(57)【要約】【課題】量産性に優れ、かつ負極内部におけるリチウムイオンの分布を片寄りなく均一にできるリチウムイオンキャパシタを提供する。【解決手段】アルミニウム箔に正極活物質合剤が塗着された正極板２と、銅箔に負極活物質合剤が塗着された負極板３とがセパレータ４Ａ，４Ｂを介して積層した積層体を捲回してなる捲回型素子に配置された金属リチウム支持部材２０Ａ，２０Ｂに保持された金属リチウムの支持位置からの負極板上の距離Lに従って、負極リード片３ａの幅を変えた負極板を有するリチウムイオンキャパシタ。【選択図】図９
2018125328.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電極群と、
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、か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、
前記金属リチウムから電解液中に溶解したリチウムイオン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からなる支持体のみが残存するように前記金属リチウム支持部材が、前記電極群内または前記電極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電極群ユニットを備えるリチウムイオンキャパシタであって、
前記負極板が、前記負極活物質合剤の塗着層に沿って前記銅箔の未塗工部を有し、かつ負極リード片を有するものであり、
前記正極板が、前記正極活物質合剤の塗着層に沿って前記アルミニウム箔の未塗工部を有し、かつ正極リード片を有するものであり、
前記電極群が、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、
前記金属リチウム支持部材に保持された金属リチウムの支持位置からの負極板上の距離に従って、前記負極リード片の幅を変えた負極板を有するリチウムイオンキャパシタ。
【請求項２】
前記負極リード片は、金属リチウム支持部材に保持された金属リチウムの支持位置からの負極板上の距離が短いほど、負極リード片の幅は狭く、長いほど広いことを特徴とする請求項１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、捲回型の素子を用いたリチウムイオンキャパシタに関し、例えば集電体に複数のリード片を備えるリチウムイオンキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオンキャパシタ及びリチウムイオン電池等のリチウムイオン蓄電デバイスは、エネルギー密度が高く、かつ自己放電が少なくてサイクル性能が良いという利点がある。そのため近年では、非水電解液蓄電デバイスを大型・大容量化することにより、ハイブリッド自動車や電気自動車等の自動車の電源として使用することが期待されている。このようなリチウムイオン蓄電デバイスには、使用電圧範囲を広くするため及び容量を大きくするために、予め負極にリチウムイオンをドープ（リチウムプレドープ）しておくものがある。
リチウムイオンキャパシタは、正極活物質に活性炭を使用するためリチウムイオン二次電池と異なり、負極活物質の炭素材料にリチウムイオンをプレドープさせる必要がある（以下、予備充電という）（例えば、特許文献１参照）。
そのため、負極の抵抗を低減することが予備充電の促進につながり、結果的にセルの特性向上に寄与することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６６８３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リチウムイオンキャパシタの予備充電には、大きく分けて２つの方法が採用されている。一つ目は、リチウムイオンを負極活物質へ電気的に充電させる方法である。二つ目は、リチウムと負極活物質との電位差による起電力を利用する方法である。一つ目の方法は、リチウムイオンの充電容量が正確に分かる利点があるが、充電器へセル毎に接続する必要があるため、量産には適していない。そのため、量産には二つ目の方法が適しているが、起電力を利用するために負極内部におけるリチウムイオンの分布が不均一になってしまう。つまり、リチウムの近くに対面している負極活物質には、リチウムイオンが満充電容量に近く充電されているが、リチウムから距離が遠いほど負極活物質への充電容量が減少する。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑み、量産性に優れ、かつ負極内部におけるリチウムイオンの分布が均一にできるリチウムイオンキャパシタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のものに関する。
