(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体とこれに設けられる正極合材層とを備える正極と、負極集電体とこれに設けられる負極合材層とを備える負極とを有する蓄電デバイスであって、
前記正極集電体または前記負極集電体に固定される第１導電体と、
前記第１導電体に着脱自在に設けられ、イオン供給源を保持する第２導電体とを有し、
前記正極集電体または前記負極集電体に前記第１導電体を介して前記第２導電体を接続させ、前記イオン供給源からのイオンを前記正極合材層または前記負極合材層にドーピングさせることを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の蓄電デバイスにおいて、
前記第２導電体は前記第１導電体とこれに対向する前記正極または前記負極との間に配置されることを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項３】
請求項１または２記載の蓄電デバイスにおいて、
前記正極集電体と前記負極集電体とに貫通孔が形成されることを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電デバイスにおいて、
前記イオン供給源は金属リチウムであることを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電デバイスにおいて、
前記第１導電体と前記第２導電体とは同質の材料を用いて形成されることを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電デバイスにおいて、
前記正極と前記負極とを短絡させたときの正極電位が２．０Ｖ(対Ｌｉ／Ｌｉ＋)以下であることを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電デバイスにおいて、
前記負極合材層に含まれる負極活物質は、前記正極合材層に含まれる正極活物質に比べて活物質の単位重量当たりの静電容量が３倍以上であり、かつ正極活物質重量が負極活物質重量よりも大きいことを特徴とする蓄電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン供給源を組み込むようにした蓄電デバイスに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される蓄電デバイスとして、リチウムイオンキャパシタやリチウムイオン二次電池等がある。また、これら蓄電デバイスのエネルギー密度を向上させるため、蓄電デバイス内にイオン供給源としての金属リチウム箔を組み込み、負極と金属リチウム箔とを電気化学的に接触させるようにした蓄電デバイスが提案されている。これにより、金属リチウム箔から負極に対してリチウムイオンをドーピングすることができる。よって、負極電位を低下させて、セル電圧を引き上げることが可能となる。結果として、蓄電デバイスのエネルギー密度を向上させることが可能となる(たとえば、特許文献１参照)。
【０００３】
また、蓄電デバイス内に金属リチウム箔を組み込む際には、金属リチウム箔を所定形状に切断した後に、これをリチウム極集電体に対して貼り付けることが一般的である。しかし、柔らかく薄い金属リチウム箔を単体で切断することは極めて困難であった。そこで、金属リチウム箔の切断作業の容易化を図るため、ロールから繰り出されるリチウム極集電体と金属リチウム箔とを一体に圧着した後に、リチウム極集電体と金属リチウム箔とを共に切断するようにした製造方法が提案されている(たとえば、特許文献２参照)。
【特許文献１】特開２００６−２８６９１９号公報
【特許文献２】特開２００７−１７３６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、蓄電デバイス内に金属リチウム箔を組み込むためには、切断した金属リチウム箔をリチウム極集電体に貼り付ける作業が必要である。さらに、金属リチウム箔が貼り付けられたリチウム極集電体を、負極集電体に対して溶接する作業も必要となる。この溶接作業においては、薄く柔らかな金属リチウム箔を破損してしまうおそれがある。これは、蓄電デバイスのコストを高くする要因となる。また、金属リチウム箔は、水分と反応し易い。よって、リチウム極集電体を負極集電体に対して溶接する作業においては、ドライルームやアルゴンボックス内での作業が必要となる。これにより、溶接作業が煩雑となる。これも蓄電デバイスのコストを高くする要因となる。
【０００５】
