャパシタ正極帯部材２７は、共通負極帯部材２６の外周面に重ねられている。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００５８】
以上説明したように、この発明の実施の形態５に係る電力貯蔵デバイスセルによれば、複数の電池負極部から帯形状の電池負極帯部材２３が構成され、複数の電池正極部から帯形状の電池正極帯部材２４が構成され、電池負極帯部材２３および電池正極帯部材２４は、互いに重ねられた状態で巻回されているので、電池負極帯部材２３および電池正極帯部材２４の巻数を増やすだけで、電力貯蔵デバイスセル全体の中の電池本体部２５が占める部分を容易に増加させることができる。その結果、電力貯蔵デバイスセルのエネルギー密度を容易に向上させることができる。
【００５９】
実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６に係る電力貯蔵デバイスセルを示す正面図、図１０は図９のＸ−Ｘ線に沿った矢視断面図である。この発明の実施の形態６に係る電力貯蔵デバイスセルは、共通負極帯部材２６が、電池負極帯部材２３と分離されている。２枚の共通負極帯部材２６は、電池本体部２５を包むように電池正極帯部材２４に重ねられている。２枚のキャパシタ正極帯部材２７は、電池本体部２５および共通負極帯部材２６を包むように、共通負極帯部材２６に重ねられている。キャパシタ正極帯部材２７の外周面には、電気絶縁シート２２が重ねられている。その他の構成は、実施の形態５と同様である。なお、電気絶縁シート２２の換わりに、実施の形態５に記載のように電解液リザーバ１３を設けてもよく、また、実施の形態５に記載の容器１の内壁と電解液リザーバ１３との間に電気絶縁シート２２を設けてもよい。
【００６０】
以上説明したように、この発明の実施の形態６に係る電力貯蔵デバイスセルによれば、共通負極帯部材２６は、電池負極帯部材２３の外周側端部と分離されているので、共通負極帯部材２６で電池本体部２５の全体を容易に包むことができる。また、２枚の共通負極帯部材２６が電池本体部２５を包んでいるので、電力貯蔵デバイスセルを容易に製造することができる。
【００６１】
実施の形態７．
図１１はこの発明の実施の形態７に係る電力貯蔵デバイスセルを示す断面図である。この発明の実施の形態７に係る電力貯蔵デバイスセルは、１枚の共通負極帯部材２６が、電池本体部２５を包むように電池正極帯部材２４に重ねられている。キャパシタ正極帯部材２７は、共通負極帯部材２６の外周面を２周だけ巻かれて、共通負極帯部材２６に重ねられている。キャパシタ正極帯部材２７のキャパシタ正極集電箔２０には、複数の貫通孔２０ａが形成されている。キャパシタ正極帯部材２７のキャパシタ正極電極層２１には、貫通孔２１ａが形成されている。貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａは、互いに重ねられている。その他の構成は、実施の形態６と同様である。
【００６２】
以上説明したように、この発明の実施の形態６に係る電力貯蔵デバイスセルによれば、キャパシタ正極帯部材２７が共通負極帯部材２６の外周面を２周巻かれているので、充放電の瞬発力を向上させることができ、また、キャパシタ正極電極層２１を厚くすることなく、リチウムイオンキャパシタとしての容量を２倍近くに増やすことができる。これにより、リチウムイオン電池の寿命延長効果を向上させることができる。
【００６３】
実施の形態８．
図１２はこの発明の実施の形態８に係る電力貯蔵デバイスセルを示す断面図である。この発明の実施の形態８に係る電力貯蔵デバイスセルは、共通負極集電箔１８の両面に設けられた一対の共通負極電極層１９のうちの電池本体部９側に設けられた共通負極電極層１９に、共通負極集電箔１８に形成された貫通孔１８ａに重なるように貫通孔１９ａが形成されている。また、この電力貯蔵デバイスセルは、共通負極集電箔１８の両面に設けられた一対の共通負極電極層１９のうちのキャパシタ正極板部材１１側に設けられた共通負極電極層１９における共通負極集電箔１８側の面に、共通負極集電箔１８の貫通孔１８ａに対向する凹部１９ｂが形成されている。つまり、共通負極板部材１０は、電池本体部９側の部分に、キャパシタ正極板部材１１側に向かって凹んだ凹部が形成されている。貫通孔１８ａおよび貫通孔１９ａは、開口面積が互いに同一となっている。
