特許 6837898 電気化学デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6837898

(24)【登録日】2021年2月15日

(45)【発行日】2021年3月3日

(54)【発明の名称】電気化学デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01G 11/12 20130101AFI20210222BHJP

   H01G 11/06 20130101ALI20210222BHJP

   H01G 11/50 20130101ALI20210222BHJP

   H01M 50/409 20210101ALI20210222BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20210222BHJP

【ＦＩ】

   H01G11/12

   H01G11/06

   H01G11/50

   H01M2/16

   H01M10/052

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-77000(P2017-77000)

(22)【出願日】2017年4月7日

(65)【公開番号】特開2018-181982(P2018-181982A)

(43)【公開日】2018年11月15日

【審査請求日】2020年3月10日

(73)【特許権者】

【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】加納 幸司

(72)【発明者】

【氏名】横島 克典

【審査官】 田中 晃洋

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００６／１１２０６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−０６７１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０４３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８９６２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｇ １１／１２

Ｈ０１Ｇ １１／０６

Ｈ０１Ｇ １１／５０

Ｈ０１Ｍ １０／０５２

Ｈ０１Ｍ ５０／４０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極と負極がセパレータを介して交互に積層された第１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。

【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。

【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。

【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。

【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、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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２００６／１１２０６８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

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。

【0008】

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。

【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、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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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】

【0018】

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。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【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の断面図である。

【図3】同電気化学デバイスが備える電極ユニットの断面図である。

【図4】同電気化学デバイスの拡大図である。

【図5】同電気化学デバイスにおけるリチウムイオンプレドープの態様を示す模式図である。

【図6】本発明の実施例及び比較例に係る電気化学デバイスの構成及び抵抗上昇率を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本実施形態に係る電気化学デバイスについて説明する。

【0021】

[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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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ＬｉＰＦ_６等を溶質とする溶液を用いることができる。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

[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。

【0052】

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）。

【0053】

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。

【0054】

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）。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

[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。

【実施例】

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【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。

【符号の説明】

【0068】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】