(57)【要約】【課題】負極にリチウム薄膜を直接接続してプレドープする電極であって、電解液成分の分解に伴って生じるガスによる、脱落の発生およびリチウムイオンの移動の停止を抑制できるリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法を提供することにある。【解決手段】リチウムイオンキャパシタ用電極を製造する方法であって、複数の突起部２２が設けられた基板２１上にリチウム薄膜２３を形成し、リチウム薄膜２３と、両面１５ａ，１５ｂのそれぞれに電極層１６が形成された集電体１５とを接触して配置し、リチウム薄膜２３を集電体１５に超音波接合により転写することによって、電極層１６の表面１６ａに、互いに離間する複数個のリチウム薄膜１７を形成するようにした。【選択図】図４
2014207268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオンキャパシタ用電極を製造する方法であって、
複数の突起部が設けられた基板上にリチウム薄膜を形成し、
前記リチウム薄膜と、両面のそれぞれに電極層が形成された集電体とを接触して配置し、
前記リチウム薄膜を前記集電体に超音波接合により転写することによって、前記電極層の表面に、互いに離間する複数個のリチウム薄膜を形成するようにした
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法であって、
前記複数の突起部は、互いに離間して配置される
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法であって、
前記複数の突起部の先端は、平坦である
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法であって、
前記複数の突起部は、転写後の前記複数個のリチウム薄膜の面積が前記電極層の面積の５０〜８０％となるように形成されている
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法であって、
前記複数の突起部は、転写後の前記複数個のリチウム薄膜のそれぞれの面積が０．００２ｃｍ2〜０．０９ｃｍ2となるように形成されている
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法により製造したものである
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極。
【請求項７】
請求項６に記載のリチウムイオンキャパシタ用電極であって、
前記複数個のリチウム薄膜の面積は、前記電極層の面積の５０〜８０％である
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載のリチウムイオンキャパシタ用電極であって、
前記複数個のリチウム薄膜のそれぞれの面積は０．００２ｃｍ2〜０．０９ｃｍ2である
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極。
【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電極およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオンキャパシタは、正極に活性炭、負極に黒鉛などのリチウムイオンを吸蔵可能な炭素材料を用い、さらにリチウムイオンプレドープ技術を施すことで電気二重層キャパシタの欠点であったエネルギー密度を大幅に向上させる蓄電デバイスである。
【０００３】
キャパシタのエネルギー量は、下記の（１）式により求められることから、エネルギー密度を高めるにはセル電圧を高電圧化するか一般に電極の比表面積に依存する静電容量を高めるしか手段が無い。現状の非水系電気二重層キャパシタは、正極・負極ともに活性炭電極を用いていることからセル電圧は約２．５Ｖ程度となる。
【０００４】
【数１】
2014207268.tif 000003
【０００５】
リチウムイオンキャパシタは、予め負極にリチウムイオンを吸蔵させて負極電位を下げることでセル電圧を約４Ｖまで高電圧化することが可能となることから、エネルギー密度は電気二重層キャパシタの３〜４倍が得られることとなる。
【０００６】
予め負極にリチウムイオンを吸蔵させる方法として、例えば、特許文献１に記載の方法がある。これは、正極および負極の集電体にリチウムイオンが通過できる貫通孔を設けた構造とし、その負極とリチウム金属箔とが電気化学的に接触することで負極内にリチウムイオンを吸蔵する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０１５９９３号（第１１頁第１１行〜同頁第１３行など参照）