【００６４】
また、共通負極板部材１０は、貫通孔１８ａ、貫通孔１９ａおよび凹部１９ｂのそれぞれに充填された電子絶縁性金属酸化物微粒子２８と、共通負極集電箔１８の両面に設けられた一対の共通負極電極層１９のうちの電池本体部９側に設けられた共通負極電極層１９に重ねられた電子絶縁性金属酸化物微粒子層２９とをさらに有している。電子絶縁性金属酸化物微粒子層２９は、電池本体部９と共通負極板部材１０との間に位置するセパレータ１２と、共通負極集電箔１８の両面に設けられた一対の共通負極電極層１９のうちの電池本体部９側に設けられた共通負極電極層１９との間に配置されている。
【００６５】
図１３は図１２の共通負極板部材１０を電池本体部９側から視た平面図、図１４は図１３の要部を示す拡大図、図１５は図１２の共通負極集電箔１８の貫通孔１８ａ、共通負極電極層１９の貫通孔１９ａおよび凹部１９ｂを形成するための切歯ロールを示す斜視図および写真、図１６は図１５の切歯ロールにより貫通孔１８ａが形成された共通負極集電箔１８を示す斜視図である。共通負極板部材１０に貫通孔１８ａ、貫通孔１９ａおよび凹部１９ｂのそれぞれを形成するためには、周囲に複数の切歯を有した切歯ロールと、切歯ロールに隣り合うように設けられた平板ゴムロールとの間に、共通負極板部材１０を挟んで、共通負極板部材１０に穿孔した後、ホットロールプレスを行うことにより、キャパシタ正極板部材１１側の共通負極電極層１９に凹部１９ｂが形成されるように共通負極電極層１９の貫通孔のキャパシタ正極板部材１１側の部分を塞ぐ。
【００６６】
切歯ロールの切歯円盤の先端部の形状は、四角錐形状が望ましい。これにより、共通負極集電箔１８に貫通孔１８ａを形成する際に、共通負極集電箔１８には、十字の切り込みが形成されて、４個の折り曲げ部分が形成される。各折り曲げ部分は、三角形状や台形形状となって、平面視正方形形状の貫通孔１８ａの内壁につながって残存する。その結果、金属片が共通負極集電箔１８から千切れて散逸する場合と比較して、電気短絡の原因を減少させることができる。なお、切歯円盤の先端部の形状は、金属片が千切れて散逸する恐れがない形で共通負極集電箔１８に穿孔することができれば、四角錐形状に限らず、例えば、三角錐、五角錐、六角錐、八角錐などの形状であってもよく、同様の効果が得られる。
【００６７】
切歯ロールは、厚さ１．６ｍｍのアルミニウム製の平滑円盤と、周囲に９０個の切歯が等間隔に形成された厚さ０．４ｍｍのステンレス製の切歯円盤とを交互に重ねて心棒に通すことで形成される。本願出願人は、実際に、平滑円盤および切歯円盤の枚数を、それぞれ６５枚とし、幅１３０ｍｍに穿孔可能な切歯ロールを開発した。切歯ロールの切歯の数は、５８５０個となった。平滑円盤の厚さを変更することにより、幅方向に隣り合う貫通孔１８ａの間隔である穿孔ピッチを変更することができる。切歯円盤の交換が容易であるので、切歯の形状が異なる切歯円盤に交換することにより、開口径および面積開口率の異なる共通負極板部材１０を容易に作成することができる。
【００６８】
切歯円盤は、複数の切歯円盤を重ねて、ワイヤ放電加工技術を駆使することにより形成される。これにより、ステンレス製の切歯円盤に、四角錐の精密な複数の歯を短時間にかつ安価に形成することができる。
【００６９】
共通負極板部材１０を穿孔する方法は、送出しロールに巻かれた共通負極板部材１０を巻取りロールが巻き取りながら、送出しロールと巻取りロールとの間に配置された切歯ロールと平滑ゴムロールとの間に共通負極板部材１０を挟んで穿孔する。これにより、共通負極板部材１０を量産することができる。
【００７０】
切歯円盤の先端部である四角錐部分の高さを調節することにより、穿孔時に共通負極板部材１０のキャパシタ正極板部材１１側の共通負極電極層１９に形成される貫通孔の大きさを小さくすることができる。穿孔時に共通負極板部材１０のキャパシタ正極板部材１１側の共通負極電極層１９に形成される貫通孔は、ホットロールプレスを行うことにより塞がれて、共通負極板部材１０のキャパシタ正極板部材１１側の共通負極電極層１９に凹部１９ｂが形成される。
【００７１】
この例では、共通負極電極層１９の貫通孔１９ａの面積開口率を、０．１％とした。この面積開口率の算出方法は、共通負極電極層１９の要部を示す拡大図を用いて算出した。
【００７２】