（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電極群と、
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、か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、
前記金属リチウムから電解液中に溶解したリチウムイオン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からなる支持体のみが残存するように前記金属リチウム支持部材が、前記電極群内または前記電極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電極群ユニットを備えるリチウムイオンキャパシタであって、
前記負極板が、前記負極活物質合剤の塗着層に沿って前記銅箔の未塗工部を有し、かつ負極リード片を有するものであり、
前記正極板が、前記正極活物質合剤の塗着層に沿って前記アルミニウム箔の未塗工部を有し、かつ正極リード片を有するものであり、
前記電極群が、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、
前記金属リチウム支持部材に保持された金属リチウムの支持位置からの負極板上の距離に従って、負極リード片の幅を変えた負極板を有するリチウムイオンキャパシタ。
（２）前記負極リード片は、金属リチウム支持部材に保持された金属リチウムの支持位置からの負極板上の距離が短いほど、負極リード片の幅は狭く、長いほど広いことを特徴とする（１）に記載のリチウムイオンキャパシタ。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、捲回型の素子に配置した金属リチウムに対して、金属リチウムの支持位置からの負極板上の距離が近い負極リード片の幅は狭くし、逆に距離が遠い負極リード片の幅は広くすることにより、金属リチウムから電解液中に溶解したリチウムイオンが金属リチウムから遠い負極活物質に吸蔵しやすくなる。このため、リチウムイオンを負極活物質に均一に吸蔵することができ、リチウムイオンキャパシタの優れた充放電特性を十分に発揮することが可能となる。本発明のリチウムイオンキャパシタは、リチウムと負極活物質との電位差による起電力を利用する予備充電方法により製造することができるため、量産性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明が適用可能な実施形態のリチウムイオンキャパシタの断面図である。
【図２】（Ａ）は実施形態のリチウムイオンキャパシタの極板の捲回前の平面図であり、（Ｂ）は極板を構成する集電体の平面図である。
【図３】極板のリード片形成部近傍を模式的に示す拡大断面図である。
【図４】（Ａ）は塗工機内で極板にスラリが塗工される状態を模式的に示す平面図であり、（Ｂ）は塗工機の概略を示す構成図である。
【図５】（Ａ）は集電体の穴明き形成部に対し一面側に配置された塗工口から活物質合剤が塗工された状態を模式的に示す断面図であり、（Ｂ）は集電体の穴明き形成部に両側に配置された塗工口から活物質合剤が塗工された状態を模式的に示す断面図である。
【図６】極板形成装置を模式的に示す構成図である。
【図７】切断装置でアルミニウム箔が切断される切断位置を示す平面図である。
【図８】（Ａ）は金属リチウム支持部材の外観斜視図であり、（Ｂ）は金属リチウム支持部材の断面図である。
【図９】電極群を捲回する前の状態を模式的に示す説明図である。
【図１０】電極群を模式的に示す外観斜視図である。
【図１１】捲回装置の中央部を模式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。本実施形態のリチウムイオンキャパシタは、捲回型の素子に配置した金属リチウムからの負極板上の距離に従って、負極リード片の幅が変更されているリチウムイオンキャパシタである。
【００１０】
本実施形態において、金属リチウムの支持位置からの負極板上の距離とは、図９に示す様に捲回型の素子を展開した状態で、金属リチウム支持部材２０Ａ，２０Ｂに配置した金属リチウムの支持位置から負極リード片３ａまでの長手方向に対する距離Ｌを意味している。