本発明の目的は、イオン供給源を備える蓄電デバイスの製造作業の簡素化を図ることにより、蓄電デバイスの低コスト化を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の蓄電デバイスは、正極集電体とこれに設けられる正極合材層とを備える正極と、負極集電体とこれに設けられる負極合材層とを備える負極とを有する蓄電デバイスであって、前記正極集電体または前記負極集電体に固定される第１導電体と、前記第１導電体に着脱自在に設けられ、イオン供給源を保持する第２導電体とを有し、前記正極集電体または前記負極集電体に前記第１導電体を介して前記第２導電体を接続させ、前記イオン供給源からのイオンを前記正極合材層または前記負極合材層にドーピングさせることを特徴とする。
【０００７】
本発明の蓄電デバイスは、前記第２導電体は前記第１導電体とこれに対向する前記正極または前記負極との間に配置されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の蓄電デバイスは、前記正極集電体と前記負極集電体とに貫通孔が形成されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の蓄電デバイスは、前記イオン供給源は金属リチウムであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の蓄電デバイスは、前記第１導電体と前記第２導電体とは同質の材料を用いて形成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明の蓄電デバイスは、前記正極と前記負極とを短絡させたときの正極電位が２．０Ｖ(対Ｌｉ／Ｌｉ＋)以下であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の蓄電デバイスは、前記負極合材層に含まれる負極活物質は前記正極合材層に含まれる正極活物質に比べて単位重量当たりの静電容量が３倍以上であり、かつ正極活物質重量が負極活物質重量よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、正極集電体または負極集電体に固定される第１導電体と、第１導電体に着脱自在に設けられるとともにイオン供給源を保持する第２導電体とを設けた。これにより、蓄電デバイスに組み込まれるイオン供給源の取り扱いが容易となり、蓄電デバイスの製造コストを引き下げることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態である蓄電デバイス１０を示す斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ線に沿って蓄電デバイス１０の内部構造を概略的に示す断面図である。図１および図２に示すように、蓄電デバイス１０の外装容器であるラミネートフィルム１１内には電極積層ユニット１２が収容されている。この電極積層ユニット１２はセパレータ１３を介して交互に積層される正極１４と負極１５とによって構成されている。また、電極積層ユニット１２の最外部にはリチウム極１６が、セパレータ１３を介して負極１５に対向するように配置されている。これら電極積層ユニット１２とリチウム極１６とによって三極積層ユニット１７が構成されている。なお、ラミネートフィルム１１内には、リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒からなる電解液が注入されている。
【００１５】
図３は蓄電デバイス１０の内部構造を部分的に拡大して示す断面図である。図３に示すように、正極１４は、多数の貫通孔２０ａが形成される正極集電体２０と、この正極集電体２０に塗工される正極合材層２１とを備えている。また、負極１５は、多数の貫通孔２２ａが形成される負極集電体２２と、この負極集電体２２に塗工される負極合材層２３とを備えている。複数の正極集電体２０は、互いに接続されて、正極端子２４に接続される。正極端子２４は、ラミネートフィルム１１から外部に突出する。複数の負極集電体２２は、互いに接続されて、負極端子２５に接続される。負極端子２５は、ラミネートフィルム１１から外部に突出する。また、電極積層ユニット１２の最外部に配置されるリチウム極１６は、負極集電体２２に対して接続される第１導電体としてのリチウム極集電体２６と、これに接触するリチウムユニット２７とを備えている。このリチウムユニット２７は、リチウム極集電体２６に接触する第２導電体としてのリチウム保持板２７ａと、これに貼り付けられるリチウムイオン供給源(イオン供給源)２７ｂとによって構成されている。リチウムイオン供給源２７ｂには、金属リチウムを薄く延ばした金属リチウム箔が用いられている。
【００１６】