電子絶縁性金属酸化物微粒子層２９の形成方法および、貫通孔１８ａと貫通孔１９ａと凹部１９ｂとへの電子絶縁性金属酸化物微粒子２８の充填方法としては、共通負極板部材１０に貫通孔１８ａ、貫通孔１９ａおよび凹部１９ｂを形成した後、貫通孔１８ａ、貫通孔１９ａおよび凹部１９ｂに充填されるように電子絶縁性金属酸化物微粒子２８を含むペーストを共通負極電極層１９にロールコータやダイコータを用いて塗工し、その後、ホットロールプレスをする方法が挙げられる。
【００７３】
貫通孔１８ａ、貫通孔１９ａおよび凹部１９ｂに充填された電子絶縁性金属酸化物微粒子２８および電子絶縁性金属酸化物微粒子層２９は、電解液の保持および移動を容易にする効果がある。特に、アルミナは、電解液に対する親和性が高いので、電解液の保持および移動を容易にする効果が高い。また、アルミナの平均粒子径を負極の活物質である黒鉛やハードカーボンの平均粒子径である数μｍよりも小さくすることで、粒子間に形成される気孔径を小さくして、さらに、電解液の保持および移動を容易にする効果を高めることができる。
【００７４】
貫通孔１８ａ、貫通孔１９ａおよび凹部１９ｂに充填された電子絶縁性金属酸化物微粒子２８は、負極の黒鉛やハードカーボンなどの活物質の粒子が滑落して、浮遊し、セパレータまで達して正極と負極とを電気短絡させてしまう可能性を著しく減少させる効果が得られる。
【００７５】
電子絶縁性金属酸化物微粒子層２９は、共通負極板部材１０と電池正極板部材８との間の電子伝導による電気抵抗を高めるので、セパレータ１２に熱収縮などの不具合が生じる場合であっても、電極間の電気短絡を防止する効果が得られる。
【００７６】
電子絶縁性金属酸化物微粒子２８としては、粒径が０．１μｍ程度のアルミナ粒子が望ましく、ポリフッ化ビニリデン（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ：ＰＶＤＦ）やスチレン・ブタジエンゴム（Ｓｔｙｒｅｎ−Ｂｕｔａｄｉｅｎ  Ｒｕｂｂｅｒ：ＳＢＲ）などのバインダーが含まれていることが望ましい。アルミナ粒子の粒径が１μｍよりも大きいと、貫通孔１８ａ、貫通孔１９ａおよび凹部１９ｂを充填することが困難となる。また、アルミナ粒子の粒径が０．１μｍよりも小さいと、ペーストの分散が困難となり、共通負極電極層１９への塗工が困難となる。
【００７７】
電子絶縁性金属酸化物微粒子層２９の厚さとしては、１０μｍ未満程度が望ましい。電子絶縁性金属酸化物微粒子層２９の厚さが１０μｍを超えると、内部抵抗が大きくなり、出力密度が低下する。
【００７８】
なお、共通負極板部材１０の凹部の面積開口率、つまり、貫通孔１９ａの面積開口率は、０．０１％以上、かつ、１％以下であることが望ましい。この面積開口率が０．０１％を下回ると、共通負極板部材１０の裏面へのリチウムドープ速度が著しく遅くなる。また、この面積開口率が１％を超えると、時間の経過とともに、電池正極板部材８側の金属イオンが貫通孔１９ａ、貫通孔１８ａおよび凹部１９ｂを透過して、キャパシタ正極板部材１１に達して、活性炭に吸着するリスクが増加する。電池正極板部材８側の金属イオンがキャパシタ正極板部材１１の活性炭に吸着すると、キャパシタ正極板部材１１の性能を損なう恐れがある。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００７９】
以上説明したように、この発明の実施の形態８に係る電力貯蔵デバイスセルによれば、共通負極集電箔１８の両面に設けられた共通負極電極層１９のうちの電池本体部９側に設けられた共通負極電極層１９には、共通負極集電箔１８に形成された貫通孔１８ａに重なるように貫通孔１９ａが形成され、共通負極集電箔１８の両面に設けられた共通負極電極層１９のうちのキャパシタ正極板部材１１側に設けられた共通負極電極層１９における共通負極集電箔１８側の面には、共通負極集電箔１８に形成された貫通孔１８ａに対向する凹部１９ｂが形成されているので、リチウムイオンのドープ速度を高めることができる。また、貫通孔１８ａおよび貫通孔１９ａがセパレータ１２の気孔径よりも大きい場合には、ポア吸引力の関係で、ポア吸引力の弱い貫通孔１８ａおよび貫通孔１９ａには、電解液を溜められなくなり、気体が占有する。これにより、電解液が貫通孔１８ａおよび貫通孔１９ａを通って移動しにくくなり、電池正極板部材８側とキャパシタ正極板部材１１側との間の電解液の自由な移動を遮断することができる。