負極リード片の幅は、金属リチウム支持部材に保持された金属リチウムの支持位置からの負極板上の距離Ｌが短いほど狭く、長いほど広いことが好ましい。負極リード片３ａの幅は、金属リチウムの支持位置からの負極板上の距離Ｌに応じて、１本毎に変化させてもよいし、数本を同一幅として段階的に変化させてもよい。
【００１１】
（構成）
＜全体構成＞
図１に示すように、本実施形態のリチウムイオンキャパシタ３０（以下、キャパシタ３０と略称することもある。）は、ニッケルメッキが施されたスチール製有底円筒状の容器（缶）８を有している。容器８内には、中空円筒状で縦方向に複数本のスリットが形成されたポリプロピレン製軸芯１に帯状の正極板および負極板がセパレータを介して配置された電極群７が収容されている。なお、本例では、容器８の外径は４０ｍｍ、内径は３９ｍｍである。
【００１２】
＜正極＞
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、正極板２は、例えば、厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極集電体）Ｗ１の両面に、正極活物質として活性炭を含む正極活物質合剤Ｗ２が塗着されている（図１も参照）。アルミニウム箔Ｗ１は、長手方向に沿う＋側が櫛状に切り欠かれており、この切り欠き残部からなる正極リード片２ａと、正極リード片２ａに隣接して多数の貫通孔が形成された穴明き形成部とで構成されている。また、穴明き形成部は、長手方向に沿ってリード片形成部に隣接する箇所に貫通孔が形成されていない貫通孔未形成部を有している。この穴明き形成部に該穴明き形成部の幅方向の長さに満たない長さで上述した正極活物質合剤Ｗ２が塗着されている。
【００１３】
本例では、正極板２は次の寸法に設定されている。長手方向の長さ＝２８００ｍｍ、幅方向の長さａ＝９０ｍｍ、穴明き形成部の幅方向の長さｂ＝６０ｍｍ、未塗布部の幅方向の長さｃ＝３０ｍｍ、穴明き形成部のうち貫通孔未形成部の幅方向の長さβ＝０．５ｍｍ、穴明き形成部の正極活物質合剤Ｗ２の片面塗工厚＝４０μｍ（両面で８０μｍ）、正極活物質合剤Ｗ２のかさ密度＝０．５ｇ／ｃｍ３。
【００１４】
＜負極＞
一方、負極板３も正極板２とほぼ同じ構造を有している。すなわち、負極板３は、例えば、厚さ１６μｍの銅箔（負極集電体）Ｗ３の両面に、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質合剤Ｗ４が塗着されている。銅箔Ｗ３は、長手方向に沿う一側が櫛状に切り欠かれており、この切り欠き残部からなる負極リード片３ａと、負極リード片３ａに隣接して配置され多数の貫通孔が形成された穴明き形成部とで構成されている。また、穴明き形成部は、長手方向に沿ってリード片形成部に隣接する箇所に貫通孔が形成されていない貫通孔未形成部を有している。この穴明き形成部に該穴明き形成部の幅方向の長さに満たない長さで上述した負極活物質合剤Ｗ４が塗着されている。
【００１５】
本例では、負極板３は次の寸法に設定されている。長手方向の長さ＝３０００ｍｍ、幅方向の長さａ＝９２ｍｍ、穴明き形成部の幅方向の長さｂ＝６２ｍｍ、未塗布部の幅方向の長さｃ＝３０ｍｍ、穴明き形成部のうち貫通孔未形成部の幅方向の長さβ＝０．５ｍｍ、穴明き形成部の負極活物質合剤Ｗ４の片面塗工厚＝２０μｍ（両面で４０μｍ）、負極活物質合剤Ｗ４のかさ密度＝１．０ｇ／ｃｍ３。
【００１６】
＜電極群＞
図１に示すように、正極板（Ｗ１＋Ｗ２）２と負極板（Ｗ３＋Ｗ４）３とは、両極板が直接接触しないように、厚さ５０μｍの２枚の紙セパレータ等のセパレータ４を介して、軸芯１を中心として断面渦巻き状に捲回され、電極群７が構成されている。なお、電極群７内には、金属リチウム支持部材（図１０の符号２０Ａ，２０Ｂ参照）が捲回されているが、その内容については後述する。上述した正極リード片２ａと負極リード片３ａとは、それぞれ電極群７の互いに反対側に配置されており、セパレータ４の端から所定長さ（例えば、４ｍｍ）ではみ出している。電極群７は、正極板２、負極板３、セパレータ４等の長さを調整することで、所定の内直径（例えば、９ｍｍ）および所定の外直径（例えば、３８±０．１ｍｍ）に設定されている。なお、電極群７の捲回終端部は、巻き解けを防止するために、粘着テープを貼り付けることで固定されている。
【００１７】
＜リチウムイオンキャパシタの構造＞
