(57)【要約】【課題】リード部の断裂を抑えつつ、信頼性の高いリチウムイオンキャパシタを提供する。【解決手段】リチウムイオンキャパシタ１０は、複数の電極板３０を含む電極積層体２０と、電極積層体を収容して封止する外装体８０と、電極積層体に電気的に接続されていると共に、外装体の内部から外部に引き出されている電極端子９０と、を備え、電極板は、集電体４０と、集電体上に設けられた電極材５０と、を含み、集電体は、複数の第一の貫通孔４４Ａ１が全体に亘って形成されていると共に、電極材が設けられている本体部４１と、複数の第二の貫通孔Ａ２が根元部分に形成されていると共に、本体部の一部から電極端子に向かって延出するリード部４２と、を含み、リード部は、平面視において、根元部分に凹状の円弧部４２３を含み、電極材は、リード部の根元部分にも設けられ、リード部の根元部分に設けられた複数の貫通孔の少なくとも一部を覆っているとともに、複数の前記第二の貫通孔の少なくとも一部に充填されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極板を含む電極積層体と、
前記電極積層体を収容して封止する外装体と、
前記電極積層体に電気的に接続されていると共に、前記外装体の内部から外部に引き出されている電極端子と、を備え、
前記電極板は、
集電体と、
前記集電体上に設けられた電極材と、を含み、
前記集電体は、
複数の第一の貫通孔が全体に亘って形成されていると共に、前記電極材が設けられている本体部と、
複数の第二の貫通孔が根元部分に形成されていると共に、前記本体部の一部から前記電極端子に向かって延出するリード部と、を含み、
前記リード部は、平面視において、前記根元部分に凹状の円弧部を含み、
前記電極材は、前記根元部分にも設けられ、複数の前記第二の貫通孔の少なくとも一部を覆っているとともに、複数の前記第二の貫通孔の少なくとも一部に充填されているリチウムイオンキャパシタ。
【請求項２】
請求項１に記載のリチウムイオンキャパシタであって、
前記円弧部は、平面視において、前記根元部分の両側に形成されているリチウムイオンキャパシタ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のリチウムイオンキャパシタであって、
前記電極板のうち正極側の電極板の前記リード部と、前記電極板のうち負極側の電極板の前記リード部とは、実質的に同一の方向に延出しているリチウムイオンキャパシタ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のリチウムイオンキャパシタの製造方法であって、
複数の前記電極板を作製する工程を備え、
複数の前記電極板を作製する工程は、
電極活物質を含む電極ペーストを金属箔に塗布し、前記電極ペーストを乾燥させることで電極中間体を作製する第一の工程と、
前記電極中間体から、前記電極板を切り抜く第二の工程と、を含み、
前記第一の工程は、
複数の前記第一及び第二の貫通孔が形成された第一の領域を有する前記金属箔を準備することと、
前記第一の領域に含まれるとともに、前記第一の領域よりも狭い第二の領域に前記電極ペーストを塗布することと、
前記第二の領域に塗布した前記電極ペーストを乾燥させることと、を含み、
前記第二の工程は、
前記根元部分に前記円弧部が形成され、かつ、前記根元部分に前記第二の領域が含まれるように、前記電極中間体から前記電極板を切り抜くことを含むリチウムイオンキャパシタの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のリチウムイオンキャパシタの製造方法であって、
前記リード部に前記電極端子を電気的に接続させる工程を備え、
前記リード部に前記電極端子を電気的に接続させる工程は、
前記前記リード部と前記電極端子とを超音波溶接することを含むリチウムイオンキャパシタの製造方法。
【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及びリチウムイオンキャパシタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオンキャパシタに用いられる電極シートとして、表面に活物質層が形成された集電体と、集電体から延出され、他の電極シートと溶接される部分とを有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−８９６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般な電極シートでは、リチウムイオンの移動経路として、電極シートの集電体及び集電体から延出した部分（以下、リード部とも称する。）にわたって複数の貫通孔が設けられている。このような電極シートでは、リード部に形成された複数の貫通孔により、リード部の強度が低下してしまう場合があり、特に、集電体の本体部分とリード部との接続部分が直角とされていると、リード部の根元部分に応力が集中してしまい、リード部に断裂が生じ易くなる、という問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、リード部の断裂を抑え、信頼性の高いリチウムイオンキャパシタを提供することである。また、本発明が解決しようとする課題は、リード部の断裂を抑えることが可能なリチウムイオンキャパシタの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明に係るリチウムイオンキャパシタは、複数の電極板を含む電極積層体と、前記電極積層体を収容して封止する外装体と、前記電極積層体に電気的に接続されていると共に、前記外装体の内部から外部に引き出されている電極端子と、を備え、前記電極板は、集電体と、前記集電体上に設けられた電極材と、を含み、前記集電体は、複数の第一の貫通孔が全体に亘って形成されていると共に、前記電極材が設けられている本体部と、複数の第二の貫通孔が根元部分に形成されていると共に、前記本体部の一部から前記電極端子に向かって延出するリード部と、を含み、前記リード部は、平面視において、前記根元部分に凹状の円弧部を含み、前記電極材は、前記根元部分にも設けられ、前記根元部分に設けられた複数の前記第二の貫通孔の少なくとも一部を覆っているとともに、複数の前記第二の貫通孔の少なくとも一部に充填されているリチウムイオンキャパシタである。