電力貯蔵デバイスセルの寿命末期の場合であって、電解液に電池正極板部材８の金属イオンが含まれる場合には、金属イオンがキャパシタ正極板部材１１の活性炭に吸着してキャパシタ正極板部材１１の性能が低下する恐れがあるが、電池正極板部材８とキャパシタ正極板部材１１との間の電解液の自由な移動が遮断されていれば、その恐れが低減される。電力貯蔵デバイスセルの寿命初期には、十分な量の電解液があり、貫通孔１８ａおよび貫通孔１９ａは電解液で満たされているので、リチウムイオンの電池正極板部材８側からキャパシタ正極板部材１１側への移動が起こるが、その後、キャパシタ正極板部材１１の活性炭の細孔に電解液が吸収されるにつれて自由に移動できる電解液の量が減り、ポア吸引力の強い気孔に優先的に電解液が吸収され、寿命末期では、貫通孔１８ａおよび貫通孔１９ａには、何も充填されずに気体が占有される。これにより、寿命末期では、電池正極板部材８の金属イオンが溶出されるものの、金属イオンがキャパシタ正極板部材１１の活性炭に吸着することを低減させることができる。
【００８０】
また、共通負極板部材１０は、貫通孔１８ａ、貫通孔１９ａおよび凹部１９ｂに充填された電子絶縁性金属酸化物微粒子２８を有しているので、貫通孔１８ａ、貫通孔１９ａおよび凹部１９ｂにおける電解液の保持および移動を容易にすることができる。
【００８１】
また、共通負極電極層１９の貫通孔１９ａの面積開口率は、０．０１％以上、０．１％以下であるので、リチウムイオンのドープ速度を高めることができるとともに、電池正極板部材８側の金属イオンが共通負極板部材１０を透過して、キャパシタ正極板部材１１に達することを抑制することができる。
【００８２】
実施の形態９．
図１７はこの発明の実施の形態９に係る電力貯蔵デバイスセルを示す断面図である。この発明の実施の形態９に係る電力貯蔵デバイスセルは、実施の形態８に係る電力貯蔵デバイスセルに加えて、実施の形態４に係る電力貯蔵デバイスセルのように、キャパシタ正極電極層２１が、キャパシタ正極集電箔２０の両面に塗布され、キャパシタ正極集電箔２０には、貫通孔２０ａが形成され、キャパシタ正極電極層２１は、貫通孔２１ａが形成されている。貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａは、互いに重ねられている。
【００８３】
キャパシタ正極板部材１１は、貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａのそれぞれに充填された電子絶縁性金属酸化物微粒子３０と、キャパシタ正極集電箔２０の両面に設けられた一対のキャパシタ正極電極層２１のうちの共通負極板部材１０側に設けられたキャパシタ正極電極層２１に重ねられた電子絶縁性金属酸化物微粒子層３１とをさらに有している。電子絶縁性金属酸化物微粒子層３１は、共通負極板部材１０とキャパシタ正極板部材１１との間に位置するセパレータ１２と、キャパシタ正極集電箔２０の両面に設けられた一対のキャパシタ正極電極層２１のうちの共通負極板部材１０側に設けられたキャパシタ正極電極層２１との間に配置されている。
【００８４】
電子絶縁性金属酸化物微粒子層３１の形成方法および、貫通孔２０ａと貫通孔２１ａとへの電子絶縁性金属酸化物微粒子３０の充填方法は、実施の形態８における電子絶縁性金属酸化物微粒子層２９の形成方法および、貫通孔１８ａと貫通孔１９ａと凹部１９ｂとへの電子絶縁性金属酸化物微粒子２８の充填方法と同様であり、キャパシタ正極板部材１１に穿孔した後、貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａに充填されるように電子絶縁性金属酸化物微粒子３０を含むペーストをキャパシタ正極電極層２１にロールコータやダイコータを用いて塗工し、その後、ホットロールプレスをする方法が挙げられる。
【００８５】
貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａに充填された電子絶縁性金属酸化物微粒子３０および電子絶縁性金属酸化物微粒子層３１は、電解液の保持および移動を容易にする効果がある。
【００８６】
貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａに充填された電子絶縁性金属酸化物微粒子３０は、粒径が数μｍの活性炭粒子が滑落して、浮遊し、セパレータまで達して正極と負極とを電気短絡させてしまう可能性を著しく減少させる効果が得られる。
【００８７】
電子絶縁性金属酸化物微粒子層３１は、共通負極板部材１０とキャパシタ正極板部材１１との間の電子伝導による電気抵抗を高めるので、セパレータ１２に熱収縮などの不具合が生じる場合であっても、電極間の電気短絡を防止する効果が得られる。
【００８８】
なお、貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａの面積占有率は、２０％としている。
【００８９】
電子絶縁性金属酸化物微粒子３０としては、実施の形態８と同様に、粒径が０．１μｍ程度のアルミナ粒子が望ましく、ポリフッ化ビニリデン（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ＦｉＦｌｕｏｒｉｄｅ：ＰＶＤＦ）やスチレン・ブタジエンゴム（Ｓｔｙｒｅｎ−Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  Ｒｕｂｂｅｒ：ＳＢＲ）などのバインダーが含まれていることが望ましい。また、電子絶縁性金属酸化物微粒子層３１の厚さとしては、１０μｍ未満程度が望ましい。
【００９０】
以上説明したように、この発明の実施の形態９に係る電力貯蔵デバイスセルによれば、キャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１には、貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａが形成され、貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａには、電子絶縁性金属酸化物微粒子３０が充填されているので、活性炭粒子が滑落して、浮遊し、セパレータまで達して正極と負極とを電気短絡させてしまう可能性を著しく減少させることができる。
【００９１】
また、キャパシタ正極板部材１１は、キャパシタ正極集電箔２０の両面に設けられた一対のキャパシタ正極電極層２１のうちの共通負極板部材１０側に設けられたキャパシタ正極電極層２１に重ねられた電子絶縁性金属酸化物微粒子層３１を有しているので、共通負極板部材１０とキャパシタ正極板部材１１との間の電子伝導による電気抵抗を高め、セパレータ１２に熱収縮などの不具合が生じる場合であっても、電極間の電気短絡を防止することができる。
【００９２】
なお、上記実施の形態９では、貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａに電子絶縁性金属酸化物微粒子３０が充填され、キャパシタ正極電極層２１に電子絶縁性金属酸化物微粒子層３１が重ねられる構成について説明したが、貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａに電子絶縁性金属酸化物微粒子３０が充填される構成のみであってもよい。この場合であっても、電解液の保持性を高め、かつ、貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａに面した活性炭の滑落の恐れを減少させることができる。
【００９３】
また、上記実施の形態８および上記実施の形態９では、電子絶縁性金属酸化物微粒子２８および電子絶縁性金属酸化物微粒子３０として、アルミナを例に説明したが、チタニア、シリカ等の耐食性のある安価な電子絶縁性金属酸化物の微粒子であってもよい。
【００９４】
実施の形態１０．
図１８はこの発明の実施の形態１０に係る電力貯蔵デバイスセルを示す断面図である。この発明の実施の形態１０に係る電力貯蔵デバイスセルは、実施の形態３に係る電力貯蔵デバイスセルのように、キャパシタ正極板部材１１が２枚のキャパシタ正極集電箔２０と２枚のキャパシタ正極電極層２１とを有している。共通負極板部材１０とキャパシタ正極板部材１１との間に位置するセパレータ１２にキャパシタ正極電極層２１が重ねられるように、キャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１は、交互に積層されている。２枚のキャパシタ正極集電箔２０および２枚のキャパシタ正極電極層２１のうち、共通負極板部材１０側に位置するキャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１のそれぞれには、貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａが形成されている。貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａは、開口面積が互いに同一となっている。
