JP2018181982A - Electrochemical device - Google Patents
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Abstract
【課題】生産性に優れ、負極のプレドープ状態を均一化することが可能な電気化学デバイスを提供すること。【解決手段】本発明に係る電気化学デバイスは、第1の電極ユニット、第2の電極ユニット、第3の電極ユニット、第1のリチウムイオン供給源、第2のリチウムイオン供給源及び電解液を具備する。第1のリチウムイオン供給源は、第1の電極ユニット側の第1の主面と第3の電極ユニット側の第2の主面を有する第1の集電体を備える。第2のリチウムイオン供給源は、第2の電極ユニット側の第3の主面と第3の電極ユニット側の第4の主面を有する第2の集電体を備える。第1の主面には第1の金属リチウムが貼付され、第2の主面には第1の金属リチウムより小さい厚みを有する第2の金属リチウムが貼付される。第3の主面には第3の金属リチウムが貼付され、第4の主面には第3の金属リチウムより小さい厚みを有する第4の金属リチウムが貼付される。【選択図】図4PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical device having excellent productivity and capable of making a pre-doped state of a negative electrode uniform. An electrochemical device according to the present invention comprises a first electrode unit, a second electrode unit, a third electrode unit, a first lithium ion supply source, a second lithium ion supply source, and an electrolytic solution. Equipped. The first lithium ion supply source includes a first current collector having a first main surface on the first electrode unit side and a second main surface on the third electrode unit side. The second lithium ion supply source includes a second current collector having a third main surface on the side of the second electrode unit and a fourth main surface on the side of the third electrode unit. A first metallic lithium is attached to the first main surface, and a second metallic lithium having a thickness smaller than that of the first metallic lithium is attached to the second main surface. A third metallic lithium is attached to the third main surface, and a fourth metallic lithium having a thickness smaller than that of the third metallic lithium is attached to the fourth main surface. [Selection diagram] Fig. 4
Description
本発明は、複数の電極ユニットから構成された電気化学デバイスに関する。 The present invention relates to an electrochemical device composed of a plurality of electrode units.
大容量キャパシタはエネルギー回生やロードレベリング等の大電力による充放電の繰り返しが要求される分野にて利用が進んでいる。大容量キャパシタとして従来は電気二重層キャパシタが多く利用されてきたが、近年ではエネルギー密度が高いリチウムイオンキャパシタの利用が検討されている。 Large-capacity capacitors are being used in fields that require repeated charging and discharging with large power, such as energy regeneration and load leveling. Conventionally, an electric double layer capacitor has been widely used as a large capacity capacitor, but in recent years, the use of a lithium ion capacitor having a high energy density has been studied.
リチウムイオンキャパシタはリチウムイオンを予め負極にドープしておくプレドープが必要であるが、リチウムイオンキャパシタを長期間安定的に利用するためには負極のプレドープ状態を均一とすることが重要となる。 The lithium ion capacitor needs pre-doping in which lithium ions are doped in advance to the negative electrode. However, in order to use the lithium ion capacitor stably for a long time, it is important to make the pre-doped state of the negative electrode uniform.
ここで、リチウムイオンのプレドープは、負極に電気的に接続された金属リチウムを電解液に浸すことによって行われる。リチウムイオンは電解液中を移動して負極に到達するため、負極とリチウムイオン供給源の位置関係によってプレドープ状態が影響を受ける。 Here, pre-doping of lithium ions is performed by immersing metal lithium electrically connected to the negative electrode in an electrolytic solution. Since lithium ions move in the electrolytic solution and reach the negative electrode, the pre-doped state is affected by the positional relationship between the negative electrode and the lithium ion supply source.
例えば、特許文献1にはセルを構成する複数の電極ユニットの両側にリチウムイオン供給源を配置することによって、負極へリチウムイオンを供給する構成が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which lithium ions are supplied to a negative electrode by arranging lithium ion sources on both sides of a plurality of electrode units constituting a cell.
しかしながら、特許文献1に記載の構成では、電極ユニットが2組の場合には部品点数が多くなるため、電極ユニット間にリチウムイオン供給源を配置することでプレドープを進めることができる。電極ユニットが3組以上の場合には電極ユニットにおけるプレドープの比率が変わり、ドープ量が不均一となるおそれがある。さらに、電極ユニットの端子面積当たりのリチウム両を調整する必要がある。 However, in the configuration described in Patent Document 1, when the number of electrode units is two, the number of parts is large. Therefore, pre-doping can be advanced by arranging a lithium ion source between the electrode units. When the number of electrode units is three or more, the ratio of pre-doping in the electrode unit is changed, and the doping amount may be nonuniform. Furthermore, it is necessary to adjust the amount of lithium per terminal area of the electrode unit.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、生産性に優れ、負極のプレドープ状態を均一化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。 In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to provide an electrochemical device which is excellent in productivity and can make the pre-doped state of the negative electrode uniform.