正極１４の正極合材層２１には、リチウムイオンやアニオンを可逆的にドーピング・脱ドーピングすることが可能な正極活物質として、活性炭が含まれている。負極１５の負極合材層２３には、リチウムイオンを可逆的にドーピング・脱ドーピングすることが可能な負極活物質として、ポリアセン系有機半導体(ＰＡＳ)が含まれている。負極１５には、リチウム極１６が電気的に接続されることから、電解液の注入に伴ってリチウム極１６から負極１５に対してリチウムイオンがドーピングされるようになっている。このドーピングにより、負極電位を低下させてセル電圧を拡大することができるため、蓄電デバイス１０のエネルギー密度を向上させることが可能となっている。さらに、正極集電体２０や負極集電体２２には多数の貫通孔２０ａ，２２ａが形成される。この貫通孔２０ａ，２２ａを通して、リチウムイオンを積層方向に移動させることが可能となっている。これにより、積層される全ての負極１５に対してスムーズにリチウムイオンをドーピングすることが可能となっている。なお、本発明において、ドーピング(ドープ)とは、吸蔵、担持、吸着、挿入等を意味しており、正極活物質や負極活物質に対してリチウムイオン等が入る状態を意味している。また、脱ドーピング(脱ドープ)とは、放出、脱離等を意味しており、正極活物質や負極活物質からリチウムイオン等が出る状態を意味している。
【００１７】
また、蓄電デバイス１０の高容量化を図る観点から、正極１４と負極１５とを短絡させた後の正極電位が２．０Ｖ（対Ｌｉ／Ｌｉ＋）以下となるように、負極１５に対するリチウムイオンのドープ量が設定されている。このように、リチウムイオンのドープ量を設定することにより、正極電位が３Ｖ以下となる領域を使用することができるため、蓄電デバイス１０の高容量化を達成することが可能となる。すなわち、従来の電気二重層キャパシタでは、放電時に正極電位が３Ｖまで低下したときには負極電位も３Ｖまで上昇するため、正極電位が３Ｖまで低下した時点で放電が終了することになる。しかし、負極１５に対してリチウムイオンをドープすることにより、正極電位が２Ｖ以下となる領域まで放電を継続させることができるのである。なお、正極電位が３Ｖより上の領域では、正極１４に対するアニオンのドープ・脱ドープによって電位が変化することになる。また、正極電位が３Ｖ以下の領域では、正極１４に対するリチウムイオンのドープ・脱ドープによって電位が変化することになる。
【００１８】
また、蓄電デバイス１０の高容量化を図る観点から、負極活物質の単位重量当たりの静電容量が、正極活物質の単位重量当たりの静電容量の３倍以上に設定されている。さらに、正極活物質重量が負極活物質重量よりも大きくなるように設定されている。すなわち、負極活物質の単位重量当たりの静電容量を正極活物質に比べて大きく設定することにより、充放電時における負極１５の電位変化量を抑えられるため、正極１４の電位変化量を大きくすることができる。更には負極活物質の単位重量当たりの静電容量が大きいため、正極活物質重量を増加させながら負極活物質重量を減らすことができる。つまり、蓄電デバイス１０の大型化を抑制しながら、蓄電デバイス１０の静電容量およびセル容量を大きくすることが可能となっている。
【００１９】
続いて、リチウム極１６を組み込むようにした蓄電デバイス１０の製造手順について説明する。図４は蓄電デバイス１０の製造手順を概略的に示すフローチャートである。図４に示すように、ステップＳ１００では、正極集電体２０に対して活性炭等を含む正極用スラリーを塗工する。これにより、正極集電体２０の表面上に、正極合材層２１を形成した正極１４が準備される。同様に、ステップＳ１１０では、負極集電体２２に対してＰＡＳ等を含む負極用スラリーを塗工する。これにより、負極集電体２２の表面上に負極合材層２３を形成した負極１５が準備される。また、ステップＳ１２０では、銅箔材料を所定形状に切り出す。これにより、リチウム極１６を構成するリチウム極集電体２６が準備される。ここで、図５はリチウム極集電体２６の製造過程を示す概略図である。図５に示すように、所定の切断装置を用いて銅箔材料Ａからリチウム極集電体２６が切り出される。リチウム極集電体２６は、長方形状の接触部２６ａおよびこれの一端から延びる溶接部２６ｂを備える凸形状となっている。なお、溶接部２６ｂの幅寸法は負極端子２５の幅寸法よりも小さく設定されている。また、正極集電体２０や負極集電体２２についても、リチウム極集電体２６と同様の凸形状に形成されている。
【００２０】