【００９５】
キャパシタ正極板部材１１は、貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａに充填された電子伝導性微粒子３２と、共通負極板部材１０側に位置するキャパシタ正極集電箔２０に重ねられた電子伝導性微粒子層３３とをさらに有している。電子伝導性微粒子層３３は、共通負極板部材１０側に位置するキャパシタ正極集電箔２０と、２枚のキャパシタ正極電極層２１のうちの積層方向外側に位置するキャパシタ正極集電箔２０との間に配置されている。
【００９６】
電子伝導性微粒子３２および電子伝導性微粒子層３３としては、アセチレンブラックやファーネスブラック等のストラクチャーが発達して多孔質になっているカーボン微粒子が望ましい。
【００９７】
電子伝導性微粒子層３３の形成方法および貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａへの電子伝導性微粒子３２の充填方法は、キャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１に穿孔した後、貫通孔２０ａおよび貫通孔２１ａに充填されるように電子伝導性微粒子３２を含むペーストをキャパシタ正極集電箔２０にロールコータやダイコータを用いて塗工し、その後、ホットロールプレスをする方法が挙げられる。キャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１に穿孔する方向は、積層方向内側である。
【００９８】
電子伝導性微粒子３２および電子伝導性微粒子層３３として、ストラクチャーが発達して多孔質になっているカーボン微粒子を用いることにより、イオン伝導性を高めることができる。また、電子伝導性微粒子層３３は多孔質によって多くの電解液を保持するとともに、キャパシタ正極集電箔２０に対しての接点を増やして、穿孔したキャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１と最外層のキャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１との間の電子伝導性とイオン伝導性を高める効果がある。
【００９９】
なお、最外層のキャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１には、貫通孔を形成する必要がないので、この例では、貫通孔を形成していないが、貫通孔が形成されてもよい。最外層のキャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１に貫通孔を形成する場合には、電気絶縁シート２２ではなく、電解液リザーバ１３を配置して、電解液の連絡を図るのが望ましい。これにより、充放電によって電解質の膨張収縮が発生した場合であっても、最外層のキャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１が電解液不足になりにくくなる効果が得られる。
【０１００】
キャパシタ正極電極層２１の貫通孔２１ａの面積開口率は、１％以上、かつ、３０％以下であることが望ましい。この面積開口率が１％を下回ると、表裏間のイオン伝導性が確保できなくなり、最外層のキャパシタ正極集電箔２０およびキャパシタ正極電極層２１の利用率が低下する恐れがある。一方、面積開口率が３０％を上回ると、キャパシタ正極集電箔２０の機械強度が極端に低下し、製造する過程での品質管理上の問題を引き起こす恐れがある。
【０１０１】
以上説明したように、この発明の実施の形態１０に係る電力貯蔵デバイスセルによれば、キャパシタ正極板部材１１は、キャパシタ正極集電箔２０に形成された貫通孔２０ａと、キャパシタ正極集電箔２０の貫通孔２０ａに重なるようにキャパシタ正極電極層２１に形成された貫通孔２１ａとに充填された電子伝導性微粒子３２をさらに有しているので、電解液を保持することができる。
