特開 2020-161669 電気化学デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-161669(P2020-161669A)

(43)【公開日】2020年10月1日

(54)【発明の名称】電気化学デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01G 11/50 20130101AFI20200904BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20200904BHJP

   H01M 10/0566 20100101ALI20200904BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20200904BHJP

   H01M 10/0587 20100101ALI20200904BHJP

   H01M 4/70 20060101ALI20200904BHJP

   H01G 11/24 20130101ALI20200904BHJP

   H01G 11/06 20130101ALI20200904BHJP

【ＦＩ】

   H01G11/50

   H01M10/052

   H01M10/0566

   H01M4/13

   H01M10/0587

   H01M4/70 A

   H01G11/24

   H01G11/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-60149(P2019-60149)

(22)【出願日】2019年3月27日

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100197619

【弁理士】

【氏名又は名称】白鹿 智久

(72)【発明者】

【氏名】河井 裕樹

【テーマコード（参考）】

5E078

5H017

5H029

5H050

【Ｆターム（参考）】

5E078AA10

5E078AA14

5E078AA15

5E078AB06

5E078AB13

5E078BA04

5E078BA13

5E078BA17

5E078BA18

5E078BA26

5E078BA29

5E078BA42

5E078BA44

5E078BA53

5E078BA73

5E078BB33

5E078CA06

5E078DA02

5E078DA06

5E078FA02

5E078FA04

5E078FA12

5E078FA13

5E078HA05

5E078HA12

5H017AA03

5H017AS10

5H017CC01

5H017CC05

5H017DD08

5H017EE01

5H017HH03

5H017HH05

5H029AJ11

5H029AJ14

5H029AK08

5H029AK16

5H029AL02

5H029AL06

5H029AL07

5H029AL11

5H029AM00

5H029BJ02

5H029BJ14

5H029CJ07

5H029CJ08

5H029CJ13

5H029CJ15

5H029CJ22

5H029DJ07

5H029DJ08

5H029DJ12

5H029DJ14

5H029EJ01

5H029EJ04

5H029EJ12

5H029EJ14

5H029HJ04

5H029HJ12

5H050AA14

5H050AA19

5H050BA15

5H050BA16

5H050BA17

5H050CA16

5H050CA20

5H050CA22

5H050CB02

5H050CB07

5H050CB08

5H050CB11

5H050DA04

5H050DA10

5H050DA11

5H050EA09

5H050EA10

5H050EA23

5H050EA26

5H050EA27

5H050EA28

5H050FA05

5H050FA08

5H050FA12

5H050FA15

5H050GA09

5H050GA10

5H050GA13

5H050GA16

5H050GA22

5H050HA04

5H050HA12

(57)【要約】

【課題】電極の折れ曲がりを防止し、リチウムイオンプレドープを均一に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、正極と、負極と、セパレータと、電解液とを具備する。正極は、導電性材料からなる正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質層とを有する。負極は、第１及び第２の負極活物質層と、第１の負極活物質層が形成された第１の主面と、第２の負極活物質層が形成されている塗工領域と第２の負極活物質層が形成されていない非塗工領域を有する第２の主面と、第１の主面と第２の主面とを連通させる複数の貫通孔とを有する負極集電体とを有し、第２の負極活物質層は、第１の厚みを有する第１の部分と、第１の部分と非塗工領域の間の部分であり、第１の厚みより小さい第２の厚みを有する第２の部分とを有する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性材料からなる正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質層とを有する正極と、
第１及び第２の負極活物質層と、前記第１の負極活物質層が形成された第１の主面と、前記第２の負極活物質層が形成された塗工領域と前記第２の負極活物質層が形成されていない非塗工領域を有する第２の主面と、前記第１の主面と前記第２の主面とを連通させる複数の貫通孔とを有する負極集電体とを有し、前記第２の負極活物質層は、第１の厚みを有する第１の部分と、前記第１の部分と前記非塗工領域の間の部分であり、前記第１の厚みより小さい第２の厚みを有する第２の部分とを有する負極と、
前記正極と前記負極を絶縁するセパレータと、
前記正極、前記負極及び前記セパレータが浸漬される電解液と
を具備し、
前記非塗工領域には金属リチウムが電気的に接続され、前記電解液に浸漬されることで、前記第１及び第２の負極活物質層に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。