また、図４に示すように、ステップＳ１３０では、電極積層処理が実行される。ここでは、正極集電体２０の溶接部２０ｂと、負極集電体２２の溶接部２２ｂが、それぞれ反対側に位置するように、セパレータ１３を介して正極１４と負極１５とを積層させる。また、この電極積層処理においては、最外部に配置される負極１５に対向するように、セパレータ１３を介してリチウム極集電体２６が積層される。続いて、ステップＳ１４０では、複数枚の正極集電体２０を互いに接続するように、正極集電体２０の溶接部２０ｂに対して抵抗溶接処理が施される。複数枚の負極集電体２２とリチウム極集電体２６とを互いに接続するように、負極集電体２２の溶接部２２ｂと、リチウム極集電体２６の溶接部２６ｂに対して抵抗溶接処理が施される。
【００２１】
また、ステップＳ１５０では、銅箔材料Ａと金属リチウム箔材料Ｂとを重ね合わせて切断する。これにより、リチウム保持板２７ａと、これに貼り付けられるリチウムイオン供給源２７ｂとを備えた、リチウムユニット２７が準備される。ここで、図６はリチウムユニット２７の製造過程を示す概略図である。図６に示すように、リチウム保持板２７ａを形成するための銅箔材料Ａの上に、リチウムイオン供給源２７ｂを形成するための金属リチウム箔材料Ｂを重ねてロールプレス等で圧着する。圧着された銅箔材料Ａと金属リチウム箔材料Ｂとを一緒に長方形状に切断する。これによって、リチウムユニット２７が作製される。このように、銅箔材料Ａと金属リチウム箔材料Ｂとを重ね合わせた上で切断することにより、銅箔材料Ａと金属リチウム箔材料Ｂとを同時に切断することができるとともに、柔らかい金属リチウム箔材料Ｂを容易に切断することができる。このため、リチウムユニット２７の加工コストを引き下げることが可能となる。
【００２２】
続いて、ステップＳ１６０では、電極積層ユニット１２に対してリチウムユニット２７が組み込まれる。ここで、図７〜図８は電極積層ユニット１２にリチウムユニット２７を組み込む際の手順を示す説明図であり、図４に示すステップＳ１４０，Ｓ１６０の手順を図示するものである。まず、図７に示すように、電極積層ユニット１２の最外部に位置する負極１５に対向するようにリチウム極集電体２６を配置する。次に、重なる負極集電体２２の溶接部とリチウム極集電体２６の溶接部とに対し、矢印で示すように加圧して抵抗溶接が施される。続いて、図８に示すように、負極集電体２２に一端が溶接されたリチウム極集電体２６をめくり上げ、リチウム極集電体２６とリチウム保持板２７ａとを対向させるように、リチウムユニット２７が負極１５とリチウム極集電体２６との間に挿し込まれる。そして、図９に示すように、めくられていたリチウム極集電体２６をリチウム保持板２７ａに接触させるように戻す。これにより、リチウムユニット２７がリチウム極集電体２６と負極１５との間に挟まれた状態となる。このようにリチウムユニット２７を挟み込むことにより、リチウム保持板２７ａおよびリチウム極集電体２６を介して、リチウムイオン供給源２７ｂと負極１５とが電気的に接続される。これにより、電解液の注入に伴ってリチウムイオン供給源２７ｂから負極１５に対してリチウムイオンがドーピングされることになる。
【００２３】
このように、負極集電体２２に対して抵抗溶接されるリチウム極集電体２６と、リチウムイオン供給源２７ｂを保持するリチウム保持板２７ａとを別個に設けた。このため、蓄電デバイス１０に組み込まれるリチウムイオン供給源２７ｂの取り扱いが容易となる。従って、蓄電デバイス１０の製造コストを引き下げることが可能となる。すなわち、従来の蓄電デバイスにあっては、リチウム極集電体にリチウムイオン供給源を貼り付けた後に、このリチウム極集電体を電極積層ユニットに重ねて抵抗溶接する構成である。このため、リチウムイオン供給源の損傷に注意しながらリチウム極集電体を取り扱う必要がある。しかしながら、本発明の蓄電デバイス１０にあっては、リチウム極集電体２６に対してリチウムイオン供給源２７ｂを貼り付けていない。よって、リチウムイオン供給源２７ｂの損傷を考慮せずに、リチウム極集電体２６を簡単に取り扱うことが可能となる。また、水分と反応するおそれのあるリチウムイオン供給源２７ｂを、後から挟み込む構成である。このため、図４に一点鎖線で示されるリチウム極集電体２６の積層工程や溶接工程等を、通常雰囲気下で実行することができる。これにより、ドライルームやアルゴンボックスでの作業を抑制できる。よって、更なる製造コストの引き下げが可能となる。さらに、製造過程においてリチウムイオン供給源２７ｂの損傷や劣化を招くことがない。このため、蓄電デバイス１０の品質を安定させることが可能となっている。
【００２４】
