(57)【要約】【課題】リチウムイオンキャパシタとリチウム電池との構造を内蔵し、負極を共通として、この共通負極に負極孔を設けた電力貯蔵デバイスにおいて、急速充放電サイクルを繰り返しても、短絡したり、サイクル特性が低下したりしない電力貯蔵デバイスを提供することを目的とする。【解決手段】リチウムイオンキャパシタ側の負極電極層の放電容量がリチウムイオンキャパシタ側の正極電極層の放電容量よりも大きく、リチウム電池側の負極電極層の放電容量がリチウム電池側の正極電極層の放電容量よりも大きくなるように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャパシタ正極集電箔の一方の面にリチウムイオンキャパシタ正極電極層が形成されたキャパシタ正極と、
電池正極集電箔の一方の面にリチウム電池正極電極層が形成されたリチウム電池正極と、負極集電箔の一方の面にリチウムイオンキャパシタ負極電極層が形成され、上記負極集電箔の他方の面にリチウム電池負極電極層が形成されるとともに、上記リチウムイオンキャパシタ負極電極層が上記リチウムイオンキャパシタ正極電極層に対向して配置され、上記リチウム電池負極電極層が上記リチウム電池正極電極層に対向して配置された共通負極と、
上記リチウムイオンキャパシタ正極電極層と上記リチウムイオンキャパシタ負極電極層との間に設けられた第一のセパレータと、
上記リチウム電池正極電極層と上記リチウム電池負極電極層との間に設けられた第二のセパレータとを備え、
上記共通負極は一方の面から上記負極集電箔を貫く複数の負極孔を有するとともに、上記リチウムイオンキャパシタ負極電極層の放電容量が上記リチウムイオンキャパシタ正極電極層の放電容量よりも大きく、上記リチウム電池負極電極層の放電容量が上記リチウム電池正極電極層の放電容量よりも大きいことを特徴とする電力貯蔵デバイス。
【請求項２】
リチウムイオンキャパシタ負極電極層の材料とリチウム電池負極電極層の材料とが同一の材料であることを特徴とする上記請求項１に記載の電力貯蔵デバイス。
【請求項３】
リチウムイオンキャパシタ負極電極層の材料とリチウム電池負極電極層の材料とが異なることを特徴とする上記請求項１に記載の電力貯蔵デバイス。
【請求項４】
リチウムイオンキャパシタ負極電極層の材料とリチウム電池負極電極層の材料とが複数の種類の材料の混合材料であり、上記リチウムイオンキャパシタ負極電極層の材料と上記リチウム電池負極電極層の材料とで上記複数の材料の混合比が異な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。
【請求項５】
負極集電箔の負極孔の開口率が１％以上１５％未満であ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。
【請求項６】
リチウム電池正極電極層の材料がオリビン型リン酸鉄リチウムであ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。
【請求項７】
負極孔が明けられた面はリチウム電池負極電極層の面であ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。
【請求項８】
負極孔が明けられた面はリチウムイオンキャパシタ負極電極層の面であ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。
【請求項９】
正極集電箔の一方の面にリチウムイオンキャパシタ正極電極層が形成され、上記正極集電箔の他方の面にリチウム電池正極電極層が形成された共通正極と、
負極集電箔の一方の面にリチウムイオンキャパシタ負極電極層が形成され、上記負極集電箔の他方の面にリチウム電池負極電極層が形成された共通負極と、
第一のセパレータと、
第二のセパレータとを複数有し、
上記第一のセパレータ、上記共通負極、上記第二のセパレータ、上記共通正極を順次、上記リチウム電池負極電極層と上記リチウム電池正極電極層とで上記第二のセパレータを挟
むように、上記リチウムイオン正極電極層と上記リチウムイオンキャパシタ負極電極層とで上記第一のセパレータを挟むように、かつ最外面の一方の面は第一のセパレータとなり、最外面の他方の面は第二のセパレータとなるよう積層し、
上記最外面の第一のセパレータの外側に、正極集電箔の片面にリチウムイオンキャパシタ正極電極層が形成された正極を、当該リチウムイオンキャパシタ正極電極層が上記最外面の第一のセパレータの側になるように配置し、
上記最外面の第二のセパレータの外側に、正極集電箔の片面にリチウム電池正極電極層が形成されたリチウム電池正極を、当該リチウム電池正極電極層が上記最外面の第二のセパレータの側になるように配置した電力貯蔵デバイスにおいて、
上記共通負極は一方の面から上記負極集電箔を貫く複数の負極孔を有するとともに、互いに対向する上記リチウムイオンキャパシタ負極電極層と上記リチウムイオンキャパシタ正極電極層において上記リチウムイオンキャパシタ負極電極層の放電容量が上記リチウムイオンキャパシタ正極電極層の放電容量よりも大きく、互いに対向する上記リチウム電池負極電極層と上記リチウム電池正極電極層において上記リチウム電池負極電極層の放電容量が上記リチウム電池正極電極層の放電容量よりも大きいことを特徴とする電力貯蔵デバイス。
【請求項１０】
請求項１または請求項９に記載の電力貯蔵デバイスの共通負極の製造方法において、
負極集電箔の一方の面に形成された負極電極層側から上記負極集電箔を貫通して他方の面に形成された負極電極層まで到達する穿孔を形成することを特徴とする電力貯蔵デバイスの共通負極の製造方法。
【請求項１１】
負極集電箔の一方の面にリチウムイオンキャパシタ負極電極層が形成され、他方の面にリチウム電池負極電極層が形成された共通負極原反を、針状の突起を複数有する平板と平滑面を有する土台との間に設置し、上記共通負極原反に平板を押し当てて負極孔を形成することを特長とした請求項１０に記載の電力貯蔵デバイスの共通負極の製造方法。
【請求項１２】
負極集電箔の一方の面にリチウムイオンキャパシタ負極電極層が形成され、他方の面にリチウム電池負極電極層が形成された共通負極原反を、針状の突起を複数有する突起ロールと平滑ロールとの間に挟んでロールプレスすることにより負極孔を形成することを特徴とする請求項１０に記載の電力貯蔵デバイスの共通負極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リチウムイオンキャパシタとリチウム二次電池との構成を内蔵した電力貯蔵デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、活性炭などのカーボン材料とバインダーからなるシート状の正、負極と、両極を電気的に絶縁する多孔質セパレータと、これらに含浸された電解液で構成されている。両極と電解液との界面に発生する電気二重層の静電容量により電解液中のイオンが電極間を移動することにより充放電を行うため電気化学反応を伴わない。このため、電気二重層キャパシタは充放電レート特性、サイクル特性に優れており、電子機器のバックアップ電源や自動車を始めとした各種輸送機の電源として用いられている。しかし、電気二重層キャパシタは電池に比べるとエネルギー密度が低いことが問題である。