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、第1の電極ユニットと、第2の電極ユニットと、第3の電極ユニットと、第1のリチウムイオン供給源と、第2のリチウムイオン供給源と、電解液とを具備する。
上記第1の電極ユニットは、正極と負極がセパレータを介して交互に積層されている。
上記第2の電極ユニットは、正極と負極がセパレータを介して交互に積層されている。
上記第3の電極ユニットは、正極と負極がセパレータを介して交互に積層され、上記第1の電極ユニットと上記第2の電極ユニットの間に位置する。
上記第1のリチウムイオン供給源は、上記第1の電極ユニットと上記第3の電極ユニットの間に配置され、上記第1の電極ユニット側の第1の主面と、上記第3の電極ユニット側の第2の主面とを有する金属箔である第1の集電体を備える。
上記第2のリチウムイオン供給源は、上記第2の電極ユニットと上記第3の電極ユニットの間に配置され、上記第2の電極ユニット側の第3の主面と、上記第3の電極ユニット側の第4の主面とを有する金属箔である第2の集電体を備える。
上記電解液は、上記第1の電極ユニット、上記第2の電極ユニット、上記第3の電極ユニット、上記第1のリチウムイオン供給源及び上記第2のリチウムイオン供給源が浸漬されている。
上記第1の電極ユニット、上記第2の電極ユニット及び上記第3の電極ユニットが備える負極には、上記第1の主面に貼付された第1の厚みを有する第1の金属リチウム、上記第2の主面に貼付され、上記第1の厚みより小さい第2の厚みを有する第2の金属リチウム、上記第3の主面に貼付された上記第1の厚みを有する第3の金属リチウム及び上記4の主面に貼付された上記第2の厚みを有する第4の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ている。
In order to achieve the above object, an electrochemical device according to an aspect of the present invention comprises a first electrode unit, a second electrode unit, a third electrode unit, a first lithium ion source, And a lithium ion source and an electrolyte solution.
In the first electrode unit, positive electrodes and negative electrodes are alternately stacked via a separator.
In the second electrode unit, the positive electrode and the negative electrode are alternately stacked via a separator.
The third electrode unit has a positive electrode and a negative electrode alternately stacked via a separator, and is positioned between the first electrode unit and the second electrode unit.
The first lithium ion source is disposed between the first electrode unit and the third electrode unit, and the first main surface on the first electrode unit side and the third electrode unit A first current collector is provided which is a metal foil having a side second main surface.
The second lithium ion source is disposed between the second electrode unit and the third electrode unit, and has a third main surface on the second electrode unit side and the third electrode unit. A second current collector is provided which is a metal foil having a side fourth main surface.
In the electrolyte, the first electrode unit, the second electrode unit, the third electrode unit, the first lithium ion supply source, and the second lithium ion supply source are immersed.
In the negative electrode of the first electrode unit, the second electrode unit, and the third electrode unit, a first metal lithium having a first thickness attached to the first main surface, and the first metal lithium A second metal lithium having a second thickness smaller than the first thickness affixed to the main surface of the second metal, a third metal lithium having the first thickness affixed to the third main surface, and The fourth metal lithium having the second thickness attached to the main surface of the above 4 is pre-doped with lithium ions.