【請求項2】

請求項１に記載の電気化学デバイスであって、
前記第２の部分、前記負極集電体及び前記第１の負極活物質層の厚みの合計である第３の厚みは、前記第１の部分、前記負極集電体及び前記第１の負極活物質層の厚みの合計である第４の厚みの８０％以上９５％以下である
電気化学デバイス。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の電気化学デバイスであって、
前記第１及び第２の負極活物質層は、負極活物質、導電助剤及びバインダ樹脂を混合した材料からなる
電気化学デバイス。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の電気化学デバイスであって、
前記正極及び前記負極は、前記セパレータを介して積層され、捲回されている
電気化学デバイス。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の電気化学デバイスであって、
リチウムイオンキャパシタである
電気化学デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リチウムイオンを電荷キャリアとして利用する電気化学デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオンキャパシタ等のリチウムイオンを電荷キャリアとして利用する電気化学デバイスでは、製造時に負極へのリチウムイオンのドープ（プレドープ）が行われる。正極と負極はセパレータを介して交互に積層され、負極には金属リチウム等のリチウム源が電気的に接続される。リチウム源から放出されたリチウムイオンは電解液中を移動し、負極にドープされる。

【0003】

負極は金属箔である集電体と集電体の表面に積層された活物質層を備える。集電体には、リチウムイオンの透過を可能とするため、多数の貫通孔が設けられている。ここで、貫通孔を設けることにより集電体の強度が低下するため、力を加えると電極が折れ曲がるという問題がある。

【0004】

特に集電体上に活物質層を積層した塗工領域と、積層していない非塗工領域が存在する場合、塗工領域と非塗工領域の境界は折れ曲がりやすく、塗布時や捲回時の搬送の際に折れ曲がり、歩留まりが低下する原因となる。特許文献１及び２には塗工領域と非塗工領域の制御に係る非水系二次電池が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−２４３６５８号公報

【特許文献2】特開２００９−１６４０６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、リチウムイオンを電荷キャリアとして利用する電気化学デバイスでは、負極へのリチウムイオンのドープを均一とする必要がある。負極の一部にリチウムイオンが集中すると、リチウムイオンが均一となるまでに時間を要する。

【0007】

上記特許文献１及び２に記載のような構成は、活物質層の一部が厚くなることによる活物質層の脱落や電極の折れ曲がりを回避するものであり、リチウムイオンの集中が生じるおそれがある。

【0008】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、電極の折れ曲がりを防止し、リチウムイオンプレドープを均一に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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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、正極と、負極と、セパレータと、電解液とを具備する。
上記正極は、導電性材料からなる正極集電体と、上記正極集電体上に形成された正極活物質層とを有する。
上記負極は、第１及び第２の負極活物質層と、上記第１の負極活物質層が形成された第１の主面と、上記第２の負極活物質層が形成された塗工領域と上記第２の負極活物質層が形成されていない非塗工領域を有する第２の主面と、上記第１の主面と上記第２の主面とを連通させる複数の貫通孔とを有する負極集電体とを有し、上記第２の負極活物質層は、第１の厚みを有する第１の部分と、上記第１の部分と上記非塗工領域の間の部分であり、上記第１の厚みより小さい第２の厚みを有する第２の部分とを有する。
上記セパレータは、上記正極と上記負極を絶縁する。
上記電解液は、上記正極、上記負極及び上記セパレータが浸漬される。
上記非塗工領域には金属リチウムが電気的に接続され、上記電解液に浸漬されることで、上記第１及び第２の負極活物質層にリチウムイオンのプレドープがなされている。