【０００３】
一方、リチウム二次電池は、LiCoO2等のリチウム含有金属酸化物を正極に、黒鉛等の炭素材料を負極に使用することで、充電時には正極のリチウム含有金属酸化物から負極にリチウムを供給し、放電時には負極中のリチウムを正極に戻すというリチウムイオンの挿入・脱離反応を利用している。この電池は電圧が高く、高エネルギー密度であるため、携帯機器用電源や電動工具、家電製品などに広く使用されている。しかし、リチウム二次電池はエネルギー密度が高い反面、出力特性やサイクル特性、安全性の面で問題がある。
【０００４】
これに対して、近年リチウム二次電池と電気二重層キャパシタを組み合わせたリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）の開発が盛んに行われている。このＬＩＣは正極電極層に電気二重層キャパシタ用活性炭、負極電極層にリチウム電池用炭素材料を用いたハイブリッド型のキャパシタである。このＬＩＣは負極電極層にリチウムイオンをドープすることにより負極電位を低くして高いセル電圧を得ることができるため、従来の電気二重層キャパシタに比べてエネルギー密度の向上が図れる。
【０００５】
ＬＩＣのエネルギー密度をさらに向上させるため、ＬＩＣとリチウム二次電池の構造を内蔵した電力貯蔵デバイスとして、特許文献１や特許文献２に開示されたものが提案されている。特許文献１に開示されている電力貯蔵デバイスは、貫通孔を有する集電箔の片側に負極電極層を設けた共通負極を有し、負極電極層を設けた側に対向する面はリチウムイオンキャパシタの正極、もう一方の面にはリチウム二次電池正極を配した構造になっている。このデバイスの両正極を接続して充放電を行うことにより、ＬＩＣの出力密度とリチウム二次電池のエネルギー密度を兼ね備えた理想的な電力貯蔵デバイスを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４１１８１号公報（１４頁、図１および１５頁、図１２）
【特許文献２】特開平１１-９７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示された電力貯蔵デバイスを作成して試験したところ、急速充放電サイクルを繰り返すと、短絡したり、初期に容量が大きく低下したりすることがあり、特許文献１に開示された技術だけでは実用的な電力貯蔵デバイスが得られないという課題があることが判明した。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、急速充放電サイクルを繰り返しても短絡せず、初期に容量が大きく低下することのない電力貯蔵デバイスを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電力貯蔵デバイスは、キャパシタ正極集電箔の一方の面にリチウムイオンキャパシタ正極電極層が形成されたキャパシタ正極と、電池正極集電箔の一方の面にリチウム電池正極電極層が形成された電池正極と、負極集電箔の一方の面にリチウムイオンキャパシタ負極電極層が形成され、負極集電箔の他方の面にリチウム電池負極電極層が形成されるとともに、リチウムイオンキャパシタ負極電極層がリチウムイオンキャパシタ正極電極層に対向して配置され、リチウム電池負極電極層がリチウム電池正極電極層に対向して配置された共通負極と、リチウムイオンキャパシタ正極電極層とリチウムイオンキャパシタ負極電極層との間に設けられた第一のセパレータと、リチウム電池正極電極層とリチウム電池負極電極層との間に設けられた第二のセパレータとを備え、共通負極は一方の面から負極集電箔を貫く複数の負極孔を有するとともに、リチウムイオンキャパシタ負極電極層の放電容量がリチウムイオンキャパシタ正極電極層の放電容量よりも大きく、リチウム電池負極電極層の放電容量がリチウム電池正極電極層の放電容量よりも大きくしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、リチウムイオンキャパシタ負極電極層及びリチウム電池負極電極層の電気化学容量を各々が対向する正極電極層の放電容量より大きくしたため、急速充放電サイクルによる短絡や急激な容量低下がなく、良好なサイクル特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１による電力貯蔵デバイスのセルの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１による電力貯蔵デバイスの負極孔を形成する方法の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態４による電力貯蔵デバイスの負極孔を形成する方法の模式図である。
【図４】本発明の実施の形態５による電力貯蔵デバイスの概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態６による電力貯蔵デバイスの概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態７による電力貯蔵デバイスの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
本発明者らは、特許文献１に開示された電力貯蔵デバイスの問題点の原因を調査究明した。特許文献１の図１の構造の場合は貫通孔周辺に金属リチウムが析出しており、図１２の構造の場合は共通負極の第二セパレータ（電池側のセパレータ）と対向する負極電極層表面に金属リチウムの存在が確認された。このことから、第二セパレータと対向する負極電極層の電気化学容量が不足しているため、充電時に挿入しきれなかった余剰なリチウムイオンが銅箔もしくは負極表面に析出し、セパレータを突き破って内部短絡を引き起こしたり、負極電極層の劣化が促進され容量低下したりする原因となっていることが判明した。そこで、本発明者らは、貫通孔周辺及び第二セパレータと対向する負極電極層表面にリチウム金属が形成されるのを防止し、急速充放電での安定性に優れた電力貯蔵デバイスを実現することを検討した。
【００１２】
図１は、この発明の実施の形態１による電力貯蔵デバイスのセルの概略構成を示す断面図である。図は単一ユニットを示しているが、セル全体としては必要な容量に達するように図１の構造を積層、もしくは長尺の電極を捲回したものであってもよい。図１において、１はリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）正極で、平滑なアルミニウム箔である正極集電箔（キャパシタ正極集電箔とも称する）２の片側の面にリチウムイオンキャパシタ正極電極層３が形成された構成となっている。５はリチウム電池正極で、正極集電箔（電池集電箔とも称する）２の片側の面にリチウム電池正極電極層４が形成された構成となっている。６は共通負極であり、銅箔からなる負極集電箔７の両面にリチウムイオンキャパシタ負極電極層８とリチウム電池負極電極層９が形成された構成となっている。
【００１３】
