JP2011216685A - 複合蓄電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の視点から見て十分な寿命が確保可能であり、リチウムイオンキャパシタの視点から見てエネルギー容量が大きく過放電になり難く信頼性の高い複合蓄電デバイスを提供する。
【解決手段】複合蓄電デバイス１０は、リチウムイオン二次電池部１１とリチウムイオンキャパシタ部１２と二次電池部１１とキャパシタ部１２とを積層してなる複合積層体を収納する蓄電容器とを備える。リチウムイオン二次電池部１１は、第１の正極２１と第１のセパレータ４１と第１の負極３１とを積層した構造を有する。リチウムイオンキャパシタ部１２は、第２の正極２６と第１のセパレータ４１とは異なる第２のセパレータ４２と第１の負極３１の極板３３とは異なる別の極板３８を用いて構成された第２の負極３６とを積層した構造を有する。複合積層体の最外層にリチウムイオンキャパシタ部１２が配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、１つの電槽内にリチウムイオン二次電池部とリチウムイオンキャパシタ部とを収納した複合蓄電デバイスに関するものである。

太陽光発電や風力発電等の負荷平準化装置、コンピュータ等に代表される電子機器の瞬時電圧低下対策装置、電気自動車やハイブリッドカーのエネルギー回生装置などのような蓄電システムにおいては、エネルギー容量が大きくてかつ急速充放電が可能な蓄電デバイスが必要とされている。従来の鉛蓄電池やその他の二次電池では、大電流の充放電に弱くサイクル寿命が短いため、その蓄電システムに対応することは困難であった。そこで、それらの問題を解決しうる新たな蓄電デバイスとして、近年、非水系の蓄電デバイスが注目されている。

非水系の蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタが提案されている。リチウムイオン二次電池は、エネルギー容量が大きいがサイクル寿命が短いといった特徴を有する。一方、リチウムイオンキャパシタは、サイクル寿命が長いがエネルギー容量が小さいといった特徴を有する。これらリチウムイオン二次電池の欠点（サイクル寿命が短い）とリチウムイオンキャパシタの欠点（エネルギー容量が小さい）とを補填するために、従来は二次電池とキャパシタとを並列に接続した蓄電モジュールが構成され各種装置に使用されている。この蓄電モジュールを使用する場合、別々のデバイスを接続しているため、装置サイズが大きくなるといった欠点があった。

また、二次電池とキャパシタとの欠点を補填する技術として、リチウムイオン電池とリチウムイオンキャパシタとの構成を１つの電槽内に構成した蓄電デバイスが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このように蓄電デバイスを構成すれば、装置サイズの小型化が可能となる。

特開２００９−１４１１８１号公報

ところで、特許文献１の蓄電デバイスでは、リチウムイオン電池とリチウムイオンキャパシタとで共通負極を有しており、その共通負極の一方の面にセパレータを介して電池正極が設けられるとともに、共通電極の他方の面にセパレータを介してキャパシタ正極が設けられている。つまり、特許文献１の蓄電デバイスは、リチウムイオン二次電池とリチウムイオンキャパシタとが同じ積層数で構成される。ここで、リチウムイオン二次電池は、同じ電極サイズ、同じ積層数でエネルギー容量を比較すると、リチウムイオンキャパシタの４０倍〜５０倍程度のエネルギー容量を有する。このため、特許文献１の蓄電デバイスでは、リチウムイオン電池のエネルギー容量と比較してリチウムイオンキャパシタのエネルギー容量が小さくなり、用途が限定されてしまう。

具体的には、例えば、急激かつエネルギーが大きな充放電が行われる電力回生装置等に用いる場合、そのエネルギーをキャパシタで吸収することができず、大きな電力が二次電池側に加わると、二次電池の寿命が短くなってしまうことがある。また、複数の蓄電デバイスを並列に設ければ、キャパシタ容量が大きくなり、エネルギーの吸収は可能となるが、装置サイズが大きくなることに加えて装置コストが高くなるといった問題が生じてしまう。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、用途に応じてキャパシタのエネルギー容量と二次電池のエネルギー容量とを設定することができ、二次電池の視点から見て十分な寿命が確保可能であり、リチウムイオンキャパシタの視点から見てエネルギー容量が大きく過放電になり難く信頼性の高い複合蓄電デバイスを提供することにある。