この構成によれば、第1の金属リチウムから放出されるリチウムイオンは、第1の金属リチウムが面する第1の電極ユニットに多くが供給され、第2の金属リチウムから放出されるリチウムイオンは、第2の金属リチウムが面する第3の電極ユニットに多くが供給される。また、第3の金属リチウムから放出されるリチウムイオンは、第3の金属リチウムが面する第2の電極ユニットに多くが供給され、第4の金属リチウムから放出されるリチウムイオンは、第4の金属リチウムが面する第3の電極ユニットに多くが供給される。第1の電極ユニットには第1の金属リチウムから、第2の電極ユニットには第3の金属リチウムからリチウムイオンが供給されるのに対し、第3の電極ユニットには第2の金属リチウム及び第4の金属リチウムの両者からリチウムイオンが供給される。ここで、第2の金属リチウム及び第4の金属リチウムの厚み(第2の厚み)は、第1の金属リチウム及び第3の金属リチウムの厚み(第1の厚み)より小さいため、第3の電極ユニットに供給されるリチウムイオンの量は、第1の電極ユニット及び第2の電極ユニットと同等となり、各電極ユニットの間でリチウムイオンのドープ量を均一化することが可能である。 According to this configuration, a large amount of lithium ions released from the first metal lithium is supplied to the first electrode unit facing the first metal lithium, and a lithium ion released from the second metal lithium is , And much is supplied to the third electrode unit facing the second metallic lithium. In addition, a large amount of lithium ions released from the third metal lithium is supplied to the second electrode unit facing the third metal lithium, and a lithium ion released from the fourth metal lithium is the fourth lithium ion released from the third metal lithium. Much is supplied to the third electrode unit facing metal lithium. While lithium ions are supplied to the first electrode unit from the first metal lithium and to the second electrode unit from the third metal lithium, the third electrode unit is supplied with the second metal lithium and Lithium ions are supplied from both of the fourth metal lithium. Here, since the thicknesses (second thickness) of the second metal lithium and the fourth metal lithium are smaller than the thicknesses (first thickness) of the first metal lithium and the third metal lithium, the third thickness The amount of lithium ions supplied to the electrode unit is equivalent to that of the first electrode unit and the second electrode unit, and it is possible to make the doping amount of lithium ions uniform among the electrode units.
上記第1の厚みと上記第2の厚みの比は3:1から3:2の範囲内であってもよい。 The ratio of the first thickness to the second thickness may be in the range of 3: 1 to 3: 2.
第1の厚みと第2の厚みの比は、電極ユニットの厚み(正極と負極の積層数)に応じて調整することが可能であり、3:1から3:2の範囲内が好適である。 The ratio of the first thickness to the second thickness can be adjusted according to the thickness of the electrode unit (the number of laminated layers of the positive electrode and the negative electrode), and is preferably in the range of 3: 1 to 3: 2. .
上記第1の電極ユニット、上記第2の電極ユニット及び上記第3の電極ユニットが備える正極は、多孔金属箔である正極集電体と、正極活物質を含み、上記正極集電体の表裏両面に積層された正極活物質層を備え、上記第1の電極ユニット、上記第2の電極ユニット及び上記第3の電極ユニットが備える負極は、多孔金属箔である負極集電体と、負極活物質を含み、上記負極集電体の表裏両面に積層された負極活物質層を備えてもよい。 The positive electrode provided in the first electrode unit, the second electrode unit, and the third electrode unit includes a positive electrode current collector that is a porous metal foil and a positive electrode active material, and the front and back sides of the positive electrode current collector And the negative electrode provided in the first electrode unit, the second electrode unit, and the third electrode unit is a negative electrode current collector that is a porous metal foil, and a negative electrode active material. And a negative electrode active material layer laminated on the front and back sides of the negative electrode current collector.
この構成によれば、第1のリチウムイオン供給源及び第2のリチウムイオン供給源から放出されたリチウムイオンは正極、負極及びセパレータによって妨げられることなく各電極ユニット内を移動することができ、各電極ユニット内においてリチウムイオンのドープ量を均一化することが可能となる。 According to this configuration, lithium ions released from the first lithium ion supply source and the second lithium ion supply source can move in each electrode unit without being blocked by the positive electrode, the negative electrode and the separator. It becomes possible to make the doping amount of lithium ion uniform in the electrode unit.
上記第1の電極ユニット、上記第2の電極ユニット及び上記第3の電極ユニットは互いに同一の厚みを有してもよい。 The first electrode unit, the second electrode unit, and the third electrode unit may have the same thickness.
この構成によれば、同一構造の電極ユニットを第1の電極ユニット、第2の電極ユニット及び第3の電極ユニットとして利用することが可能であると共に各電極ユニット内においてリチウムイオンのドープ量を均一化することが可能となる。 According to this configuration, it is possible to use the electrode unit having the same structure as the first electrode unit, the second electrode unit and the third electrode unit, and at the same time, the doping amount of lithium ion is uniform in each electrode unit. It is possible to
上記電気化学デバイスは、リチウムイオンキャパシタであってもよい。 The electrochemical device may be a lithium ion capacitor.
以上のように本発明によれば、生産性に優れ、負極のプレドープ状態を均一化することが可能な電気化学デバイスを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electrochemical device which has excellent productivity and can make the pre-doped state of the negative electrode uniform.
本実施形態に係る電気化学デバイスについて説明する。 An electrochemical device according to the present embodiment will be described.