【特許文献２】特開平８−１０７０４８号公報（段落［００４７］など参照）
【特許文献３】特開２００８−３０５６０８号公報（段落［００４２］，［００４５］，［００５７］，［００５８］、［実施例２１］など参照）
【特許文献４】特開２００８−２１９０１号公報（段落［００１９］〜［００３３］、［図４］〜［図６］など参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１に記載の方法は、積層構造として構成した大容量リチウムイオンキャパシタへ適用した場合に簡便なプレドープ方法ではあるが、リチウム濃度が各負極で不均一となるため信頼性に欠けるという課題があった。
【０００９】
この手法を改善した方法として、負極に直接リチウム箔または薄膜を接触（転写）した状態でプレドープを行う方法がある（例えば、特許文献２〜４参照）。
【００１０】
特許文献２〜４に記載の方法は、各負極に必要量のリチウムを吸蔵できる点で優れているが、負極とリチウム箔が直接接触しているためにリチウムイオンの吸蔵に長時間を要するという課題があった。鋭意研究を進めたところ、負極とリチウム金属箔の間にリチウムイオンを移動させるための電解液が十分量存在しないことに原因があることを発見した。リチウムイオンは、リチウム金属箔の負極との電気化学接触によりリチウムが酸化されることでイオン化していた。そのリチウムイオンは、電解液中で溶媒和された状態で負極に到達することになるため、電解液量の不足はプレドープ時間の増加に繋がっていた。
【００１１】
さらに、負極に黒鉛系炭素材料を用いた場合には、リチウムイオンの吸蔵に伴い負極表面にＳＥＩ（Solid Electrolyte interface）と呼ばれる電解液成分の分解に由来した不導体皮膜が生成される。この分解に伴い、Ｈ2やＣＨ4をはじめとする炭化水素の気体が発生して負極とリチウム箔界面に停滞することでプレドープの進行を停止させることも分かった。
【００１２】
エキスパンド箔をはじめとする、貫通孔を設けた集電箔上に負極を形成した場合、前述の気体が、貫通穴部分を塞ぐ状態で形成された負極膜に対し作用すると、当該負極膜が気体の圧力に抗することができず気体の圧力に負けて脱落するおそれがあった。特に、特許文献３における転写は、プレス機等を用いて１０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ2の加重で負極にリチウムを圧接させる必要があり、結着剤の配合比を極力低減した高密度化負極へ適用すると電極の脱落が発生するおそれがあった。
【００１３】
以上のことから、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、負極にリチウム薄膜を直接接続してプレドープする電極であって、電解液成分の分解に伴って生じるガスによる、脱落の発生およびリチウムイオンの移動の停止を抑制するリチウムイオンキャパシタ用電極を得ることができるリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法およびリチウムイオンキャパシタ用電極を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述した課題を解決する第１の発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法は、リチウムイオンキャパシタ用電極を製造する方法であって、複数の突起部が設けられた基板上にリチウム薄膜を形成し、前記リチウム薄膜と、両面のそれぞれに電極層が形成された集電体とを接触して配置し、前記リチウム薄膜を前記集電体に超音波接合により転写することによって、前記電極層の表面に、互いに離間する複数個のリチウム薄膜を形成するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
前述した課題を解決する第２の発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法は、第１の発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極を製造する方法であって、前記複数の突起部が、互いに離間して配置されることを特徴とする。
【００１６】
前述した課題を解決する第３の発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法は、第１または第２の発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法であって、前記複数の突起部の先端が、平坦であることを特徴とする。
