(57)【要約】【課題】プレドープをより迅速に進行させる。【解決手段】電気化学デバイスでは、電極ユニットにおいて、正極と負極とがセパレータを介して交互に積層されている。上記電解液には、上記電極ユニットが浸漬されている。上記リチウムイオン供給源は、上記電極ユニットに対向し上記負極に電気的に接続された金属箔と、上記電解液に対して非溶解性の粒子とを有し、上記電極ユニットとともに上記電解液に浸漬されている。上記負極には、上記金属箔に設けられた金属リチウム層からリチウムイオンのプレドープがなされている。上記粒子は、上記リチウムイオンが上記負極にプレドープされる前に上記金属リチウム層に分散配置されている。【選択図】図１
2018190917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とがセパレータを介して交互に積層された電極ユニットと、
前記電極ユニットが浸漬された電解液と、
前記電極ユニットに対向し前記負極に電気的に接続された金属箔と、前記電解液に対して非溶解性の粒子とを有し、前記電極ユニットとともに前記電解液に浸漬されたリチウムイオン供給源と
を具備し、
前記負極には、前記金属箔に設けられた金属リチウム層からリチウムイオンのプレドープがなされ、
前記粒子は、前記リチウムイオンが前記負極にプレドープされる前に前記金属リチウム層に分散配置されている
電気化学デバイス。
【請求項２】
正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に設けられたセパレータとを有する電極ユニットと、
前記電極ユニットが浸漬された電解液と、
前記電極ユニットに対向し前記負極に電気的に接続された金属箔と、前記電解液に対して非溶解性の粒子とを有し、前記電極ユニットとともに前記電解液に浸漬されたリチウムイオン供給源と
を具備し、
前記負極には、前記金属箔に設けられた金属リチウム層からリチウムイオンのプレドープがなされ、
前記粒子は、前記リチウムイオンが前記負極にプレドープされる前に前記金属リチウム層に分散配置されている
電気化学デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気化学デバイスであって、
前記粒子は、無機粒子及び有機粒子の少なくともいずれかである
電気化学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負極、正極及び集電体を有する電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量キャパシタとして、エネルギー密度が高いリチウムイオンキャパシタが検討されている。例えば、リチウムイオンキャパシタでは、正極、負極、リチウムイオン供給源及び電解液が容器によって封止され、リチウムイオン供給源からリチウムイオンが予め負極にプレドープされる。
【０００３】
例えば、プレドープでは、リチウムイオン供給源が電解液に浸漬されると、リチウムイオン供給源に含まれる金属リチウムが電解液に溶け出し、この溶け出したリチウムイオンが電解液を通して負極にまで移動する。そして、負極近傍に到達したリチウムイオンが負極に吸蔵される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０５９７３２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、リチウムイオン供給源の金属リチウム層は、一般的に均一な厚さ有する。これにより、プレドープでは、金属リチウム層が電解液に接する金属リチウム層の表面からリチウムイオンが徐々に電解液に溶け出す。この結果、プレドープの進行速度は、電解液に浸漬された金属リチウム層が徐々に薄くなる速度に左右される。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、プレドープがより迅速に進行することが可能な電気化学デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気化学デバイスは、電極ユニットと、電解液と、リチウムイオン供給源とを具備する。上記電極ユニットでは、正極と負極とがセパレータを介して交互に積層されている。上記電解液には、上記電極ユニットが浸漬されている。上記リチウムイオン供給源は、上記電極ユニットに対向し上記負極に電気的に接続された金属箔と、上記電解液に対して非溶解性の粒子とを有し、上記電極ユニットとともに上記電解液に浸漬されている。上記負極には、上記金属箔に設けられた金属リチウム層からリチウムイオンのプレドープがなされている。上記粒子は、上記リチウムイオンが上記負極にプレドープされる前に上記金属リチウム層に分散配置されている。
