リチウムイオンキャパシタ
【課題】負極容量に見合った大きな容量の正極を用いることにより各ＬＩＣセルの高容量化を図り、少ない積層数であっても高容量のＬＩＣを提供し、溶接回数を低減して生産性の向上を図ることができる技術を提供する。
【解決手段】正極集電体に炭素系材料を主体とする正極活物質合剤を担持させた正極と、負極集電体にリチウムイオンを吸蔵脱離できる材料を主体とする負極活物質合剤を担持させた負極とを備え、電解質としてリチウム塩を用い、正極と負極とがセパレーターを挟んで複数積層され、正極および負極が、それぞれセル内で電気的に結合されているリチウムイオンキャパシタであって、正極の厚みが、０．３ｍｍ以上であるリチウムイオンキャパシタ。正極における集電体が、アルミニウムを５０ｗｔ％以上含む三次元構造の金属多孔体であるリチウムイオンキャパシタ。
【解決手段】正極集電体に炭素系材料を主体とする正極活物質合剤を担持させた正極と、負極集電体にリチウムイオンを吸蔵脱離できる材料を主体とする負極活物質合剤を担持させた負極とを備え、電解質としてリチウム塩を用い、正極と負極とがセパレーターを挟んで複数積層され、正極および負極が、それぞれセル内で電気的に結合されているリチウムイオンキャパシタであって、正極の厚みが、０．３ｍｍ以上であるリチウムイオンキャパシタ。正極における集電体が、アルミニウムを５０ｗｔ％以上含む三次元構造の金属多孔体であるリチウムイオンキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高容量であって、電極の積層数が少なく、少ない溶接回数で製造可能なリチウムイオンキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題がクローズアップされる中、太陽光発電や、風力発電等によるクリーンエネルギーの蓄電システム、コンピュータ等のバックアップ電源、ハイブリッド車や電気自動車等の電源として、蓄電デバイスの開発が盛んに行われており、近年、リチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）が、リチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）の利点と電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の利点とを組み合わせた大容量の蓄電デバイスとして注目されている。
【０００３】
即ち、ＬＩＢは、アルミニウム（Ａｌ）箔上にコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等の正極活物質を担持させた正極、銅（Ｃｕ）箔上にリチウムイオン（Ｌｉ＋）を吸蔵脱離できる黒鉛粉末等の負極活物質を担持させた負極、およびＬｉＰＦ６等のリチウム塩と、エチレンカーボネート（ＥＣ）やジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等の有機溶媒とからなる非水電解液を用いてセルが構成されており、２．５〜４．２Ｖの電圧を得ることができ、高いエネルギー密度を有している。しかし、高電流密度での動作は難しく、出力密度は高いとは言えない。
【０００４】
一方、ＥＤＬＣは、図３に示すように、アルミニウム（Ａｌ）箔２３上に活性炭２４を担持させた正極２１と負極２２、および（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢＦ４等とプロピレンカーボネート（ＰＣ）等の有機溶媒からなる電解液を用いてセルが構成されており、電解液中のイオンが活性炭２４の表面に物理吸着あるいは脱離することにより、充放電が行われる。このため、ＥＤＬＣは、高い出力密度を有し、サイクル性能も１０万サイクル以上と優れており、小型バックアップ電源や瞬低保障装置、太陽光発電の蓄電デバイス等として用いられている。しかし、電圧は０〜３Ｖ、容量はｍＦ〜数１００Ｆ（ファラッド）であり、高容量とは言えない。
【０００５】
これに対して、ＬＩＣは、図４に示すように、Ａｌ箔３３上に活性炭３５を担持させた正極３１（ＥＤＬＣの正極と同様）、Ｃｕ箔３４上に黒鉛粉末３６等を担持させてＬｉ＋を吸蔵（プレドープ）させた負極３２（ＬＩＢの負極と同様）、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩およびエチレンカーボネート（ＥＣ）やジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等の有機溶媒からなる非水電解液を用いて構成されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
このため、ＬＩＣは、ＬＩＢと同様に約４Ｖと高い電圧を得ることができる。そして、容量は電圧の２乗に比例するため、１００Ｆ〜数１０００Ｆと高い容量を得ることができる。また、ＥＤＬＣと同様に高い出力密度を得ることができ、サイクル性能も１０万サイクル程度と優れており、瞬低保障装置、太陽光発電の蓄電デバイス等として用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１４３７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のＬＩＣの正極容量（単位面積当りの容量）は、負極容量（単位面積当りの容量）に比べ約１／１０と圧倒的に小さいため、ＬＩＣとしての容量は正極容量に規制され、より高容量のＬＩＣを得るためには、小さな容量のＬＩＣセルを積層、即ち、図５に示すように、正極４１、負極４２およびセパレーター４３を多く積層する必要があった。この結果、正極４１と負極４２のそれぞれについて、多くの正極タブ４４と正極タブリード４６とを接合、また同様に、多くの負極タブ４５と負極タブリード４７とを接合しなければならず、溶接回数が多くなり、生産性の向上を図る上で問題となっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、負極容量に見合った大きな容量の正極を用いることにより各ＬＩＣセルの高容量化を図り、少ない積層数であっても高容量のＬＩＣを提供し、溶接回数を低減して生産性の向上を図ることができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明者は、上記課題の解決を検討するにあたって、従来のＬＩＣの正極容量が負極容量に比べ約１／１０と圧倒的に小さく、ＬＩＣの容量を規制していることに鑑み、まず、正極の厚みを増やすことを考え、正負極容量のバランスを充分に改善することができる正極の厚みについて種々の実験と検討を行った。その結果、０．３ｍｍ以上の厚みの正極の場合、正負極容量のバランスを１：１にまで改善でき、電極の積層数を低減させて溶接回数を低減させることができるため、加工コストの低減を図れ、生産性の向上を図ることができることを確認した。
【００１１】
即ち、本発明に係るリチウムイオンキャパシタは、