電極群７の下側には、電極群７の下端側端面に対向するように、負極板３からの電位を集電するための銅製の負極集電リング（負極集電部材）６が配置されている。負極集電リング６の内周面には軸芯１の下端部外周面が嵌着されている。負極集電リング６の外周縁には、負極板３から導出された負極リード片３ａの先端部が超音波溶接で接合されている。負極集電リング６の下部には電気的導通のための銅製の負極リード板９が配置されており、負極リード板９は負極外部端子を兼ねる容器８の内底部に抵抗溶接で接合されている。負極集電リング６および負極リード板９はエポキシ樹脂等の樹脂製絶縁材１１で覆われ、絶縁材１１は負極集電リング６の上部から容器８の内底面まで配されている構成を採用することができる。この場合、容器８の底部は絶縁材１１により詰め物がなされた状態となっている。
【００１８】
一方、電極群７の上側には、電極群７の上端面と対向するように、軸芯１のほぼ延長線上に正極板２からの電位を集電するためのアルミニウム製の正極集電リング（正極集電部材）５が配置されている。正極集電リング５は軸芯１の上端部に嵌着されている。正極集電リング５の周囲から一体に張り出している鍔部周縁には、正極板２から導出された正極リード片２ａの先端部が超音波溶接で接合されている。
【００１９】
正極集電リング５の上方には、正極外部端子を兼ねる容器蓋１２が配置されている。容器蓋１２は、下側に配置された蓋ケース１２ａと、上側に配置された蓋キャップ１２ｂとで構成されており、これらが積層されて蓋ケース１２ａの周縁を蓋キャップ１２ｂにかしめることで組み立てられている。なお、蓋ケース１２ａには、内圧上昇により開裂する開裂溝が形成されている。正極集電リング５の上面には、リボン状のアルミニウム箔を積層した２本の正極リード板１０のうち１本の一側が接合されている。正極リード板１０のもう１本の一側は、容器蓋１２を構成する蓋ケース１２ａの外底面に接合されている。また、２本の正極リード板１０の他端同士も接合されている。
【００２０】
容器蓋１２は、絶縁性および耐熱性を有する樹脂製ガスケット１３を介して容器８の上部にかしめられている。このため、キャパシタ３０の内部は密封されている。また、容器８内には、電極群７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１モル／リットル溶解したものを用いることができる。なお、本例のリチウムイオンキャパシタ３０の定格容量は１０００Ｆである。
【００２１】
＜金属リチウム支持部材＞
ここで、負極板３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させるための金属リチウム支持部材について説明する。
【００２２】
図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、金属リチウム支持部材２０は、薄板状の金属リチウムＷ５と、２枚の銅箔Ｗ３とで構成されている。銅箔Ｗ３は負極板３を構成する銅箔Ｗ３と同じものを所定寸法に切断して用いることができる。すなわち、銅箔Ｗ３は、長手方向に沿う一側にタブ２０ａ（負極リード片３ａと同じものであるが混同を避けるためにタブという。）が形成されたタブ形成部と、タブ形成部に隣接して配置され多数の貫通孔が形成された穴明き形成部とを有しており、金属リチウムＷ５は、２枚の銅箔Ｗ３の穴明き形成部に当接して挟持されている。銅箔Ｗ３は、イオン透過性を有し、金属リチウムを保持する支持体となる。なお、負極板３で説明したと同様に、穴明き形成部に形成された貫通孔は直径が０．２ｍｍの円形で、開口率が２０％であり、単位面積あたり貫通孔が略均等に形成されている。
【００２３】
銅箔Ｗ３に形成された穴明き形成部の面積は金属リチウムＷ５の面積より大きく、金属リチウムＷ５は穴明き形成部の中央部に配置されている。金属リチウムＷ５を銅箔Ｗ３に形成された穴明き形成部で挟持し、金属リチウムＷ５と銅箔Ｗ３を重ねてロールで圧接すると、金属リチウムＷ５は粘性を有するため、銅箔Ｗ３、金属リチウムＷ５、銅箔Ｗ３の積層状態を保持することができる。
【００２４】
タブ２０ａは銅箔Ｗ３を切り欠くことにより櫛状に形成されており、所定間隔で複数のタブ２０ａが形成されていることが好ましいが、上述したように、負極板３の銅箔Ｗ３を共用しており、後述するように本例では、金属リチウム支持部材２０は電極群７の内周部および外周部の２箇所に配置（挿入）捲回されるため（図１０参照）、内周部に配置捲回される金属リチウム支持部材２０のタブ２０ａが１つとなる場合もある。また、２枚の銅箔Ｗ３に形成されたタブ２０ａは同じ方向に導出されている。なお、銅箔Ｗ３は、長手方向に沿って、穴明き形成部のタブ形成部に隣接する箇所に貫通孔が形成されていない貫通孔未形成部を有している（図２の幅βを有する箇所）。