上記課題を解決するための手段［１］〜［４］を以下に列挙する。

［１］リチウムを含む材料からなる第１の正極と、第１のセパレータと、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなる第１の負極とを積層または捲回したリチウムイオン二次電池部と、前記リチウムイオン二次電池部よりも小さな内部抵抗を有するように構成され、炭素材料からなる第２の正極と、前記第１のセパレータとは異なる第２のセパレータと、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなり、前記第１の負極の極板とは異なる別の極板を用いて構成された第２の負極とを積層または捲回したリチウムイオンキャパシタ部と、前記リチウムイオン二次電池部と前記リチウムイオンキャパシタ部とを積層してなる複合積層体を、リチウム塩を含む同一の電解液に浸した状態で収納する電槽とを備え、前記電槽内に配置されたリチウム金属を用いて前記第２の負極にリチウムイオンがあらかじめドープされる複合蓄電デバイスであって、前記複合積層体における少なくとも一方の主面の最外層に前記リチウムイオンキャパシタ部を配置したことを特徴とする複合蓄電デバイス。

従って、手段１に記載の発明によれば、リチウムイオン二次電池部とリチウムイオンキャパシタ部とからなる複合積層体を備えるので、エネルギー容量が大きくかつ急激な充放電が可能な高出力の複合蓄電デバイスを実現することができる。また、複合蓄電デバイスは、リチウムイオン二次電池部とリチウムイオンキャパシタ部とが１つの電槽内に収納された構成であるため、デバイスの小型化が可能となる。さらに、リチウムイオン二次電池部とリチウムイオンキャパシタ部とにおいて別々の電極が設けられており、用途に応じてそれら電極の積層数を変えることでキャパシタ部と二次電池部とのエネルギー容量の比率を調整することができる。また、急激な充放電によって高温となるリチウムイオンキャパシタ部が複合積層体の最外層となる位置に設けられているので、そのキャパシタ部が効率よく冷却される。リチウムイオンキャパシタ部がリチウムイオン二次電池部より内側にあった場合、発生した熱が二次電池部を通って外部に冷却されるため、二次電池部が劣化する。このため、比較的温度に弱いリチウムイオン二次電池部の寿命を延ばすことができ、複合蓄電デバイスを長時間にわたって使用することが可能となる。

［２］手段１において、複合積層体における両方の主面の最外層にそれぞれ前記リチウムイオンキャパシタ部を配置することで、前記リチウムイオン二次電池部をそれらの間に挟み込むようにしたことを特徴とする複合蓄電デバイス。

従って、手段２に記載の発明によれば、リチウムイオンキャパシタ部を確実に冷却することができる。

［３］手段１または２において、前記リチウムイオン二次電池部のエネルギー容量が前記リチウムイオンキャパシタ部のエネルギー容量の５０％以上であることを特徴とする複合蓄電デバイス。

従って、手段３に記載の発明によれば、リチウムイオン二次電池部のエネルギー容量が十分確保されるので、リチウムイオンキャパシタ部の過放電を防止することができる。具体的には、リチウムイオンキャパシタは、満充電の状態とすれば２年以上経過しても下限電圧に至ることがないよう設計される。キャパシタの電圧は、エネルギー容量に比例して変化する。二次電池の電圧は、エネルギー容量によらず電圧は比較的一定である。従って、二次電池部のエネルギー容量が大きければ、下限電圧に達し難くなる。また、リチウムイオンキャパシタが過放電になるまでに現状では約２年以上あるが、二次電池部をキャパシタ部の５０％以上の容量にすることにより長期間を確保できる。従って、本発明のように、リチウムイオン二次電池部のエネルギー容量がリチウムイオンキャパシタ部のエネルギー容量の５０％以上とすると、満充電の半分のエネルギー容量があれば、２年以上経過しても問題は生じることがなく、実用上好ましいものとなる。