正極集電体に炭素系材料を主体とする正極活物質合剤を担持させた正極と、負極集電体にリチウムイオンを吸蔵脱離できる材料を主体とする負極活物質合剤を担持させた負極とを備え、電解質としてリチウム塩を用い、前記正極と負極とがセパレーターを挟んで複数積層され、前記正極および負極が、それぞれセル内で電気的に結合されているリチウムイオンキャパシタであって、
前記正極の厚みが、０．３ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１２】
（２）このような厚みが０．３ｍｍ以上の正極には、従来のＡｌ箔に替えてアルミニウムを５０ｗｔ％以上含んだ三次元構造の金属多孔体を集電体として用いることが好ましい。
【００１３】
即ち、従来は、正極活物質である活性炭にアセチレンブラック等の導電助剤およびポリテトラフルオロエチレン等のバインダーを混合した後、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の溶媒を添加して作製された正極活物質合剤ペーストをＡｌ箔に塗布することにより、正極が作製されていた。
【００１４】
図６は従来のＬＩＣの正極の構成を説明する図であり、（ａ）は正極の斜視図、（ｂ）は正極の断面の部分拡大模式図である。図６において、５１は集電体（Ａｌ箔）、５２は正極活物質合剤層である。そして、正極活物質合剤層５２は、活物質５２ａ、バインダー５２ｂ、導電助剤５２ｃから構成されている。
【００１５】
図６（ａ）に示すように、従来の正極は、厚みが２０μｍ程度の集電体５１の両面にそれぞれ１００μｍ程度の正極活物質合剤層５２を活物質層として形成させている。
【００１６】
正極活物質合剤層５２は、前記したように、正極活物質合剤ペーストを集電体５１に塗布することにより形成されているため、正極容量の向上を意図して正極活物質合剤ペーストを厚く塗布して厚い正極活物質合剤層５２を形成させた場合、集電体５１から離れた部分では活物質５２ａが脱落する恐れがある。
【００１７】
この活物質５２ａの脱落を防止するためには、バインダー５２ｂを増量して活物質５２ａを充分に結着させる必要がある。しかし、バインダー５２ｂは絶縁体であるため、増量すると電気抵抗が高くなり集電性が低下する。そこで、導電助剤５２ｃも増量する必要がある。
【００１８】
しかし、バインダー５２ｂおよび導電助剤５２ｃを増量すると、結果的に活物質５２ａの充填密度が低下するため、従来の正極においては、活物質層の厚みを増しても充分に容量を向上させることが難しかった。
【００１９】
これに対して、アルミニウムを５０ｗｔ％以上含んだ三次元構造の金属多孔体を集電体として使用した場合には、活物質層の厚みを増しても活物質が脱落する恐れがなく、また、バインダーや導電助剤を増量することなく活物質の充填密度を充分に確保して、容量を向上させることができる。
【００２０】
これを図１を用いて説明する。図１は本発明に係るＬＩＣの正極の構成を説明する図であり、（ａ）は正極の斜視図、（ｂ）は正極の断面の部分拡大模式図である。図１において、６１は集電体となる骨格（Ａｌ骨格）、６２は正極活物質合剤層である。そして、正極活物質合剤層６２は、活物質６２ａ、バインダー６２ｂ、導電助剤６２ｃから構成されている。
【００２１】
三次元構造の金属多孔体は棒状もしくは繊維状の金属が相互につながり合ってネットワークを形成している。このため、三次元構造の金属多孔体を集電体として用いた場合、図１（ａ）に示すように、金属多孔体の骨格６１を集電体として、この骨格６１により形成された多くの空孔に正極活物質合剤層６２を担持させることができ、ｍｍオーダーでの厚い正極を作製することができる。
【００２２】
具体的には、正極活物質合剤層６２においては、図１（ｂ）に示すように、三次元構造の骨格６１の部分に形成された空孔内に正極活物質ペーストを充填することにより、骨格６１に活物質６２ａが包み込まれて担持されるため、厚い正極であっても活物質６２ａが脱落する恐れがない。また、電気抵抗が低い。また、アルミニウムは導電性が高く耐電圧性に優れるため、集電性に優れている。このため、従来のように、バインダー６２ｂや導電助剤６２ｃを増量する必要がなく、活物質６２ａの充填密度を高めることができる。この結果、正極容量を向上させた厚い正極を容易に得ることができる。
【００２３】
即ち、前記のリチウムイオンキャパシタは、
前記正極における集電体が、アルミニウムを５０ｗｔ％以上含む三次元構造の金属多孔体であることを特徴とする。
【００２４】
（３）次に、比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の活性炭は、電解質イオンを吸着できるサイトが多く高容量であるため、正極活物質としてより好ましく、このような活性炭を前記正極の正極活物質として用いることにより、正極容量を一層大きくすることができ、より高容量のＬＩＣを提供することができる。
【００２５】
即ち、前記のリチウムイオンキャパシタは、
前記炭素系材料が、比表面積１０００ｍ２／ｇ以上の活性炭であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、負極容量に見合った大きな容量の正極を用いることにより各ＬＩＣセルの高容量化を図り、少ない積層数であっても高容量のＬＩＣを提供し、溶接回数を低減して生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るＬＩＣの正極の構成を説明する図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるＬＩＣの構成を説明する図である。
【図３】ＥＤＬＣの構成を説明する図である。
【図４】ＬＩＣの構成を説明する図である。
【図５】従来のＬＩＣの構成を説明する図である。
【図６】従来のＬＩＣの正極の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を用いて説明する。
【００２９】
１．ＬＩＣの構成
はじめに、ＬＩＣの構成について説明する。図２は、本実施の形態におけるＬＩＣの構成を説明する図であり、１はＬＩＣ、１１は正極、１２は負極、１３はセパレーターである。そして、１４は正極タブ、１５は負極タブ、１６は正極タブリード、１７は負極タブリードである。なお、正極１１に示された六角形は金属多孔体の骨格部分である。
【００３０】
ＬＩＣ１は、正極１１と負極１２とがセパレーター１３を挟んで複数積層され、複数の正極１１と負極１２は、それぞれ超音波溶接等により正極タブ１４と負極タブ１５に接合されている。そして、正極タブ１４と負極タブ１５は、それぞれ正極タブリード１６と負極タブリード１７に接合されている。また、電解液にはリチウム塩を含む非水電解液が用いられる。
【００３１】
２．正極
（１）概要