【００１７】
前述した課題を解決する第４の発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法は、第１乃至第３の発明の何れか１つに係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法であって、前記複数の突起部が、転写後の前記複数個のリチウム薄膜の面積が前記電極層の面積の５０〜８０％となるように形成されていることを特徴とする。
【００１８】
前述した課題を解決する第５の発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法は、第１乃至第４の発明の何れか１つに係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法であって、前記複数の突起部が、転写後の前記複数個のリチウム薄膜のそれぞれの面積が０．００２ｃｍ2〜０．０９ｃｍ2となるように形成されていることを特徴とする。
【００１９】
前述した課題を解決する第６の発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極は、第１乃至第５の発明の何れか１つに係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法により製造したものであることを特徴とする。
【００２０】
前述した課題を解決する第７の発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極は、第６の発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極であって、前記複数個のリチウム薄膜の面積が、前記電極層の面積の５０〜８０％であることを特徴とする。
【００２１】
前述した課題を解決する第８の発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極は、第６または第７の発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極であって、前記複数個のリチウム薄膜のそれぞれの面積は０．００２ｃｍ2〜０．０９ｃｍ2であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法によれば、電解液成分の分解に伴って生じるガスによる、脱落の発生およびリチウムイオンの移動の停止を抑制できるリチウムイオンキャパシタ用電極を得ることができる。
【００２３】
本発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法によれば、リチウム薄膜の集電体への転写が、超音波接合により行われることにより、リチウム薄膜を電極層の表面に転写するときの加重が、プレス機によりリチウム薄膜を電極層の表面に圧接するときの加重と比べて小さいため、リチウム薄膜自体の形状を損なうことなく転写することができる。その結果、電解液成分の分解に伴って生じるガスによる、脱落の発生およびリチウムイオンの移動の停止を抑制できるリチウムイオンキャパシタ用電極をより確実に得ることができる。
【００２４】
本発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極によれば、集電体の両面のそれぞれに形成された電極層と、前記電極層の表面に設けられた複数個のリチウム薄膜とを備え、前記複数個のリチウム薄膜が、互いに離間していることにより、電極層の表面にて、リチウム薄膜と接触する部分とリチウム薄膜と接触しない部分が存在することになる。これにより、電解液成分の分解に伴って生じるガスが、複数個のリチウム薄膜の間を通って排出されることになる。その結果、前記ガスによる、脱落の発生およびリチウムイオンの移動の停止を抑制できる。
【００２５】
本発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極によれば、複数個のリチウム薄膜の面積が電極層の面積の５０〜８０％である、または、複数個のリチウム薄膜のそれぞれの面積は０．００２ｃｍ2〜０．０９ｃｍ2であることにより、電解液成分の分解に伴って生じるガスを円滑に排出でき、脱落の発生およびリチウムイオンの移動の停止をより確実に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るリチウムイオンキャパシタセルの概略を示した構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るリチウムイオンキャパシタ用電極の模式図であって、図２Ａに平面を示し、図２Ｂに側面を示す。