このような電気化学デバイスであれば、上記リチウムイオン供給源において、上記粒子が上記金属リチウム層に分散配置されている。これにより、上記金属リチウム層の上記電解液に接する面積が増加して、リチウムイオンが上記金属リチウム層から溶け出す量が増加する。この結果、プレドープがより迅速に進行する。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気化学デバイスは、電極ユニットと、電解液と、リチウムイオン供給源とを具備する。上記電極ユニットは、正極と、負極と、上記正極と上記負極との間に設けられたセパレータとを有する。上記電解液には、上記電極ユニットが浸漬されている。上記リチウムイオン供給源は、上記電極ユニットに対向し上記負極に電気的に接続された金属箔と、上記電解液に対して非溶解性の粒子とを有し、上記電極ユニットとともに上記電解液に浸漬されている。上記負極には、上記金属箔に設けられた金属リチウム層からリチウムイオンのプレドープがなされている。上記粒子は、上記リチウムイオンが上記負極にプレドープされる前に上記金属リチウム層に分散配置されている。
このような電気化学デバイスであれば、上記と同様に、プレドープがより迅速に進行する。
【０００９】
上記の電気化学デバイスにおいては、上記粒子は、無機粒子及び有機粒子の少なくともいずれかであってもよい。
このような電気化学デバイスであれば、無機粒子及び有機粒子の少なくともいずれか金属リチウム層に分散配置されて、プレドープがより迅速に進行する。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように、本発明によれば、電気化学デバイスにおいて、プレドープがより迅速に進行する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る電気化学デバイスを示す模式的断面図である。
【図２】図（ａ）は、本実施形態に係る外装フィルムに封止された電気化学デバイスを示す模式的断面図である。図（ｂ）は、本実施形態に係る外装フィルムに封止された電気化学デバイスを示す模式的斜視図である。
【図３】本実施形態の電気化学デバイスの作用を示す模式的断面図である。
【図４】本実施形態の第１変形例に係る電気化学デバイスを示す模式的断面図である。
【図５】本実施形態の第２変形例に係る電気化学デバイスを示す模式的斜視図である。
【図６】本実施形態の電気化学デバイスの効果を説明する表図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。ＸＹＺ軸は、互いに直交する。
【００１３】
［電気化学デバイスの構成］
本実施形態に係る電気化学デバイス１００Ａの構成を以下に説明する。本実施形態で例示される電気化学デバイス１００Ａは、例えば、リチウムイオンキャパシタである。
【００１４】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスを示す模式的断面図である。図１（ａ）には、電気化学デバイス１００Ａの全体概要が示され、図１（ｂ）には、電気化学デバイス１００Ａの電極ユニット１０１の概要が示されている。
【００１５】
図１（ａ）に示す電気化学デバイス１００Ａは、電極ユニット１０１と、リチウムイオン供給源１８０と、セパレータ１５２とを具備する。図１（ａ）には、リチウムイオンが電極ユニット１０１にプレドープされる前の状態が表されている。電極ユニット１０１、リチウムイオン供給源１８０及びセパレータ１５２は、電解液に浸漬される。
【００１６】
電極ユニット１０１と、リチウムイオン供給源１８０とは、Ｚ軸方向（第１方向）に並ぶ。例えば、電極ユニット１０１がリチウムイオン供給源１８０に対向する主面（上面１０１ｕ）は、リチウムイオン供給源１８０が電極ユニット１０１に対向する主面（下面１８０ｄ）と、Ｚ軸方向において重なる。電極ユニット１０１及びリチウムイオン供給源１８０は、Ｘ−Ｙ軸平面おいて、例えば、矩形状になっている。リチウムイオン供給源１８０は、例えば、シート状である。電極ユニット１０１は、正極と負極とが交互に積層する積層構造を有する。
【００１７】