[電気化学デバイスの構造]
図1は本実施形態に係る電気化学デバイス100の斜視図であり、図2は電気化学デバイス100の断面図である。図2は図1のA−A線での断面図である。
[Structure of electrochemical device]
FIG. 1 is a perspective view of an
電気化学デバイス100はリチウムイオンのプレドープが必要な電気化学デバイスであり、リチウムイオンキャパシタとすることができる。また電気化学デバイス100はリチウムイオン電池等のリチウムイオンのプレドープが必要な他の電気化学デバイスであってもよい。以下の説明では電気化学デバイス100はリチウムイオンキャパシタであるものとする。
The
図1及び図2に示すように、電気化学デバイス100は、第1電極ユニット101、第2電極ユニット102、第3電極ユニット103、第1リチウムイオン供給源104、第2リチウムイオン供給源105、外装フィルム106、正極端子107及び負極端子108を備える。以下、第1電極ユニット101、第2電極ユニット102、第3電極ユニット103、第1リチウムイオン供給源104及び第2リチウムイオン供給源105の積層体を電極体109とする。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1電極ユニット101、第2電極ユニット102及び第3電極ユニット103はそれぞれが蓄電可能なユニットである。第1電極ユニット101、第2電極ユニット102及び第3電極ユニット103は同一構造を有するものとすることができる。
Each of the
図3は、第1電極ユニット101、第2電極ユニット102及び第3電極ユニット103として利用することが可能な電極ユニット110の模式図である。同図に示すように電極ユニット110は正極120、負極130及びセパレータ140を備える。
FIG. 3 is a schematic view of an
正極120は、正極集電体121及び正極活物質層122を備える。正極集電体121は多数の貫通孔が形成された多孔金属箔であり、例えばアルミニウム箔である。正極集電体121の厚みは例えば0.03mmである。
The
正極活物質層122は、正極集電体121の表裏両面に形成されている。正極活物質層122は正極活物質とバインダ樹脂が混合されたものとすることができ、さらに導電助剤を含んでもよい。正極活物質は、電解液中のリチウムイオン及びアニオンが吸着可能な材料、例えば活性炭やポリアセン炭化物等である。
The positive electrode
バインダ樹脂は、正極活物質を接合する合成樹脂であり、例えば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、カルボキシメチルセルロース、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。 The binder resin is a synthetic resin for bonding the positive electrode active material, and for example, styrene butadiene rubber, polyethylene, polypropylene, aromatic polyamide, carboxymethyl cellulose, fluorocarbon rubber, polyvinylidene fluoride, isoprene rubber, butadiene rubber, and ethylene propylene rubber Etc. may be used.
導電助剤は、導電性材料からなる粒子であり、正極活物質の間での導電性を向上させる。導電助剤は、例えば、黒鉛や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等であってもよい。 The conductive aid is particles made of a conductive material, and improves the conductivity between the positive electrode active materials. Examples of the conductive aid include carbon materials such as graphite and carbon black. These may be used alone or in combination of two or more. The conductive aid may be a metal material, a conductive polymer, or the like as long as the material has conductivity.
負極130は、負極集電体131及び負極活物質層132を備える。負極集電体131は、多数の貫通孔が形成された多孔金属箔であり、例えば銅箔である。負極集電体131の厚みは例えば0.015mmである。
The
負極活物質層132は、負極集電体131の表裏両面に形成されている。負極活物質層132は負極活物質とバインダ樹脂が混合されたものとすることができ、さらに導電助剤を含んでもよい。負極活物質は、電解液中のリチウムイオンを吸蔵可能な材料、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や、Si、SiOなどの合金系材料、または、それらの複合材料を用いることができる。
The negative electrode
バインダ樹脂は、負極活物質を接合する合成樹脂であり、例えば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、カルボキシメチルセルロース、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。 The binder resin is a synthetic resin for bonding the negative electrode active material, and for example, styrene butadiene rubber, polyethylene, polypropylene, aromatic polyamide, carboxymethyl cellulose, fluorocarbon rubber, polyvinylidene fluoride, isoprene rubber, butadiene rubber and ethylene propylene rubber Etc. may be used.
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。導電助剤は、例えば、黒鉛や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等であってもよい。 The conductive aid is particles made of a conductive material, and improves the conductivity between the negative electrode active materials. Examples of the conductive aid include carbon materials such as graphite and carbon black. These may be used alone or in combination of two or more. The conductive aid may be a metal material, a conductive polymer, or the like as long as the material has conductivity.