リチウムイオンキャパシタ正極電極層３とリチウムイオンキャパシタ負極電極層８を第一のセパレータ１１を介して対向させ、リチウムイオンキャパシタ部３０を構成し、リチウム電池正極電極層４とリチウム電池負極電極層９を第二のセパレータ１２を介して対向させてリチウム電池部４０を構成している
【００１４】
リチウムイオンキャパシタ正極電極層３の材料は表面積が広く静電容量が大きいカーボン材料を用いる。このカーボン材料としては、例えば、直径１０μｍ程度の粒子状の活性炭などであり、水蒸気賦活活性炭、アルカリ活性炭やナノゲートカーボンなどを用いることができる。電極層は圧延法、塗布法およびモールド成形法などにより、バインダによっての片面の全域に結着して形成する。従って、電極層の外形形状は、電流端子部を除いて集電箔の形状と同じである。なお、バインダにはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂やＳＢＲ（スチレンブタジエンラバー）系やアクリル系合成ゴム、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などを用いる。
【００１５】
電極層の代表的な厚さは、５０μｍ〜１５０μｍであるが、使用するカーボンの種類などで最適な厚さが異なり、ここでは正極電極層を１００μｍとしている。
【００１６】
リチウム電池正極電極層４の材料としては、リン酸鉄リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウムなどのリチウム二次電池の正極電極層として一般的に用いられるリチウム金属化合物、あるいはこれらの複合体が望ましいがこれらに限るものではない。中でも、オリビン型結晶構造を有するリン酸鉄リチウムを用いた場合、負極に炭素材料を使用したときの作動電圧範囲がリチウムイオンキャパシタの作動電圧範囲内にあり、リチウム電池部の容量を効率的に使用できる。
【００１７】
集電箔２や集電箔７の代表的な厚さは、８〜５０μｍであるが、この電力貯蔵デバイスを充放電する際の充放電電流によって選定する。充放電電流が大電流の場合には、内部抵抗を小さくするために厚い集電箔が用いられ、充放電電流が小さい場合には、エネルギー密度を向上する観点から、できるだけ薄いものが用いられる。
【００１８】
負極電極層の材料としては電気化学反応によってリチウムの脱挿入が可能な材料を用いる。本実施の形態では黒鉛やハードカーボンを用いているが、それに限定されるものはない。例えばソフトカーボン、スズやシリコン系の合金などリチウム電池の負極として用いられている負極材料などが使用可能である。この場合、リチウムイオンキャパシタ負極電極層の静電容量はリチウムイオンキャパシタ正極の静電容量より十分大きいことが望ましい。これは、リチウムイオンキャパシタ負極電極層の容量が少ないと充放電時の負極の電位変化が大きく、サイクル特性が低下してしまうからである。
【００１９】
本発明では、リチウムイオンキャパシタ負極電極層８の放電容量をリチウムイオンキャパシタ正極電極層３の放電容量より大きくするとともに、リチウム電池負極電極層９の放
電容量をリチウム電池正極電極層４の放電容量より大きくしている。本発明者らの解析により、第二セパレータと対向する負極電極層、すなわちリチウム電池側の負極電極層の電気化学容量が不足していると、充電時に挿入しきれなかった余剰なリチウムイオンが集電箔もしくは負極表面に部分的に析出し、負極表面や負極電極層内部で反応分布が生じ、負極電極層の劣化が促進され容量が低下したり、セパレータを突き破って内部短絡を引き起こしたりする原因となることが判明した。したがって、上記のように、特にリチウム電池負極電極層９の放電容量をリチウム電池正極電極層４の放電容量より大きくすることで、充電時にリチウムイオンが余剰となることなく、負極電極層に十分に挿入され、集電箔や負極表面にリチウムが析出することがなくなり、リチウムの析出が原因である内部短絡や容量低下が抑えられる。また、リチウムイオンキャパシタ負極電極層についても、リチウム電池部と同様にリチウムイオンキャパシタ負極電極層の容量が不足していると、リチウム電池負極電極層と同様な理由で内部短絡や容量低下を引き起こす。また、リチウムイオンキャパシタ負極電極層は特に高レートの入出力が行われるため、リチウムイオンキャパシタ正極電極層の放電容量より十分大きな容量を有する必要がある。
【００２０】
塗工後の電極は気孔率が高く密度が低すぎ、この高い気孔率を適正な気孔率に調整するため、所定の温度で平滑ロール（カレンダーロール）プレスを行って電極層を加圧する。負極には、リチウムイオンを透過させるために負極集電箔及び負極電極層にイオンが拡散する経路として多数の負極孔１０が形成されている。図２にこの負極孔１０を形成する方法の一例を示す。図２において、負極孔は、多数の針状の突起が形成された突起金型１４と表面が平滑な平滑金属板１５との間に、集電箔となる集電箔材料７０の一方の面にキャパシタ負極電極層となるキャパシタ負極電極層材料８０、他方の面に電池負極電極層となる電池負極材料９０を塗工した共通負極原反６０を設置し、プレスすることにより形成される。プレス後の負極電極層について穴を形成する場合もあるが、プレス前の負極電極層材料６０を所定の温度及び圧力でプレスすることによって穴形成と負極電極層の気孔率調整とを同時に行うことも可能である。また、プレス前の負極電極層材料に穿孔処理を行った後、所定の温度、圧力でプレスを行い、気孔率の調整を行ってもよい。
図２の方法によれば、共通負極原反に剪断力が加わることがなく負極孔が形成された共通負極に与えるダメージを抑えることができる。
【００２１】
孔の形状は突起金型の突起の形状によるところが大きいが、孔の大きさや開口率はプレス時の押圧力やプレス回数、平滑金属板１５と負極電極材料６０の間のスペーサ１６の材質や厚さに依存する。このプレスは平板プレスで行うこともできるが、ロール型のプレスで実施すればより大面積の電極原反を効率よくプレスすることができる。いずれのプレス方式においても、プレス圧力、温度、金型に形成する突起の形状やロール間のギャップ、プレス回数、及び金型と負極電極層材料の間のスペーサ１６の調節により、負極表面及び負極集電箔の開口率を自由に調節することが可能である。
【００２２】
セパレータは、負極と正極とを隔離し、両極間の絶縁を確保しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。第一セパレータ１１及び第二セパレータ１２は例えば、ポリエチレンやポリプロピレン製の微多孔膜により構成されている。また、セルロース系の紙セパレータやポリエステル製の不織布等も適している。
【００２３】
本実施の形態において、電解液は、特に限定されないが、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３などの電解質を有機溶媒に溶解したものを挙げることができる。有機溶媒としては、ジメトキシエタン、ジエチルエーテル等のエーテル系溶媒、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチルメチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等のエステル系溶媒、γ―ブチロラクトン（ＧＢＬ）、テトラヒド