【図３】本発明の一実施形態に係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法で用いられる高分子樹脂基板の概略を示した構成図であって、図３Ａに下面を示し、図３Ｂに側面を示す。
【図４】本発明の一実施形態に係るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法におけるリチウム薄膜転写工程を説明するための図であって、図４Ａに転写前の状態を示し、図４Ｂに転写時の状態を示し、図４Ｃに転写後の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極およびその製造方法ならびにリチウムイオンキャパシタセルの一実施形態について、図１〜図４を参照して具体的に説明する。
【００２８】
本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタセル１０は、図１に示すように、正極１１と、負極１４と、正極１１と負極１４の間に配置されるセパレータ１８を具備し、負極１４、セパレータ１８、正極１１の順番で積層した構成となっている。正極１１、負極１４、およびセパレータ１８はケース１９内に配置され、後述する正極１１および負極１４の集電体１２，１５の端部がケース１９の外側に引き出されている。ケース１９内には、電解液が注入されている。なお、セパレータ１８およびケース１９ならびに前記電解液の材料としては、従来より知られている既存の材料を適用することが可能である。
【００２９】
正極１１は、金属箔からなる集電体１２と、この集電体１２の表面１２ａおよび裏面１２ｂのそれぞれに塗布された分極性電極層１３，１３とを具備する。正極１１を構成する集電体１２および分極性電極層１３の材料としては、従来より知られている既存の材料を適用することが可能である。
【００３０】
負極１４は、図１、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、複数の貫通孔１５ｃが形成された金属箔からなる集電体１５と、この集電体１５の表面１５ａおよび裏面１５ｂのそれぞれに塗布された電極層１６，１６とを具備する。負極１４を構成する集電体１５および電極層１６の材料としては、従来より知られている既存の材料を適用することが可能である。そして、電極層１６の表面１６ａには、円形状のリチウム薄膜１７が複数個（図示例では、片面に５個（縦）×５個（横））離間して設けられている。
【００３１】
複数個のリチウム薄膜１７の総面積は、負極面積、具体的には、集電体１５の表面１５ａおよび裏面１５ｂのそれぞれに設けられた電極層１６の表面１６ａの総面積に対して５０％以上８０％以下の範囲の大きさである。これは、５０％より小さいと、負極１４にリチウムをプレドープすることができず、所望の性能を発現できないためである。他方、８０％より大きいと、電解液成分の分解に伴って生じるガスを円滑に排出できず電極が脱落する可能性が大きくなるためである。また、余分なリチウムが存在することとなり、製造コスト増を招くからである。
【００３２】
さらに、複数個のリチウム薄膜１７の個々の面積は、０．００２ｃｍ2〜０．０９ｃｍ2の範囲の大きさである。これは、０．００２ｃｍ2より狭いと、負極１４にリチウムをプレドープすることができず、所望の性能を発現できないためである。他方、０．０９ｃｍ2より広いと、電解液成分の分解に伴って生じるガスを円滑に排出できず電極が脱落する可能性が大きくなるためである。
【００３３】
ここで、上述したリチウムイオンキャパシタ用電極を製造する手順における、リチウム薄膜を負極（電極層の表面）に転写する工程について、図３および図４を参照して説明する。なお、集電体の表面および裏面には、従来と同じ方法で電極層が設けられる。
【００３４】
この工程では、図３に示すような転写用器具（ナノインプリント基板）２０を用いて、リチウム薄膜の転写を行っている。転写用器具２０は、基板２１と、基板２１の表面２１ａに設けられた複数の突起部２２（図示例では、５個（縦）×５個（横））とで構成されている。突起部２２は、円柱体状に形成されている。複数の突起部２２は、同じ高さで形成されている。また、複数の突起部２２の上面部２２ａは、平坦に形成されている。これにより、後述する超音波溶接で、基板２１の表面２１ａに形成したリチウム薄膜を負極の表面（電極層の表面）に確実に転写することができる。なお、複数の突起部２２は、例えばナノインプリント法により基板２１の表面２１ａに形成される。
【００３５】