セパレータ140は、正極120と負極130を隔て、電解液中に含まれるイオンを透過する。セパレータ140は、織布、不織布又は合成樹脂微多孔膜等であるものとすることができ、例えばオレフィン系樹脂を主材料としたものとすることができる。
The
正極120、負極130及びセパレータ140は、図3に示すように、正極120と負極130がセパレータ140を介して交互となるように積層され、セパレータ140を除く最下層及び最上層は負極130となるように構成されている。正極120及び負極130の積層数は特に限定されず、例えば正極120が9層、負極130が10層等とすることができる。
As shown in FIG. 3, the
上記構造を有する電極ユニット110を第1電極ユニット101、第2電極ユニット102及び第3電極ユニット103として利用することができる。各電極ユニットの正極集電体121は直接又は図示しない配線を介して正極端子107に電気的に接続され、各電極ユニットの負極集電体131は直接又は図示しない配線等によって負極端子108に電気的に接続されている。
The
第1リチウムイオン供給源104は、第1電極ユニット101と第3電極ユニット103の間に配置され、各電極ユニットの負極130にリチウムイオンを供給する。図4は、電極体109の拡大図である。同図に示すように、第1リチウムイオン供給源104は、リチウム用集電体151、第1金属リチウム152及び第2金属リチウム153を備える。
The first lithium
リチウム用集電体151は、金属箔であり、例えば銅箔である。リチウム用集電体151は、孔径は数十〜数百μm程度の貫通孔が多数形成された多孔金属箔であってもよく、貫通孔を有しない金属箔であってもよい。リチウム用集電体151は、各電極ユニットの負極集電体131と直接又は負極端子108を介して電気的に接続されている。
The lithium
図4に示すように、リチウム用集電体151の主面のうち、第1電極ユニット101側の面を第1の主面151aとし、第3電極ユニット103側の面を第2の主面151bとする。
As shown in FIG. 4, among the main surfaces of the lithium
第1金属リチウム152は圧着等によって第1の主面151aに貼付され、第2金属リチウム153は圧着等によって第2の主面151bに貼付されている。図4に示すように、第1金属リチウム152の厚みを第1の厚みD1とし、第2金属リチウム153の厚みを第2の厚みD2とする。
The
ここで、第1の厚みD1は第2の厚みD2より大きい。具体的には比D1:D2が3:1から3:2の範囲が好適であり、特にD1:D2は2:1がより好適である。 Here, the first thickness D1 is larger than the second thickness D2. Specifically, the ratio D1: D2 is preferably in the range of 3: 1 to 3: 2, and in particular, D1: D2 is more preferably 2: 1.
第2リチウムイオン供給源105は、第2電極ユニット102と第3電極ユニット103の間に配置され、各電極ユニットの負極130にリチウムイオンを供給する。図4に示すように、第2リチウムイオン供給源105は、リチウム用集電体161、第3金属リチウム162及び第4金属リチウム163を備える。
The second lithium
リチウム用集電体161は、金属箔であり、例えば銅箔である。リチウム用集電体161は、孔径は数十〜数百μm程度の貫通孔が多数形成された多孔金属箔であってもよく、貫通孔を有しない金属箔であってもよい。リチウム用集電体161は、各電極ユニットの負極集電体131と直接又は負極端子108を介して電気的に接続されている。
The lithium
図4に示すように、リチウム用集電体161の主面のうち、第2電極ユニット102側の面を第3の主面161aとし、第3電極ユニット103側の面を第4の主面161bとする。
As shown in FIG. 4, among the main surfaces of the lithium
第1金属リチウム162は圧着等によって第3の主面161aに貼付されている。第2金属リチウム163は圧着等によって第4の主面161bに貼付されている。図4に示すように、第3金属リチウム162は第1金属リチウム152と同一の厚みD1を有し、第4金属リチウム163は第2金属リチウム153と同一の厚みD2を有する。
The
上記のように第1の厚みD1は第2の厚みD2より大きく、比D1:D2が3:1から3:2の範囲が好適であり、特にD1:D2は2:1がより好適である。 As described above, the first thickness D1 is larger than the second thickness D2, and the ratio D1: D2 is preferably in the range of 3: 1 to 3: 2, and in particular, D1: D2 is more preferably 2: 1. .