【0010】

この構成によれば、第１部分と非塗工領域の間に、厚みの小さい第２部分が設けられているため、第２の負極活物質層と非塗工領域の境界を起点として負極が折れ曲がることが防止されている。また、リチウムイオンのプレドープ時に第２の負極活物質層と非塗工領域の境界部分にリチウムイオンが集中することが防止され、第２の負極活物質層におけるリチウムイオンの分布を均一とすることが可能である。

【0011】

上記第２の部分、上記負極集電体及び上記第１の負極活物質層の厚みの合計である第３の厚みは、上記第１の部分、上記負極集電体及び上記第１の負極活物質層の厚みの合計である第４の厚みの８０％以上９５％以下であってもよい。

【0012】

上記第１及び第２の負極活物質層は、負極活物質、導電助剤及びバインダ樹脂を混合した材料からなるものであってもよい。

【0013】

上記正極及び上記負極は、上記セパレータを介して積層され、捲回されていてもよい。

【0014】

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。

【発明の効果】

【0015】

以上のように本発明によれば、電極ズレの発生を防止し、リチウムイオンを均一にドープさせることが可能な電気化学デバイスの製造方法及び電気化学デバイスを提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る電気化学デバイスの斜視図である。

【図2】同電気化学デバイスが備える蓄電素子の斜視図である。

【図3】同電気化学デバイスが備える蓄電素子の一部の断面図である。

【図4】同電気化学デバイスが備える蓄電素子の負極の平面図である。

【図5】同電気化学デバイスが備える蓄電素子の負極の平面図である。

【図6】同電気化学デバイスが備える蓄電素子の断面図である。

【図7】同電気化学デバイスが備える蓄電素子の負極の厚みを示す模式図である。

【図8】比較例に係る電気化学デバイスが備える蓄電素子の負極の厚みを示す模式図である。

【図9】本発明の実施例と比較例の比較結果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の実施形態に係る電気化学デバイスについて説明する。本実施形態に係る電気化学デバイスは、リチウムイオンキャパシタ等の、電荷の輸送にリチウムイオンを利用する電気化学デバイスである。なお、以下の図において、Ｘ、Ｙ及びＺ方向は相互に直交する３方向である。

【0018】

[電気化学デバイスの構成]
図１は、本実施形態に係る電気化学デバイス１００の構成を示す斜視図である。同図に示すように電気化学デバイス１００は、蓄電素子１１０が容器１２０（蓋及び端子は図示略）に収容されている。容器１２０内には、蓄電素子１１０と共に電解液が収容されている。なお、本実施形態に係る電気化学デバイス１００の構成は、図１をはじめ、以降の図に示す構成に限定されるものではない。

【0019】

図２は蓄電素子１１０の斜視図であり、図３は蓄電素子１１０の拡大断面図である。図２及び図３に示すように、蓄電素子１１０は、負極１３０、正極１４０及びセパレータ１５０を有し、これらが積層された積層体が捲回芯Ｃの回りに捲回されて構成されている。なお、捲回芯Ｃは必ずしも設けられなくてもよい。

【0020】

蓄電素子１１０を構成する負極１３０、正極１４０、セパレータ１５０の積層順は、図２に示すように、捲回芯Ｃ側に向かって（捲回外側から）セパレータ１５０、負極１３０、セパレータ１５０、正極１４０の順となる。また、蓄電素子１１０は、図２に示すように負極端子１３１と正極端子１４１を有する。負極端子１３１は負極１３０、正極端子１４１は正極１４０に接続され、図２に示すように、それぞれ蓄電素子１１０の外部に引き出されている。

【0021】

負極１３０は、図３に示すように、負極集電体１３２、第１負極活物質層１３３及び第２負極活物質層１３４を有する。負極集電体１３２は、導電性材料からなり、銅箔等の金属箔であるものとすることができる。本実施形態では、負極集電体１３２として、貫通孔が多数形成された金属箔が採用される。

【0022】

第１負極活物質層１３３及び第２負極活物質層１３４は、負極集電体１３２上に形成されている。第１負極活物質層１３３及び第２負極活物質層１３４の材料は、負極活物質がバインダ樹脂と混合されたものとすることができ、さらに導電助材を含んでもよい。負極活物質は、電解液中のリチウムイオンがドープ可能な材料であり、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。