【００２５】
また、金属リチウムＷ５の総充填量（本例では内周部と外周部とに配置捲回された２つの金属リチウム支持部材の金属リチウムＷ５の合計量）は、負極板３の活物質合剤を構成する負極活物質にリチウムイオンを十分吸蔵可能な量に設定されるが、このような総充填量は負極活物質の材質、量を考慮して論理計算を行うとともに、実際にリチウムイオンの吸蔵を行って十分に吸蔵されたかを確認することで設定することができる。これにより、金属リチウム支持部材２０を量産する場合の金属リチウムＷ５の面積および厚さの設定が可能となる。なお、本例では、金属リチウムＷ５として厚さ５００μｍを選択した。
【００２６】
上述したように、本実施形態では、金属リチウム支持部材２０は、電極群７内で内周部（軸芯１の近傍）と外周部の２箇所に捲回されている（図１０参照）。すなわち、負極板３が挟まれたセパレータ４の２面間で負極板３の捲回延長線上に配置されるように、負極板３の捲回前および捲回後に挿入捲回されている（図９も参照）が、配置ないし捲回詳細についてはさらに後述する。
【００２７】
（製造方法）
次に、本実施形態のリチウムイオンキャパシタ３０の製造方法を中心に説明する。
【００２８】
＜活物質合剤の調製＞
まず、正極活物質合剤Ｗ２および負極活物質合剤Ｗ４を調製する。正極活物質合剤Ｗ２は、例えば、正極活物質として比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の活性炭と、結着剤としてアクリル系バインダと、分散剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と、導電助材としてアセチレンブラック等の導電性炭素粉末とを質量比で８５：７：３：５となるように混合し、これに水（分散溶媒）を添加、混練して正極スラリを作製する。
【００２９】
一方、負極活物質合剤Ｗ４は、例えば、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵・放出可能な非晶質炭素と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、導電助材としてアセチレンブラック等の導電性炭素粉末とを質量比９０：５：５となるように混合し、これに分散溶媒のＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加、混練して負極スラリを作製する。
【００３０】
＜塗工＞
次に、集電体へのスラリの塗工について説明する。以下、説明を簡単にするために、アルミニウム箔Ｗ１へのスラリの塗工について例示するが、銅箔Ｗ３へのスラリの塗工についても同様である。
図４（Ｂ）に示すように、アルミニウム箔Ｗ１への塗工は、それぞれ塗工口を有する４つの塗工ヘッド２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂと、攪拌機（不図示）を有し各塗工ヘッドにスラリを供給するスラリ貯留槽２１Ｃと、を備えた塗工装置２１により行われる。上述したように作製された正極スラリは、スラリ貯留槽２１Ｃに一時的に貯留される。
図４では、正極集電体Ｗ１を幅方向に４枚作製できる４枚取りとし、２枚取りの一方面に塗工ヘッド２１Ａで塗工し、その反対面を塗工ヘッド２１Ｂにより塗工している。また同様に、他の２枚取りの一方面に塗工ヘッド２２Ａで塗工し、その反対面を塗工ヘッド２２Ｂにより塗工している。塗工ヘッドにより塗工された正極活物質合剤Ｗ２は、図５（Ａ）に示すように、正極集電体であるアルミニウム箔Ｗ１に設けた穴明き形成部に形成された貫通孔を充填し、さらに反対面から塗工され、図５（Ｂ）に示すように正極活物質合剤Ｗ２で正極集電体Ｗ１が被覆され、貫通穴により正極活物質合剤Ｗ２が繋がっているので強固に固定される。
上記は、正極板（Ｗ１＋Ｗ２）２について説明したが、負極板（Ｗ３＋Ｗ４）３についても同様に行って製造することができる。
【００３１】
＜乾燥＞
図６に示すように、塗工装置２１の下流側には乾燥機２９が配置されている。乾燥機２９は、垂直方向に搬送されるアルミニウム箔Ｗ１に対し水平方向両側に複数のヒータなどの熱源が所定間隔で配置されており、アルミニウム箔Ｗ１に塗工されたスラリから分散溶媒を蒸発させるものである。スラリが塗工されたアルミニウム箔Ｗ１は、乾燥機２９内を略垂直方向に搬送され、ヒータなどの熱源による加熱よりスラリを構成する分散溶媒が蒸発し、アルミニウム箔Ｗ１には正極活物質合剤Ｗ２が２（ｅ＋α）の幅でそれぞれ塗着され（図７参照）、乾燥後に金属や各種プラスチックなどでできたパイプ状のコアを芯とした巻き取り装置にてロール状に巻き取る。