また、本発明では、リチウム極集電体２６とリチウム保持板２７ａとを別個に設けるようにしている。このため、リチウム極集電体２６とリチウム保持板２７ａとの形状を、長方形等の簡単な形状に設定することが可能となる。ここで、図１０は本発明の他の実施の形態である蓄電デバイスに組み込まれるリチウムユニット３０を示す斜視図である。なお、図６に示す部材と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図１０に示すように、リチウム極集電体３１は負極集電体２２に対して接続可能な形状を有していれば良い。また、リチウム保持板２７ａはリチウムイオン供給源２７ｂを保持可能な形状を有していれば良い。そのため、それぞれを長方形のような簡単な形状に切り出すことが可能となる。これにより、複雑な切断装置が不要となる。加えて、材料から効率良くリチウム極集電体３１やリチウム保持板２７ａを切り出すことができる。このため、リチウム極集電体３１やリチウム保持板２７ａの製造コストを引き下げることが可能となる。
【００２５】
なお、リチウム保持板２７ａはリチウム極集電体２６に対して着脱自在に設けられている。つまり、リチウム極集電体２６とリチウム保持板２７ａとは互いに固定されることなく単に接触した状態である。しかし、三極積層ユニット１７はラミネートフィルム１１内に真空状態で封入されることから、リチウム極集電体２６とリチウム保持板２７ａとは大気圧によって互いに押し付けられ、リチウム極集電体２６とリチウム保持板２７ａとの通電状態を良好に保つことが可能である。また、リチウム極集電体２６とリチウム保持板２７ａとは、溶接等することなく、単に接触させるだけの構成であるから、製造作業の簡素化を図ることが可能となっている。
【００２６】
以下、前述した蓄電デバイスの構成要素について下記の順に詳細に説明する。［Ａ］正極、［Ｂ］負極、［Ｃ］負極集電体および正極集電体、［Ｄ］セパレータ、［Ｅ］リチウム極、［Ｆ］電解液、［Ｇ］外装容器。
【００２７】
［Ａ］正極
正極は、正極集電体とこれに一体となる正極合材層とを有している。正極合材層には正極活物質が含有されている。正極活物質としては、イオンを可逆的にドープ・脱ドープできるものであれば特に限定されることはない。例えば、活性炭、遷移金属酸化物、導電性高分子、ポリアセン系物質等である。
【００２８】
例えば、活性炭は、アルカリ賦活処理され、かつ比表面積６００ｍ２／ｇ以上を有する活性炭粒子から形成することが好ましい。活性炭の原料としては、フェノール樹脂、石油ピッチ、石油コークス、ヤシガラ、石炭系コークス等が使用される。フェノール樹脂、石炭系コークスが比表面積を高くできるという理由から好適である。これらの活性炭のアルカリ賦活処理に使用されるアルカリ活性化剤は、リチウム、ナトリウム、カリウムなどの金属イオンの塩類または水酸化物が好ましい。中でも、水酸化カリウムが好適である。アルカリ賦活の方法は、例えば、炭化物と活性剤を混合した後、不活性ガス気流中で加熱することにより行う方法が挙げられる。また、活性炭の原材料に予め活性化剤を担持させた後加熱して、炭化および賦活の工程を行う方法が挙げられる。また、炭化物を水蒸気などのガス賦活法で賦活した後、アルカリ活性化剤で表面処理する方法が挙げられる。このようなアルカリ賦活処理が施された活性炭は、ボールミル等の既知の粉砕機を用いて粉砕される。活性炭の粒度としては、一般的に使用される広い範囲のものを使用することが可能である。例えば、Ｄ５０が２μｍ以上であり、好ましくは２〜５０μｍ、特に２〜２０μｍが最も好ましい。また、平均細孔径が好ましくは１０ｎｍ以下であり、比表面積が好ましくは６００〜３０００ｍ２／ｇである活性炭が好適である。中でも、８００ｍ２／ｇ以上、特には１３００〜２５００ｍ２／ｇであるのが好適である。
【００２９】
また、正極合材層の高容量化を図るために、正極活物質として五酸化バナジウム(Ｖ２Ｏ５)やコバルト酸リチウム(ＬｉＣｏＯ２)を用いるようにしても良い。この他にも、ＬｉＸＣｏＯ２、ＬｉＸＮｉＯ２、ＬｉＸＭｎＯ２、ＬｉＸＦｅＯ２等のＬｉＸＭＹＯＺ(ｘ，ｙ，ｚは正の数、Ｍは金属、２種以上の金属でもよい)の一般式で表されうるリチウム含有金属酸化物、あるいはコバルト、マンガン、バナジウム、チタン、ニッケル等の遷移金属酸化物または硫化物を用いることも可能である。特に、高電圧を求める場合には、金属リチウムに対して４Ｖ以上の電位を有するリチウム含有酸化物を用いることが好ましい。例えば、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、あるいはリチウム含有コバルト−ニッケル複合酸化物が特に好適である。
【００３０】