【0023】

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。

【0024】

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などであってもよい。

【0025】

図４は捲回前の負極１３０を示す模式図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は平面図である。本実施形態に係る負極１３０は、図４（ａ）に示すように、負極集電体１３２の第１主面１３２ａに第１負極活物質層１３３が形成され、第２主面１３２ｂに第２負極活物質層１３４が形成されている。

【0026】

第１負極活物質層１３３は、第１主面１３２ａの全体に渡って形成されている。一方、第２負極活物質層１３４は、第２主面１３２ｂにおいて間欠的に形成されている。図４（ａ）に示すように、第２主面１３２ｂには第２負極活物質層１３４が形成されていない第１非塗工領域１３０ａ、第２非塗工領域１３０ｂ及び第３非塗工領域１３０ｃと、第２負極活物質層１３４が形成された第１塗工領域１３０ｄ及び第２塗工領域１３０ｅが設けられている。

【0027】

第１塗工領域１３０ｄ及び第２塗工領域１３０ｅの端部には第２負極活物質層１３４の厚みが異なる部分が設けられている。この詳細については後述する。

【0028】

第１非塗工領域１３０ａ内の負極集電体１３２には、図４（ｂ）に示すように、リチウムイオンの供給源となる金属リチウムＭが貼り付けられることにより電気的に接続される。金属リチウムＭの形状は特に限定されないが、蓄電素子１１０の厚みを低減するため、箔状が好適である。金属リチウムＭは、後述するリチウムイオンのプレドープにおいて第１負極活物質層１３３及び第２負極活物質層１３４にドープ可能な程度の量とすることができる。

【0029】

第１非塗工領域１３０ａと第２非塗工領域１３０ｂのＸ方向の長さは特に限定されないが、第２非塗工領域１３０ｂのＸ方向の長さは、好適には捲回芯Ｃの直径に対して１／２π倍程度の長さである。また、第２非塗工領域１３０ｂを設けない構成とすることもできる。

【0030】

第３非塗工領域１３０ｃ内の負極集電体１３２には、図４（ａ）に示すように負極端子１３１が接続され、負極１３０の外部に引き出されている。第３非塗工領域１３０ｃは、第３非塗工領域１３０ｃ内の負極集電体１３２が露出しないように、図４（ａ）に示すように、テープＴにより封止されている。テープＴの種類は特に限定されず、好適には耐熱性かつ電解液の溶剤に対して耐溶剤性を有するものが採用される。負極端子１３１は、例えば、銅端子である。なお、テープＴは必要に応じて省略されてもよい。

【0031】

正極１４０は、図３に示すように、正極集電体１４２及び正極活物質層１４３を有する。正極集電体１４２は、導電性材料からなり、アルミニウム箔等の金属箔であるものとすることができる。正極集電体１４２は表面が化学的あるいは機械的に粗面化された金属箔や、貫通孔が形成された金属箔であってもよい。

【0032】

正極活物質層１４３は、正極集電体１４２の表裏面上に形成されている。正極活物質層１４３の材料は、正極活物質がバインダ樹脂と混合されたものとすることができ、さらに導電助材を含んでもよい。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であり、例えば活性炭やポリアセン炭化物等を利用することができる。

【0033】

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。

【0034】

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などであってもよい。

【0035】

図５は捲回前の正極１４０を示す模式図であり、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は平面図である。正極１４０は、図５（ａ）に示すように、正極集電体１４２の第３主面１４２ａと第４主面１４２ｂの両面に正極活物質層１４３が形成され、第３主面１４２ａに正極活物質層１４３が形成されていない非塗工領域１４０ａが設けられている。

【0036】

ここで、非塗工領域１４０ａ内の正極集電体１４２には、図５に示すように正極端子１４１が接続され、正極１４０の外部に引き出されている。なお、正極１４０において、正極端子１４１が配置される非塗工領域１４０ａは第４主面１４２ｂに形成されてもよい。また、非塗工領域１４０ａは、テープ等で封止されていてもよい。正極端子１４１は、例えば、アルミニウム端子である。