［４］手段１において、前記リチウムイオンキャパシタ部の耐電圧が前記リチウムイオン二次電池部の平均電圧よりも高く、前記リチウムイオン二次電池部の充電電圧が前記リチウムイオンキャパシタ部の耐電圧以下であり、かつ前記リチウムイオン二次電池部の平均電圧が前記リチウムイオンキャパシタ部の下限電圧より高い電圧であることを特徴とする複合蓄電デバイス。

従って、手段４に記載の発明によれば、リチウムイオンキャパシタ部の耐電圧よりも低くかつリチウムイオン二次電池部の電圧よりも高い電圧が加わった場合、その電圧のエネルギーがリチウムイオンキャパシタ部に吸収されてキャパシタ部が充電される。また、リチウムイオン二次電池部の平均電圧がリチウムイオンキャパシタ部の下限電圧より高いので、リチウムイオンキャパシタ部の電圧が下限電圧まで下がり難くなる。ここで、リチウムイオンキャパシタ部の電圧が下限電圧以下となると、電解液の還元分解によってガスが発生して特性が劣化する。これに対して、本発明では、リチウムイオンキャパシタ部の電圧が下限電圧まで下がり難いので、リチウムイオンキャパシタ部の特性劣化を回避することができる。また、一般的なリチウムイオンキャパシタは、エネルギー容量が小さいため、下限電圧を意識して用いる必要がある。この対策として、リチウムイオンキャパシタの放電によって下限電圧に近づいた場合、強制的に放電回路を切断する保護回路が設けられている。本発明では、リチウムイオンキャパシタ部が下限電圧まで下がり難くなるので、保護回路等による管理が容易となり、信頼性が高くなる。

以上詳述したように、手段１〜４に記載の発明によると、用途に応じてキャパシタのエネルギー容量と二次電池のエネルギー容量とを設定することができ、二次電池の視点から見て十分な寿命が確保可能であり、リチウムイオンキャパシタの視点から見てエネルギー容量が大きく過放電になり難く信頼性の高い複合蓄電デバイスを提供することができる。

第１の実施の形態の複合蓄電デバイスを示す側面図。 第１の実施の形態の複合蓄電デバイスを示す平面図。 複合蓄電デバイスを示す要部断面図。 複合蓄電デバイスを示す回路図。 リチウムイオン二次電池部の放電特性を示すグラフ。 リチウムイオンキャパシタ部の放電特性を示すグラフ。 複合蓄電デバイスの放電特性を示すグラフ。 変動する電圧波形を示すグラフ。 第２の実施の形態の複合蓄電デバイスを示す側面図。

［第１の実施の形態］
以下、本発明を複合蓄電デバイスに具体化した第１の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施の形態における複合蓄電デバイス１０を示す側面図であり、図２はその複合蓄電デバイス１０の平面図である。また、図３は、複合蓄電デバイス１０を説明するための要部断面図であり、図４は、複合蓄電デバイス１０を示す回路図である。なお、本実施の形態の複合蓄電デバイス１０は、例えば自動車に搭載される電力回生装置に搭載される。

図１〜図４に示されるように、複合蓄電デバイス１０は、リチウムイオン二次電池部１１と、リチウムイオンキャパシタ部１２と、リチウムイオン二次電池部１１とリチウムイオンキャパシタ部１２とを積層してなる複合積層体１３を収納する蓄電容器１４（電槽）とを備える。本実施の形態の複合蓄電デバイス１０では、複合積層体１３の一方の主面（図１では上面）の最外層にリチウムイオンキャパシタ部１２が配置され、他方の主面（図１では下面）の最外層にリチウムイオン二次電池部１１が配置されている。

複合蓄電デバイス１０において、リチウムイオン二次電池部１１とリチウムイオンキャパシタ部１２とが並列に接続されている（図４参照）。また、蓄電容器１４内において、複合積層体１３のリチウムイオン二次電池部１１とリチウムイオンキャパシタ部１２とは、リチウム塩（例えば、ＬｉＰＦ_６と表記されるリチウムヘキサフルオロフォスフェート等）を含む同一の電解液に浸された状態で密閉収納されている。蓄電容器１４は、アルミ箔を樹脂フィルムにラミネートしてなるアルミニウム・ラミネートフィルムを用いて矩形袋状に加工したソフト容器である。