前述した活性炭等の正極活物質は、粉末状、粒状、短繊維状等に形成される。この正極活物質をバインダーと混合してスラリーが形成される。そして、正極活物質を含有するスラリーを正極集電体に塗工して乾燥させることにより、正極集電体上に正極合材層が形成される。なお、正極活物質と混合されるバインダーとしては、例えばＳＢＲ等のゴム系バインダーやポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また、正極合材層に対して、アセチレンブラック、グラファイト、金属粉末等の導電性材料を適宜加えるようにしても良い。
【００３１】
［Ｂ］負極
負極は、負極集電体とこれに一体となる負極合材層とを有している。負極合材層には、負極活物質が含有されている。この負極活物質としては、イオンを可逆的にドープ・脱ドープできるものであれば特に限定されることはない。例えば、グラファイト、種々の炭素材料、ポリアセン系物質、錫酸化物、珪素酸化物等である。グラファイト(黒鉛)やハードカーボン(難黒鉛化性炭素)は高容量化を図ることができるため負極活物質として好ましい。芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であって、水素原子／炭素原子の原子数比(Ｈ／Ｃ)が０．０５以上、０．５０以下であるポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体(ＰＡＳ)は、高容量化を図ることができるため負極活物質として好適である。このＰＡＳのＨ／Ｃは０．０５以上、０．５０以下の範囲内であることが好ましい。ＰＡＳのＨ／Ｃが０．５０を超える場合には、芳香族系多環構造が充分に発達していないことから、リチウムイオンのドープ・脱ドープがスムーズに行われず、蓄電デバイス１０の充放電効率が低下するおそれがある。ＰＡＳのＨ／Ｃが０．０５未満の場合には、蓄電デバイスの容量が低下するおそれがある。
【００３２】
前述したＰＡＳ等の負極活物質は、粉末状、粒状、短繊維状等に形成される。この負極活物質をバインダーと混合してスラリーが形成される。そして、負極活物質を含有するスラリーを、負極集電体に塗工して乾燥させることにより、負極集電体上に負極合材層が形成される。なお、負極活物質と混合されるバインダーとしては、例えばポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート等の熱可塑性樹脂、スチレンブタジエンゴム(ＳＢＲ)等のゴム系バインダーを用いることができる。これらの中でもフッ素系バインダーを用いることが好ましい。このフッ素系バインダーとしては、例えばポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体、エチレン−４フッ化エチレン共重合体、プロピレン−４フッ化エチレン共重合体等が挙げられる。また、負極合材層に対して、アセチレンブラック、グラファイト、金属粉末等の導電性材料を適宜加えるようにしても良い。
【００３３】
［Ｃ］正極集電体および負極集電体
正極集電体および負極集電体としては、表裏面を貫く貫通孔を備えているものが好適であり、例えばエキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔、網、発泡体等を挙げることができる。貫通孔の形状や個数等については、特に限定されることはない。アニオンやリチウムイオンの移動を阻害しないものであれば適宜設定することが可能である。また、正極集電体および負極集電体の材料としては、一般に電池やキャパシタに提案されている種々の材料を用いることが可能である。例えば、正極集電体の材料として、アルミニウム、ステンレス鋼等を用いることができる。負極集電体の材料として、ステンレス鋼、銅、ニッケル等を用いることができる。
【００３４】
［Ｄ］リチウム極
リチウム極集電体やリチウム保持板の材料としては、一般に電池やキャパシタの集電体として提案されている種々の材料を用いることが可能である。これらの材料としては、ステンレス鋼、銅、ニッケル等を用いることができる。互いに接触させて使用されるリチウム極集電体とリチウム保持板とは、電位差を発生させないように同質の材料を用いて形成することが好ましい。更には、接続先の負極集電体や正極集電体の材料と合わせることが好ましい。また、リチウム極集電体やリチウム保持板として、エキスパンドメタル、パンチングメタル、エッチング箔、網、発泡体等の表裏面を貫く貫通孔を備えているものを使用しても良い。特に、リチウム極集電体にエキスパンドメタル等を使用した場合には、リチウム保持板に食い込み易く、接触状態(導電状態)を良好に保つことが可能となる。また、リチウム保持板に貼り付けられるリチウムイオン供給源の材料としては、リチウムイオンを放出することが可能な材料であれば良い。金属リチウムを用いるだけでなく、リチウム−アルミニウム合金等を用いるようにしても良い。
【００３５】
［Ｅ］セパレータ