【０００７】
［２］上記発明において、前記円弧部は、平面視において、前記根元部分の両側に形成されていてもよい。
【０００８】
［３］上記発明において、前記電極板のうち正極側の電極板の前記リード部と、前記電極板のうち負極側の電極板の前記リード部とは、実質的に同一の方向に延出していてもよい。
【０００９】
［４］本発明に係るリチウムイオンキャパシタの製造方法は、上記のリチウムイオンキャパシタの製造方法であって、複数の前記電極板を作製する工程を備え、複数の前記電極板を作製する工程は、電極活物質を含む電極ペーストを金属箔に塗布し、前記電極ペーストを乾燥させることで電極中間体を作製する第一の工程と、前記電極中間体から、前記電極板を切り抜く第二の工程と、を含み、前記第一の工程は、複数の前記第一及び第二の貫通孔が形成された第一の領域を有する前記金属箔を準備することと、前記第一の領域に含まれるとともに、前記第一の領域よりも狭い第二の領域に前記電極ペーストを塗布することと、前記第二の領域に塗布した前記電極ペーストを乾燥させることと、を含み、前記第二の工程は、前記根元部分に前記円弧部が形成され、かつ、前記根元部分に前記第二の領域が含まれるように、前記電極中間体から前記電極板を切り抜くことを含む。
【００１０】
［５］上記発明において、前記リード部に前記電極端子を電気的に接続させる工程を備え、前記リード部に前記電極端子を電気的に接続させる工程は、前記前記リード部と前記電極端子とを超音波溶接することを含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、リード部の根元部分に凹状の円弧部を形成し、リード部の根元部分に電極材を設け、当該電極材によりリード部の根元部分に設けられた第二の貫通孔の一部を覆うとともに、第二の貫通孔の内部に電極材が充填されることで、リード部の根元部分を補強することができる。その結果、リード部の断裂を抑え、信頼性の高いリチウムイオンキャパシタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係るリチウムイオンキャパシタを示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態に係るリチウムイオンキャパシタを示す分解斜視図である。
【図３】図３は、図１のIII-III線に沿った断面図である。
【図４】図４は、図１のIV-IV線に沿った断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る正極板を示す平面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る負極板を示す平面図である。
【図７】図７は、図５のVII部の部分拡大図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に係る正極板の変形例を示す平面図である。
【図９】図９は、図５のIX-IX線に沿った断面図である。
【図１０】図１０は、比較例に係る電極板を示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオンキャパシタの製造方法を説明するための工程図である。
【図１２】図１２（ａ）は、金属箔を準備する工程を説明する平面図であり、図１２（ｂ）は、金属箔に電極ペーストを塗布・乾燥する工程を説明する平面図であり、図１２（ｃ）は、電極中間体から電極板を切り抜く工程を説明する平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態におけるリチウムイオンキャパシタに対する水平ドープ処理を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態に係るリチウムイオンキャパシタを示す斜視図、図２は本発明の一実施形態に係るリチウムイオンキャパシタを示す分解斜視図、図３は図１のIII-III線に沿った断面図、図４は図１のIV-IV線に沿った断面図である。
【００１５】
図１に示すリチウムイオンキャパシタ１０は、扁平型のラミネートタイプのリチウムイオンキャパシタである。このリチウムイオンキャパシタ１０は、６０ｍｍ程度の長さ、３５ｍｍ程度の幅、及び、４ｍｍ程度の厚さの寸法を有しており、小型に分類されるリチウムイオンキャパシタである。なお、リチウムイオンキャパシタ１０の寸法は、特に上記の数値に限定されない。
【００１６】
このリチウムイオンキャパシタ１０は、図２に示すように、電極積層体２０と、電極積層体２０を収容して封止する外装体８０と、電極積層体２０に電気的に接続された電極端子９０Ａ，９０Ｂとを備えている。外装体８０の内部には電解液（不図示）が充填されている。
【００１７】
電極積層体２０は、図３及び図４に示すように、複数の正極板３０Ａと、複数の負極板３０Ｂと、複数のセパレータ６０と、を備えている、正極板３０Ａと負極板３０Ｂは、セパレータ６０を介して交互に積層されている。なお、電極積層体２０を構成する正極板３０Ａ、負極板３０Ｂ、及びセパレータ６０の枚数は特に限定されない。正極板３０Ａ及び負極板３０Ｂについては、後に詳細に説明する。
【００１８】