本実施形態では、便宜上、電極ユニット１０１からリチウムイオン供給源１８０に向かう方向を上方、その逆方向を下方とする。但し、電気化学デバイス１００Ａの用途によっては、その方向は問われない。また、電極ユニット１０１及びリチウムイオン供給源１８０が配置される数は、図示する数に限らない。
【００１８】
リチウムイオン供給源１８０は、金属箔１８１と、粒子分散層１８４とを有する。粒子分散層１８４は、金属リチウム層１８３と、金属リチウム層１８３に分散配置された粒子１８２とを有する。粒子分散層１８４は、電極ユニット１０１の上面１０１ｕと、金属箔１８１の下面１８１ｄとの間に設けられている。例えば、図１（ａ）の例では、粒子分散層１８４は、金属箔１８１の下面１８１ｄに設けられている。粒子分散層１８４は、金属箔１８１の主面に沿って均等な厚さを有する。例えば、粒子分散層１８４の厚さは、３０μｍ以上３００μｍ以下である。
【００１９】
粒子分散層１８４は、金属箔１８１への押出成形でシート状にして、圧着等によって金属箔１８１に固定されている。例えば、押出成形によって粒子分散層１８４が金属箔１８１上に形成される手順は以下の通りである。例えば、粒子１８２が金属リチウムに混練された後、スリット開口を有するノズルから粒子入りの金属リチウム層が金属箔１８１上にシート状に押し出される。これにより、粒子１８２が分散された金属リチウム層１８３が金属箔１８１に形成される。なお、リチウムイオン供給源１８０と、電極ユニット１０１とは、それぞれ別の工程で形成される。
【００２０】
粒子１８２は、電解液に対して非溶解性の粒子である。ここで、電解液に対して非溶解性とは、電解液に対して実質的に非溶解性という意味であり、例えば、電界液が本来有する特性を変えない程度に電界液に溶解しない。例えば、電解液に対する粒子１８２の反応速度は、金属リチウムの電界液に対する反応速度よりも極めて遅い。さらに、粒子１８２は、金属リチウムと反応しない、または実質的に反応しない粒子である。粒子１８２の材料は、電解液または金属リチウムに適合されて選定される。
【００２１】
粒子１８２の平均粒径（測定法：レーザー回折散乱法）は、例えば、１μｍ以上２０μｍ以下である。粒子１８２の平均粒径が１μｍより小さいとリチウム中での分散が不均一となり好ましくない。粒子１８２の平均粒径が２０μｍより大きいとリチウムがプレドープにより消失したのち粒子１８２がセパレータを介して電極に傷等のダメージを与えるため好ましくない。粒子１８２は、多孔質粒子でもよく、結晶性粒子でもよい。また、粒子１８２の含有率は、金属リチウム層１８３に対して、１０ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下である。粒子１８２の含有率が１０ｖｏｌ％より小さいと添加量が少なくプレドープ促進効果が少なくなり好ましくない。粒子１８２の含有率が４０ｖｏｌ％より大きいとリチウムの形成が困難になり生産が困難になるため好ましくない。
【００２２】
金属箔１８１は、粒子分散層１８４を介して電極ユニット１０１に対向する。金属箔１８１は、電極ユニット１０１の負極と直接的または間接的な電気的接続がなされている。金属箔１８１には、複数の貫通孔が設けられてもよい。この場合、金属箔１８１は、例えば、多孔金属箔である。
【００２３】
セパレータ１５２は、電極ユニット１０１を囲む。例えば、セパレータ１５２は、電極ユニット１０１のＸＺ軸平面における任意の断面において電極ユニット１０１を囲んでいる。これにより、リチウムイオン供給源１８０は、直接的に電極ユニット１０１に接触しなくなる。セパレータ１５２は、電解液中に含まれるイオンを透過する。また、図１の例では、電極ユニット１０１のＹ軸方向（第２方向）における側壁１０１ｅは、セパレータ１５２から開放されている。電極ユニット１０１は、セパレータ１５２から開放された側壁を経由してリチウムイオン供給源１８０、他の電極ユニット及び電極端子等の外部との電気的な接続を図ることができる。
【００２４】
電極ユニット１０１の詳細について説明する。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、電極ユニット１０１は、負極１３０と、正極１４０と、セパレータ１５１とを有する。負極１３０、正極１４０及びセパレータ１５１のそれぞれは、ＸＹ平面において平行に配置されている。負極１３０、正極１４０及びセパレータ１５１のそれぞれは、例えば、シート状である。
【００２６】