【００３２】
＜リード片形成＞
乾燥機２９を出てロール状に巻き取られた正極板をリード片形成装置に移して引出し、スラリが塗工されていないアルミニウム箔Ｗ１部分ｃを切り欠くことにより所定間隔で正極リード片２ａを形成する。上述した切り欠きは、金属ローラに所定形状の刃物を埋め込んだ専用ローラ対２３を配置し、専用ローラ対２３を構成する２本のローラはともに駆動ローラであり、正極板をこのローラ対に通過させることにより、スラリを塗工していないアルミニウム箔Ｗ１部分に所定間隔で複数の正極リード片２ａを形成する。この工程は専用ローラ対２３に代えて、所定形状に刃物を埋め込んだ打ち抜き体を装着したプレス装置を、正極板の間欠送りと連動して作動させる工程でもよい。
【００３３】
＜プレス＞
専用ローラ対２３の下流側には、正極活物質合剤Ｗ２が塗着されたアルミニウム箔Ｗ１の両面を所定の線圧でプレスするヒートローラ対２４が配置されている。ヒートローラ対２４を構成する２本のローラはともに駆動ローラであり、ローラ内には、ニクロム線やヒートランプ等の熱源が内蔵されている。正極活物質合剤Ｗ２が塗着されたアルミニウム箔Ｗ１は、ヒートローラ対２４間を搬送され、上述した厚さおよびかさ密度に設定される。なお、以上の乾燥、プレス工程を経ることにより、正極スラリに対し正極活物質合剤Ｗ２の比重は１．２５、固形分は３０質量％、負極スラリに対し負極活物質合剤Ｗ４の比重は１．３０、固形分は５０質量％となる。
図６では、図４（Ａ）のように４枚取りの塗工を例に示してあるので、４枚の正極板２が得られ、最終的に４か所で巻き取られる。プレス後の正極板の断面は、図３に示す形状となる。
【００３４】
＜捲回＞
電極群７は、軸芯１を捲回中心として、２枚のセパレータ４を介して、正極板２および負極板３が直接接触せず、かつ、正極板２と２枚の金属リチウム支持部材２０が直接接触しないように捲回されることで構成される。
【００３５】
電極群７の形成（捲回）は捲回装置で行われる。図１１は、本例で使用される捲回装置２７の要部（中央部）を模式的に示したものである。捲回装置２７は、軸芯１を装着、回転可能な軸芯回転部（不図示）を有している。軸芯回転部の上部にはセパレータ４Ｂと正極板供給部が配置されている。捲回軸上部右から、時計回りの方向に、正極板２を供給する正極板供給部、セパレータ４Ａを供給する第１のセパレータ供給部、金属リチウム支持部材２０を供給する金属リチウム支持部材供給部、負極板３を供給する負極板供給部、セパレータ４Ｂを供給する第２のセパレータ供給部、の順で配置されており、各供給部はフープ状の供給物を所定長さで切断するカッタ（不図示）を有するとともに、搬送ローラ、搬送ガイド（不図示）を有している。
【００３６】
従って、図９に示すように、金属リチウム支持部材２０Ａ，２０Ｂは、負極板３が挟まれたセパレータ４Ａの表面（図９に示すセパレータ４Ａの紙面側の面）と、セパレータ４Ｂの裏面（図９に示すセパレータ４Ｂの背面側の面）との２面間で挟まれて捲回されているとともに、負極板３の捲回延長線上に配置されるように捲回されている。また、金属リチウム支持部材２０Ａは負極板３の捲回前に捲回され、金属リチウム支持部材２０Ｂは負極板３の捲回後に捲回される。これにより、図１０に示すように、電極群７の内周側および外周側にそれぞれ金属リチウム支持部材２０Ａ，２０Ｂが挿入捲回された電極群７を得ることができる。なお、図１０では、正極リード片２ａ、負極リード片３ａおよびタブ２０ａを省略している。
【００３７】
＜組立＞
図１に示すように、正極リード片２ａを変形させ、その全てを、電極群７の軸芯１のほぼ延長線上にある正極集電リング５の周面付近に集合させ、接触させた後、正極リード片２ａの先端部と周面とを超音波溶接して正極リード片２ａを周面に接合する。一方、負極集電リング６と負極リード片３ａとの接続操作も、正極集電リング５と正極リード片２ａとの接合操作と同様である。また、金属リチウム支持部材２０Ａ，２０Ｂのタブ２０ａの先端部も同様に負極集電リング６に接合する。なお、タブ２０ａおよび負極リード片３ａの負極集電リング６への接合は同時に行われる。
【００３８】
その後、正極集電リング５の周面全周に絶縁被覆を施す。すなわち、粘着テープを正極集電リング５の周面から電極群７外周面に亘って一重以上巻いて絶縁被覆とし、電極群７を容器８内に挿入する。絶縁被覆には、例えば、基材がポリイミドで、その片面にアクリレート系粘着剤を塗布した粘着テープを用いることができる。