セパレータ６０は、電解液、正極側の電極材、及び負極側の電極材等に対して耐久性があり、連通孔を有する一方で電子導電性は有しない多孔体から構成されている。このセパレータ６０は、具体的には、セルロース、ポリエチレン等から形成される不織布や微多孔膜から構成されている。このセパレータ６０には電解液が含浸されている。なお、漏液を防止するために、電解液に代えて、ゲル状又は固体状の電解質を用いてもよく、この場合には、セパレータ６０を省略してもよい。
【００１９】
電解液の具体例としては、リチウム塩の非プロトン性有機溶媒電解質溶液を例示することができる。リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＦＳＩ、ＬｉＴＦＳＩを用いることができる。また、非プロトン性有機溶媒の具体例としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどのカーボネートを例示することができる。なお、これら非プロトン性有機溶媒の二種以上を混合した混合液を用いてもよい。
【００２０】
さらに、本実施形態における電極積層体２０は、図４に示すように、リチウム極７０を備えている。このリチウム極７０は、最下段の負極板３０Ｂの更に下にセパレータ６０を介して積層されており、負極板３０Ｂに対してリチウムイオンを供給するリチウム供給源として機能する。このリチウム極７０は、負極板３０Ｂに電気的に接続されており、負極板３０Ｂにリチウムを担持させることが可能となっている。リチウムイオンを負極にスムーズに担持させるために、リチウム極７０を負極板３０Ｂに対向するように配置することが好ましい。このようなリチウム極７０としては、アルミニウム、銅等の金属箔に複数の貫通孔を設けた導電性多孔体の表面に、少なくともリチウムを含有し、リチウムイオンを供給することのできるリチウム供給源が形成されたものを用いる。リチウム供給源としては、例えば、リチウム−アルミニウム合金等を例示することができる。
【００２１】
なお、リチウム極は、図３及び図４に示す形態に限定されない。例えば、特に図示しないが、（１）最上段の正極板の上に負極板をさらに設け、当該負極板の上にリチウム極を配置した形態や、（２）電極積層体の中央領域の２つの負極板の間にリチウム極を介在させた形態としてもよい。
【００２２】
外装体８０は、上側部材８２と下側部材８３とを有している。上側部材８２は、長方形状のラミネートフィルムであり、平面視にて長方形状の凹部８２１を中央に有している。下側部材８３は、長方形状のラミネートフィルムであり、略平坦に形成されている。この上側部材８２と下側部材８３が上下に重なり合うと、凹部８２１内に電極積層体２０を収容可能な空間が形成される。
【００２３】
上側部材８２と下側部材８３を構成するラミネートフィルム８１は、図３及び図４の拡大図に示すように、アルミニウム等から構成される金属箔８１Ａと、当該金属箔８１Ａの両面にそれぞれ積層された第１及び第２の樹脂フィルム８１Ｂ，８１Ｃと、を備えている。金属箔８１Ａの内側に積層された第１の樹脂フィルム８１Ｂは、耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂材料から構成されている。一方、金属箔８１Ａの外側に積層された第２の樹脂フィルム８１Ｃは、電気絶縁性に優れた樹脂材料から構成されている。
【００２４】
上側部材８２の外周縁と下側部材８３の外周縁とは、相互に熱融着されることにより接合されている。これにより、外装体８０の全周に亘って、外装体８０が封止され、電極積層体２０が密封状態の外装体８０の内部に収容されている。なお、上側部材と下側部材とを一枚のラミネートフィルムにより構成し、当該ラミネートフィルムを二つ折りにして、対向する上側部材及び下側部材の三辺を相互に熱融着することで、外装体を形成してもよい。
【００２５】
正極端子９０Ａは、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属材料から構成された帯状の部材であり、全体に亘って平坦な形状を有している。この正極端子９０Ａは、外装体８０の内部から外側に引き出されており、当該正極端子９０Ａの先端が外装体８０の外部に位置している。この正極端子９０Ａの後端には、正極板３０Ａのリード部４２Ａ（後述）の先端が接合されている。また、この正極端子９０Ａと外装体８０との間にはシーラント樹脂層９１が介在している。なお、正極端子９０Ａの表面に、ニッケル又は錫等のめっき層等を形成してもよい。
【００２６】
負極端子９０Ｂは、例えば銅又は銅合金等の金属材料から構成された帯状の部材であり、全体に亘って平坦な形状を有している。この負極端子９０Ｂも、外装体８０の内部から外側に引き出されており、当該負極端子９０Ｂの先端が外装体８０の外部に位置している。この負極端子９０Ｂの後端には、負極板３０Ｂのリード部４２Ｂ（後述）が接合されている。また、この負極端子９０Ｂと外装体８０との間にもシーラント樹脂層９１が介在している。なお、負極端子９０Ｂの表面に、ニッケル又は錫等のめっき層等を形成してもよい。
【００２７】
本実施形態では、正極端子９０Ａは、外装体８０の一方の短辺から一方の方向（図３の左側）に向かって引き出されている。負極端子９０Ｂも、外装体８０の一方の短辺から一方の方向（図４の左側）に向かって引き出されている。すなわち、本実施形態では、両方の電極端子９０Ａ，９０Ｂが、外装体８０の同一の短辺から引き出されていると共に、実質的に同一の方向（図３及び図４の左側）に向かって引き出されている。
【００２８】
また、本実施形態では、図２において、リチウムイオンキャパシタ１０の中心線ＣＬに対して、電極端子９０Ａ，９０Ｂが線対称に配置されている。なお、リチウムイオンキャパシタ１０の中心線ＣＬは、電極端子９０Ａ，９０Ｂの導出方向に沿ったリチウムイオンキャパシタ１０の中心線である。
【００２９】