複数の突起部２２は互いに離間して配置される。これは、基板２１の表面２１ａに形成したリチウム薄膜を負極に転写するときに、突起部２２の上面部２２ａに対応する箇所以外もリチウム薄膜を転写してしまい、所定の大きさのリチウム薄膜を電極層の表面に形成できない可能性があるためである。
【００３６】
複数の突起部２２が、転写後の複数個のリチウム薄膜１７の面積が電極層１６の面積の５０〜８０％となるように形成されている。また、複数の突起部２２が、転写後の複数個のリチウム薄膜１７のそれぞれの面積が０．００２〜０．０９ｃｍ2となるように形成されている。これにより、転写後のリチウム薄膜が所望の大きさとなり、電極の脱落の発生およびリチウムイオンの移動の停止を抑制できるリチウムイオンキャパシタ用電極を得ることができる。
【００３７】
なお，突起部２２の上面部２２ａの形状は、基板２１の表面２１ａにリチウム薄膜を形成することができ、且つリチウム薄膜を負極に転写することができれば良く、円形状に限らず、三角形、四角形、五角形などの多角形状や楕円形状にすることも可能である。
【００３８】
基材２１および突起部２２の材料としては、表面２１ａにリチウム薄膜を形成することが可能であり、且つ超音波接合によりリチウム薄膜を電極層の表面に転写可能な材料であれば良く、例えば、ポリプロピレンなどの高分子樹脂が挙げられる。
【００３９】
まず、１つの負極１４と、２つの転写用器具２０，２０を用意する。この負極１４は、集電体１５の両面１５ａ，１５ｂに電極層１６がそれぞれ形成された電極である。転写用器具２０は、基板２１の表面２１ａの全体に亘ってリチウム薄膜２３が形成されたものである。リチウム薄膜２３の形成方法としては、真空蒸着法やエアゾルデポジション法（Aerosol Deposition method：ＡＤ法）などが挙げられる。リチウム薄膜２３の厚さは、後述する超音波溶接（超音波溶着）により転写可能な大きさであって、例えば、６μｍである。
【００４０】
続いて、図４Ａに示すように、負極１４の表面（図４Ａにて集電板１５の表面１５ａ側に配置される一方の電極層１６の表面１６ａ）と転写用器具２０の突起部２２を対向して配置すると共に、負極１４の裏面（図４Ａにて集電板１５の裏面１５ｂ側に配置される他方の電極層１６の表面１６ａ）と転写用器具２０の突起部２２を対向して配置する。これにより、転写用器具２０の突起部２２が、負極１４の電極層１６側に向けて配置される。
【００４１】
続いて、一方の転写用器具２０、負極１４、および他方の転写用器具２０一式の両側（図４Ａにて上方側および下方側）にステンレス基板（図示せず）を設置する。続いて、図４Ｂに示すように、これら負極一式を超音波溶接機（図示せず）に取り付け、所定の加重Ｆ１、例えば１．２ｋｇｆ／ｃｍ2で超音波接合を行う。これにより、図４Ｃに示すように、リチウム薄膜２３における基板２１の突起部２２に対応する部分のみが負極１４の表面（電極層１６の表面１６ａ）に転写され、電極層１６の表面１６ａに互いに離間する複数個のリチウム薄膜１７が転写された負極１４を得ることができる。
【００４２】
したがって、本実施形態に係るリチウムイオンキャパシタ用電極によれば、集電体１５の両面１５ａ，１５ｂのそれぞれに形成された電極層１６，１６と、電極層１６の表面１６ａに設けられた複数個のリチウム薄膜１７とを備え、複数個のリチウム薄膜１７が互いに離間していることにより、電極層１６の表面１６ａにて、リチウム薄膜１７と接触する部分とリチウム薄膜１７と接触しない部分が存在することになる。これにより、電解液成分の分解に伴って生じるガスが、複数個のリチウム薄膜１７の間を通って排出されることになる。その結果、前記ガスによる電極の脱落の発生を抑制できる。ガスの付着に起因した電気化学界面の減少によるリチウムイオンの移動の停止を抑制できる。また、電解液不足に起因した電気化学界面の減少によるリチウムイオンの移動の停止も抑制できる。さらに、電極層の表面の全面に亘ってリチウム薄膜を設けたリチウムイオンキャパシタ用電極と比べて、電気化学界面が増加する。その結果、プレドープ時間を短縮できる。
【００４３】
また、リチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法によれば、電解液成分の分解に伴って生じるガスによる、脱落の発生およびリチウムイオンの移動の停止を抑制できるリチウムイオンキャパシタ用電極を得ることができる。
【００４４】
転写用器具２０の突起部２２の作製にナノインプリント法を用いたことで、マイクロメートルオーダーの微細な形状（複数の突起部２２の間隔）を得ることができ、リチウム薄膜を転写していない負極の表面積を低減したリチウムイオンキャパシタ用電極を得ることができる。このリチウムイオンキャパシタ用電極によれば、プレドープ時間を短縮できると共に、負極にてリチウムイオンを均一化できる。
【００４５】