【0037】

セパレータ１５０は負極１３０と正極１４０を絶縁し、図３に示すように、第１セパレータ１５１及び第２セパレータ１５２を含む。

【0038】

第１セパレータ１５１と第２セパレータ１５２は、負極１３０と正極１４０を隔て、後述する電解液中に含まれるイオンを透過する。具体的には、第１セパレータ１５１及び第２セパレータ１５２は、織布、不織布、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。また、第１セパレータ１５１及び第２セパレータ１５２は連続した一枚のセパレータであってもよい。

【0039】

図６は蓄電素子１１０の断面図である（負極端子１３１及び正極端子１４１は図示略）。本実施形態に係る蓄電素子１１０は、図６に示すように、第１セパレータ１５１及び第２セパレータ１５２を介して負極１３０と正極１４０が積層され、捲回されている。具体的には、負極集電体１３２の第１主面１３２ａと正極集電体１４２の第３主面１４２ａが捲回内側となり、負極集電体１３２の第２主面１３２ｂと正極集電体１４２の第４主面１４２ｂが捲回外側となるように構成されている。

【0040】

ここで、蓄電素子１１０は最も捲回外側（最外周）の電極が負極１３０となる構成であり、図６に示すように、最も捲回外側の負極集電体１３２の第２主面１３２ｂに第１非塗工領域１３０ａが設けられ、最も捲回内側の負極集電体１３２の端部に第２非塗工領域１３０ｂが設けられる。

【0041】

また、負極集電体１３２の第１主面１３２ａは、図６に示すように、第１セパレータ１５１を介して正極１４０（正極活物質層１４３）と対向している。第２主面１３２ｂは、同図に示すように、第２セパレータ１５２を介して正極１４０（正極活物質層１４３）と対向する第１領域１３２ｅと、最も捲回外側となり第２セパレータ１５２を介して正極１４０（正極活物質層１４３）と対向しない第２領域１３２ｆとを有する。本実施形態の蓄電素子１１０は、この第２領域１３２ｆに金属リチウムＭが貼り付けられることにより電気的に接続される。

【0042】

容器１２０は、蓄電素子１１０を収容する。容器１２０の上面及び下面は図示しない蓋によって閉塞されるものとすることができる。容器１２０の材質は、特に限定されず、例えばアルミニウム、チタン、ニッケル、鉄を主成分とする金属又はステンレス等からなるものとすることができる。

【0043】

蓄電素子１１０は、電解液と共に容器１２０に収容される。電解液は特に限定されないが、ＬｉＰＦ_６等を溶質とする溶液を用いることができる。

【0044】

［負極活物質層の厚みについて］
第２負極活物質層１３４の厚みについて説明する。図７は、負極１３０を示す模式図であり、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は平面図である。

【0045】

負極１３０は、図４に示すように、第１塗工領域１３０ｄと第２塗工領域１３０ｅを有するが、ここでは第１塗工領域１３０ｄについて説明する。

【0046】

図７に示すように、第２負極活物質層１３４は、第１部分１３４ａと第２部分１３４ｂを有する。

【0047】

第１部分１３４ａは第１塗工領域１３０ｄの大部分を占め、第２部分１３４ｂは、第１部分１３４ａと非塗工領域（第１非塗工領域１３０ａ及び第３非塗工領域１３０ｃ）の間の部分である。

【0048】

第１部分１３４ａは、第２負極活物質層１３４が所定の厚みＤ１を有する部分である。第２部分１３４ｂは、第２負極活物質層１３４が第１部分１３４ａより小さい厚みＤ２を有する部分である。

【0049】

また、第２部分１３４ｂ、負極集電体１３２及び第１負極活物質層１３３の厚みの合計を厚みＤ３とし、第１部分１３４ａ、負極集電体１３２及び第１負極活物質層１３４の厚みの合計を厚みＤ４とする。