図５は本発明の一実施形態に係る正極板を示す平面図、図６は本発明の一実施形態に係る負極板を示す平面図、図７は図５のVII部の部分拡大図、図８は本発明の一実施形態に係る正極板の変形例を示す平面図、図９は図５のIX-IX線に沿った断面図である。
【００３０】
以下に、図５に示す正極板３０Ａについてより詳細に説明する。図６に示す負極板３０Ｂは、集電体を構成する材料、電極材を構成する材料、及び、リード部の配置について正極板３０Ａと相違するが、その他の構成は同じである。そのため、正極板３０Ａについてした説明を援用して、負極板３０Ｂの詳細な説明を省略し、負極板３０Ｂの構成のうち正極板３０Ａとの相違点のみ都度詳細に説明する。
【００３１】
正極板３０Ａは、図５に示すように、集電体４０Ａと、集電体４０Ａ上に設けられた電極材５０Ａとを含んでいる。集電体４０Ａは、導電性を有する材料により構成された板状（箔状）の部材である。このような集電体４０Ａとしては、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属箔からなるパンチングメタル等の導電性多孔体が用いられる。なお、負極板３０Ｂを構成する集電体４０Ｂとしては、銅、ステンレス、ニッケル等の金属箔からなるパンチングメタル等の導電性多孔体が用いられる。
【００３２】
集電体４０Ａは、電極板３０の積層方向において他の電極板３０と重なる矩形状の本体部４１Ａと、本体部４１Ａの一部から正極端子９０Ａに向かって延出するリード部４２Ａ（図３参照）とを含んでいる。また、この集電体４０Ａは、１０ｍｍ〜５０ｍｍの厚さＤ１Ａ（１０ｍｍ≦Ｄ１Ａ≦５０ｍｍ）を有している（図９参照）。
【００３３】
本実施形態の本体部４１Ａは、セパレータ６０を介して他の電極板３０と対向している（図３参照）。図７に示すように、この本体部４１Ａの略全体には、電解液やリチウムイオンの移動経路となる複数の第一の貫通孔４４Ａ１が設けられている。第一の貫通孔４４Ａ１は、集電体４０Ａの両側の主面に開口し、集電体４０Ａの厚さ方向（電極板３０の積層方向）に延在する貫通孔である。本実施形態では、相互に略同一の径を有する複数の第一の貫通孔４４Ａ１が、規則的に配列されている。なお、複数の第一の貫通孔４４Ａ１は、相互に異なる径を有する貫通孔が混在していてもよい。また、複数の第一の貫通孔４４Ａ１は、不規則に配列されていてもよい。また、第一の貫通孔４４Ａ１の形状としては、円形状に限らず、三角形や、四角形等のｎ角形や、楕円等の種々の図形単位を採用することができる。また、本体部４１Ａは、用途に応じてサイズを自由に決めることができる。例えば、１０ｍｍ〜１００ｍｍの幅Ｗ１Ａ（１０ｍｍ≦Ｗ１Ａ≦１００ｍｍ）、１５ｍｍ〜１５０ｍｍの長さＬ１Ａ（１５ｍｍ≦Ｌ１Ａ≦１５０ｍｍ）を有している（図５参照）。
【００３４】
本体部４１Ａの短辺４１１Ａからは、本体部４１Ａと一体的に形成された帯状のリード部４２Ａが延出している。図３に示すように、それぞれの正極板３０Ａの本体部４１Ａから延出する複数のリード部４２Ａは、その先端が相互に重ねられた状態で溶接等により接合されている。また、複数のリード部４２Ａは、外装体８０の内部に露出する正極端子９０Ａの後端に溶接等により接合されている。
【００３５】
図７に戻り、リード部４２Ａの一方の側部４２１Ａは、平面視において本体部４１Ａの右側の長辺４１２Ａと実質的に同一の仮想直線（不図示）上に配されており、側部４２１Ａと長辺４１２Ａとが連続的となっている。これに対して、リード部４２Ａの他方の側部４２２Ａは、本体部４１Ａの短辺４１１Ａと繋がっており、これら側部４２２Ａと短辺４１１Ａとが繋がる部分には、リード部４２Ａと本体部４１Ａを滑らかに接続する円弧部４２３Ａが形成されている。
【００３６】
円弧部４２３Ａは、リード部４２Ａの幅方向の内側に向かって凹状となる円弧形状（Ｒ形状）とされている。本実施形態では、円弧部４２３Ａは、四半円形状とされている。リード部４２Ａの根元部分（図７に示す長さＬ３の領域）に円弧部４２３Ａが形成されることで、本体部４１Ａに接近するに従いリード部４２Ａの幅が次第に大きくなっている。また、リード部４２Ａの根元部分と本体部４１Ａとの境界部分の幅Ｗ２Ａは３ｍｍ〜３０ｍｍであるとともに（３ｍｍ≦Ｗ２Ａ≦３０ｍｍ）、リード部４２Ａの先端部側の最小幅Ｗ３Ａは２ｍｍ〜２９ｍｍである（２ｍｍ≦Ｗ３Ａ≦２９ｍｍ）。また、集電体４０Ａは、上記Ｗ１Ａと上記Ｗ２Ａとの比（Ｗ１Ａ：Ｗ２Ａ）＝１：２〜２９：３０を有している（図５参照）。
【００３７】
なお、図８に示す正極板３０Ａ１のように、リード部４２Ａ１の一方の側部４２１Ａが、本体部４１Ａの長辺４１２Ａと実質的に同一の仮想直線（不図示）上に配されていない場合、リード部４２Ａ１の根元部分の両側に、円弧部４２３Ａが形成されていてもよい。
【００３８】
図７に戻り、本実施形態では、特に限定されないが、リード部４２Ａが断裂するのを抑制する観点から、円弧部４２３Ａの曲率半径Ｒは、下記（１）式を満たすように設定されていてもよい。
１ｍｍ≦Ｒ≦５ｍｍ  …  （１）
【００３９】
円弧部４２３Ａの曲率半径Ｒを１ｍｍ以上とすることで、リード部４２Ａの根元部分における応力集中の緩和効果をより確実に得ることができる。また、図３、４に示すように、リード部４２Ａの根元部分における電極材５０Ａは、他極の電極材５０Ｂと対向しない。そのため、電池の充放電時に、他極の電極材５０Ｂの一部分において、対向する電極材５０Ａに加えて、根元部分における電極材５０Ａとの間でもリチウムイオンの授受が行われ、局所的にリチウムイオンの授受が過剰となり、他極の電極材５０Ｂが劣化することがある。これに対して、円弧部４２３Ａの曲率半径Ｒを５ｍｍ以下とすることで、根元部分における電極材５０Ａの面積が大きくなりすぎないため、他極の電極材５０Ｂの局所的な劣化を抑制することができる。
【００４０】