ロフラン（ＴＨＦ）、テトラヒドロピラン（ＴＨＰ）、１，３−ジオキサン（ＤＯＸ）、リン酸エチルジメチル（ＥＤＭＰ）、リン酸トリメチル（ＴＭＰ）、リン酸プロピルジメチル（ＰＤＭＰ）などの溶媒を挙げることができ、これらを単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。さらに、電解液には、他の添加物が含まれていても良い。電解液の組合せ例として、ＬｉＰＦ６／ＥＣ＋ＤＥＣ、ＬｉＢＦ４／ＥＣ＋ＤＥＣ、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２／ＥＣ＋ＤＥＣ、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２／ＥＣ＋ＤＥＣ、ＬｉＰＦ６／ＥＣ＋ＰＣ、ＬｉＰＦ６／ＥＣ＋ＧＢＬ、ＬｉＢＦ４／ＥＣ＋ＰＣ、ＬｉＢＦ４／ＥＣ＋ＧＢＬ、ＬｉＢＦ４／ＥＤＭＰ、ＬｉＢＦ４／ＥＣ＋ＥＤＭＰ、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２／ＥＣ＋ＧＢＬ、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２／ＥＣ＋ＧＢＬ、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２／ＥＣ＋ＥＤＭＰ、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２／ＥＣ＋ＥＤＭＰ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、１００℃以上の高温においても、イオン伝導性を有するために、有機溶媒はＥＣ、ＰＣ、ＧＢＬなどの高沸点溶媒を含むことが望ましい。
【００２４】
通常、このような電力貯蔵デバイスは容器中に収納される。本実施の形態において、容器は特に限定はしないが、ステンレス、アルミニウムなどの金属からなる円筒型又は角型の容器、金属と樹脂により構成されるラミネートフィルムからなる袋状又は箱型の容器でもよい。このラミネートフィルムによる容器は熱融着（ヒートシール）によってシールすることができ、デバイス内部からの電解液の漏出やデバイス外部からの水分の侵入を防げるものであればよい。シール部に熱融着性を有する樹脂フィルムを用いることもできるが、金属を蒸着したり、金属めっきでコートしたり、アルミ等の金属箔をラミネートしたものが好ましい。容器として金属を用いる場合、十分な厚さがあれば単独で用いることもできるが、一般には軽量化のために、数ミクロンから数十ミクロンの厚さの金属箔に樹脂がラミネートされたものが用いられる。そして、その内面には熱融着性を付与するためのポリエチレンやポリプロピレンのフィルム、外面には強度向上のためのポリエチレンテレフタレートや延伸ナイロンフィルムを積層させることが好ましい。
【００２５】
袋状容器の形成方法は各種のものが適用可能であり、例えば、角形に裁断したフィルムを二つ折りにして３方をヒートシールする方法、円筒型に形成したフィルムの両開口部をヒートシールする方法等を挙げることができる。容器材料は裁断したままのものを用いる場合もあるが、電極体に対応した凹部をプレス加工してから用いることもできる。ヒートシールした後に余分な容器材料を切断したり、曲げ加工を施したりしてもよい。
【００２６】
本実施の形態による電力貯蔵デバイスは、負極に対して正極が対向しており、この正負極間に電解液を含浸させたセパレータが存在している構造であればよく、平板状の電極を複数枚重ね合わせた積層型構造、帯状の電極を巻回した巻き型構造、帯状の電極を折り畳みながら重ねた折り畳み型構造、又はこれらを組み合わせた複合構造にしてもよい。負極に対向する正極の面積を少し（約１％〜約１０％）小さくすることにより、正負極間のイオン伝導性を向上させることができる。
【００２７】
また、集電箔部分に接続される集電端子は、デバイス内で安定に存在する導電性の材質であれば特に限定はしないが、正極ではアルミニウム、負極ではニッケルあるいは銅などの金属やニッケルメッキ銅のようなメッキ金属で形成されたものを集電箔に接合したものでも良い。また、集電箔の端部付近であって電極層が塗布されていない部分を集電端子としてもよい。
【００２８】
この実施の形態における電力貯蔵デバイスの実施例を具体的な数値を挙げて説明すると共に、得られた電力貯蔵デバイスセルの性能について複数の比較例と比較した結果を示す。
【００２９】
実施例１．
〈共通負極の作製〉
負極電極層の材料としての黒鉛とバインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、溶媒としてのｎ-メチルピロリドンからなる電極ペーストを混合調製した。次にこのペーストを負
極集電箔として、幅３００ｍｍ、厚さ２０μｍの銅箔の両面に塗工形成した。この共通負極原反をカレンダーロールプレスにて１０５℃で加圧して電極の気孔率を調整した。負極電極層の目付量は片面あたり１０ｍｇ／ｃｍ２とした。なお、この負極電極層の単位重量あたりの放電容量は３２０ｍＡｈ／ｇであった。従って単位面積あたりの放電容量は片面あたり３．２ｍＡｈ／ｃｍ２である。
【００３０】
なお、負極電極層の放電容量は以下のようにして測定した。上記で作製した負極をφ１２ｍｍに打ち抜いて、作用極とする。別に、厚さ０．１５ｍｍのリチウム箔をφ１４ｍｍに打ち抜いて対極とし、厚さ４０μｍのセルロース系紙セパレータを間に挟み、この電極群を２０３２型コインセルに入れ、電解液として１．２ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ6を含む、エチレンカーボネート-ジエチルカーボネートの混合溶媒を注液しコイン型セルを作製した。このセルについて、２５℃の一定温度下、電流密度１００ｍＡ／ｇで、電圧範囲０V−２Vで充放電を繰り返し、５回目の放電容量を放電容量の測定値とした。
【００３１】
〈負極の穿孔処理〉
次に底辺０．６ｍｍ、高さ０．７ｍｍの四角錐の突起が０．８ｍｍ間隔で形成されている金属金型と、表面が平滑な金属板の間に共通負極を設置し、さらにその上にアクリル板を乗せて０．３ＭＰａの圧力でプレスする操作を２回繰り返した。１回目と２回目で共通負極の位置をずらして穴の位置が重ならず均一になるようにして穿孔処理を行い、負極孔を有する共通負極を作製した。孔の形状は金属金型の突起と同じ四角錐の形状となり、側面断面は図１の負極孔１０として示す形状となった。穿孔後の負極表面（穿孔面）を観察したところ、1辺約１１０μｍの正方形の穴が一定間隔で形成されていた。また、負極裏
面（穿孔面と逆側の面）に穴は観察されなかった。穿孔後の共通負極の一部を切り出し、Ｎ−メチルピロリドン溶媒中に浸漬し、電極層を剥離除去したところ、負極集電箔の開口率は１．３％であった。
【００３２】
〈負極の加工〉