正極１１は、三次元構造の金属多孔体を集電体として、炭素系材料を主体とする正極活物質合剤が金属多孔体の空孔に充填されて担持されている。そして、正極１１の厚みは、負極容量に見合う容量を確保するために、０．３ｍｍ以上に設定されている。なお、前記の「炭素系材料を主体とする」とは、正極活物質として機能する炭素系材料を５０ｗｔ％超含有していることを示す。また、正極活物質合剤は、正極活物質に加えて、必要に応じて適宜、導電助剤、バインダー等が添加されて構成される。
【００３２】
正極活物質合剤を正極集電体に充填する方法としては、例えば、溶媒を用いてペースト状にされた正極活物質合剤を圧入する圧入法等、公知の方法が用いられる。その他、例えば、正極活物質合剤ペースト中に集電体を浸漬し、必要に応じて減圧する方法、正極活物質合剤ペーストを集電体の一方面からポンプ等で加圧しながら吹き付けて充填する方法などを用いてもよい。
【００３３】
充填されたペースト状の正極活物質合剤は、乾燥処理を施すことにより、溶媒が除去されて正極活物質合剤層が形成される。必要に応じて、充填後、ローラープレス機等により加圧することにより、所定の圧縮率に圧縮成形されることも好ましい。圧縮成形することにより、正極活物質合剤をより高密度に充填することができ、また正極を所望の厚みに調整することができる。
【００３４】
（２）正極集電体
正極集電体としては、集電性の観点よりＡｌを５０ｗｔ％以上含む三次元構造の金属多孔体が好ましい。Ａｌ以外の含有成分としては、耐電解性の観点より、チタン、白金、金、ステンレス、ニッケルクロム合金等が挙げられる。
【００３５】
また、前記金属多孔体における目付量は多孔体構造を維持し、なおかつ電気抵抗が低い観点から８０〜１０００ｇ／ｍ２であることが好ましく、気孔率は、充填密度の確保、および機械強度の観点から８０〜９８％であることが好ましい。なお、「目付量」とは金属多孔体製造時の厚み１ｍｍ当たりの重量を示し、「気孔率」とは集電体の見かけの体積に対して気孔が占める割合を示す。
【００３６】
上記のような金属多孔体は、内部に導電性が高く耐電圧性に優れたＡｌ骨格が連続して存在するため、集電機能に優れている。そして、多孔体中の空隙に活物質が包まれる構造であるため、バインダーや導電助剤等の含有比率を少なくすることができ、活物質の充填密度を高くすることができる。その結果、内部抵抗を小さくすることができると共に、高容量化が可能になる。
【００３７】
このような金属多孔体は、発泡樹脂または不織布の表面に金属被覆層を形成したのち、基材である発泡樹脂や不織布を除去することにより得ることができ、例えば、以下に示す方法により作製される。
【００３８】
まず、連通気孔を有する発泡樹脂を準備し、その表面にＡｌ層を形成してＡｌ被覆発泡樹脂を得る。
【００３９】
発泡樹脂としては、多孔性のものであれば特に限定されず、発泡ウレタン、発泡スチレン等を使用することができ、気孔率４０〜９８％で、セル径５０〜１０００μｍの連通気孔を持つものが好ましく用いられる。これらの中でも、気孔率が高く（８０〜９８％）、セル径の均一性が高く、また熱分解性にも優れた発泡ウレタンが特に好ましい。
【００４０】
発泡樹脂の表面にＡｌ層を形成する方法としては、蒸着、スパッタ、プラズマＣＶＤ等の気相法、アルミニウムペーストの塗布、溶融塩電解めっき法等任意の方法で行うことができる。
【００４１】
これらの方法の内でも、溶融塩電解めっきが好ましい。溶融塩電解めっきは、例えば、ＡｌＣｌ３−ＸＣｌ（Ｘ：アルカリ金属）の２成分系あるいは多成分系の塩を使用し、溶融塩中に発泡樹脂を浸漬し、Ａｌ層に電位を印加して電解めっきを行う。この際、予め、Ａｌ等の蒸着やスパッタ、あるいはカーボン等を含有した導電性塗料の塗布等の方法を用いて、発泡樹脂１の表面に、導電化処理を施しておく。
【００４２】
なお、Ａｌ層の形成に際しては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の不純物が含まれないようにする。これらの不純物が含まれた正極を用いた場合、充電中にこれらの不純物が溶け出して負極に析出し、短絡が生じる原因となる。
【００４３】
次に、Ａｌ被覆発泡樹脂を溶融塩に浸漬し、Ａｌ層に負電位を印加する。これにより、Ａｌ層の酸化を抑制することができる。この状態で発泡樹脂の分解温度以上で、Ａｌの融点（６６０℃）以下の温度で加熱することにより、発泡樹脂が分解して、Ａｌ層のみが残りＡｌ多孔体を得ることができる。加熱温度としては、５００〜６５０℃が好ましい。
【００４４】
溶融塩としては、Ａｌ層の電極電位が卑となるように、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物の塩を使用することができる。具体的には、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）からなる群より選択される１種以上を含むことが好ましく、上記の２種以上を混合して融点を下げた共晶溶融塩がより好ましい。
【００４５】
（３）正極活物質合剤
（ａ）炭素系材料
炭素系材料としては、比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の活性炭が好ましく、１１００〜４０００ｍ２／ｇであるとより好ましい。また、粒径は、２０μｍ以下であることが好ましい。この範囲とすることにより、ＬＩＣの静電容量を大きくすることができ、また、内部抵抗を小さくすることできる。
【００４６】
このような活性炭としては、電気二重層キャパシタ用に一般的に市販されているものを、同様に使用することができる。活性炭の原料としては、例えば、木材、ヤシ殻、パルプ廃液、石炭、石油重質油、又はそれらを熱分解した石炭・石油系ピッチのほか、フェノール樹脂等の樹脂等が挙げられる。
【００４７】
なお、炭化後に賦活するのが一般的であり、賦活法は、ガス賦活法及び薬品賦活法が挙げられる。ガス賦活法は、高温下で水蒸気、炭酸ガス、酸素等と接触反応させることにより活性炭を得る方法である。薬品賦活法は、上記原料に公知の賦活薬品を含浸させ、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより、賦活薬品の脱水及び酸化反応を生じさせて活性炭を得る方法である。賦活薬品としては、例えば、塩化亜鉛、水酸化ナトリウム等が挙げられる。
【００４８】
（ｂ）導電助剤
導電助剤の種類には特に制限はなく、公知又は市販のものが使用できる。例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、天然黒鉛（鱗片状黒鉛、土状黒鉛等）、人造黒鉛、酸化ルテニウム等が挙げられる。これらの中でも、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維等が好ましい。これにより、ＬＩＣの導電性を向上させることができる。導電助剤の含量は限定的でないが、活性炭１００質量部に対して０．１〜１０質量部程度が好ましい。１０質量部を超えると静電容量が低下するおそれがある。
【００４９】
（ｃ）バインダー
バインダーの種類には特に制限はなく、公知又は市販のものが使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルクロリド、ポリオレフィン、スチレンブタジエンゴム、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。