リード部４２Ａの根元部分には、複数の第二の貫通孔４４Ａ２が設けられている。この第二の貫通孔４４Ａ２は、リード部４４Ａの延在方向に沿って本体部４１Ａの端部（図７における上端）から距離Ｌ３の範囲に設けられており、当該範囲の幅方向の全域に規則的に配置されている。特に限定されないが、この距離Ｌ３は０．１ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい（０．１ｍｍ≦Ｌ３≦５ｍｍ）。
【００４１】
Ｌ３を０．１ｍｍ以上とすることで、第二の貫通孔４４Ａ２に充填される電極材５０Ａの量を十分に確保できるため、リード部４４Ａを確実に補強できる。Ｌ３を５ｍｍ以下とすることで、第二の貫通孔４４Ａ２の過度な形成による根元部分の強度の低下を抑制できる。
【００４２】
この第二の貫通孔４４Ａ２は、上述の第一の貫通孔４４Ａ１と同様の形状及び大きさを有している。また、この第二の貫通孔４４Ａ２の配列も上述の第一の貫通孔４４Ａ１と同様に規則的に配列されている。
【００４３】
本実施形態では、本体部４１Ａだけでなくリード部４２Ａの根元部分にも複数の第二の貫通孔４４Ａ２が形成されていることで、リチウムイオンの移動経路がより一層増して、リチウムイオンキャパシタにおいてより均一な充放電を行うことができる。
【００４４】
電極材５０Ａは、集電体４０Ａの表面に塗布等により付着させることで形成されている。例えば、表裏面の電極材５０Ａは、それぞれ、それぞれ、０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さＤ２Ａ、Ｄ３Ａを有している（０．０１ｍｍ≦Ｄ２Ａ≦０．２ｍｍ、０．０１ｍｍ≦Ｄ３Ａ≦０．２ｍｍ）（図９参照）。この電極材５０Ａは、リチウムイオン及びアニオンを可逆的に担持及び放出できる物質から構成されている。このような電極材５０Ａとしては、活性炭を主成分とした電極材を用いる。なお、負極板３０Ｂの電極材５０Ｂは、リチウムイオンを可逆的に担持及び放出できる物質から構成されている。このような電極材５０Ｂとしては、黒鉛やハードカーボン等の炭素材料を主成分とした電極材を用いる。
【００４５】
電極材５０Ａは、本体部４１Ａの両側の主面の略全体に設けられており、本体部４１Ａに形成された複数の第二の貫通孔４４Ａ２を覆っている。さらに、本実施形態では、この本体部４１Ａ上に設けられた電極材５０Ａの一部がリード部４２Ａ上に食み出しており、リード部４２Ａの根元部分にも電極材５０Ａが設けられている。
【００４６】
リード部４２Ａの根元部分に設けられた電極材５０Ａは、リード部４２Ａの根元部分に形成された複数の第二の貫通孔４４Ａ２の一部を覆っている。本実施形態では、第一及び第二の貫通孔４４Ａ１、４４Ａ２の径が電極材５０Ａを構成する物質の粒径よりも大きくなるように設定されており、図９に示すように、電極材５０Ａの一部が第二の貫通孔４４Ａの内部に入り込んでいる。
【００４７】
なお、正極板３０Ａにおける充放電の均一性を確保する観点から、リード部４２Ａの根元部分に形成された複数の第二の貫通孔４４Ａ２は、電極材５０Ａが設けられていない部分にも形成されていることが好ましい。本実施形態では、図７に示すように、リード部４２Ａの延在方向において、複数の第二の貫通孔４４Ａ２の形成領域が電極材５０Ａよりもリード部４２Ａの先端側まで広がっている。
【００４８】
また、本実施形態では、リード部４２Ａが断裂するのを抑制すると共に、電極材５０Ａの劣化を抑える観点から、リード部４２Ａの延在方向に沿ったリード部４２Ａ上に設けられた電極材５０Ａの長さＬ４が、下記（２）式を満たすように設定されていてもよい。
０．１ｍｍ≦Ｌ４≦３ｍｍ  …  （２）
【００４９】
リード部４２Ａの根元部分に設けられた電極材５０Ａの長さＬ４が０．１ｍｍ以上とすることで、リード部４２Ａの根元部分における応力集中の緩和効果を確実に得ることができる。また、長さＬ４が３ｍｍ以下とすることで、根元部分における電極材５０Ａの面積が大きくなりすぎないため、他極の電極材５０Ｂの局所的な劣化を抑制することができる。
【００５０】
なお、正極板３０Ａのリード部４２Ａと、負極板３０Ｂのリード部４２Ｂとは、実質的に同一の方向に引き出されている。この場合、本実施形態では、正極板３０Ａと負極板３０Ｂとが短絡するのを抑制する観点から、リード部４２Ａとリード部４２Ｂとを相互に離間して、これらが重ならないようにしている。図６に示すように、負極板３０Ｂにおいて、リード部４２Ｂの一方の側部４２１Ｂは、平面視において本体部４１Ｂの右側の長辺４１３Ｂと実質的に同一の仮想直線（不図示）上に配されており、側部４２１Ｂと長辺４１３Ｂとが連続的となっている。また、リード部４２Ｂの他方の側部４２２Ｂと本体部４１Ｂの短辺４１１Ｂとが繋がる部分には、これらリード部４２Ｂと本体部４１Ｂとを滑らかに接続する円弧部４２３Ｂが形成されている。
【００５１】
図４に示すように、それぞれの負極板３０Ｂの本体部４１Ｂから延出する複数のリード部４２Ｂは、その先端が相互に重ねられた状態で溶接等により接合されている。また、複数のリード部４２Ｂは、外装体の内部に露出する負極端子９０Ｂの後端に溶接等により接合されている。
【００５２】
本実施形態のリチウムイオンキャパシタ１０は、以下の効果を奏する。
【００５３】
以下の説明では、必要に応じて、正極板３０Ａ及び負極板３０Ｂを電極板３０と総称し、集電体４０Ａ及び集電体４０Ｂを集電体４０と総称し、本体部４１Ａ及び本体部４１Ｂを本体部４１と総称し、短辺４１１Ａ及び短辺４１１Ｂを短辺４１１と総称し、リード部４２Ａ及びリード部４２Ｂをリード部４２と総称し、側部４２２Ａ及び側部４２２Ｂを側部４２２と総称し、円弧部４２３Ａ及び円弧部４２３Ｂを円弧部４２３と総称し、電極材５０Ａ及び電極材５０Ｂを電極材５０と総称する。
【００５４】