転写用器具（ナノインプリント基板）２０によりリチウム薄膜を負極に転写するようにしたことで、離型層の付着が無くなりセル特性の信頼性が向上したリチウムイオンキャパシタ用電極を得ることができる。
【００４６】
リチウム薄膜２３を電極層１６の表面１６ａに転写するときの加重Ｆ１が、プレス機によりリチウム薄膜を電極層の表面に圧接するときの加重と比べて小さく、リチウム薄膜自体の形状を損なうことなく転写することができる。また、転写時の応力による負極の破損を防止できる。
【実施例】
【００４７】
本実施例に係るリチウムイオンキャパシタ用電極およびその製造方法の効果を確認するための確認試験を以下に説明するが、本発明は以下に説明する確認試験のみに限定されるものではない。
【００４８】
＜試験体１＞
本試験体１に係るリチウムイオンキャパシタ用電極を備えるリチウムイオンキャパシタセルについて、説明する。
【００４９】
（１）正極の作製
正極の構成および配合比は、乾燥重量比率で活性炭（比表面積１５９０ｍ2／ｇ）８７重量部、アセチレンブラック９重量部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）２重量部、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）（日本ゼオン社製）２重量部となるように固形分濃度３１％の水系スラリーを調製して厚さ３８μｍ（気孔率５０％）のアルミニウム製エキスパンドメタル（日本金属工業社製）に両面コーターを用いて塗工した。得られた電極を大気中で乾燥後、ロール圧延して最終厚み１９０μｍの正極を得た。
【００５０】
（２）負極の作製
負極の構成および配合比は、乾燥重量比率で球晶黒鉛（ＪＦＥケミカル社製）８７重量部、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ；登録商標）９重量部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）２重量部、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）（日本ゼオン社製）２重量部となるように固形分濃度４７％の水系スラリーを調製して厚さ２６μｍ（気孔率５５％）の銅製エキスパンドメタル（日本金属工業社製）に両面コーターを用いて塗工した。得られた電極を大気中で乾燥後、ロール圧延して最終厚み７０μｍの負極を得た。
【００５１】
（３）転写用リチウム薄膜の作製および負極への転写方法
転写用器具（ナノインプリント基板）の基材には４．０×４．０ｃｍ2形状のポリプロピレンを用い、ナノインプリント法を利用してリチウム薄膜が製膜される表面に図３に示す形状の突起部（凹凸）を設けた。ナノインプリント法により作製する突起部（凹凸）の表面形状は、特に限定するものではないが、プレドープ進行の最短化およびガス抜けを良好に維持する構造とするには、リチウム薄膜の転写面積が負極面積の５０〜８０％となる形状であることが望ましい。
【００５２】
この基板上に真空蒸着によりリチウム金属を堆積させることで図４Ａに示す形状で厚さ６μｍのリチウム薄膜を得た。このリチウム薄膜を形成した転写用器具２個を上記負極の両面（表面および裏面）に各１個ずつ対向配置し、さらにその両面に厚さ５ｍｍのステンレス基板を設置した。これら負極一式を超音波溶接機（ＭＨ−２０１４Ｄ、ソノマックジャパン社製）に取り付け、１．２ｋｇｆ／ｃｍ2加重で超音波接合した。これにより、ナノインプリント基板の突起部（凸部）に配置されていたリチウム薄膜が負極の両面（表面および裏面）に転写された。
【００５３】
（４）セルの作製
上記の正極の電極面積が３．８×３．８ｃｍ2、リチウム薄膜を転写した負極の電極面積が４．０×４．０ｃｍ2となるようにロールカッターで切り出し、それぞれ厚さ０．１ｍｍのアルミニウム製（正極側）および銅製（負極側）の集電端子を超音波溶接により取り付けた。これら電極を図１に示す構造で厚さ３５μｍのセルロース製セパレータ（ＴＦ４０３５、日本高度紙社製）を介して対向配置させた。その後、集電端子部のみが外部に露出するようにセルをアルミニウムラミネートフィルムで外装してアルミニウムラミネートセルとした。このアルミニウムラミネートセルの一辺を開封して、１ＭのＬｉＰＦ6およびエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を１対１の割合で混合した電解液をセル中に投入して再度ラミネートフィルムを封止した。プレドープは、電解液注入と同時に開始されており、プレドープ条件を、２５℃に設定した恒温槽中で２４時間保持することとした。前記プレドープ条件で得られたセルを試験体１とした。
【００５４】