【００５０】
バインダーの含有量についても特に制限はないが、活性炭１００質量部に対して好ましくは０．５〜１０質量部である。この範囲とすることにより、電気抵抗の増加及び静電容量の低下を抑制しながら、結着強度を向上させることができる。
【００５１】
なお、ペースト状にするための溶媒は、バインダーの材質等に応じて適宜決定される。例えば、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用いる場合には、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが溶媒に用いられ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース等を用いる場合には、水が溶媒に用いられる。
【００５２】
３．負極
（１）概要
負極１２は、金属箔を負極集電体として、リチウムイオンを吸蔵脱離できる炭素材料等の負極活物質を主体とした負極活物質合剤のペーストを、ドクターブレード法等により金属箔上に塗布する方法が挙げられる。また、必要に応じて、乾燥後にローラープレス機等により加圧成形してもよい。負極の厚みは、一般的に、０．０８ｍｍ程度にされる。
【００５３】
負極活物質にリチウムイオンを吸蔵させるには、負極活物質層が形成された負極にＬｉ箔を圧着させておき、製造後のセル（ＬＩＣ）を６０℃の恒温層中で２４時間保温する等の方法が挙げられる。他にも、負極活物質とリチウム材料を混合してメカニカルアロイ法で混合する方法や、Ｌｉ金属をセルに組み込んで、負極１２とＬｉ金属を短絡する方法が挙げられる。
【００５４】
（２）負極集電体
負極集電体としては、電気抵抗の観点から、金属箔を用いることが好ましく、Ａｌ、銅、Ｎｉ、ステンレスのいずれかであることが好ましい。
【００５５】
（３）負極活物質合剤
負極活物質合剤は、例えば、リチウムイオンを吸蔵脱離できる負極活物質を溶媒にまぜ、混合機で攪拌することによりペースト化される。必要に応じて導電助剤、バインダーを含んでもよい。
【００５６】
（ａ）負極活物質
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵脱離できるものであれば特に限定されないが、容量密度の観点から、黒鉛系材料、易黒鉛化炭素材料等の炭素材料が好ましい。
【００５７】
（ｂ）導電助剤
導電助剤としては、前記正極活物質の場合と同様に、公知又は市販のものが使用できる。例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、天然黒鉛（鱗片状黒鉛、土状黒鉛等）、人造黒鉛、酸化ルテニウム等が挙げられる。
【００５８】
（ｃ）バインダー
バインダーも、前記正極活物質の場合と同様に、特に種類に制限はなく、公知又は市販のものが使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルクロリド、ポリオレフィン、スチレンブタジエンゴム、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。
【００５９】
４．非水電解液
（１）概要
本発明に係るＬＩＣはリチウムを有するため、電解液としては、非水電解液を用いる必要がある。かかる非水電解液は、例えば、充放電に必要なリチウム塩を有機溶媒に溶かしたものを使用することができる。
【００６０】
（２）リチウム塩
リチウム塩としては、溶媒への溶解性の観点から、例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６等を好ましく用いることができる。これらは、単独で用いてもよく、いずれか２種以上を混合して用いてもよい。
【００６１】
（３）溶媒
上記リチウム塩を溶かす溶媒としては、イオン伝導度の観点から、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、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から選ばれるいずれか１種以上を好ましく用いることができる。
【００６２】
５．セパレーター
セパレーター１３としては、公知又は市販のものを使用できる。例えば、ポリオレフィン、ポリエチレンレテフタラート、ポリアミド、ポリイミド、セルロース、ガラス繊維等からなる絶縁性膜が好ましい。セパレーターの平均孔径は特に限定されず、通常０．０１〜５μｍ程度であり、平均厚みは通常１０〜１００μｍ程度である。
【００６３】
６．ＬＩＣの組立
上記の正極１１、負極１２の間にセパレーター１３を配置して、複数積層した後、例えば超音波溶接を用いて各正極１１と正極タブ１４を、各負極１２と負極タブ１５を溶接し、さらに正極タブ１４と正極タブリード１６を、負極タブ１５と負極タブリード１７とを溶接する。その後、リチウム塩を含む非水電解液を含浸し、さらに、負極にリチウムイオンを化学的あるいは電気化学的手法で吸蔵させる（プレドープ）ことにより、本発明に係るＬＩＣの組立が行われる。
【００６４】
このとき、前記したように、正極の厚みを０．３ｍｍ以上と厚くして、負極容量に見合う容量を確保しているため、正負極の容量のバランスを１：１程度まで改善することができ、セルを高容量化することができ、電極の積層数を少なくしても、充分な高容量を確保することができる。そして、電極の積層数が低減されるため、溶接回数を低減して生産性の向上を図ることができる
【００６５】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以上の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１ ＬＩＣ
１１、２１、３１、４１ 正極
１２、２２、３２、４２ 負極
１３、４３ セパレーター
１４、４４ 正極タブ
１５、４５ 負極タブ
１６、４６ 正極タブリード
１７、４７ 負極タブリード
２３、３３ Ａｌ箔
２４、３５ 活性炭
３４ Ｃｕ箔
３６ 黒鉛粉末
５１ 集電体
５２、６２ 正極活物質合剤層
５２ａ、６２ａ 活物質
５２ｂ、６２ｂ バインダー
５２ｃ、６２ｃ 導電助剤
６１ 骨格
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高容量であって、電極の積層数が少なく、少ない溶接回数で製造可能なリチウムイオンキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題がクローズアップされる中、太陽光発電や、風力発電等によるクリーンエネルギーの蓄電システム、コンピュータ等のバックアップ電源、ハイブリッド車や電気自動車等の電源として、蓄電デバイスの開発が盛んに行われており、近年、リチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）が、リチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）の利点と電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の利点とを組み合わせた大容量の蓄電デバイスとして注目されている。