外装フィルム106は、電極体109及び電解液を収容する収容空間を形成する。外装フィルム106はアルミニウム箔等の金属箔と樹脂を積層したラミネートフィルムであり、電極体109の周囲で融着され、封止されている。外装フィルム106に代えて、収容空間を封止可能な缶状部材等を利用してもよい。
The
電極体109と共に収容空間に収容される電解液は特に限定されないが、例えばLiPF6等を溶質とする溶液を用いることができる。
Electrolyte solution to be accommodated in the accommodating space together with the
正極端子107は、正極120の外部端子であり、各電極ユニットの正極120に電気的に接続されている。正極端子107は図1に示すように外装フィルム106の間から収容空間の外部へ引き出されている。正極端子107は導電性材料からなる箔や線材であってもよい。
The
負極端子108は、負極130の外部端子であり、各電極ユニットの負極130に電気的に接続されている。負極端子108は図1に示すように外装フィルム106の間から収容空間の外部へ引き出されている。負極端子108は導電性材料からなる箔や線材であってもよい。
The
[リチウムイオンのプレドープについて]
電気化学デバイス100の製造段階において、リチウム用集電体151及びリチウム用集電体161と負極集電体131を電気的に接続した状態で電極体109を電解液に浸漬させると、第1金属リチウム152、第2金属リチウム153、第3金属リチウム162及び第4金属リチウム163が溶解し、リチウムイオンが電解液中に放出される。リチウムイオンは電解液中を移動し、各電極ユニットが備える負極130の負極活物質層132中にドープ(プレドープ)される。
[About lithium ion pre-doping]
When the
図5はリチウムイオンのプレドープを示す模式図である。同図に示すように、第1金属リチウム152から放出されたリチウムイオンは多くが第1金属リチウム152が面する第1電極ユニット101に供給される(図中矢印A)。また、第2金属リチウム153から放出されたリチウムイオンは多くが第2金属リチウム153が面する第3電極ユニット103に供給される(図中矢印B)。
FIG. 5 is a schematic view showing pre-doping of lithium ions. As shown in the figure, most of the lithium ions released from the
第1金属リチウム152の厚みである第1の厚みD1は、第2金属リチウム153の厚みである第2の厚みD2より大きいので、第2金属リチウム153から第3電極ユニット103に供給されるリチウムイオンの量は第1金属リチウム152から第1電極ユニット101に供給されるリチウムイオンの量より小さくなる。
Since the first thickness D1 which is the thickness of the
同様に第3金属リチウム162から放出されたリチウムイオンは多くが第3金属リチウム162が面する第2電極ユニット102に供給される(図中矢印C)。また、第4金属リチウム163から放出されたリチウムイオンは多くが第4金属リチウム163が面する第3電極ユニット103に供給される(図中矢印D)。
Similarly, most of the lithium ions released from the
第3金属リチウム162の厚みである第1の厚みD1は、第4金属リチウム163の厚みである第2の厚みD2より大きいので、第4金属リチウム163から第3電極ユニット103に供給されるリチウムイオンの量は第3金属リチウム162から第2電極ユニット102に供給されるリチウムイオンの量より小さくなる。
Since the first thickness D1 which is the thickness of the
しかしながら第3電極ユニット103には、第2金属リチウム153及び第4金属リチウム163の両者からリチウムイオンが供給されるため、第3電極ユニット103に供給されるリチウムイオンの量は第1電極ユニット101及び第2電極ユニット102と同等となる。これにより、第1電極ユニット101、第2電極ユニット102及び第3電極ユニット103の間でリチウムイオンのドープ量が均一となり、電気化学デバイス100の長期安定性を確保することが可能である。
However, since lithium ions are supplied to the
仮に第1の厚みD1と第2の厚みD2を同等とすると、第3電極ユニット103に供給されるリチウムイオンの量が第1電極ユニット101及び第2電極ユニット102のそれぞれに供給されるリチウムイオンの量の倍程度になる。このため、各電極ユニットのドープ量を同程度にするには第1電極ユニット101の上層及び第2電極ユニット102の下層にさらにリチウムイオン供給源を配置する必要がある。
Assuming that the first thickness D1 and the second thickness D2 are equal to each other, the amount of lithium ions supplied to the
これに対し、第1の厚みD1を第2の厚みD2より大きくすることにより、第1リチウムイオン供給源104及び第2リチウムイオン供給源105のみによって各電極ユニットにドープされるリチウムイオンの量を同程度にすることができる。また、各電極ユニットの厚さ(正極120と負極130の積層数)が異なる場合であっても、第1の厚みD1と第2の厚みD2の比を調整することにより、各電極ユニットのドープ量を均一とすることができる。
On the other hand, by making the first thickness D1 larger than the second thickness D2, the amount of lithium ions to be doped in each electrode unit by only the first lithium
また、第1リチウムイオン供給源104及び第2リチウムイオン供給源105は同一の構造を有するため、両者を作り分ける必要がなく、製造コストの低減が可能である。
Further, since the first lithium
なお、上記のように各金属リチウムはプレドープにおいて溶解し、電気化学デバイス100の使用時には各金属リチウムは存在しない。しかしながら、リチウム用集電体151及びリチウム用集電体161に存在する金属リチウムの残渣等によってプレドープ前の金属リチウムの配置は判別可能である。
As described above, each metal lithium dissolves in pre-doping, and each metal lithium does not exist when the
[変形例]