＜試験体２＞
本試験体２に係るリチウムイオンキャパシタ用電極を備えるリチウムイオンキャパシタセルにつき以下に説明する。
本試験体２は、リチウム薄膜の成膜方法を特許文献３と同様のエアゾルデポジション法に変更したこと以外は上述の試験体１と同様な手順により作製し、電解液の注入を開始してから２５℃に設定した恒温槽中で２４時間保持して得られたものとした。すなわち、試験体２のプレドープ条件は、上述の試験体１と同じにした。
【００５５】
＜比較体１＞
比較体１に係るリチウムイオンキャパシタ用電極を備えるリチウムイオンキャパシタセルにつき以下に説明する。
比較体１に係るリチウムイオンキャパシタセルは、平面状ポリプロピレン製基板上に厚さ６μｍのリチウム薄膜が製膜された市販の転写用リチウム薄膜を用い、一軸プレス機を利用して１００ｋｇｆ／ｃｍ2加重で転写したこと以外は試験体１と同様の手順により作製し、電解液の注入を開始してから２５℃に設定した恒温槽中で２４時間保持して得られたものとした。すなわち、比較体１のプレドープ条件は、上述の試験体１と同じにした。
【００５６】
＜試験方法＞
［セルの特性評価］
上述の試験体１、試験体２、比較体１に対し、プレドープ開始から２４時間後のセル電圧およびその後、時間率で１Ｃ相当定電流で３．８Ｖまで充電後に解体してリチウムの溶解度合いを確認することで、セルの特性を評価した。さらに、上述の試験体１、試験体２、比較体１のそれぞれが具備する負極を対極にリチウム金属を用いた２極セルに組み直して放電量（０．２Ｃ相当定電流）を測定した。また、負極の脱落有無については、負極に接していたセパレータの着色度合を解体時に目視で評価した。この結果を下記の表１に示した。表１にて、着色なしとは負極の脱落が無いことであり、着色ありとは負極の脱落があることになる。
【００５７】
【表１】
2014207268.tif 000004
【００５８】
表１に示すように、プレドープ開始から２４時間後のセル電圧は、試験体１にて３．２７Ｖとなり、試験体２にて３．２０Ｖとなり、比較体１にて２．４２Ｖとなることが明らかとなった。試験体１および試験体２において、リチウムが溶解していることが確認された。放電量は、試験体１にて３２４ｍＡｈ／ｇとなり、試験体２にて３５６ｍＡｈ／ｇとなり、比較体１にて９０ｍＡｈ／ｇとなることが明らかとなった。また、試験体１，２にて着色が無いことから負極の脱落が無く、比較体１にて一部着色があることから負極の一部に脱落があることが明らかとなった。
【００５９】
したがって、本実施例に係るリチウムイオンキャパシタ用電極によれば、電解液成分の分解に伴って生じるガスによる、電極の脱落およびリチウムイオンの移動の停止を抑制できることが確認された。
【００６０】
なお、上記では、１回の超音波溶接の作業により、集電板の両面に複数個のリチウム薄膜を転写してリチウムイオンキャパシタ用電極を得るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法について説明したが、２回以上の複数回の超音波溶接の作業により、集電板の両面に複数個のリチウム薄膜を転写してリチウムイオンキャパシタ用電極を得るリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法とすることも可能である。このような製造方法であっても、上述したリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法と同様な作用効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係るリチウムイオンキャパシタ用電極およびその製造方法によれば、ガス発生時の電極の脱落、およびリチウムイオンの移動の停止を抑制できるため、電気機器産業や自動車産業などにおいて、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０        リチウムイオンキャパシタセル
１１        正極
１２        集電体
１３        分極性電極層
１４        負極
１５        集電体
１６        電極層
１７        リチウム薄膜
１８        セパレータ
１９        ケース
２０        転写用器具（ナノインプリント基板）
２１        基板
２２        突起部
２３        リチウム薄膜
Ｆ１        超音波加圧
【図１】
2014207268.tif 000005
【図２】
2014207268.tif 000006
【図３】
2014207268.tif 000007
【図４】
2014207268.tif 000008