【0050】

厚みＤ３は厚みＤ４の８０％以上９５％以下が好適である。また、負極１３０の長手方向（Ｘ方向）に沿った第２部分１３４ｂの幅Ｈは、５ｍｍ程度が好適である。

【0051】

なお、ここでは第１塗工領域１３０ｄについて説明したが、第２塗工領域１３０ｅについても同様に、第１部分１３４ａと第２部分１３４ｂが設けられ、第２部分１３４ｂは第１部分１３４ａと非塗工領域（第２非塗工領域１３０ｂ及び第３非塗工領域１３０ｃ）の間の部分である。

【0052】

［第２部分による効果について］
上記のように、第２負極活物質層１３４は、第１部分１３４ａと非塗工領域の間の部分である第２部分１３４ｂを備える。第２部分１３４ｂを設けたことによる効果を比較例との比較の上で説明する。

【0053】

図８は、比較例に係る負極５３０の模式図である。同図に示すように、負極５３０は、負極集電体５３２、第１負極活物質層５３３及び第２負極活物質層５３４を備える。第２負極活物質層５３４は、負極集電体５３２上において間欠塗工により形成され、塗工領域５３０ａ及び非塗工領域５３０ｂが設けられている。

【0054】

ここで、図８に示すように第２負極活物質層５３４は、第１部分５３４ａと第２部分５３４ｂを有する。第２部分５３４ｂは第１部分５３４ａと非塗工領域５３０ｂの間に設けられた部分であり、第１部分５３４ａより厚みが大きい部分である。

【0055】

負極集電体５３２上に第２負極活物質層５３４を積層する場合、負極活物質、バインダ樹脂及び導電助剤を混合した負極ペーストをダイから負極集電体５３２上に吐出させる。間欠塗工を行う場合、塗工領域５３０ａの端部で負極ペーストの吐出を中断する必要があるが、この際に図８に示すように負極ペーストが盛り上がり、第２部分５３４ｂが形成される。

【0056】

このため、負極５３０に力が加わると第２部分５３４ｂと非塗工領域５３０ｂの境界を起点として負極５３０が折れ曲がり、素子捲回時の歩留まりの悪化が生じていた。

【0057】

さらに、プレドープにおいて厚みの大きい第２部分５３４ｂに多量のリチウムイオンがドープされ、リチウムイオンの分布ムラが生じる。これにより、リチウムイオンが均一となるまでに時間を要する。

【0058】

これに対し、本実施形態に係る負極１３０では、第１部分１３４ａと非塗工領域の間に第２負極活物質層１３４の厚みが小さい第２部分１３４ｂが設けられており、第２負極活物質層１３４と非塗工領域の境界を起点として負極１３０が折れ曲がりにくくなっている。また、第２部分１３４ｂへのリチウムイオンの集中が防止されており、プレドープによってリチウムイオンが均一となる。

【0059】

[電気化学デバイスの製造方法]
本実施形態に係る電気化学デバイス１００の製造方法について説明する。なお、以下に示す製造方法は一例であり、電気化学デバイス１００は、以下に示す製造方法とは異なる製造方法によって製造することも可能である。

【0060】

負極１３０は、負極集電体１３２の第１主面１３２ａ及び第２主面１３２ｂに、負極活物質、導電助剤及びバインダ等を含む負極ペーストを塗布し、乾燥又は硬化させることにより作製することができる。負極ペーストの塗布は、負極ペーストをダイから吐出させながら、負極集電体１３２を長手方向（Ｘ方向）に移動させることにより行う。ダイは先端がフラットなものを用いる。

【0061】

ダイに負極ペーストを供給するバルブを開放すると塗工領域が形成され、同バルブを閉止すると非塗工領域が形成される。第２負極活物質層１３４ではバルブを解放して第１部分１３４ａを形成した後、非塗工領域の５ｍｍ程度（時間では１０μｓ程度）手前からバルブを閉止することにより第２部分１３４ｂを形成することができる。

【0062】

次いで、負極集電体１３２、第１負極活物質層１３３及び第２負極活物質層１３４を裁断し、非塗工領域１３０ｃに負極端子１３１を接続してテープＴで封止することで負極１３０を作製することができる。