電極ユニット１０１においては、正極１４０と負極１３０とがセパレータ１５１を介して交互にＺ軸方向に積層されている。複数の正極１４０同士は、直接的または間接的に電気的な接続がなされている。複数の負極１３０同士は、直接的または間接的に電気的な接続がなされている。負極１３０の個数及び正極１４０の個数は、図示される数に限られない。
【００２７】
負極１３０は、負極集電体１３２と、負極活物質層１３３とを有する。負極活物質層１３３は、負極集電体１３２の主面１３２ａ、１３２ｂに設けられている。すなわち、Ｚ軸方向において、負極集電体１３２は、隣り合う負極活物質層１３３の間に設けられている。負極１３０における任意の負極集電体１３２は、直接的または間接的に、他の負極集電体１３２、金属箔１８１、負極端子等に電気的に接続されている。
【００２８】
負極１３０には、金属箔１８１に設けられた金属リチウム層１８３からリチウムイオンのプレドープがなされる。例えば、負極１３０と電気的に接続された金属リチウム層１８３が電解液に浸漬されると、金属リチウム層１８３からリチウムイオンが溶解して、リチウムイオンが負極活物質層１３３に吸蔵される。
【００２９】
正極１４０は、正極集電体１４２と、正極活物質層１４３とを有する。正極活物質層１４３は、正極集電体１４２の主面１４２ａ、１４２ｂに設けられている。すなわち、Ｚ軸方向において、正極集電体１４２は、隣り合う正極活物質層１４３の間に設けられている。正極１４０における任意の正極集電体１４２は、直接的または間接的に、他の正極集電体１４２、正極端子等に電気的に接続されている。
【００３０】
セパレータ１５１は、負極１３０と正極１４０とを絶縁する。セパレータ１５１は、負極１３０と正極１４０を隔て、電解液中に含まれるイオンを透過する。複数の負極１３０にはリチウムイオン供給源１８０に設けられた金属リチウムからリチウムイオンのプレドープがなされる。
【００３１】
図２（ａ）は、本実施形態に係る外装フィルムに封止された電気化学デバイスを示す模式的断面図である。図２（ｂ）は、本実施形態に係る外装フィルムに封止された電気化学デバイスを示す模式的斜視図である。図２（ａ）には、図２（ｂ）のＡ−Ａ線断面が示されている。
【００３２】
電気化学デバイス１００Ａは、Ｚ軸方向に並ぶ複数の電極ユニット１０１が外装フィルム１０６に封止されている。Ｚ軸方向に隣り合う電極ユニット１０１の間には、リチウムイオン供給源１８０が設けられている。図２（ａ）の例では、金属箔１８１の両主面に粒子分散層１８４が設けられている。外装フィルム１０６内の電極ユニット１０１及びリチウムイオン供給源１８０は、電解液１２０に浸漬されている。負極端子１３１は、電極ユニット１０１の負極に電気的に接続されている。正極端子１４１は、電極ユニット１０１の正極に電気的に接続されている。
【００３３】
外装フィルム１０６は、外装フィルム１０６ａと外装フィルム１０６ｂとを有する。外装フィルム１０６ａと、外装フィルム１０６ｂとは、電極ユニット１０１の外周で、例えば、熱圧着等によって接合されている。
【００３４】
電気化学デバイス１００Ａを構成する材料について説明する。
【００３５】
粒子１８２は、無機粒子及び有機粒子の少なくともいずれかである。無機粒子としては、例えば、合成ゼオライト粒子、アルミナ粒子、硫酸バリウム粒子、酸化ジルコニウム粒子、シリカゲル、アルミナ等の少なくとも1つである。有機粒子としては、ポリアクリル系樹脂粒子、エポキシ系樹脂粒子、ポリスチレン系樹脂粒子、ポリウレタン系樹脂粒子、ポリオレフィン系樹脂粒子等の少なくとも1つである。金属箔１８１は、例えば、銅箔である。金属リチウム層１８３の量（例えば、金属リチウム層１８３の厚さ）は、リチウムイオンのプレドープにおいて負極活物質層１３３にドープ可能な範囲で任意に調整される。
【００３６】
負極集電体１３２は、例えば、金属箔である。負極集電体１３２は、例えば、銅箔等でもよい。負極活物質層１３３に含まれる負極活物質は、電解液中のリチウムイオンを吸蔵と放出とが可能な材料であり、例えば難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、グラファイトやソフトカーボン等の炭素系材料、ケイ素、酸化ケイ素等の合金系材料、または、それらの複合材料でもよい。負極活物質層１３３は、負極活物質がバインダ樹脂と混合されたものでもよく、さらに導電助剤を含んでもよい。例えば、負極活物質層１３３は、上記の活物質、導電助剤及び合成樹脂のスラリー状の混合物を塗布してシート状に形成し、それを裁断したものである。
【００３７】