一般的にリチウムイオンキャパシタにおいては、エネルギ密度を高めるため、負極側の電極板（具体的には、負極側の電極材）に予めリチウムイオンを担持する、いわゆるプレドープが行われる。この場合、積層された複数の電極板に対してプレドープを均一に実行するため、それぞれの電極板の集電体には、リチウムイオンが通過できる移動経路として、複数の貫通孔が設けられている。
【００５５】
図１０は比較例に係る電極板を示す平面図である。図１０に示す電極板１３０の集電体１４０は、矩形状の本体部１４１と、本体部１４１から延出したリード部１４２とから構成されている。本体部１４１の表面には電極材１５０が設けられている。電極板１３０においては、本体部１４１が、他極の電極板１３０の本体部１４１とセパレータ１６０を介して対向しており、正負極の電極板１３０の間でリチウムイオンが授受されることで、リチウムイオンキャパシタの充放電が行われる。
【００５６】
ここで、電極板１３０においては、本体部１４１だけでなくリード部１４２の根元部分にも複数の貫通孔１４４が設けられている。この場合、リード部１４２の根元部分において、リード部１４２の強度が低下してしまい、リード部１４２が断裂し易くなるおそれがある。特に、比較例に係る電極板１３０のように、本体部１４１とリード部１４２との接続部分が直角とされている場合、リード部１４２の根元部分に応力が集中してしまい、リード部１４２に断裂が生じる可能性が高まる。
【００５７】
さらに、比較例に係る電極板１３０は、小型セルに分類されるリチウムイオンキャパシタに組み込まれるものであり、小型化を図るため正極側の電極端子と負極側の電極端子とが実質的に同一の方向に引き出されている。この場合、正極側の電極板１３０のリード部１４２及び負極側の電極板１３０のリード部１４２は、それぞれ本体部１４１の同一側に位置する辺から同一の方向に延出することとなるが、これらリード部同士が短絡してしまうのを抑制する観点から、正極側のリード部１４２と負極側のリード部１４２とを離間して配する必要がある。このため、本体部の異なる側に位置する辺からリード部を延出させる場合に比べて、リード部１４２を幅狭に形成しなければならず、これによって、リード部１４２の強度が低下し、リード部１４２に断裂が生じる可能性が高まる。
【００５８】
これに対して、本実施形態では、リード部４２の側部４２２と本体部４１の短辺４１１とが繋がる部分に円弧部４２３を形成することで、リード部４２の根元部分に応力が集中するのを緩和している。また、電極材５０が、リード部４２の根元部分にも設けられており、リード部４２の根元部分に形成された貫通孔４４Ａ２を覆うことで、リード部４２を補強している。これにより、リード部４２の強度低下を抑えることができる。特に、本実施形態では、リード部４２の根元部分において、電極材５０が貫通孔４４Ａ２の内部に充填されており、リード部４２の補強効果がより一層顕著に奏する。
【００５９】
本実施形態における「電極積層体２０」が本発明における「電極積層体」の一例に相当し、本実施形態における「正極板３０Ａ」及び「負極板３０Ｂ」が本発明における「電極板」の一例に相当し、本実施形態における「集電体４０Ａ」及び「集電体４０Ｂ」が本発明における「集電体」の一例に相当し、本実施形態における「本体部４１Ａ」及び「本体部４１Ｂ」が本発明における「本体部」の一例に相当し、本実施形態における「リード部４２Ａ」及び「リード部４２Ｂ」が本発明における「リード部」の一例に相当し、本実施形態における「円弧部４２３Ａ」及び「円弧部４２３Ｂ」が本発明における「円弧部」の一例に相当し、本実施形態における「貫通孔４４Ａ１」及び「貫通孔４４Ｂ１」が本発明における「第一の貫通孔」に相当し、「貫通孔４４Ａ２」及び「貫通孔４４Ｂ２」が本発明における「第二の貫通孔」の一例に相当し、本実施形態における「電極材５０Ａ」及び「電極材５０Ｂ」が本発明における「電極材」の一例に相当し、本実施形態における「外装体８０」が本発明における「外装体」の一例に相当し、本実施形態における「正極端子９０Ａ」及び「負極端子９０Ｂ」が本発明における「電極端子」の一例に相当する。
【００６０】
次に、本実施形態のリチウムイオンキャパシタの製造方法について、図１１、図１２を参照しながら説明する。図１１は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオンキャパシタの製造方法を説明する工程図であり、図１２（ａ）は、金属箔を準備する工程を説明する平面図であり、図１２（ｂ）は、金属箔に電極ペーストを塗布・乾燥する工程を説明する平面図であり、図１２（ｃ）は、電極中間体から電極板を切り抜く工程を説明する平面図である。
【００６１】
本実施形態のリチウムイオンキャパシタ１０の製造方法は、図１１に示す通り、複数の電極板３０を作製する工程（Ｓ１００）と、電極積層体２０を作製する工程（Ｓ２００）と、電極積層体２０に電極端子９０を接続する工程（Ｓ３００）と、電極積層体２０を外装体８０に収容する工程（Ｓ４００）と、を含んでいる。
【００６２】
複数の電極板３０を作製する工程（Ｓ１００）では、図１１に示す第一の工程（Ｓ１１０）と、第二の工程（Ｓ１２０）とを含んでおり、これらの工程を経ることで正極板３０Ａ及び負極板３０Ｂが作製される。
【００６３】
第一の工程（Ｓ１１０）では、まず、図１２（ａ）に示すように、電極板の集電体となる金属箔２４０を準備する（図１１のＳ１１１）。金属箔２４０は、図１２（ａ）に示すように、第一の貫通孔４４Ａ１（４４Ｂ１）及び第二の貫通孔４４Ａ２（４４Ｂ２）が形成された第一の領域Ｒｅ１を有している。さらに、金属箔２４０は、後工程において電極ペーストが塗布される第二の領域Ｒｅ２を有している。この第二の領域Ｒｅ２は、第一の領域Ｒｅ１よりも狭く（面積が小さく）なっているとともに、第一の領域Ｒｅ１の内部に位置している。特に限定されないが、具体的には、図１２（ａ）に示すように、第一の領域Ｒｅ１は、金属箔２４０の端部２４１（図１２（ａ）の金属箔２４０の下端）から距離Ｌ５の範囲の全域である。一方、第二の領域Ｒｅ２は、金属箔２４０の端部２４１から距離Ｌ６の範囲の全域である。この第二の領域Ｒｅ２の距離Ｌ６は、第一の領域Ｒｅ１の距離Ｌ５よりも短い（Ｌ６＜Ｌ５）。