上記のように電気化学デバイス100は第1電極ユニット101、第2電極ユニット102、第3電極ユニット103、第1リチウムイオン供給源104及び第2リチウムイオン供給源105が積層された電極体109を備える。ここで電気化学デバイス100は、複数の電極体109が積層され、収容空間に収容された構造を有するものであってもよい。この場合でもそれぞれの電極体109が備える電極ユニットの間でリチウムイオンのドープ量を均一化することが可能である。
[Modification]
As described above, the
銅箔の両面に厚みの異なる金属リチウムを圧着し、上述のリチウムイオン供給源を作製した。正極と負極をセパレータを介して積層し、上述の電極ユニットを作製した。電極ユニット間にリチウムイオン供給源を配置して3つの電極ユニットを積層し、電極体を作製した。電極体に正極端子及び負極端子を接続し、電解液と共にラミネートフィルム内に封入した。これにより、実施例に係るリチウムイオンキャパシタを作製した。 Metal lithium having different thicknesses was crimped on both sides of the copper foil to prepare the above-mentioned lithium ion source. The positive electrode and the negative electrode were laminated via a separator to produce the above-mentioned electrode unit. A lithium ion source was disposed between the electrode units, and three electrode units were stacked to fabricate an electrode body. The positive electrode terminal and the negative electrode terminal were connected to the electrode body, and enclosed in a laminate film together with the electrolytic solution. Thus, a lithium ion capacitor according to an example was produced.
また、銅箔の両面に厚みが同一の金属リチウムを圧着し、リチウムイオン供給源を作製した。この他は実施例と同様の構成とし、比較例に係るリチウムイオンキャパシタを作製した。 Moreover, metal lithium with the same thickness was crimped | bonded to both surfaces of copper foil, and the lithium ion supply source was produced. Except for this, the configuration is the same as that of the example, and a lithium ion capacitor according to the comparative example is manufactured.
図6は、実施例及び比較例に係るリチウムイオンキャパシタにおける第1の厚みD1と第2の厚みD2の比を示す表である。 FIG. 6 is a table showing the ratio of the first thickness D1 to the second thickness D2 in lithium ion capacitors according to Examples and Comparative Examples.
実施例及び比較例に係るリチウムイオンキャパシタを40℃環境下で30日保管後、最外層の電極ユニットの外側の負極、それ以外の電極ユニットは中央部の負極にドープされたリチウムイオン量を評価した。セル容量を基準とした電流量100Cで充放電を行った。充電100CのCCCV1min、放電100C、2.2Vカットオフで充放電サイクルを実施した。初期の内部抵抗を100として、内部抵抗の変化率を評価した。なお、内部抵抗は放電曲線から求められる電圧降下から求めた。内部抵抗の変化率を図6に示す。 After storing the lithium ion capacitor according to the example and the comparative example for 30 days under 40 ° C. environment, the negative electrode on the outside of the outermost electrode unit and the other electrode units evaluate the lithium ion amount doped in the central negative electrode. did. Charge and discharge were performed at a current amount of 100 C based on the cell capacity. The charge and discharge cycle was performed with CCCV 1 min of charge 100 C, discharge 100 C, and 2.2 V cutoff. Assuming that the initial internal resistance was 100, the rate of change of the internal resistance was evaluated. The internal resistance was obtained from the voltage drop obtained from the discharge curve. The rate of change of internal resistance is shown in FIG.
同図に示すように、実施例に係るリチウムイオンキャパシタでは比較例に係るリチウムイオンキャパシタに比べて内部抵抗の上昇率が小さく、ドープ量の均一化により寿命が向上していることがわかる。 As shown in the figure, it can be seen that in the lithium ion capacitor according to the example, the rate of increase in internal resistance is smaller than in the lithium ion capacitor according to the comparative example, and the life is improved by making the doping amount uniform.
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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to the above-mentioned embodiment, of course, a various change can be added.