この共通負極を一辺３０ｍｍ×４３ｍｍの長方形に切り出し、長尺方向の端部７ｍｍの電極層を剥がして集電タブとした。短辺側の電極層の一部を剥がして集電タブとした。その後負極集電タブにＮｉメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極集電端子とした。従って、この負極の放電容量は計算上３４．６ｍＡｈとなる。
【００３３】
〈リチウムイオンキャパシタ正極の作製〉
正極電極層の材料としての活性炭とバインダーとしてのアクリル系ポリマー、溶媒としての水からなる電極ペーストを混合調製した。次にこのペーストを幅３００ｍｍ、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の片面に塗工形成し、乾燥した。この正極原反をカレンダーロールプレスにて加圧して電極の気孔率を調整した。リチウムイオンキャパシタ正極電極層の目付量は８．０ｍｇ／ｃｍ２とした。なお、このリチウムイオンキャパシタ正極電極層の単位重量あたりの放電容量は４５ｍＡｈ／ｇであった。従って単位面積あたりの放電容量は０．３６ｍＡｈ／ｃｍ２である。このリチウムイオンキャパシタ正極を２９ｍｍ×４２ｍｍの長方形に切り出し、長尺方向の端部７ｍｍの電極層を剥がして集電タブとした。従って、このリチウムイオンキャパシタ正極の放電容量は計算上３．７ｍＡｈとなる。
【００３４】
なお、リチウムイオンキャパシタ正極電極層の放電容量は以下のようにして測定した。上記で作製したリチウムイオンキャパシタ正極をφ１２ｍｍに打ち抜いて、作用極とする。厚さ０．１５ｍｍのリチウム箔をφ１４ｍｍに打ち抜いて対極とし、厚さ４０μｍのセルロース系紙セパレータを間に挟み、この電極群を２０３２型コインセルに入れ、電解液として１．２ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ6を含む、エチレンカーボネート-ジエチルカーボネートの混合溶媒を注液しコイン型セルを作製した。このセルについて、２５℃の一定温度下、電流密度１００ｍＡ／ｇで、電圧範囲０Ｖ−４．２Ｖで充放電を繰り返し、５回目の放電容量を測定値とした。
【００３５】
〈リチウム電池正極の作製〉
厚さ２０μｍのアルミニウム箔の片面にリチウム電池正極電極層の材料としてのリン酸鉄リチウム、及び導電材としてのアセチレンブラック、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデンをNMP溶媒に分散させた電極ペーストを塗工形成し、乾燥した。この正極をカレ
ンダーロールプレスにて加圧して電極の気孔率を調整した。リチウム電池正極電極層の目付量は１２ｍｇ／ｃｍ２とした。なお、このリチウム電池正極電極層の単位重量あたりの放電容量は１５０ｍＡｈ／ｇであった。従って単位面積あたりの放電容量は１．８ｍＡｈ／ｃｍ２である。
【００３６】
なお、リチウム電池正極電極層の放電容量は以下のようにして測定した。上記で作製したリチウム電池正極をφ１２ｍｍに打ち抜いて、作用極とする。厚さ０．１５ｍｍのリチウム箔をφ１４ｍｍに打ち抜いて対極とし、厚さ４０μｍのセルロース系紙セパレータを間に挟み、この電極群を２０３２型コインセルに入れ、電解液として１．２ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ6を含む、エチレンカーボネート-ジエチルカーボネートの混合溶媒を注液しコイン型セルを作製した。このセルについて、２５℃の一定温度下、電流密度１００ｍＡ／ｇで、電圧範囲２．７Ｖ−４．０Ｖで充放電を繰り返し、５回目の放電容量を測定値とした。
【００３７】
このリチウム電池正極を２９ｍｍ×４２ｍｍの長方形に切り出し、長尺方向の端部７ｍｍの電極層を剥がして集電タブとした。従って、このリチウム電池正極電極層の放電容量は計算上１８．３ｍＡｈとなる。
【００３８】
〈セルの作製〉
リチウムイオンキャパシタ正極、共通負極、リチウム電池正極の順に互いの電極層が対向するように中心を揃えて積層し、リチウムイオンキャパシタ正極と共通負極、リチウム電池正極と共通負極それぞれの間に、それぞれ厚さ４０μｍのセルロース系紙セパレータをはさんだ（第一セパレータ及び第二セパレータ）。この時、図１で示すように共通負極の穿孔面をリチウム電池正極と対向させた。リチウムイオンキャパシタ正極集電タブとリチウム電池正極集電タブを重ね、これらにアルミニウム箔を超音波溶接により接続して正極集電端子とした。
【００３９】
この電極積層体をアルミラミネートフィルムの外装に収納し、電解液として、１．２ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ6を含む、エチレンカーボネート-ジエチルカーボネートの混合溶媒を注液し、最後にアルミラミネート外装を封口した。その後、正極端子を充放電装置の＋端子に、負極端子を−端子に接続して２ｍＡで４ＶまでのＣＣ−ＣＶ充電を行い、負極へのリチウムイオンのドープを行い試験用セルとした。
【００４０】
実施の形態２．
負極電極層の材料は、上述のように、黒鉛やハードカーボン、あるいはソフトカーボン、スズやシリコン系の合金などなどが使用可能である。実施の形態１ではリチウムイオンキャパシタ負極電極層８とリチウム電池負極電極層９とは同じ材料を用いたが、リチウムイオンキャパシタ負極電極層８とリチウム電池負極電極層９とで異なる材料を用いれば、用途に応じて負極を最適化することができる。特に高レートに入出力（充放電）が行われるリチウムイオンキャパシタ負極電極層の劣化を軽減する構成にできるため、良好なサイクル特性および信頼性の高い電力貯蔵デバイスを構成することができる。例えば、リチウムイオンキャパシタ負極電極層８の材料として高レートの入出力を行っても長寿命が得られるハードカーボンを用い、リチウム電池負極電極層９の材料として放電容量が大きい黒鉛を用いることが考えられる。以下に、リチウムイオンキャパシタ負極電極層８とリチウム電池負極電極層９とで異なる材料を用いた実施例を示す。
【００４１】
実施例２．
〈共通負極の作製〉
負極電極層の材料としての黒鉛とバインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、溶媒としてのｎ−メチルピロリドンからなる電極ペーストを混合調製した。次にこのペーストを負極集電箔として、幅３００ｍｍ、厚さ２０μｍの銅箔の片面に塗工形成した。また、負極電極層の材料としてのハードカーボンとバインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、溶媒としてのｎ−メチルピロリドンからなる電極ペーストを混合調製した。このペーストを黒鉛を電極層の材料とした負極電極層の裏面に塗工形成した。この電極原反をカレンダーロールプレスにて１０５℃で加圧して電極の気孔率を調整した。黒鉛を使用した負極電極層の目付量は１０ｍｇ／ｃｍ２とし、ハードカーボンを使用した負極電極層の目付量は１１ｍｇ／ｃｍ２とした。なお、ハードカーボンを負極電極層として用いた場合の単位重量あたりの容量は３００ｍＡｈ／ｇであった。従って単位面積あたりの放電容量は３．３ｍＡｈ／ｃｍ２である。負極の穿孔は黒鉛を使用した負極電極層側より行った。
【００４２】