【００６４】
正極板３０Ａを作製する場合には、金属箔２４０を構成する材料として、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属材料を準備すればよい。一方、負極板３０Ｂを作製する場合には、金属箔２４０を構成する材料として、例えば、銅又は銅合金等の金属材料を準備すればよい。
【００６５】
次に、図１２（ｂ）に示すように、金属箔２４０の第二の領域Ｒｅ２の両面又は片面に、電極ペースト２５０を塗布する（図１１のＳ１１２）。電極ペースト２５０は、例えば、ダイコータやバーコータなどを用いて、第二の領域Ｒｅ２に塗布する。このとき、第一の領域Ｒｅ１の一部分Ｒｅ１‘は、電極ペースト２５０が塗布されずに露出しており、この露出部分に位置する貫通孔４４Ａ２も露出している。一方で、第二の領域Ｒｅ２に位置する貫通孔４４Ａ２は、少なくとも一方の開口が電極ペースト２５０に覆われているとともに、内部に電極ペースト２５０が充填されている（図９）。
【００６６】
電極ペースト２５０としては、電極活物質、導電材、バインダなどを混合した混合物を用いることができる。正極板３０Ａを作製する場合には、電極活物質（正極活物質）として、活性炭などを用いることができる。負極板３０Ｂを作製する場合には、電極活物質（負極活物質）として、黒鉛、ハードカーボン、珪素、珪素酸化物、珪素合金、錫、錫酸化物、錫合金などを用いることができる。こうした正極活物質又は負極活物質を、カーボンブラックなどの導電助剤、スチレンブタジエンゴムなどのバインダ、カルボキシルメチルセルロースなどの分散剤を溶媒中に分散させたものを電極ペースト２５０として用いることができる。
【００６７】
次に、電極ペースト２５０を乾燥炉などを用いて乾燥させる（図１１のＳ１１３）。これにより、電極ペースト２５０が固化して電極材５０となり、電極中間体２３０が作製される。また、必要に応じて、電極材５０の膜厚を均一化するために、電極中間体の電極材５０をプレス加工してもよい。
【００６８】
次に、図１２（ｃ）に示すように、電極中間体２３０から電極板３０を切り抜く。この際に、電極板３０のリード部４２の根元部分に円弧部４２３が形成され、かつ、根元部分に電極材５０が形成された第二の領域Ｒｅ２が含まれるように、電極中間体２３０から電極板３０を切り抜く。電極板３０の切り抜きには、電極板３０の形状を有する金型を具備する電極打ち抜き用のプレス機などを用いればよい。また、図１２（ｃ）では、電極中間体２３０から１枚の電極板３０を切り抜く場合を例示したが、上記プレス機などで同時に複数の電極板３０を打ち抜いて作製してもよい。
【００６９】
次に、セパレータ６０を準備し、図３及び図４のように、３対の正極板３０Ａ、負極板３０Ｂ及びセパレータ６０を積層した電極積層体２０を製造する（Ｓ２００）とともに、リチウム極７０を製造し、電極積層体２０の最下段の下にセパレータ６０を介して積層する。リチウム極７０は、リチウム極集電体としての銅板やステンレス板に、リチウム箔又はリチウムを含む金属箔（例えば、リチウム−アルミニウム合金箔）を圧着することで製造できる。
【００７０】
次に、正極板３０Ａ及び負極板３０Ｂのリード部４２Ａ、４２Ｂのそれぞれに、正極端子９０Ａ、負極端子９０Ｂを電気的に接続する（Ｓ３００）。超音波溶接は溶接にかかる時間が短いため、生産性の観点から、リード部４２と電極端子９０との接続には、超音波溶接を用いることが好ましい。一方で、リード部４２に超音波振動を印加するため、リード部４２に掛かる負荷が大きく、リード部４２が断裂しやすいが、本実施形態のリード部４２は、根元部分が円弧部及び電極材により補強されているため、超音波振動の印加に起因した断裂の発生を抑制することができる。
【００７１】
次に、電極積層体２０を外装体８０に収容する（Ｓ４００）。本実施形態では、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、およびナイロンがこの順序で積層されたラミネートフィルムを外装体として用いることができる。このラミネートフィルムを折り曲げることで、凸状の上側部材８２と平坦な下側部材８３を形成して、これらの間に電極積層体２０を挟み込み、正極端子９０Ａおよび負極端子９０Ｂを、外装体８０の一方の短辺から露出させた状態で、外装体８０の周縁の３辺を熱融着等により接合する。ここで、熱融着する第１の上側部材８２と下側部材８３の周縁の３辺には、正極端子９０Ａおよび負極端子９０Ｂを挟み込んだ一方の短辺が含まれる。本実施形態では、外装体８０の一方の長辺を、開封された状態とする。上側部材８２と下側部材８３における熱融着面となる内層は、熱融着可能なものであればよいが、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂（一部官能基を変性したものも含む）であることが好ましい。また、正極端子９０Ａおよび負極端子９０Ｂを挟み込む部分には、シーラント樹脂層９１を外装体８０との間に介在させてもよい。
【００７２】
次に、電極積層体２０と外装体８０とからなる構造体を、真空環境下で加熱することにより、乾燥させる。次に、所定量の電解液を、外装体８０の開封された一方の長辺から外装体８０内に注液する。本ステップにおいて、電解液の注液は、常圧条件下で行ってもよく、所定圧力まで減圧した減圧条件下で行ってもよい。
【００７３】
電解液を注入した後、外装体８０の開口部分を熱融着等により接合する。電極積層体２０とリチウム極７０は、注入された電解液に浸漬される。これにより、リチウム極７０から電極積層体２０の負極板３０Ｂに対するリチウムイオンの移動経路が確保される。つまり、リチウムイオンキャパシタ１０において、リチウムイオンのプレドープが開始される。