【０００３】
即ち、ＬＩＢは、アルミニウム（Ａｌ）箔上にコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）等の正極活物質を担持させた正極、銅（Ｃｕ）箔上にリチウムイオン（Ｌｉ＋）を吸蔵脱離できる黒鉛粉末等の負極活物質を担持させた負極、およびＬｉＰＦ６等のリチウム塩と、エチレンカーボネート（ＥＣ）やジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等の有機溶媒とからなる非水電解液を用いてセルが構成されており、２．５〜４．２Ｖの電圧を得ることができ、高いエネルギー密度を有している。しかし、高電流密度での動作は難しく、出力密度は高いとは言えない。
【０００４】
一方、ＥＤＬＣは、図３に示すように、アルミニウム（Ａｌ）箔２３上に活性炭２４を担持させた正極２１と負極２２、および（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢＦ４等とプロピレンカーボネート（ＰＣ）等の有機溶媒からなる電解液を用いてセルが構成されており、電解液中のイオンが活性炭２４の表面に物理吸着あるいは脱離することにより、充放電が行われる。このため、ＥＤＬＣは、高い出力密度を有し、サイクル性能も１０万サイクル以上と優れており、小型バックアップ電源や瞬低保障装置、太陽光発電の蓄電デバイス等として用いられている。しかし、電圧は０〜３Ｖ、容量はｍＦ〜数１００Ｆ（ファラッド）であり、高容量とは言えない。
【０００５】
これに対して、ＬＩＣは、図４に示すように、Ａｌ箔３３上に活性炭３５を担持させた正極３１（ＥＤＬＣの正極と同様）、Ｃｕ箔３４上に黒鉛粉末３６等を担持させてＬｉ＋を吸蔵（プレドープ）させた負極３２（ＬＩＢの負極と同様）、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩およびエチレンカーボネート（ＥＣ）やジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等の有機溶媒からなる非水電解液を用いて構成されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
このため、ＬＩＣは、ＬＩＢと同様に約４Ｖと高い電圧を得ることができる。そして、容量は電圧の２乗に比例するため、１００Ｆ〜数１０００Ｆと高い容量を得ることができる。また、ＥＤＬＣと同様に高い出力密度を得ることができ、サイクル性能も１０万サイクル程度と優れており、瞬低保障装置、太陽光発電の蓄電デバイス等として用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１４３７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のＬＩＣの正極容量（単位面積当りの容量）は、負極容量（単位面積当りの容量）に比べ約１／１０と圧倒的に小さいため、ＬＩＣとしての容量は正極容量に規制され、より高容量のＬＩＣを得るためには、小さな容量のＬＩＣセルを積層、即ち、図５に示すように、正極４１、負極４２およびセパレーター４３を多く積層する必要があった。この結果、正極４１と負極４２のそれぞれについて、多くの正極タブ４４と正極タブリード４６とを接合、また同様に、多くの負極タブ４５と負極タブリード４７とを接合しなければならず、溶接回数が多くなり、生産性の向上を図る上で問題となっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、負極容量に見合った大きな容量の正極を用いることにより各ＬＩＣセルの高容量化を図り、少ない積層数であっても高容量のＬＩＣを提供し、溶接回数を低減して生産性の向上を図ることができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明者は、上記課題の解決を検討するにあたって、従来のＬＩＣの正極容量が負極容量に比べ約１／１０と圧倒的に小さく、ＬＩＣの容量を規制していることに鑑み、まず、正極の厚みを増やすことを考え、正負極容量のバランスを充分に改善することができる正極の厚みについて種々の実験と検討を行った。その結果、０．３ｍｍ以上の厚みの正極の場合、正負極容量のバランスを１：１にまで改善でき、電極の積層数を低減させて溶接回数を低減させることができるため、加工コストの低減を図れ、生産性の向上を図ることができることを確認した。
【００１１】
即ち、本発明に係るリチウムイオンキャパシタは、
正極集電体に炭素系材料を主体とする正極活物質合剤を担持させた正極と、負極集電体にリチウムイオンを吸蔵脱離できる材料を主体とする負極活物質合剤を担持させた負極とを備え、電解質としてリチウム塩を用い、前記正極と負極とがセパレーターを挟んで複数積層され、前記正極および負極が、それぞれセル内で電気的に結合されているリチウムイオンキャパシタであって、
前記正極の厚みが、０．３ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１２】
（２）このような厚みが０．３ｍｍ以上の正極には、従来のＡｌ箔に替えてアルミニウムを５０ｗｔ％以上含んだ三次元構造の金属多孔体を集電体として用いることが好ましい。
【００１３】
即ち、従来は、正極活物質である活性炭にアセチレンブラック等の導電助剤およびポリテトラフルオロエチレン等のバインダーを混合した後、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の溶媒を添加して作製された正極活物質合剤ペーストをＡｌ箔に塗布することにより、正極が作製されていた。
【００１４】
図６は従来のＬＩＣの正極の構成を説明する図であり、（ａ）は正極の斜視図、（ｂ）は正極の断面の部分拡大模式図である。図６において、５１は集電体（Ａｌ箔）、５２は正極活物質合剤層である。そして、正極活物質合剤層５２は、活物質５２ａ、バインダー５２ｂ、導電助剤５２ｃから構成されている。
【００１５】
図６（ａ）に示すように、従来の正極は、厚みが２０μｍ程度の集電体５１の両面にそれぞれ１００μｍ程度の正極活物質合剤層５２を活物質層として形成させている。
【００１６】
正極活物質合剤層５２は、前記したように、正極活物質合剤ペーストを集電体５１に塗布することにより形成されているため、正極容量の向上を意図して正極活物質合剤ペーストを厚く塗布して厚い正極活物質合剤層５２を形成させた場合、集電体５１から離れた部分では活物質５２ａが脱落する恐れがある。
【００１７】