〈セルの作製〉
リチウムイオンキャパシタ正極、共通負極、リチウム電池正極の順に互いの電極層が対向するように中心を揃えて積層し、電極層間にはそれぞれ厚さ４０μｍのセルロース系紙セパレータをはさんだ（第一セパレータ及び第二セパレータ）。この時、共通負極のハードカーボンを使用した負極電極層をリチウムイオンキャパシタ正極と対向させた。リチウムイオンキャパシタ正極集電タブとリチウム電池正極集電タブを重ね、これらにアルミニウム箔を超音波溶接により接続して正極集電端子とした。その他の作製方法は実施例１と同様にした。
以上により、実施例２の電力貯蔵デバイスは、実施の形態１で説明したのと同様、リチウムイオンキャパシタ負極電極層の放電容量は、リチウム電池正極電極層の放電容量よりも大きく、リチウム電池負極電極層の放電容量はリチウムイオンキャパシタ正極電極層の放電容量よりも大きい電力貯蔵デバイスとなる。
【００４３】
実施の形態３．
負極電極層の材料は、上述のように、黒鉛やハードカーボン、あるいはソフトカーボン、スズやシリコン系の合金などなどが使用可能である。また、これらの材料のうち複数の材料を混合したものを用いることもできる。本実施の形態３は、負極電極層にこのような混合材料を用いた実施の形態である。図１の構成の電力貯蔵デバイスのセルにおいて、リチウムイオンキャパシタ負極電極層８とリチウム電池負極電極層９とで材料の混合比が異なる材料を用いれば、用途に応じて負極を最適化することができ、特に高レートの入出力（充放電）が行われるリチウムイオンキャパシタ負極電極層の劣化を軽減する構成にできるため、良好なサイクル特性および信頼性の高い電力貯蔵デバイスを構成することができる。例えば、混合する材料として黒鉛とハードカーボンを用いる。そしてリチウムイオンキャパシタ負極電極層８の材料として高レートの入出力を行っても長寿命が得られるハードカーボンの比率が高い混合材料を用い、リチウム電池負極電極層９の材料として放電容量が大きい黒鉛の比率が高い混合材料を用いることが考えられる。以下に、リチウムイオンキャパシタ負極電極層８とリチウム電池負極電極層９とで混合比が異なる材料を用いた実施例を示す。
【００４４】
実施例３．
〈共通負極の作製〉
負極電極層の材料としての黒鉛及びハードカーボンを４：６の比率で混合し、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、溶媒としてのｎ-メチルピロリドンからなる電極ペーストを混合調製した。このペーストを負極集電箔として、幅３００ｍｍ、厚さ２０μｍの銅箔の片面に塗工形成して片面電極とした。負極電極層の目付量は１０ｍｇ／ｃｍ２とした。なお、この負極電極層の単位重量あたりの容量は３１０ｍＡｈ／ｇであった。従って、この負極電極層の単位面積当たりの放電容量は３．１ｍＡｈ／ｃｍ２である。次に、負極電極層の材料として黒鉛及びハードカーボンを２：８の比率で混合し、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、溶媒としてのｎ−メチルピロリドンからなる電極ペーストを混合調製し、片面電極の裏側に塗工形成した。裏面の負極電極層の目付量は１０ｍｇ／ｃｍ２とした。なお、この負極電極層の単位重量あたりの容量は３００ｍＡｈ／ｇであった。従って、この負極電極層の単位面積当たりの放電容量は３．０ｍＡｈ／ｃｍ２である。この電極原反をカレンダーロールプレスにて１０５℃で加圧して電極の気孔率を調整した。いずれの負極電極層の目付量も１０ｍｇ／ｃｍ２とした。負極の穿孔は、負極電極層の比率が黒鉛の方が多い電極層側より行った。その他の作製方法は実施例１と同様にした。
【００４５】
〈セルの作製〉
リチウムイオンキャパシタ正極、共通負極、リチウム電池正極の順に互いの電極層が対向するように中心を揃えて積層し、電極層間にそれぞれ厚さ４０μｍのセルロース系紙セパレータをはさんだ（第一セパレータ及び第二セパレータ）。この時、ハードカーボンの比率がより高い、黒鉛：ハードカーボンが２：８の負極電極層をリチウムイオンキャパシタ正極と対向させた。リチウムイオンキャパシタ正極集電タブとリチウム電池正極集電タブを重ね、これらにアルミニウム箔を超音波溶接により接続して正極集電端子とした。その他の作製方法は実施例１と同様にした。
【００４６】
以上により、実施例３の電力貯蔵デバイスは、実施の形態１で説明したのと同様、リチウムイオンキャパシタ負極電極層の放電容量は、リチウムイオンキャパシタ正極電極層の放電容量よりも大きく、リチウム電池負極電極層の放電容量はリチウム電池正極電極層の放電容量よりも大きい電力貯蔵デバイスとなる。
【００４７】
実施の形態４．
実施の形態４は、共通負極の製造方法のうち穿孔処理に関するものである。図３に、本発明の実施の形態４による穿孔処理方法を示す。図３に示すように、長尺の共通負極原反６０を多数の円錐や四角錐など形状をした針状突起２３を有する穿孔ロール１７と表面が平滑な面である平滑ロール１８の間を通すことによって穿孔処理して多数の負極孔１０を有する共通負極６とすることができる。このようなロールでの穿孔処理によれば、長尺の共通負極に対して多数の負極孔の形成が効率よくでき、大量の負極を簡単に製造できる。以下に、実施例４として図３に示すロールで作製した負極の例を示す。
【００４８】
実施例４
作製した共通負極原反６０を底辺の直径０．７ｍｍ、高さ０．６ｍｍの円錐の突起が０．８mm間隔で形成されている穿孔ロール１７と表面が平滑な平滑ロール１８の間を通し、穿孔を行った。穴開け後の負極表面を観察したところ、直径約１６０μｍの円形の穴が多数形成されていた。また負極裏面に穴は観察されなかった。穿孔後の負極の一部を切り出し、Ｎ−メチルピロリドン溶媒中に浸漬し、電極層を剥離除去したところ、負極集電箔の開口率は１．２％であった。その他の作製方法は実施例１と同様にした。
【００４９】
実施の形態５．
図４は、本発明の実施の形態５による電力貯蔵デバイスの構造の概略構成を示す断面図である。図４に示すように、例えば図１に示す電力貯蔵デバイスを複数積層することによ
り大容量のデバイスを構成できる。以下に、図４の電力貯蔵デバイスの作製方法を示す。
【００５０】
実施例５．
〈負極の作製〉〈負極の穿孔処理〉〈負極の加工〉は実施例１と同様に作製した。
〈共通正極の作製〉積層構造の場合、両端以外の正極は集電箔２の一面にリチウムイオンキャパシタの正極電極層３、もう一方の面にリチウム電池の正極電極層が設けられる。この共通正極１３の作製方法は以下のようである。リチウムイオンキャパシタの正極電極層の材料としての活性炭とバインダーとしてのアクリル系ポリマー、溶媒としての水からなる電極ペーストを混合調製した。次にこのペーストを幅３００ｍｍ、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の片面に塗工形成した。この電極の裏面にリチウム電池の正極電極層の材料であるリン酸鉄リチウム、アセチレンブラック、ＰＶＤＦをＮＭＰに分散させた電極ペーストを塗工形成し、１００℃で乾燥させた後、ロールプレスして気孔率を調整した。２９ｍｍ×４２ｍｍの長方形に切り出し、長尺方向の端部７ｍｍの電極層を剥がして集電タブとした。