バインダ樹脂は、負極活物質を接合する合成樹脂でよい。バインダ樹脂は、例えばカルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、芳香族ポリアミド、フッ素系ゴム、ポリビニリデンフルオライド、イソプレンゴム、ブタジエンゴム及びエチレンプロピレン系ゴム等を用いてもよい。
【００３８】
導電助剤は、導電性材料からなる粒子であり、負極活物質の間での導電性を向上させるものでよい。導電助剤は、例えば、黒鉛、カーボンブラック等の炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。なお、導電助剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。
【００３９】
正極集電体１４２の材料は、例えば、アルミニウム等である。正極活物質層１４３に含まれる正極活物質は、例えば、活性炭、ＰＡＳ（Polyacenic Semiconductor：ポリアセン系有機半導体）、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、または複数の遷移元素から構成されるリチウム複合酸化物等の活物質等の活物質の少なくともいずれかを含む。正極活物質層１４３は、上記の活物質、導電助剤（例えば、カーボンブラック）及び合成樹脂（例えば、ＰＴＦＥ等）のスラリー状の混合物を塗布してシート状に形成し、それを裁断したものである。
【００４０】
セパレータ１５１、１５２は、織布、不織布、合成樹脂微多孔膜等でもよい。セパレータ１５１、１５２は、ガラス繊維、セルロース繊維、オレフィン系樹脂等のプラスチック繊維等からなる多孔質シートでもよい。
【００４１】
電解液は、任意に選択することが可能である。例えば、電解液において、カチオンとしては、リチウムイオンを少なくとも含む。アニオンとしてはＢＦ４−（四フッ化ホウ酸イオン）、ＰＦ６−（六フッ化リン酸イオン）、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−（ＴＦＳＡイオン）等のアニオンを含み、溶媒としてはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、スルホラン、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、エチルイソプロピルスルホン等を含むものとすることができる。具体的には、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）または、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）のプロピレンカーボネート溶液等でもよい。
【００４２】
［電気化学デバイスの作用］
【００４３】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本実施形態の電気化学デバイスの作用を示す模式的断面図である。
【００４４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）には、リチウムイオンの負極１３０へのプレドープが開始された後の状態が示されている。
【００４５】
まず、図３（ａ）には、比較例に係る電気化学デバイス５００のプレドープの様子が示されている。比較例に係る電気化学デバイス５００においては、粒子１８２が金属リチウム層１８３に分散されていない。電気化学デバイス５００では、金属リチウム層１８３が均一な厚さの層構造を有している。
【００４６】
例えば、電極ユニット１０１、リチウムイオン供給源１８０及びセパレータ１５２が電解液１２０に浸漬されると、電極ユニット１０１に対向する側の金属リチウム層１８３の面が電解液１２０に晒される。電解液１２０に晒された直後において、金属リチウム層１８３が電解液１２０に接する面を接触面１８３ａとする。
【００４７】
この後、接触面１８３ａから溶解したリチウムイオンがセパレータ１５２を介して電極ユニット１０１内に移動し、電極ユニット１０１の負極活物質層１３３に吸蔵される。プレドープが進行するにつれ、均一な厚さに構成された金属リチウム層１８３は、徐々に薄くなっていく。この薄くなったときの電解液１２０に晒されている金属リチウム層１８３の面を接触面１８３ｂとする。
【００４８】