この活物質５２ａの脱落を防止するためには、バインダー５２ｂを増量して活物質５２ａを充分に結着させる必要がある。しかし、バインダー５２ｂは絶縁体であるため、増量すると電気抵抗が高くなり集電性が低下する。そこで、導電助剤５２ｃも増量する必要がある。
【００１８】
しかし、バインダー５２ｂおよび導電助剤５２ｃを増量すると、結果的に活物質５２ａの充填密度が低下するため、従来の正極においては、活物質層の厚みを増しても充分に容量を向上させることが難しかった。
【００１９】
これに対して、アルミニウムを５０ｗｔ％以上含んだ三次元構造の金属多孔体を集電体として使用した場合には、活物質層の厚みを増しても活物質が脱落する恐れがなく、また、バインダーや導電助剤を増量することなく活物質の充填密度を充分に確保して、容量を向上させることができる。
【００２０】
これを図１を用いて説明する。図１は本発明に係るＬＩＣの正極の構成を説明する図であり、（ａ）は正極の斜視図、（ｂ）は正極の断面の部分拡大模式図である。図１において、６１は集電体となる骨格（Ａｌ骨格）、６２は正極活物質合剤層である。そして、正極活物質合剤層６２は、活物質６２ａ、バインダー６２ｂ、導電助剤６２ｃから構成されている。
【００２１】
三次元構造の金属多孔体は棒状もしくは繊維状の金属が相互につながり合ってネットワークを形成している。このため、三次元構造の金属多孔体を集電体として用いた場合、図１（ａ）に示すように、金属多孔体の骨格６１を集電体として、この骨格６１により形成された多くの空孔に正極活物質合剤層６２を担持させることができ、ｍｍオーダーでの厚い正極を作製することができる。
【００２２】
具体的には、正極活物質合剤層６２においては、図１（ｂ）に示すように、三次元構造の骨格６１の部分に形成された空孔内に正極活物質ペーストを充填することにより、骨格６１に活物質６２ａが包み込まれて担持されるため、厚い正極であっても活物質６２ａが脱落する恐れがない。また、電気抵抗が低い。また、アルミニウムは導電性が高く耐電圧性に優れるため、集電性に優れている。このため、従来のように、バインダー６２ｂや導電助剤６２ｃを増量する必要がなく、活物質６２ａの充填密度を高めることができる。この結果、正極容量を向上させた厚い正極を容易に得ることができる。
【００２３】
即ち、前記のリチウムイオンキャパシタは、
前記正極における集電体が、アルミニウムを５０ｗｔ％以上含む三次元構造の金属多孔体であることを特徴とする。
【００２４】
（３）次に、比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の活性炭は、電解質イオンを吸着できるサイトが多く高容量であるため、正極活物質としてより好ましく、このような活性炭を前記正極の正極活物質として用いることにより、正極容量を一層大きくすることができ、より高容量のＬＩＣを提供することができる。
【００２５】
即ち、前記のリチウムイオンキャパシタは、
前記炭素系材料が、比表面積１０００ｍ２／ｇ以上の活性炭であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、負極容量に見合った大きな容量の正極を用いることにより各ＬＩＣセルの高容量化を図り、少ない積層数であっても高容量のＬＩＣを提供し、溶接回数を低減して生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るＬＩＣの正極の構成を説明する図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるＬＩＣの構成を説明する図である。
【図３】ＥＤＬＣの構成を説明する図である。
【図４】ＬＩＣの構成を説明する図である。
【図５】従来のＬＩＣの構成を説明する図である。
【図６】従来のＬＩＣの正極の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を用いて説明する。
【００２９】
１．ＬＩＣの構成
はじめに、ＬＩＣの構成について説明する。図２は、本実施の形態におけるＬＩＣの構成を説明する図であり、１はＬＩＣ、１１は正極、１２は負極、１３はセパレーターである。そして、１４は正極タブ、１５は負極タブ、１６は正極タブリード、１７は負極タブリードである。なお、正極１１に示された六角形は金属多孔体の骨格部分である。
【００３０】
ＬＩＣ１は、正極１１と負極１２とがセパレーター１３を挟んで複数積層され、複数の正極１１と負極１２は、それぞれ超音波溶接等により正極タブ１４と負極タブ１５に接合されている。そして、正極タブ１４と負極タブ１５は、それぞれ正極タブリード１６と負極タブリード１７に接合されている。また、電解液にはリチウム塩を含む非水電解液が用いられる。
【００３１】
２．正極
（１）概要
正極１１は、三次元構造の金属多孔体を集電体として、炭素系材料を主体とする正極活物質合剤が金属多孔体の空孔に充填されて担持されている。そして、正極１１の厚みは、負極容量に見合う容量を確保するために、０．３ｍｍ以上に設定されている。なお、前記の「炭素系材料を主体とする」とは、正極活物質として機能する炭素系材料を５０ｗｔ％超含有していることを示す。また、正極活物質合剤は、正極活物質に加えて、必要に応じて適宜、導電助剤、バインダー等が添加されて構成される。
【００３２】
正極活物質合剤を正極集電体に充填する方法としては、例えば、溶媒を用いてペースト状にされた正極活物質合剤を圧入する圧入法等、公知の方法が用いられる。その他、例えば、正極活物質合剤ペースト中に集電体を浸漬し、必要に応じて減圧する方法、正極活物質合剤ペーストを集電体の一方面からポンプ等で加圧しながら吹き付けて充填する方法などを用いてもよい。
【００３３】
充填されたペースト状の正極活物質合剤は、乾燥処理を施すことにより、溶媒が除去されて正極活物質合剤層が形成される。必要に応じて、充填後、ローラープレス機等により加圧することにより、所定の圧縮率に圧縮成形されることも好ましい。圧縮成形することにより、正極活物質合剤をより高密度に充填することができ、また正極を所望の厚みに調整することができる。
【００３４】
（２）正極集電体
正極集電体としては、集電性の観点よりＡｌを５０ｗｔ％以上含む三次元構造の金属多孔体が好ましい。Ａｌ以外の含有成分としては、耐電解性の観点より、チタン、白金、金、ステンレス、ニッケルクロム合金等が挙げられる。
【００３５】
また、前記金属多孔体における目付量は多孔体構造を維持し、なおかつ電気抵抗が低い観点から８０〜１０００ｇ／ｍ２であることが好ましく、気孔率は、充填密度の確保、および機械強度の観点から８０〜９８％であることが好ましい。なお、「目付量」とは金属多孔体製造時の厚み１ｍｍ当たりの重量を示し、「気孔率」とは集電体の見かけの体積に対して気孔が占める割合を示す。
【００３６】
上記のような金属多孔体は、内部に導電性が高く耐電圧性に優れたＡｌ骨格が連続して存在するため、集電機能に優れている。そして、多孔体中の空隙に活物質が包まれる構造であるため、バインダーや導電助剤等の含有比率を少なくすることができ、活物質の充填密度を高くすることができる。その結果、内部抵抗を小さくすることができると共に、高容量化が可能になる。