リチウムイオン二次電池部１１は、第１の正極２１と第１の負極３１とが第１のセパレータ４１を介して交互に積み重ねられた積層構造体である。第１の正極２１は、リチウムを含む材料（例えば、オリビン形リン酸鉄リチウムと炭素材料を混合した材料）からなる正極材２２を正極集電体２３上に形成した構造を有している。正極集電体２３は、例えばアルミニウムからなる導電性金属板（極板）を用いて形成されている。正極集電体２３は平面視矩形状に形成され、その四辺のうちの一辺からタブが突出している。正極集電体２３のタブは、溶接等により正極用外部端子２５に接続されている。

第１の負極３１は、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料（黒鉛やハードカーボンなどの炭素材料）からなる負極材３２を負極集電体３３上に形成した構造を有している。負極集電体３３は、例えば銅からなる導電性金属板（極板）を用いて形成されている。負極集電体３３は平面視矩形状に形成され、その四辺のうちの一辺からタブが引き出されている。負極集電体３３のタブは、溶接等により負極用外部端子３５に接続されている。第１のセパレータ４１は、電解液や電極活物質等に対して耐久性があり、連通気孔を有する非導電性の多孔体等からなる。通常、ガラス繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン等、セルロース等からなる不織布あるいは多孔体が用いられる。

上述したように、正極材２２としてオリビン形リン酸鉄リチウムを用いる場合、コバルト系やマンガン系の正極材を用いる場合と比較してリチウムイオン二次電池部１１の電圧を低くすることができる。具体的には、本実施の形態のリチウムイオン二次電池部１１の充電電圧は３．３Ｖとなる。

リチウムイオンキャパシタ部１２は、第２の正極２６と第２の負極３６とが第２のセパレータ４２を介して交互に積み重ねられた積層構造体であり、リチウムイオン二次電池部１１よりも小さな内部抵抗を有している。具体的には、第２の正極２６は、炭素材料からなる正極材２７を正極集電体２８上に形成した構造を有している。正極材２７を形成する炭素材料としては、活性炭が用いられる。正極集電体２８は、例えばアルミニウムからなる導電性金属板（極板）を用いて形成されている。正極集電体２８は平面視矩形状に形成され、その四辺のうちの一辺からタブが突出している。正極集電体２８のタブは、溶接等により正極用外部端子２５に接続されている。

第２の負極３６は、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料（黒鉛やハードカーボンなどの炭素材料）からなる負極材３７を負極集電体３８上に形成した構造を有している。負極集電体３８は、例えば銅からなる導電性金属板（極板）を用いて形成されている。負極集電体３８は平面視矩形状に形成され、その四辺のうちの一辺からタブが引き出されている。負極集電体３８のタブは、溶接等により負極用外部端子３５に接続されている。第２のセパレータ４２は、電解液や電極活物質等に対して耐久性があり、連通気孔を有する非導電性の多孔体等からなる。具体的には、ガラス繊維、ポリエチレン、ポリプロピレン等、セルロース等からなる不織布あるいは多孔体が第２のセパレータ４２として用いられる。

また、負極集電体３８には、プレドープ用リチウム金属４５が貼り付けられる貼付部４６が設けられている。この貼付部４６に設けられたリチウム金属４５によって第２の負極３６にリチウムイオンがあらかじめプレドープされる。このように、リチウムイオンをプレドープすると、負極電位が下がり、リチウムイオンキャパシタ部１２の電圧を高くすることができる。具体的には、本実施の形態のリチウムイオンキャパシタ部１２の充電電圧は３．８Ｖとなっている。

他のリチウムプレドープの方法として、正極集電体２８と負極集電体３８とに多数の孔の開いた集電体を使用した場合、プレドープ用リチウム金属は、リチウムイオンキャパシタ部１２の一番外側に貼り付ければよい。この場合、多孔の集電体の形成や電極の塗工には工夫がいるが、リチウム金属を容易に貼ることができる。

本実施の形態の複合蓄電デバイス１０において、リチウムイオンキャパシタ部１２の積層数（例えば、３０層）は、リチウムイオン二次電池部１１の積層数（例えば、３層）の１０倍である。また、リチウムイオン二次電池部１１のエネルギー容量は、リチウムイオンキャパシタ部１２のエネルギー容量の４倍程度となっている。