また、積層の片端となるリチウムイオンキャパシタ正極１、及び他の片端となるリチウム電池正極５の作製は実施例１と同様に行った。
【００５１】
〈セルの作製〉
リチウム電池正極５の上に、共通負極６、共通正極１３の順に交互に９枚ずつ重ね合わせた後、その上にさらに共通負極６、リチウムイオンキャパシタ正極１を互いの電極層が対向するように中心を揃えて積層し、正負の電極層間にそれぞれ厚さ４０μmのセルロー
ス系紙セパレータ１１および１２をはさんだ。リチウムイオンキャパシタ正極集電タブとリチウム電池正極集電タブ及び正極集電タブを重ね、これらにアルミニウム箔を超音波溶接により接続して正極端子１９とした。また、各々の負極集電タブも重ねこれらにNiメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極端子２０とした。
【００５２】
この電極積層体をアルミラミネートフィルムの外装に収納し、電解液として、１．２ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ6を含む、エチレンカーボネート-ジエチルカーボネートの混合溶媒を注液し、最後にアルミラミネート外装を封口した。その後、正極端子を充放電装置の＋端子に、負極端子を−端子に接続して２０ｍＡで４ＶまでのＣＣ−ＣＶ充電を行い、負極へのリチウムイオンのドープを行い試験用セルとした。
【００５３】
実施の形態６．
図５は、本発明の実施の形態６による電力貯蔵デバイスの概略構成を示す断面図である。図５に示すように、例えば図１に示す電力貯蔵デバイスを大面積で作製し、それを捲回することにより大容量のデバイスを構成できる。以下に、図５の電力貯蔵デバイスの作製方法を示す。
【００５４】
実施例６．
〈負極の作製〉〈負極の穿孔処理〉は実施例１と同様に作製した。
〈負極の加工〉
穿孔後の負極を２６２ｍｍ×５０ｍｍの短冊に切断し、長尺方向の端部１０ｍｍの負極電極層を一辺のみ剥して、箔部を露出させて集電タブとした。その後負極集電タブにＮｉメッキ銅箔を超音波溶接により接続して負極端子２２とした。
【００５５】
〈共通正極の作製〉捲回構造の場合についても、両端以外の正極は集電箔２の一面にリチウムイオンキャパシタの正極電極層３、もう一方の面にリチウム電池の正極電極層が設けられる。この共通正極１３の作製方法は実施例５と同様にリチウムイオンキャパシタの正極電極層の材料としての活性炭とバインダーとしてのアクリル系ポリマー、溶媒としての水からなる電極ペーストを混合調製した。次にこのペーストを幅３００ｍｍ、厚さ２０μ
ｍのアルミニウム箔の片面に塗工形成した。この電極の裏面にリチウム電池の正極電極層の材料であるリン酸鉄リチウム、アセチレンブラック、ＰＶＤＦをＮＭＰに分散させた電極ペーストを塗工形成し、１００℃で乾燥させた後、ロールプレスして気孔率を調整した。この正極を２４８ｍｍ×４６ｍｍの短冊に切断し、長尺方向の端部１０ｍｍの正極電極層及びリチウムイオンドープ層を一辺のみ剥がし、箔部を露出させて集電タブとした。その後集電タブにアルミニウム箔を超音波溶接により接続して正極端子２１とした。
【００５６】
〈セルの作製〉
各部材を十分に乾燥させた後、正極電極層と負極電極層が対向するように正極と負極を向かいあわせ、その間にセパレータを挟み込み重ね合わせた後、端部より捲き回してテープで固定した。この際、負極の穿孔面がリチウム電池正極と対向する様にセルを作製した。これをアルミラミネートシートで作製した外装袋に入れ、電解液として、１．２ｍｏｌ／ｌのＬｉＰＦ６を含む、エチレンカーボネート−ジエチルカーボネート３：７混合溶媒を注液し、最後に外装容器であるアルミラミネート外装を封口し、この実施の形態における電力貯蔵デバイスセルを完成させた。その後、共通負極へのリチウムイオン挿入を促進するために、正極端子を充放電装置の＋端子に、負極端子を−端子に接続して２０ｍＡで４．０ＶまでのＣＣ−ＣＶ充電を行い、負極へのリチウムイオンのドープを行い試験用セルとした。
【００５７】
実施の形態７．
図６は、本発明の実施の形態７による電力貯蔵デバイスの概略構成を示す断面図である。これまでの実施の形態では、共通負極の穿孔面をリチウム電池正極と対向させた構成としたが、逆に、共通負極の穿孔面をリチウムキャパシタ正極と対向させた構成としても良い。実施例７の電力貯蔵デバイスは、共通負極の穿孔面をリチウムキャパシタ正極と対向させた構成のものである。
【００５８】
実施例７．
実施例６のセルの作製時に負極の穿孔面がリチウムイオンキャパシタ正極と対向するようにしてセルを作製したこと以外は実施例６と同様に作製した。
【００５９】
比較例．
以下に、以上の本発明による電力貯蔵デバイスの実施例１〜７と比較する、比較例の電力貯蔵デバイスを示す。
【００６０】
上記実施例の電力貯蔵デバイスは、リチウムイオンキャパシタ負極電極層の放電容量は、リチウムイオンキャパシタ正極電極層の放電容量よりも大きく、リチウム電池負極電極層の放電容量はリチウム電池正極電極層の放電容量よりも大きい電力貯蔵デバイスとなっている。これらの実施例の電力貯蔵デバイスと比較するため、以下のように、負極電極層がリチウムイオンキャパシタ側だけに形成されたもの（比較例１）、およびリチウム電池負極電極層の放電容量がリチウムイオン正極電極層の放電容量よりも少ないもの（比較例２）を作製した。
【００６１】
また、本発明による電力貯蔵デバイスは、共通負極集電箔に貫通孔を有している。この貫通孔を有することにより、キャパシタ側の負極電極層８と電池側の負極電極層９との間でイオン電導性が確保される。すなわち初期の充電操作によりリチウム電池正極電極層からリチウム電池負極電極層にドープされたリチウムはこの貫通孔を通ってリチウムイオンキャパシタ負極電極層へと到達する。これによってリチウムイオンキャパシタ負極にリチウムイオンが供給され、キャパシタとして機能できるようになる。また、通常の充放電動作時においても、貫通孔を通じてリチウムイオンの移動がある。この貫通孔の開口率が小さいと、初期の充電時にリチウムイオンのドープが不十分になり、所定の容量が得られな
い。開口率が大きくなると負極電極層の反応面積の減少による容量低下や、強度の低下により集電箔から電極層が部分的に剥れることによる容量低下が生じる。
そこで、本発明者らは、貫通孔の開口率について、上記実施例の電力貯蔵デバイスと異なる開口率の共通負極集電箔の電力貯蔵デバイスを作製して特性を比較することにした（比較例３および４）。以下に、比較例の電力貯蔵デバイスの概要を示す。
【００６２】
比較例１．
実施例１の共通負極の作製において、負極電極層の塗布をリチウムイオンキャパシタ正極と対向する側の面のみとした。なお、負極電極層の目付量は１０ｍｇ／ｃｍ２とした。負極の穴開け加工においては、電極層が塗工されていない銅箔表面から穿孔を行った。
【００６３】
比較例２．
実施例１の共通負極の作製において、負極電極層を銅箔の両面に塗布形成したが、リチウムイオンキャパシタ正極と対向する側の面の目付量は１０ｍｇ／ｃｍ２とし、リチウム電池正極と対向する側の目付量は４ｍｇ／ｃｍ２とした。従ってリチウムイオンキャパシタ正極に対向する負極電極層の単位面積あたりの放電容量は３．２ｍＡｈ／ｃｍ２となり、リチウム電池正極に対向する負極電極層の単位面積あたりの放電容量は１．２８ｍＡｈ／ｃｍ２となりリチウム電池正極の２．１ｍＡｈ／ｃｍ２より少なかった。