100…電気化学デバイス
101…第1電極ユニット
102…第2電極ユニット
103…第3電極ユニット
104…第1リチウムイオン供給源
105…第2リチウムイオン供給源
106…外装フィルム
109…電極体
110…電極ユニット
120…正極
121…正極集電体
122…正極活物質層
130…負極
131…負極集電体
132…負極活物質層
140…セパレータ
151、161…リチウム用集電体
152…第1金属リチウム
153…第2金属リチウム
162…第3金属リチウム
163…第4金属リチウム
DESCRIPTION OF
Claims (5)
正極と負極がセパレータを介して交互に積層された第2の電極ユニットと、
正極と負極がセパレータを介して交互に積層され、前記第1の電極ユニットと前記第2の電極ユニットの間に位置する第3の電極ユニットと、
前記第1の電極ユニットと前記第3の電極ユニットの間に配置され、前記第1の電極ユニット側の第1の主面と、前記第3の電極ユニット側の第2の主面とを有する金属箔である第1の集電体を備える第1のリチウムイオン供給源と、
前記第2の電極ユニットと前記第3の電極ユニットの間に配置され、前記第2の電極ユニット側の第3の主面と、前記第3の電極ユニット側の第4の主面とを有する金属箔である第2の集電体を備える第2のリチウムイオン供給源と
前記第1の電極ユニット、前記第2の電極ユニット、前記第3の電極ユニット、前記第1のリチウムイオン供給源及び前記第2のリチウムイオン供給源が浸漬されている電解液と
を具備し、
前記第1の電極ユニット、前記第2の電極ユニット及び前記第3の電極ユニットが備える負極には、前記第1の主面に貼付された第1の厚みを有する第1の金属リチウム、前記第2の主面に貼付され、前記第1の厚みより小さい第2の厚みを有する第2の金属リチウム、前記第3の主面に貼付された前記第1の厚みを有する第3の金属リチウム及び前記4の主面に貼付された前記第2の厚みを有する第4の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ている
電気化学デバイス。 A first electrode unit in which a positive electrode and a negative electrode are alternately stacked via a separator;
A second electrode unit in which a positive electrode and a negative electrode are alternately stacked via a separator;
A positive electrode and a negative electrode are alternately stacked via a separator, and a third electrode unit positioned between the first electrode unit and the second electrode unit;
It is disposed between the first electrode unit and the third electrode unit, and has a first main surface on the first electrode unit side and a second main surface on the third electrode unit side. A first lithium ion source comprising a first current collector that is a metal foil;
It is disposed between the second electrode unit and the third electrode unit, and has a third main surface on the second electrode unit side and a fourth main surface on the third electrode unit side. A second lithium ion source provided with a second current collector that is a metal foil, the first electrode unit, the second electrode unit, the third electrode unit, the first lithium ion source, and An electrolyte in which the second lithium ion source is immersed;
The negative electrode of the first electrode unit, the second electrode unit, and the third electrode unit includes a first metal lithium having a first thickness attached to the first main surface, and the first metal lithium. A second metal lithium attached to the main surface of 2 and having a second thickness smaller than the first thickness; a third metal lithium having the first thickness attached to the third main surface; An electrochemical device, wherein a lithium metal is pre-doped from a fourth metal lithium having the second thickness attached to the main surface of the four.
前記第1の厚みと前記第2の厚みの比は3:1から3:2の範囲内である
電気化学デバイス。 An electrochemical device according to claim 1, wherein
An electrochemical device wherein the ratio of the first thickness to the second thickness is in the range of 3: 1 to 3: 2.
前記第1の電極ユニット、前記第2の電極ユニット及び前記第3の電極ユニットが備える正極は、多孔金属箔である正極集電体と、正極活物質を含み、前記正極集電体の表裏両面に積層された正極活物質層を備え、
前記第1の電極ユニット、前記第2の電極ユニット及び前記第3の電極ユニットが備える負極は、多孔金属箔である負極集電体と、負極活物質を含み、前記負極集電体の表裏両面に積層された負極活物質層を備える
電気化学デバイス。 An electrochemical device according to claim 1 or 2, wherein
The positive electrode provided in the first electrode unit, the second electrode unit, and the third electrode unit includes a positive electrode current collector that is a porous metal foil and a positive electrode active material, and the front and back sides of the positive electrode current collector A positive electrode active material layer laminated on the
The negative electrode included in the first electrode unit, the second electrode unit, and the third electrode unit includes a negative electrode current collector that is a porous metal foil and a negative electrode active material, and both the front and back sides of the negative electrode current collector An electrochemical device comprising a negative electrode active material layer laminated to the
前記第1の電極ユニット、前記第2の電極ユニット及び前記第3の電極ユニットは互いに同一の厚みを有する
電気化学デバイス。 The electrochemical device according to any one of claims 1 to 3, wherein
An electrochemical device, wherein the first electrode unit, the second electrode unit, and the third electrode unit have the same thickness.
リチウムイオンキャパシタである
電気化学デバイス。 The electrochemical device according to any one of claims 1 to 4, wherein
An electrochemical device that is a lithium ion capacitor.
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