次に、本実施の形態の複合蓄電デバイス１０の動作について説明する。図５にはリチウムイオン二次電池部１１の放電特性を示し、図６にはリチウムイオンキャパシタ部１２の放電特性を示す。また、図７には複合蓄電デバイス１０の放電特性を示している。

図５に示されるように、リチウムイオン二次電池部１１は、所定の時間が経過するまでは放電による電圧の低下が少なく電圧曲線はほぼ平らになっている。このため、リチウムイオン二次電池部１１は、比較的高い電圧で維持される時間が長くなる。電池は、高い電圧では電解液が酸化分解しやすく劣化が早まる。本実施の形態では、正極材２２としてオリビン形リン酸鉄リチウムを用い、リチウムイオン二次電池部１１の充電電圧を低くしているため、電解液の酸化分解による劣化が防止され、電池寿命の低下が回避されている。

図６に示されるように、リチウムイオンキャパシタ部１２は、放電によって直線的に電圧が低下する。このため、リチウムイオンキャパシタ部１２は、高い電圧で長時間維持されることはないが、容量が少なく下限電圧（２．２Ｖ）に低下するまでの時間が短い。

図７に示されるように、複合蓄電デバイス１０は、高い電圧ではリチウムイオンキャパシタ部１２の放電により比較的短時間で電圧が低下し、その後、リチウムイオン二次電池部１１の放電によって電圧が徐々に低下する。つまり、複合蓄電デバイス１０において、瞬間的な充放電はリチウムイオンキャパシタ部１２が担当し、長時間で徐々に行われる充放電はリチウムイオン二次電池部１１が担当することとなる。リチウムイオンキャパシタ部１２は、急激な充放電に強く、充放電深度が深くても長い寿命を維持することができるといった特徴がある。これに対して、リチウムイオン二次電池部１１は、急激な充放電に弱く、充放電深度が深いと寿命が短くなる。

図８に示されるように、波状に変動する電圧が複合蓄電デバイス１０に加わった場合、リチウムイオンキャパシタ部１２において変動部分が効率よく吸収される。このような電圧が加わった場合、リチウムイオン二次電池部１１は充放電に殆ど寄与しないため、その部分の充放電深度は浅くなり、リチウムイオン二次電池部１１の寿命を長く維持することが可能となる。

なお、本実施の形態の複合蓄電デバイス１０において、リチウムイオン二次電池部１１の平均電圧は３Ｖ程度となっており、リチウムイオンキャパシタ部１２の下限電圧より高くなっている。また、リチウムイオンキャパシタ部１２の耐電圧は、３．８Ｖであり、リチウムイオン二次電池部１１の平均電圧よりも高い。さらに、リチウムイオン二次電池部１１の充電電圧は、３．３Ｖであり、リチウムイオンキャパシタ部１２の耐電圧以下となっている。

また、複合蓄電デバイス１０において、リチウムイオン二次電池部１１は正極電位がフラットでその電位を変えることができないが、リチウムイオンキャパシタ部１２は正極電位を自由に変えることができる。つまり、リチウムイオンキャパシタ部１２は、高温で正極電位を下げることにより酸化分解が避けられるため、リチウムイオン二次電池部１１よりも熱に強い。なお、リチウムイオン二次電池部１１の使用温度の上限は６０℃である。