負極の穿孔処理は、目付量が４ｍｇ／ｃｍ２のリチウム電池正極と対向する側となる負極電極層側から穿孔を行った。
【００６４】
比較例３．（貫通孔の開口率が１％未満）
〈負極の穿孔処理〉
底辺０．５ｍｍ、高さ０．７ｍｍの四角錐の突起が０．８ｍｍ間隔で形成されている金属金型と、表面が平滑な金属板の間に負極を設置し、さらにその上にアクリル板を乗せて０．３ＭＰａの圧力でプレスする操作を２回繰り返した。１回目と２回目で負極位置をずらして穴の位置が重ならず均一になるようにして穿孔処理を行った。穿孔後の負極表面（穿孔面）を観察したところ、1辺約１００μｍの正方形の穴が一定間隔で形成されていた。また、負極裏面（穿孔面と逆側の面）に穴は観察されなかった。穿孔後の負極の一部を切り出し、Ｎ−メチルピロリドン溶媒中に浸漬し、電極層を剥離除去したところ、負極集電箔の開口率は０．９％であった。その他は実施例１と同様にした。
【００６５】
比較例４．（貫通孔の開口率が１５％以上）
〈負極の穿孔処理〉
底辺０．５ｍｍ、高さ０．７ｍｍの四角錐の突起が０．８ｍｍ間隔で形成されている金属金型と、表面が平滑な金属板の間に負極を設置し、さらにその上にシリコンゴムシート及びアクリル板を乗せて０．５ＭＰａの圧力でプレスする操作を８回繰り返した。穿孔後の負極表面（穿孔面）を観察したところ、1辺約１６０μｍの正方形の穴が多数形成され
ていた。また、負極裏面（穿孔面と逆側の面）に穴は観察されなかった。穿孔後の負極の一部を切り出し、Ｎ−メチルピロリドン溶媒中に浸漬し、電極層を剥離除去したところ、負極集電箔の開口率は１６％であった。その他の作製方法は実施例１と同様にした。
【００６６】
まとめ．
各実施の形態で示した実施例と比較例の電力貯蔵デバイスセルについて、表１に正、負極各電極層の単位重量あたりの放電容量及び電極層形成時の目付量、電極面積から求めた放電容量を示す。実施例１〜７のセルにおいては、リチウムイオンキャパシタ部、リチウム電池部いずれも各々の正極の放電容量に比べて負極の放電容量の方が多くなっているが、比較例１のセルは負極電極層がリチウムイオンキャパシタ部のみにしか形成されていないため、リチウム電池負極の放電容量がなく、また、比較例２のセルはリチウム電池負極の放電容量がリチウム電池正極の放電容量より少なくなっている。
【００６７】
【表１】
2011165930.tif 000003
比較例３および比較例４の各電極の放電容量は実施例１と同じで、負極孔の開口率が実施例１と異なる。
【００６８】
以上の電力貯蔵デバイスセルについて２５℃環境下で下限電圧２．０Ｖ、上限電圧４．０Ｖの範囲で充放電試験を行った。充放電電流は実施例１〜４及び比較例１〜４については２０ｍＡとし、実施例５〜７については２００ｍＡとした。次にこれらのセルを実施例１〜４及び比較例１〜４については１５０ｍＡで、実施例５〜７については１５００ｍＡでいずれも４Ｖ-２Ｖの範囲で充放電を繰り返すサイクル試験を行った。
【００６９】
【表２】
2011165930.tif 000004
【００７０】
表２に、各セルにおける２０ｍＡ放電時の放電容量及びサイクル試験における５０００サイクル後の容量維持率を示す。表２より、実施例１〜７のセルはリチウムイオンキャパシタ部、リチウム電池部いずれも各々の正極の放電容量に比べて負極の放電容量の方が多くなっているため良好な放電容量及びサイクル時の容量維持率が得られた。しかし、比較
例１のセルは共通負極のリチウム電池正極と対向するリチウム電池負極電極層がなく、充放電に寄与できる負極は集電箔の開口部分を通じてリチウムイオンキャパシタ部の負極電極層の一部のみであるため、反応面積が極端に小さく放電容量が少なかった。また、高レートのサイクル試験において孔周辺にリチウム金属が発生し、このデンドライト状に成長したリチウム金属がセパレータを突き破ったことが原因で３２００サイクル時点において内部短絡が発生して電力貯蔵デバイスとして機能しなくなった。また、比較例２のセルは共通負極のリチウム電池負極電極層の容量が、対向するリチウム電池正極より少ないため、十分な放電容量が得られず、また、サイクル試験においても負極中の少ない電極層が酷使されるため電極層の劣化が著しく、５０００サイクル後の容量維持率は５１％と低かった。
【００７１】
以上のように、リチウムイオンキャパシタ部、リチウム電池部いずれも各々の正極電極層の放電容量に比べて負極電極層の放電容量の方を多くすることで、良好な放電容量およびサイクル時の容量維持が得られることがわかる。
【００７２】
比較例３は共通負極の集電箔の開口率が０．９％と低いため、リチウムイオンのドープ量が少なく、このためリチウムイオンキャパシタ部の容量が得られず放電容量が少なかった。また、実施例１に比べて、サイクル試験におけるリチウムイオンキャパシタ部の効果が少なくなり、２０００サイクル後、５０００サイクル後の容量維持率も低かった。
【００７３】
また、比較例４は共通負極の集電箔の開口率が１６％と高いため、リチウムイオンのドープは十分であったが、複数回の穿孔処理により負極電極層が脆くなり部分的に欠落する現象が生じた。また、２０００サイクル後の容量維持率は良好であったが、５０００サイクル後の容量維持率は低かった。これはサイクル時にリチウム電池部の充放電にリチウムイオンキャパシタ正極側の負極電極層の一部が使用されるため容量劣化が少ないが、孔周辺の負極電極層には電流が集中しやすく、電極層の劣化が促進されるため、３０００サイクル付近から急激に容量維持率が低下した。
以上から、共通負極の集電箔の開口率、すなわち負極孔の開口率は１％〜１５％が好ましいことが判明した。
【符号の説明】
【００７４】
１：リチウムイオンキャパシタ正極      ２：正極集電箔
３：リチウムイオンキャパシタ正極電極層
４：リチウム電池正極電極層            ５：リチウム電池正極
６：共通負極                          ７：負極集電箔
８：リチウムイオンキャパシタ負極電極層
９：リチウム電池負極電極層            １０：負極孔
１１：第一セパレータ                  １２：第二セパレータ
１３：共通正極                        １４：突起金型
１５：平滑金属板                      １６：スペーサー
１７：穿孔ロール                      １８：平滑ロール
１９、２１：正極端子                  ２０、２２：負極端子
２３：針状突起                        ３０：リチウムイオンキャパシタ部
４０：リチウム電池部                  ６０：共通負極原反
【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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