【００３９】
負極集電リング６には予め電気的導通のための負極リード板９が溶接されており、容器８内に電極群７を挿入後、軸芯１の内周を利用して容器８の内底部と負極リード板９とを抵抗溶接により接合する。次いで、軸芯１の内周を利用して所定量のエポキシ樹脂を所定量注入することが好ましい。この場合、上述したように、軸芯１には縦方向に複数本のスリットが形成されているため（図９も参照）、エポキシ樹脂は、これらのスリットを介して容器８の内底面から負極集電リング６の上部まで進入し、負極リード板９および負極集電リング６はエポキシ樹脂で埋没するように覆われる。所定時間経過すると、注入されたエポキシ樹脂は固化して絶縁材１１が形成される。
【００４０】
一方、正極集電リング５には、正極リード板１０を溶接しておき、正極リード板１０の他端を、容器８を封口するための容器蓋１２の下面（蓋ケース１２ａの外底面）に接合する。上述したように、容器蓋１２は、蓋ケース１２ａと蓋キャップ１２ｂとで構成されており、これらが積層されて蓋ケース１２ａの周縁をかしめることによって予め組立てられている。なお、蓋ケース１２ａには、何らかの異常でリチウムイオンキャパシタの内圧が上昇したときに、安全のために所定の内圧に達したときに開裂する開裂溝が形成されている。開裂溝の開裂により、リチウムイオンキャパシタの内圧が開放される。
【００４１】
次に、軸芯１の内周を利用して、所定量の非水電解液を容器８内に注入する。このような注液は安全性を確保するため低温環境下がよい。上述したように、軸芯１には複数本のスリットが形成されているため、これらのスリットを介して電極群７は非水電解液に浸潤される。その後、正極リード板１０を折りたたむようにして容器蓋１２で容器８に蓋をし、ガスケット１３を介してかしめて密封する。正極端子と負極端子の絶縁のために外装チューブ（不図示）で覆い、リチウムイオンキャパシタ３０を作製する。
【００４２】
＜予備充電＞
次に、本実施形態のリチウムイオンキャパシタ３０において、金属リチウム支持部材２０Ａ，２０Ｂの金属リチウムＷ５の負極活物質（非晶質炭素）への吸蔵を行う。本実施形態のリチウムイオンキャパシタ３０を４０℃に管理された貯蔵室に３０日間放置することで、リチウムイオンを負極活物質に吸蔵させる。金属リチウム支持部材２０Ａ，２０Ｂのタブ２０ａは負極リード片３ａとともに負極集電リング（負極集電部材）６に接合されているため、負極電位とリチウム電位との電位差により、所定期間放置することで、金属リチウムＷ５は溶解してリチウムイオンとなり、負極板３の負極活物質（非晶質炭素）に吸蔵される。これにより予備充電後には、金属リチウム支持部材２０Ａ，２０Ｂに挟持された金属リチウムＷ５は溶解して無くなり、金属リチウム支持部材２０Ａ，２０Ｂはそれぞれ２枚の銅箔Ｗ３のみが残存配置されることになる。
【００４３】
本実施形態のリチウムイオンキャパシタ３０は放置期間、寝かせた状態にしてあるが、勿論、立てた状態やランダムな状態でも構わない。また放置期間、本実施形態のリチウムイオンキャパシタ３０を反転させたり、回転したりすることも可能である。
【００４４】
＜エージング＞
本実施形態のリチウムイオンキャパシタ３０の特性を向上させるために、所定温度（例えば、６０℃）で所定時間（例えば、２４時間）、通電を行う。通電条件は、製品の定格電圧以上で行うことが好ましい。本実施条件では、６０℃、２４時間、３．８Ｖ、１０Ａとした。
【００４５】
＜放電容量、内部直流抵抗の測定＞
市販の充放電装置を使用して、本実施形態のリチウムイオンキャパシタ３０の放電容量と内部直流抵抗（以下、ＤＣＲという）を測定する。測定条件は、製品の定格電圧で行うことが好ましい。本実施条件では、２５℃、３．８Ｖ、１０Ａ、３０分間の定電流定電圧充電後、１分間の休止、２．２Ｖ、１０Ａの定電流放電を行った。
【００４６】
なお、ＤＣＲの求め方は多様に提案されているが、本実施形態のリチウムイオンキャパシタ３０では、放電１秒後から２秒後までの電圧より０秒時の電圧を求め（最小２乗法）、実際の０秒時の電圧との差を放電電流１０Ａで割って、ＤＣＲを算出した。
【実施例】
【００４７】
次に、上記で説明した実施形態において、実施例を用いてより具体的に、本発明の構成により得られる効果等を説明する。勿論、本発明は、以下の実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００４８】
＜リード片形成＞