本実施の形態において、１ｋＷ以上の大電力で頻繁に充放電を行う場合、殆どの充放電は、内部抵抗の小さなリチウムイオンキャパシタ部１２で行われる。このため、リチウムイオンキャパシタ部１２の内部温度は、リチウムイオン二次電池部１１の内部温度よりも高くなる。ここで、デバイス外部の冷却手段によって強制冷却を行うことなく、セル表面（蓄電容器１４表面）の温度が６０℃以上となる場合、高温となるリチウムイオンキャパシタ部１２が複合積層体１３の最外層となる位置に設けられているので、デバイス１０のセル表面が効率よく冷却される。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態の複合蓄電デバイス１０は、リチウムイオン二次電池部１１とリチウムイオンキャパシタ部１２とが並列に接続された構成となっており、エネルギー容量が大きくかつ急激な充放電が可能な高出力の蓄電性能を有する。具体的には、複合蓄電デバイス１０において、瞬間的な充放電はリチウムイオンキャパシタ部１２が行い、比較的に長い時間の充放電はリチウムイオン二次電池部１１が行う。このようにすると、高い電圧はリチウムイオンキャパシタ部１２が吸収するため、リチウムイオン二次電池部１１に高電圧が加わることがなく、リチウムイオン二次電池部１１の寿命が長くなる。また、リチウムイオン二次電池部１１はエネルギー容量が大きいため、リチウムイオンキャパシタ部１２の下限電圧以下に電圧が下がり難くなる。従って、電解液の還元分解によるガス発生等を防止でき、蓄電特性を良好な状態に維持することができる。また、リチウムイオン二次電池部１１とリチウムイオンキャパシタ部１２とが１つの蓄電容器１４内に収納された構成であるため、蓄電デバイス１０の小型化が可能となる。

（２）本実施の形態の複合蓄電デバイス１０では、急激な充放電によって高温となるリチウムイオンキャパシタ部１２が複合積層体１３の最外層となる位置に設けられているので、そのキャパシタ部１２が効率よく冷却される。このため、温度に弱いリチウムイオン二次電池部１１の寿命を延ばすことができ、複合蓄電デバイス１０を長時間にわたって使用することが可能となる。

（３）本実施の形態の複合蓄電デバイス１０では、短い周期で変動する電圧が加わった場合でも、その変動分をリチウムイオンキャパシタ部１２が吸収するため、リチウムイオン二次電池部１１のサイクル寿命を延ばすことができる。

（４）本実施の形態の複合蓄電デバイス１０において、リチウムイオン二次電池部１１のエネルギー容量は、リチウムイオンキャパシタ部１２のエネルギー容量の４倍（４００％）程度となっている。また、リチウムイオン二次電池部１１の平均電圧がリチウムイオンキャパシタ部１２の下限電圧より高いので、リチウムイオンキャパシタ部１２の電圧が下限電圧まで下がり難くなる。この結果、リチウムイオンキャパシタ部１２の過放電を確実に防止することができる。
［第２の実施の形態］

次に、本発明を具体化した第２の実施の形態を図９に基づき説明する。図９に示されるように、本実施の形態の複合蓄電デバイス１０Ａは、複合積層体１３Ａが第１の実施の形態と異なる。本実施の形態では、複合積層体１３Ａの両方の主面（図９では上面及び下面）の最外層にリチウムイオンキャパシタ部１２が配置され、リチウムイオン二次電池部１１を各リチウムイオンキャパシタ部１２の間に挟み込むよう構成されている。

本実施の形態の複合蓄電デバイス１０Ａでも、リチウムイオン二次電池部１１及びリチウムイオンキャパシタ部１２の構成（正極２１，２６、負極３１，３６、セパレータ４１，４２などの構成）は上記第１の実施の形態と同じである。また、リチウムイオン二次電池部１１の積層数及びリチウムイオンキャパシタ部１２の積層数も同じである。本実施の形態では、リチウムイオンキャパシタ部１２が２つ設けられているので、複合蓄電デバイス１０Ａ全体としてのリチウムイオンキャパシタ部１２のエネルギー容量を第１の実施の形態の複合蓄電デバイス１０の容量の２倍に増加させることができる。また、リチウムイオンキャパシタ部１２が複合積層体１３Ａの各主面の最外層に設けられているので、リチウムイオンキャパシタ部１２が効率よく冷却される。このため、比較的温度に弱いリチウムイオン二次電池部１１の温度上昇を抑えることができ、二次電池部１１の寿命を延ばすことができる。

なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記各実施の形態の複合蓄電デバイス１０，１０Ａにおいて、リチウムイオン二次電池部１１及びリチウムイオンキャパシタ部１２の積層数やそれらの配分は、用途に応じて適宜変更することができる。具体的には、キャパシタの機能を優先させる高出力用途の場合、例えば、正極２１、負極３１、及びセパレータ４１を一対のみ積層してなるリチウムイオン二次電池部１１を設け、リチウムイオンキャパシタ部１２の積層数を増大させるように構成してもよい。なお、リチウムイオン二次電池部１１とリチウムイオンキャパシタ部１２とを同じ積層数とすると、リチウムイオン二次電池部１１のエネルギー容量と比較して、リチウムイオンキャパシタ部１２のエネルギー容量を十分に確保することができなくなる。従って、リチウムイオンキャパシタ部１２の積層数をリチウムイオン二次電池部１１の積層数の２倍以上とすることが好ましく、５倍以上とすることがより好ましい。また、リチウムイオンキャパシタ部１２のエネルギー容量をリチウムイオン二次電池部１１のエネルギー容量の１０％以上とすると、瞬間的な充放電を行うキャパシタの性能を十分に発揮させることができるため、実用上好ましいものとなる。

・上記各実施の形態の複合蓄電デバイス１０，１０Ａでは、リチウムイオン二次電池部１１及びリチウムイオンキャパシタ部１２は、正極２１，２６、負極３１，３６、セパレータ４１，４２を積層した構造であったが、これに限定されるものではない。例えば、正極、負極、セパレータを捲回してリチウムイオン二次電池部及びリチウムイオンキャパシタ部を構成してもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した各実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）手段１乃至４のいずれかにおいて、デバイス外部の冷却手段による強制冷却がない状態での作動時に、セル温度がリチウムイオン二次電池部の上限温度に達する充放電条件で使用されることを特徴とする複合蓄電デバイス。

（２）手段１乃至４のいずれかにおいて、前記リチウムイオンキャパシタ部の積層数は、前記リチウムイオン二次電池部の積層数の２倍以上であることを特徴とする複合蓄電デバイス。

（３）手段１乃至４のいずれかにおいて、前記リチウムイオンキャパシタ部のエネルギー容量が前記リチウムイオン二次電池部のエネルギー容量の１０％以上であることを特徴とする複合蓄電デバイス。

１０，１０Ａ…複合蓄電デバイス
１１…リチウムイオン二次電池部
１２…リチウムイオンキャパシタ部
１３，１３Ａ…複合積層体
１４…電槽としての蓄電容器
２１…第１の正極
２６…第２の正極
３１…第１の負極
３６…第２の負極
４１…第１のセパレータ
４２…第２のセパレータ
４５…リチウム金属

Claims (4)

1. リチウムを含む材料からなる第１の正極と、第１のセパレータと、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなる第１の負極とを積層または捲回したリチウムイオン二次電池部と、
   前記リチウムイオン二次電池部よりも小さな内部抵抗を有するように構成され、炭素材料からなる第２の正極と、前記第１のセパレータとは異なる第２のセパレータと、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料からなり、前記第１の負極の極板とは異なる別の極板を用いて構成された第２の負極とを積層または捲回したリチウムイオンキャパシタ部と、
   前記リチウムイオン二次電池部と前記リチウムイオンキャパシタ部とを積層してなる複合積層体を、リチウム塩を含む同一の電解液に浸した状態で収納する電槽と
   を備え、前記電槽内に配置されたリチウム金属を用いて前記第２の負極にリチウムイオンがあらかじめドープされる複合蓄電デバイスであって、
   前記複合積層体における少なくとも一方の主面の最外層に前記リチウムイオンキャパシタ部を配置したことを特徴とする複合蓄電デバイス。
2. 前記複合積層体における両方の主面の最外層にそれぞれ前記リチウムイオンキャパシタ部を配置することで、前記リチウムイオン二次電池部をそれらの間に挟み込むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の複合蓄電デバイス。
3. 前記リチウムイオン二次電池部のエネルギー容量が前記リチウムイオンキャパシタ部のエネルギー容量の５０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の複合蓄電デバイス。
4. 前記リチウムイオンキャパシタ部の耐電圧が前記リチウムイオン二次電池部の平均電圧よりも高く、前記リチウムイオン二次電池部の充電電圧が前記リチウムイオンキャパシタ部の耐電圧以下であり、かつ前記リチウムイオン二次電池部の平均電圧が前記リチウムイオンキャパシタ部の下限電圧より高い電圧であることを特徴とする請求項１に記載の複合蓄電デバイス。

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