【０１０２】
また、キャパシタ正極電極層２１の貫通孔２１ａの面積開口率は、１％以上、３０％以下であるので、キャパシタ正極集電箔２０の表裏間のイオン伝導性を確保することができるとともに、キャパシタ正極集電箔２０の機械強度を確保することができる。
【０１０３】
なお、上記実施の形態８ないし上記実施の形態１０では、積層形の電力貯蔵デバイスセルの構成について説明したが、巻回形の電力貯蔵デバイスセルであってもよい。
【０１０４】
また、上記実施の形態８ないし上記実施の形態１０で開示した、穿孔した孔に電子絶縁性金属酸化物微粒子を充填する構造や方法、あるいは、上記実施の形態９および上記実施の形態１０で開示した、穿孔した孔に電子伝導性微粒子を充填する構造や方法は、リチウムイオンキャパシタ、電気化学キャパシタやハイブリッドキャパシタなどと呼ばれる集電箔に貫通孔が形成される必要がある蓄電デバイスに適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
また、上記各実施の形態では、電池負極電極層１５および共通負極電極層１９がリチウム二次電池に使用される黒鉛、ハードカーボン、非晶質カーボンまたはメソカーボンマイクロビーズ黒鉛等のカーボン微粒子から構成されている例について説明したが、電池負極電極層１５および共通負極電極層１９は、カーボンコーティングしたチタン酸リチウムを主成分としてもよい。電池負極集電箔１４および共通負極集電箔１８にアルミニウム箔を用いることにより、銅箔が溶出することを防止することができる。また、リチウムイオンキャパシタ部分を安定的に０Ｖに保つことができる。その結果、セル電圧を０Ｖにしてもリチウムイオン電池部分の劣化を抑制することができ、電力貯蔵デバイスセルの安全性を向上させることができる。
【０１０６】
チタン酸リチウムは、黒鉛等のカーボンを用いた場合と比較して、高い電位に保たれるので、電池負極集電箔１４および共通負極集電箔１８に銅箔ではなくアルミニウム箔を用いることができる。銅箔は電位が高くなると溶出する恐れがあるが、アルミニウム箔は溶出する恐れがない。また、電力貯蔵デバイスセルの放電時には正極と負極との電位差が小さくなり、さらに、共通負極部はリチウムイオン電池負極部に比べてリチウムイオンが不足するので、共通負極部の電位はリチウムイオン電池負極部の電位よりも高くなる。したがって、リチウムイオンキャパシタ正極部と共通負極部との電位差がさらに小さくなり、セル電圧を０Ｖにしてもリチウムイオン電池部分の劣化が抑制され、電力貯蔵デバイスセルの安全性を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１  容器、２  電力貯蔵デバイスセル本体、３  負極端子、４  負極シール部材、５  正極端子、６  正極シール部材、７  電池負極板部材（リチウムイオン電池負極部）、８  電池正極板部材（リチウムイオン電池正極部）、９  電池本体部（リチウムイオン電池本体部）、１０  共通負極板部材（共通負極部）、１１  キャパシタ正極板部材（リチウムイオンキャパシタ正極部）、１２  セパレータ、１３  電解液リザーバ、１４  電池負極集電箔、１５  電池負極電極層、１６  電池正極集電箔、１７  電池正極電極層、１８  共通負極集電箔、１８ａ  貫通孔、１９  共通負極電極層、１９ａ  貫通孔、１９ｂ  凹部、２０  キャパシタ正極集電箔、２０ａ  貫通孔、２１  キャパシタ正極電極層、２１ａ  貫通孔、２２  電気絶縁シート、２３  電池負極帯部材（リチウムイオン電池負極帯部材）、２４  電池正極帯部材（リチウムイオン電池正極帯部材）、２５  電池本体部（リチウムイオン電池本体部）、２６  共通負極帯部材、２７  キャパシタ正極帯部材（リチウムイオンキャパシタ正極帯部材）２８  電子絶縁性金属酸化物微粒子、２９  電子絶縁性金属酸化物微粒子層、３０  電子絶縁性金属酸化物微粒子、３１  電子絶縁性金属酸化物粒子層、３２  電子伝導性微粒子、３３  電子伝導性微粒子層。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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