セパレータとしては、電解液、正極活物質、負極活物質等に対して耐久性があり、連通気孔を有する電子伝導性のない多孔質体等を用いることができる。通常は、紙(セルロース)、ガラス繊維、ポリエチレンあるいはポリプロピレン等からなる布、不織布あるいは多孔体が用いられる。セパレータの厚みは、電池の内部抵抗を小さくするために薄い方が好ましい。電解液の保持量やセパレータの強度等を勘案して適宜設定することができる。
【００３６】
［Ｆ］電解液
電解液としては、高電圧でも電気分解を起こさないという点、リチウムイオンが安定に存在できるという点から、リチウム塩を含む非プロトン性有機溶媒を用いることが好ましい。非プロトン性有機溶媒としては、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、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、スルホラン等を単独あるいは混合した溶媒が挙げられる。また、リチウム塩としては、例えばＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬＩＮ(Ｃ２Ｆ５ＳＯ２)２等が挙げられる。また、電解液中の電解質濃度は、電解液による内部抵抗を小さくするため、少なくとも０．１モル／Ｌ以上とすることが好ましい。０．５〜１．５モル／Ｌの範囲内とすることが更に好ましい。
【００３７】
［Ｇ］外装容器
外装容器としては、一般に電池に用いられている種々の材質を用いることができる。鉄やアルミニウム等の金属材料、樹脂フィルム等を使用しても良い。また、外装容器の形状についても特に限定されることはない。円筒型や角型など用途に応じて適宜選択することが可能である。蓄電デバイスの小型化や軽量化の観点からは、アルミニウムのラミネートフィルムを用いたフィルム型の外装容器を用いることが好ましい。一般的には、外側にナイロンフィルム、中心にアルミニウム箔、内側に変性ポリプロピレン等の接着層を有した３層ラミネートフィルムが用いられている。
【００３８】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、前述の説明では、負極に対してリチウムイオンをドープするようにしているが、これに限られることはなく、リチウム極集電体を正極集電体に対して溶接することにより、正極に対してリチウムイオンをドープするようにしても良い。また、負極集電体に溶接されるリチウム極集電体と、正極集電体に溶接されるリチウム極集電体とを設けることにより、正極と負極との双方に対してリチウムイオンをドープするようにしても良い。さらに、図示する場合には、積層型の蓄電デバイスに対して本発明を適用するようにしているが、これに限られることはなく、捲回型の蓄電デバイスに対して本発明を適用するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態である蓄電デバイスを示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って蓄電デバイスの内部構造を概略的に示す断面図である。
【図３】蓄電デバイスの内部構造を部分的に拡大して示す断面図である。
【図４】蓄電デバイスの製造手順を概略的に示すフローチャートである。
【図５】リチウム極集電体の製造過程を示す概略図である。
【図６】リチウムユニットの製造過程を示す概略図である。
【図７】電極積層ユニットにリチウムユニットを組み込む際の手順を示す説明図である。
【図８】電極積層ユニットにリチウムユニットを組み込む際の手順を示す説明図である。
【図９】電極積層ユニットにリチウムユニットを組み込む際の手順を示す説明図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態である蓄電デバイスに組み込まれるリチウムユニットを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    蓄電デバイス
１４    正極
１５    負極
２０    正極集電体
２０ａ  貫通孔
２１    正極合材層
２２    負極集電体
２２ａ  貫通孔
２３    負極合材層
２６    リチウム極集電体(第１導電体)
２７ａ  リチウム保持板(第２導電体)
２７ｂ  リチウムイオン供給源(イオン供給源，金属リチウム)
３１    リチウム極集電体(第１導電体)
【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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