【００３７】
このような金属多孔体は、発泡樹脂または不織布の表面に金属被覆層を形成したのち、基材である発泡樹脂や不織布を除去することにより得ることができ、例えば、以下に示す方法により作製される。
【００３８】
まず、連通気孔を有する発泡樹脂を準備し、その表面にＡｌ層を形成してＡｌ被覆発泡樹脂を得る。
【００３９】
発泡樹脂としては、多孔性のものであれば特に限定されず、発泡ウレタン、発泡スチレン等を使用することができ、気孔率４０〜９８％で、セル径５０〜１０００μｍの連通気孔を持つものが好ましく用いられる。これらの中でも、気孔率が高く（８０〜９８％）、セル径の均一性が高く、また熱分解性にも優れた発泡ウレタンが特に好ましい。
【００４０】
発泡樹脂の表面にＡｌ層を形成する方法としては、蒸着、スパッタ、プラズマＣＶＤ等の気相法、アルミニウムペーストの塗布、溶融塩電解めっき法等任意の方法で行うことができる。
【００４１】
これらの方法の内でも、溶融塩電解めっきが好ましい。溶融塩電解めっきは、例えば、ＡｌＣｌ３−ＸＣｌ（Ｘ：アルカリ金属）の２成分系あるいは多成分系の塩を使用し、溶融塩中に発泡樹脂を浸漬し、Ａｌ層に電位を印加して電解めっきを行う。この際、予め、Ａｌ等の蒸着やスパッタ、あるいはカーボン等を含有した導電性塗料の塗布等の方法を用いて、発泡樹脂１の表面に、導電化処理を施しておく。
【００４２】
なお、Ａｌ層の形成に際しては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｉ等の不純物が含まれないようにする。これらの不純物が含まれた正極を用いた場合、充電中にこれらの不純物が溶け出して負極に析出し、短絡が生じる原因となる。
【００４３】
次に、Ａｌ被覆発泡樹脂を溶融塩に浸漬し、Ａｌ層に負電位を印加する。これにより、Ａｌ層の酸化を抑制することができる。この状態で発泡樹脂の分解温度以上で、Ａｌの融点（６６０℃）以下の温度で加熱することにより、発泡樹脂が分解して、Ａｌ層のみが残りＡｌ多孔体を得ることができる。加熱温度としては、５００〜６５０℃が好ましい。
【００４４】
溶融塩としては、Ａｌ層の電極電位が卑となるように、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物の塩を使用することができる。具体的には、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）からなる群より選択される１種以上を含むことが好ましく、上記の２種以上を混合して融点を下げた共晶溶融塩がより好ましい。
【００４５】
（３）正極活物質合剤
（ａ）炭素系材料
炭素系材料としては、比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上の活性炭が好ましく、１１００〜４０００ｍ２／ｇであるとより好ましい。また、粒径は、２０μｍ以下であることが好ましい。この範囲とすることにより、ＬＩＣの静電容量を大きくすることができ、また、内部抵抗を小さくすることできる。
【００４６】
このような活性炭としては、電気二重層キャパシタ用に一般的に市販されているものを、同様に使用することができる。活性炭の原料としては、例えば、木材、ヤシ殻、パルプ廃液、石炭、石油重質油、又はそれらを熱分解した石炭・石油系ピッチのほか、フェノール樹脂等の樹脂等が挙げられる。
【００４７】
なお、炭化後に賦活するのが一般的であり、賦活法は、ガス賦活法及び薬品賦活法が挙げられる。ガス賦活法は、高温下で水蒸気、炭酸ガス、酸素等と接触反応させることにより活性炭を得る方法である。薬品賦活法は、上記原料に公知の賦活薬品を含浸させ、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより、賦活薬品の脱水及び酸化反応を生じさせて活性炭を得る方法である。賦活薬品としては、例えば、塩化亜鉛、水酸化ナトリウム等が挙げられる。
【００４８】
（ｂ）導電助剤
導電助剤の種類には特に制限はなく、公知又は市販のものが使用できる。例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、天然黒鉛（鱗片状黒鉛、土状黒鉛等）、人造黒鉛、酸化ルテニウム等が挙げられる。これらの中でも、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維等が好ましい。これにより、ＬＩＣの導電性を向上させることができる。導電助剤の含量は限定的でないが、活性炭１００質量部に対して０．１〜１０質量部程度が好ましい。１０質量部を超えると静電容量が低下するおそれがある。
【００４９】
（ｃ）バインダー
バインダーの種類には特に制限はなく、公知又は市販のものが使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルクロリド、ポリオレフィン、スチレンブタジエンゴム、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。
【００５０】
バインダーの含有量についても特に制限はないが、活性炭１００質量部に対して好ましくは０．５〜１０質量部である。この範囲とすることにより、電気抵抗の増加及び静電容量の低下を抑制しながら、結着強度を向上させることができる。
【００５１】
なお、ペースト状にするための溶媒は、バインダーの材質等に応じて適宜決定される。例えば、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用いる場合には、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが溶媒に用いられ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース等を用いる場合には、水が溶媒に用いられる。
【００５２】
３．負極
（１）概要
負極１２は、金属箔を負極集電体として、リチウムイオンを吸蔵脱離できる炭素材料等の負極活物質を主体とした負極活物質合剤のペーストを、ドクターブレード法等により金属箔上に塗布する方法が挙げられる。また、必要に応じて、乾燥後にローラープレス機等により加圧成形してもよい。負極の厚みは、一般的に、０．０８ｍｍ程度にされる。
【００５３】
負極活物質にリチウムイオンを吸蔵させるには、負極活物質層が形成された負極にＬｉ箔を圧着させておき、製造後のセル（ＬＩＣ）を６０℃の恒温層中で２４時間保温する等の方法が挙げられる。他にも、負極活物質とリチウム材料を混合してメカニカルアロイ法で混合する方法や、Ｌｉ金属をセルに組み込んで、負極１２とＬｉ金属を短絡する方法が挙げられる。
【００５４】
（２）負極集電体
負極集電体としては、電気抵抗の観点から、金属箔を用いることが好ましく、Ａｌ、銅、Ｎｉ、ステンレスのいずれかであることが好ましい。
【００５５】
（３）負極活物質合剤