【００７４】
上記のようにして、プレドープ処理を行った後、リチウムイオンキャパシタ１０を所定の充放電装置に接続し、エイジング（慣らし運転）する。次いで、外装体８０の一辺を開封し、リチウムイオンキャパシタ１０を減圧雰囲気にし、プレドープ処理で発生したガスを除去したのち、開封した１辺を再融着することで、外装体８０の全体を封止する。以上のようにして、リチウムイオンキャパシタ１０が作製される。
【００７５】
なお、上記の本実施形態では、負極板３０に対するプレドープ処理を、いわゆる垂直ドープ方式で行ったが、いわゆる水平プレドープ方式を採用してもよい。図１３は、本発明の実施形態における蓄電デバイスに対する水平ドープ処理を説明するための平面図である。図１３に示すように、電極積層体２０の端面に、リチウム金属１０１を付着させたリチウム電極１００を対向させ、負極板３０Ｂをマイナス、リチウム電極１００をプラスにして、負極板３０Ｂとリチウム電極１００との間に直流電圧を印加することにより行われる。
【００７６】
プレドープ処理に用いられるリチウム電極１００は、導電体の一面にリチウム金属１０１が形成されたものであり、たとえば成形した銅箔にリチウム箔を押し付けて貼り付けることで得られる。なお、プレドープ処理する際にリチウム電極１００も外装体８０に収容されるため、プレドープ処理する際の電圧印加用として、ニッケルメッキ銅やニッケルなどからなる端子１０２を超音波溶接法などにより溶接してもよい。プレドープ処理を行う際のリチウム電極１００の配置は、平面視において矩形をなす電極積層体２０の四辺のうち、正極端子９０Ａ及び負極端子９０Ｂが導出されていない三辺のいずれかであればよい。図１３では、電界効率を考慮して三辺のうちの２つの長辺の一方に配置されている。
【００７７】
まず、図１３に示すように、電極積層体２０を製造するとともに、リチウム電極１００を製造する。これら電極積層体２０とリチウム電極１００とを外装体８０に収容する。このとき、リチウム電極１００を、電極積層体２０の端面にリチウム金属１０１を対向させた状態で外装体８０に収容する。次いで、図１３に示すように、外装体８０のリチウム電極１００側以外の３辺を熱融着し、電極積層体２０に残留した水分を除去するために真空乾燥する。次いで、熱融着していない残りの１辺から電解液を注入したのち、この１辺も熱融着する。
【００７８】
そして、図１３に示すように、負極板をマイナス、リチウム電極１００をプラスにして、負極板とリチウム電極１００との間に直流電圧を印加する。負極板を作成した際に測定した重量から負極活物質の重量を計算し、この負極活物質に対して所望のドープ量になる電流値を求め、求めた電流値になるまで直流電圧を印加する。
【００７９】
次いで、正極板３０Ａと負極板３０Ｂを所定の充放電装置に接続し、エイジング（慣らし運転）する。エイジング処理が終了したら、図１３に示すリチウム電極１００が配置された外装体８０の１辺（同図では上辺）を開封し、専らプレドープ処理に使用して無用となったリチウム電極１００を取り外す。そして、リチウムイオンキャパシタ１０を減圧雰囲気にし、プレドープ処理で発生したガスを除去したのち、開封した１辺を再融着することで、外装体８０の全体を封止する。
【００８０】
以上のような本実施形態のリチウムイオンキャパシタ１０の製造方法は、以下の効果を奏する。すなわち、電極端子９０とリード部４２の接続時などには、リード部４２に負荷がかかり、リード部４２の根元部分の断裂が起きやすいが、本実施形態では、根元部分がリード部４２の円弧部４２３及び電極材５０により補強されているため、根元部分の断裂を抑制することができる。
【００８１】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００８２】
例えば、上述の実施形態では、正極板３０Ａ及び負極板３０Ｂを含む電極板３０の製造に対して本発明を適用していたが、特に上述に限定されず、正極板３０Ａの製造のみに本発明を適用してもよい。又は、負極板３０Ｂの製造のみに本発明を適用してもよい。
【００８３】
また、上述の実施形態では、電極積層体２０に含まれる全ての電極板３０に対して本発明を適用しているが、電極積層体２０に含まれる電極板３０の少なくとも一つの製造に対して本発明が適用されていれば、特に上述に限定されない。
【符号の説明】
【００８４】
１０…リチウムイオンキャパシタ
２０…電極積層体
３０…電極板
３０Ａ…正極板
３０Ｂ…負極板
４０，４０Ａ，４０Ｂ…集電体
４１，４１Ａ，４１Ｂ…本体部
４１１Ａ，４１１Ｂ…短辺
４１２Ａ，４１２Ｂ，４１３Ａ，４１３Ｂ…長辺
４２，４２Ａ，４２Ｂ…リード部
４２１Ａ、４２１Ｂ、４２２Ａ、４２２Ｂ…側部
４２３，４２３Ａ，４２３Ｂ…円弧部
４４…貫通孔
４４Ａ１、４４Ｂ１…第一の貫通孔
４４Ａ２、４４Ｂ２…第二の貫通孔
５０，５０Ａ，５０Ｂ…電極材
６０…セパレータ
７０…リチウム極
８０…外装体
８１…ラミネートフィルム
８１Ａ…金属箔
８１Ｂ…第１の樹脂フィルム
８１Ｃ…第２の樹脂フィルム
８２…上側部材
８２１…凹部
８３…下側部材
９０…電極端子
９０Ａ…正極端子
９０Ｂ…負極端子
９１…シーラント樹脂層
１００…リチウム電極
１０１…リチウム金属
２３０…電極中間体
２４０…金属箔
２４１…端部
２５０…電極ペースト
【図１】
2019140222.tif 000003
【図２】
2019140222.tif 000004
【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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