図２に示すように、負極リード片３ａの間隔ｄと幅ｆは任意に設定できる。本実施形態のリチウムイオンキャパシタ３０の金属リチウム支持部材２０は、電極群７内で内周部（軸芯１の近傍）と外周部の２箇所に捲回されている（図１０参照）。金属リチウムＷ５を挟持した金属リチウム支持部材２０Ａ，２０Ｂに近い負極リード片３ａの幅ｆを５ｍｍとし、金属リチウム支持部材２０Ａ，２０Ｂより離れるに従い、負極リード片３ａの幅ｆを１０本ごとに１ｍｍずつ広げていき、負極板３の中央部（金属リチウムＷ５から最も遠い部分）の幅を１０ｍｍとした。なお、負極リード片３ａの間隔ｄは、３０ｍｍに固定した。
【００４９】
＜比較例＞
負極リード片３ａの幅ｆをすべて５ｍｍとした以外は、実施例と同じである。
【００５０】
＜放電容量とＤＣＲの評価結果＞
放電容量を測定した結果、実施例は５０４ｍＡｈ、比較例は４８０ｍＡｈであった。リチウムイオンキャパシタ３０の放電容量は、使用する正極活材料の放電容量より算出できるが、実際の測定値は計算値よりも小さくなる。そこで、計算値に近い測定値ほど予備充電が良くできていると判定できる。なお、本実施形態のリチウムイオンキャパシタ３０の計算値は、５２０ｍＡｈである。
【００５１】
また、ＤＣＲを測定した結果、実施例は２．０ｍΩ、比較例は２．２ｍΩであった。ＤＣＲの値が小さいほど予備充電が十分に行われたと判定できる。
【００５２】
＜予備充電容量の測定＞
次に、実際にリチウムイオンが負極活物質へ均一に吸蔵されているのかを確認するために、予備充電が終了したリチウムイオンキャパシタ３０を解体して、負極板３の所定の部分を切り出して、その予備充電容量を測定した。
【００５３】
負極板３において、金属リチウムＷ５を挟持した金属リチウム支持部材２０Ａ，２０Ｂに対面する２か所と、中央部の１か所を縦２ｃｍ、横２ｃｍの大きさに切り取り、２０μｍの銅箔（縦２ｃｍ、横５ｃｍ）を集電体上に乗せて作用極とした。対極にはリチウム金属（縦２ｃｍ、横５ｃｍ）を使用して、４０μｍの紙セパレータで絶縁したビーカーセルを作製した。また、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、６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットル溶解した電解液を使用した。
【００５４】
２５℃に保った恒温槽内で、市販の充放電装置に作用極を正極、対極を負極として接続し、０．１ｍＡ、３Ｖの定電流充電を行い、予備充電容量を測定した。
【００５５】
測定結果を表１に示すが、表中の数値は負極活物質の質量当たりの容量に換算したものである。
【００５６】
【表１】
2018125328.tif 000003
【００５７】
表１の結果より、実施例の方が予備充電容量のばらつきが少なく、かつ平均値も大きいことから、比較例よりも予備充電が均一になされただけでなく、充電容量も増加したことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、リチウムイオンキャパシタの製造工程において予め実施するリチウムイオンの負極への吸蔵に片寄りがなく均一にすることが容易で、具体的に量産可能で、かつ量産に適したリチウムイオンキャパシタの構造を提供するものであるため、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００５９】
１…軸芯、２…正極板、２ａ…正極リード片、３…負極板、３ａ…負極リード片、４…セパレータ、４Ａ，４Ｂ…セパレータ、５…正極集電リング（正極集電部材）、６…負極集電リング（負極集電部材）、７…電極群、８…容器、９…負極リード板、１０…正極リード板、１１…絶縁材、１２…容器蓋(正極外部端子)、１２ａ…蓋ケース、１２ｂ…蓋キャップ、１３…ガスケット、２０…金属リチウム支持部材、２０ａ…タブ、２０Ａ，２０Ｂ…金属リチウム支持部材、２１…塗工装置、２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ…塗工ヘッド、２１Ｃ，２１Ｄ…スラリ貯留槽、２３…刃物を埋め込んだ専用ローラ対、２４…ヒートローラ対、２９…乾燥機、２７…捲回装置、３０…リチウムイオンキャパシタ、Ｗ１…アルミニウム箔（正極集電体）、Ｗ２…正極活物質合剤、Ｗ３…銅箔（負極集電体）、Ｗ４…負極活物質合剤、Ｗ５…金属リチウム、Ｌ…金属リチウムの支持位置からの負極板上の距離。
【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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