しかしながら、金属リチウム層１８３は、平坦な層であり、徐々に薄くなっていくため、溶解初期の接触面１８３ａと、溶解がある程度進行した後の接触面１８３ｂとの間では、それらの表面積に大差が生じない。
【００４９】
従って、電気化学デバイス５００では、プレドープがある程度進行した後における電解液１２０中のリチウムイオン濃度は、プレドープ開始直後における電解液１２０中のリチウムイオン濃度と大差がなく、プレドープの進行速度が頭打ちになる。
【００５０】
これに対して、図３（ｂ）に示す電気化学デバイス１００Ａでは、粒子１８２が金属リチウム層１８３に分散されている。このため、金属リチウム層１８３の接触面１８３ｂは、個々の粒子１８２の表面に沿って形成される。これにより、接触面１８３ｂの表面積は、溶解初期の接触面１８３ａの表面積に比べて大きく増大する。
【００５１】
これにより、電気化学デバイス１００Ａでは、リチウムイオンが金属リチウム層１８３から溶け出す量が増加し、プレドープの際、比較例に比べて電解液１２０中のリチウムイオン濃度が高くなる。この結果、比較例に比べてプレドープがより迅速に進行する。
【００５２】
また、電気化学デバイス１００Ａでは、金属リチウム層１８３内に粒子１８２が分散されているために、金属リチウムの「かさ増し」が起こる。これにより、金属リチウムが少ない量であっても、粒子分散層１８４は、所望の厚さ、剛性を有し、層形成時における金属箔１８１上での層の途切れ、圧延冶具側への膜の貼り付きが抑制される。これにより、電極ユニット１０１には、リチウムイオンが均一にドープされる。
【００５３】
また、電気化学デバイス１００Ａでは、図２（ａ）に示すように、電極ユニット１０１が複数積層された場合、隣り合う電極ユニット１０１間にリチウムイオン供給源１８０が配置される。これにより、複数の電極ユニット１０１の中央部に位置する電極ユニット１０１においても、プレドープが迅速に進行する。
【００５４】
図４は、本実施形態の第１変形例に係る電気化学デバイスを示す模式的断面図である。
【００５５】
電極ユニット１０１においては、正極１４０及び負極１３０は、Ｚ軸方向に交互に積層された構造でなくてもよい。例えば、図４に示す電気化学デバイス１００Ｂにおいては、電極ユニット１０１は、一組の正極１４０及び負極１３０と、正極１４０と負極１３０との間に設けられたセパレータ１５１とを有する。
【００５６】
電気化学デバイス１００Ｂにおいても、電気化学デバイス１００Ａと同様の作用効果を奏する。
【００５７】
図５は、本実施形態の第２変形例に係る電気化学デバイスを示す模式的斜視図である。
【００５８】
電極ユニット１０１は、捲回芯１１２を中心に捲回された構造であってもよい。例えば、図５に示す電気化学デバイス１００Ｃでは、正極１４０及び負極１３０はセパレータ１５１を介して捲回芯１１２を中心軸捲回芯として捲回され、電極ユニット１０１の外側に負極１３０に接続されたリチウムイオン供給源１８０が設けられる。
【００５９】
電気化学デバイス１００Ｃにおいても、電気化学デバイス１００Ａと同様の作用効果を奏する。
【実施例】
【００６０】
図６（ａ）〜図６（ｂ）は、本実施形態の電気化学デバイスの効果を説明する表図である。
【００６１】
充電容量４５０ｍＡｈ／ｇの難黒鉛化炭素がバインダ樹脂及び導電助剤とともに、水中で分散されて、スラリー化された。このスラリーが金属箔に塗布されて、難黒鉛化炭素が面積あたり５０ｇ／ｍ２となるようそれぞれ塗布され、活物質層が形成された。電極の面積（４ｃｍ×５ｃｍ）に対して、０．０１ｇの金属リチウムがプレドープ用に用いられた。
【００６２】
平均粒径２μｍのゼオライト粒子が分散された金属リチウム層（厚さ：０．２ｍｍｔ）が樹脂シートに挟まれ、ローラ押圧により、粒子分散層の厚さが適宜調整された。ゼオライト粒子の添加量（ｖｏｌ％）を変えた複数のサンプルが準備された。
【００６３】
図６（ａ）では、それぞれの記号において、「○」：圧延後、均一な厚さの粒子分散層が形成、「△」：圧延後、粒子分散層に微小な途切れ発生、「×」：圧延後、粒子分散層に明確な途切れが発生、を意味している。
【００６４】
サンプルＡにおけるゼオライト粒子の添加量は、１０ｖｏｌ％である。サンプルＢにおけるゼオライト粒子の添加量は、２０ｖｏｌ％である。サンプルＣにおけるゼオライト粒子の添加量は、３０ｖｏｌ％である。サンプルＤにおけるゼオライト粒子の添加量は、４０ｖｏｌ％である。サンプルＮにおけるゼオライト粒子の添加量は、０ｖｏｌ％である。
【００６５】