負極活物質合剤は、例えば、リチウムイオンを吸蔵脱離できる負極活物質を溶媒にまぜ、混合機で攪拌することによりペースト化される。必要に応じて導電助剤、バインダーを含んでもよい。
【００５６】
（ａ）負極活物質
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵脱離できるものであれば特に限定されないが、容量密度の観点から、黒鉛系材料、易黒鉛化炭素材料等の炭素材料が好ましい。
【００５７】
（ｂ）導電助剤
導電助剤としては、前記正極活物質の場合と同様に、公知又は市販のものが使用できる。例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、天然黒鉛（鱗片状黒鉛、土状黒鉛等）、人造黒鉛、酸化ルテニウム等が挙げられる。
【００５８】
（ｃ）バインダー
バインダーも、前記正極活物質の場合と同様に、特に種類に制限はなく、公知又は市販のものが使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルクロリド、ポリオレフィン、スチレンブタジエンゴム、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。
【００５９】
４．非水電解液
（１）概要
本発明に係るＬＩＣはリチウムを有するため、電解液としては、非水電解液を用いる必要がある。かかる非水電解液は、例えば、充放電に必要なリチウム塩を有機溶媒に溶かしたものを使用することができる。
【００６０】
（２）リチウム塩
リチウム塩としては、溶媒への溶解性の観点から、例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６等を好ましく用いることができる。これらは、単独で用いてもよく、いずれか２種以上を混合して用いてもよい。
【００６１】
（３）溶媒
上記リチウム塩を溶かす溶媒としては、イオン伝導度の観点から、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、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から選ばれるいずれか１種以上を好ましく用いることができる。
【００６２】
５．セパレーター
セパレーター１３としては、公知又は市販のものを使用できる。例えば、ポリオレフィン、ポリエチレンレテフタラート、ポリアミド、ポリイミド、セルロース、ガラス繊維等からなる絶縁性膜が好ましい。セパレーターの平均孔径は特に限定されず、通常０．０１〜５μｍ程度であり、平均厚みは通常１０〜１００μｍ程度である。
【００６３】
６．ＬＩＣの組立
上記の正極１１、負極１２の間にセパレーター１３を配置して、複数積層した後、例えば超音波溶接を用いて各正極１１と正極タブ１４を、各負極１２と負極タブ１５を溶接し、さらに正極タブ１４と正極タブリード１６を、負極タブ１５と負極タブリード１７とを溶接する。その後、リチウム塩を含む非水電解液を含浸し、さらに、負極にリチウムイオンを化学的あるいは電気化学的手法で吸蔵させる（プレドープ）ことにより、本発明に係るＬＩＣの組立が行われる。
【００６４】
このとき、前記したように、正極の厚みを０．３ｍｍ以上と厚くして、負極容量に見合う容量を確保しているため、正負極の容量のバランスを１：１程度まで改善することができ、セルを高容量化することができ、電極の積層数を少なくしても、充分な高容量を確保することができる。そして、電極の積層数が低減されるため、溶接回数を低減して生産性の向上を図ることができる
【００６５】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以上の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１ ＬＩＣ
１１、２１、３１、４１ 正極
１２、２２、３２、４２ 負極
１３、４３ セパレーター
１４、４４ 正極タブ
１５、４５ 負極タブ
１６、４６ 正極タブリード
１７、４７ 負極タブリード
２３、３３ Ａｌ箔
２４、３５ 活性炭
３４ Ｃｕ箔
３６ 黒鉛粉末
５１ 集電体
５２、６２ 正極活物質合剤層
５２ａ、６２ａ 活物質
５２ｂ、６２ｂ バインダー
５２ｃ、６２ｃ 導電助剤
６１ 骨格
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体に炭素系材料を主体とする正極活物質合剤を担持させた正極と、負極集電体にリチウムイオンを吸蔵脱離できる材料を主体とする負極活物質合剤を担持させた負極とを備え、電解質としてリチウム塩を用い、前記正極と負極とがセパレーターを挟んで複数積層され、前記正極および負極が、それぞれセル内で電気的に結合されているリチウムイオンキャパシタであって、
前記正極の厚みが、０．３ｍｍ以上であることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
【請求項２】
前記正極における集電体が、アルミニウムを５０ｗｔ％以上含む三次元構造の金属多孔体であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオンキャパシタ。
【請求項３】
前記炭素系材料が、比表面積１０００ｍ２／ｇ以上の活性炭であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリチウムイオンキャパシタ。
【請求項１】
正極集電体に炭素系材料を主体とする正極活物質合剤を担持させた正極と、負極集電体にリチウムイオンを吸蔵脱離できる材料を主体とする負極活物質合剤を担持させた負極とを備え、電解質としてリチウム塩を用い、前記正極と負極とがセパレーターを挟んで複数積層され、前記正極および負極が、それぞれセル内で電気的に結合されているリチウムイオンキャパシタであって、
前記正極の厚みが、０．３ｍｍ以上であることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
【請求項２】
前記正極における集電体が、アルミニウムを５０ｗｔ％以上含む三次元構造の金属多孔体であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオンキャパシタ。
【請求項３】
前記炭素系材料が、比表面積１０００ｍ２／ｇ以上の活性炭であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリチウムイオンキャパシタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１１５１７９（Ｐ２０１３−１１５１７９Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９０２２（Ｐ２０１１−２５９０２２）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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