【0063】

正極１４０は、正極集電体１４２の第３主面１４２ａ及び第４主面１４２ｂに、正極活物質、導電助剤及びバインダ等を含む正極極ペーストを塗布し、乾燥又は硬化させることにより作製することができる。正極ペーストの塗布は、正極ペーストをダイから吐出させながら、正極集電体１４２を長手方向（Ｘ方向）に移動させることにより行う。

【0064】

次いで、正極集電体１４２及び正極活物質層１４３を裁断し、非塗工領域１４０ａに正極端子１４１を接続することで正極１４０を作製することができる。

【0065】

続いて、負極１３０、正極１４０、第１セパレータ１５１及び第２セパレータ１５２を積層させ、図６に示すように捲回させる。この際、負極１３０が捲回内側、正極１４０が捲回外側となり、負極１３０の第２非塗工領域１３０ｂが捲回芯Ｃ側となるようする。

【0066】

続いて、上記工程により得られた捲回体の最も捲回外側に配置された第１非塗工領域１３０ａに、金属リチウムＭを電気的に接続し（図６参照）、蓄電素子１１０を得る。次いで、金属リチウムＭが電気的に接続された蓄電素子１１０を電解液が入っている容器１２０に収容して、封口する。これにより、金属リチウムＭから負極１３０にリチウムイオンがプレドープされる。以上のようにして、電気化学デバイス１００を製造することが可能である。

【0067】

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。

【0068】

例えば、上記実施形態では、電気化学デバイス１００の一例として捲回型のリチウムイオンキャパシタについて説明したが、本発明は、それぞれ板状の正極と負極とがセパレータを介して交互に複数積層されてなる積層型のリチウムイオンキャパシタや、リチウムイオン電池等にも適用可能である。

【実施例】

【0069】

上記実施形態に係る電気化学デバイス１００の構造を備え、４０Ｆの１２３５サイズを有する電気化学デバイスを実施例に係る電気化学デバイスとした。

【0070】

また、電気化学デバイス１００のうち負極１３０に代え、上述の負極５３０を備え、４０Ｆの１２３５サイズを有する電気化学デバイスを比較例に係る電気化学デバイスとした。

【0071】

実施例及び比較例に係る電気化学デバイスについて、捲回時の負極の折れ曲がりと、プレドープ時の金属リチウムの溶け残り量を比較した。図９は比較結果を示す表である。

【0072】

同図に示すように、比較例においては捲回時に３０％の電気化学デバイスで負極５３０の折れ曲がりが発生した。一方、実施例においては、捲回時に負極１３０の折れ曲がりは発生しなかった。

【0073】

また、図９において金属リチウムの溶け残り量は、リチウムイオンのプレドープを開始後の経過日数と残存する金属リチウムの面積を示す。実施例においてはプレドープから７日目に金属リチウムは消失したが、比較例においては金属リチウムが消失するまでに１０日を要した。

【0074】

以上から、本実施形態に係る電気化学デバイスでは、負極の折れ曲がりが防止され、かつリチウムイオンのプレドープに要する時間が短縮できることがわかる。

【符号の説明】

【0075】

１００・・・電気化学デバイス
１１０・・・蓄電素子
１２０・・・容器
１３０・・・負極
１３０ａ・・第１非塗工領域
１３０ｂ・・第２非塗工領域
１３０ｃ・・第３非塗工領域
１３０ｄ・・第１塗工領域
１３０ｅ・・第２塗工領域
１３１・・・負極端子
１３２・・・負極集電体
１３２ａ・・第１主面
１３２ｂ・・第２主面
１３３・・・第１負極活物質層
１３４・・・第２負極活物質層
１３４ａ・・第１部分
１３４ｂ・・第２部分
１４０・・・正極
１４１・・・正極端子
１４２・・・正極集電体
１４２ａ・・第３主面
１４２ｂ・・第４主面
１４３・・・正極活物質層
１５０・・・セパレータ
１５１・・・第１セパレータ
１５２・・・第２セパレータ
Ｍ・・・・・金属リチウム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】