図６（ａ）に示すように、ゼオライト粒子が金属リチウム層に分散されないサンプルＮでは、粒子分散層の厚さが２００μｍ、１００μｍでは、粒子分散層は、「○」になったものの、粒子分散層の厚さが５０μｍになると、「△」になり、２５μｍでは「×」になった。
【００６６】
これに対し、サンプルＢ、Ｃ、Ｄでは、粒子分散層の厚さが２００μｍ、１００μｍ、５０μｍ、２５μｍで、粒子分散層は、「○」になった。但し、サンプルＢ、Ｃでは、粒子分散層の厚さが１０μｍになると、粒子分散層は、「△」になった。また、サンプルＤでは、粒子分散層の厚さが１０μｍになると、粒子分散層は、「×」になった。一方、サンプルＡでは、粒子分散層の厚さが２００μｍ、１００μｍ、５０μｍでは、粒子分散層は、「○」になったものの、２５μｍでは、「△」になり、１０μｍになると、「×」になった。
【００６７】
図６（ｂ）では、それぞれの記号において、「○」：リチウム供給源用に銅箔に圧着できた、「×」：リチウム供給源用に銅箔に圧着できなかった、を意味している。ここで、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｎにおける粒子分散層の厚さは、５０μｍである。
【００６８】
図６（ｂ）に示すように、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｎでは、いずれも「○」になったものの、粒子の添加量が４０％のサンプルＤでは、「×」になった。サンプルＤでは、均一な厚さの粒子分散層が形成されたものの、粒子の含有量が過剰になり銅箔への粒子分散層の密着性が低下したと推測できる。
【００６９】
このように、ゼオライト粒子の添加量を１０ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下、好ましくは、２０ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下、さらに好ましくは、２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下に調整することにより、均一且つ極薄の厚さを持った粒子分散層を形成できることが分かった。例えば、電気化学デバイスがより小型になり、より小型のリチウムイオン供給源が必要になった場合でも、均一且つ極薄の金属リチウム層を電気化学デバイスに配置できる。
【００７０】
さらに、サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｎの０．１ｇを厚さ０．０５ｍｍに圧延してそれぞれが銅箔に貼り付けられ、それぞれを個別にセパレータを介して活物質層と対向させた。次に、この対向させた組のそれぞれがラミネート袋内に配置されて、粒子分散層と活物質層とが電気的に接続されて、ラミネート袋内に電解液（ＰＣ／ＬｉＰＦ６ １．０Ｍ）が注入された。注液口を熱で封口したラミネート袋は、電極面積を覆うように１ｍｍ厚のシリコンシートで上下を覆い、さらにシリコンシートを覆うように１ｍｍのＳＵＳ板で挟み、セルに１００ｇの加重を加えた。サンプルは、アルゴン雰囲気、３０℃環境で７日間放置したのち分解し、リチウムの残存を確認した。サンプルＡ、Ｂ、Ｃには、リチウムの残存はなく、サンプルＮには、リチウムの残存が認められた。
【００７１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７２】
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、５００…電気化学デバイス
１０１…電極ユニット
１０１ｅ…側壁
１０１ｕ…上面
１０６、１０６ａ、１０６ｂ…外装フィルム
１１２…捲回芯
１２０…電解液
１３０…負極
１３０ｅ…端部
１３１…負極端子
１３２…負極集電体
１３２ａ、１３２ｂ、１４２ａ、１４２ｂ…主面
１３３…負極活物質層
１４０…正極
１４１…正極端子
１４２…正極集電体
１４３…正極活物質層
１５１、１５２…セパレータ
１８０…リチウムイオン供給源
１８０ｄ、１８１ｄ…下面
１８１…金属箔
１８２…粒子
１８３…金属リチウム層
１８３ａ、１８３ｂ…接触面
１８４…粒子分散層
【図１】
2018190917.tif 000003
【図２】
2018190917.tif 000004
【図３】
2018190917.tif 000005
【図４】
2018190917.tif 000006
【図５】
2018190917.tif 000007
【図６】
2018190917.tif 000008