JP6145635B2 - リチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法 - Google Patents
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Description
本試験体1に係るリチウムイオンキャパシタ用電極を備えるリチウムイオンキャパシタセルについて、説明する。
正極の構成および配合比は、乾燥重量比率で活性炭(比表面積1590m2/g)87重量部、アセチレンブラック9重量部、カルボキシメチルセルロース(CMC)2重量部、スチレンブタジエンゴム(SBR)(日本ゼオン社製)2重量部となるように固形分濃度31%の水系スラリーを調製して厚さ38μm(気孔率50%)のアルミニウム製エキスパンドメタル(日本金属工業社製)に両面コーターを用いて塗工した。得られた電極を大気中で乾燥後、ロール圧延して最終厚み190μmの正極を得た。
負極の構成および配合比は、乾燥重量比率で球晶黒鉛(JFEケミカル社製)87重量部、気相成長炭素繊維(VGCF;登録商標)9重量部、カルボキシメチルセルロース(CMC)2重量部、スチレンブタジエンゴム(SBR)(日本ゼオン社製)2重量部となるように固形分濃度47%の水系スラリーを調製して厚さ26μm(気孔率55%)の銅製エキスパンドメタル(日本金属工業社製)に両面コーターを用いて塗工した。得られた電極を大気中で乾燥後、ロール圧延して最終厚み70μmの負極を得た。
転写用器具(ナノインプリント基板)の基材には4.0×4.0cm2形状のポリプロピレンを用い、ナノインプリント法を利用してリチウム薄膜が製膜される表面に図3に示す形状の突起部(凹凸)を設けた。ナノインプリント法により作製する突起部(凹凸)の表面形状は、特に限定するものではないが、プレドープ進行の最短化およびガス抜けを良好に維持する構造とするには、リチウム薄膜の転写面積が負極面積の50〜80%となる形状であることが望ましい。
上記の正極の電極面積が3.8×3.8cm2、リチウム薄膜を転写した負極の電極面積が4.0×4.0cm2となるようにロールカッターで切り出し、それぞれ厚さ0.1mmのアルミニウム製(正極側)および銅製(負極側)の集電端子を超音波溶接により取り付けた。これら電極を図1に示す構造で厚さ35μmのセルロース製セパレータ(TF4035、日本高度紙社製)を介して対向配置させた。その後、集電端子部のみが外部に露出するようにセルをアルミニウムラミネートフィルムで外装してアルミニウムラミネートセルとした。このアルミニウムラミネートセルの一辺を開封して、1MのLiPF6およびエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)を1対1の割合で混合した電解液をセル中に投入して再度ラミネートフィルムを封止した。プレドープは、電解液注入と同時に開始されており、プレドープ条件を、25℃に設定した恒温槽中で24時間保持することとした。前記プレドープ条件で得られたセルを試験体1とした。
本試験体2に係るリチウムイオンキャパシタ用電極を備えるリチウムイオンキャパシタセルにつき以下に説明する。
本試験体2は、リチウム薄膜の成膜方法を特許文献3と同様のエアロゾルデポジション法に変更したこと以外は上述の試験体1と同様な手順により作製し、電解液の注入を開始してから25℃に設定した恒温槽中で24時間保持して得られたものとした。すなわち、試験体2のプレドープ条件は、上述の試験体1と同じにした。
比較体1に係るリチウムイオンキャパシタ用電極を備えるリチウムイオンキャパシタセルにつき以下に説明する。
比較体1に係るリチウムイオンキャパシタセルは、平面状ポリプロピレン製基板上に厚さ6μmのリチウム薄膜が製膜された市販の転写用リチウム薄膜を用い、一軸プレス機を利用して100kgf/cm2加重で転写したこと以外は試験体1と同様の手順により作製し、電解液の注入を開始してから25℃に設定した恒温槽中で24時間保持して得られたものとした。すなわち、比較体1のプレドープ条件は、上述の試験体1と同じにした。
[セルの特性評価]
上述の試験体1、試験体2、比較体1に対し、プレドープ開始から24時間後のセル電圧およびその後、時間率で1C相当定電流で3.8Vまで充電後に解体してリチウムの溶解度合いを確認することで、セルの特性を評価した。さらに、上述の試験体1、試験体2、比較体1のそれぞれが具備する負極を対極にリチウム金属を用いた2極セルに組み直して放電量(0.2C相当定電流)を測定した。また、負極の脱落有無については、負極に接していたセパレータの着色度合を解体時に目視で評価した。この結果を下記の表1に示した。表1にて、着色なしとは負極の脱落が無いことであり、着色ありとは負極の脱落があることになる。
11 正極
12 集電体
13 分極性電極層
14 負極
15 集電体
16 電極層
17 リチウム薄膜
18 セパレータ
19 ケース
20 転写用器具(ナノインプリント基板)
21 基板
22 突起部
23 リチウム薄膜
F1 超音波加圧
Claims (5)
- リチウムイオンキャパシタ用電極を製造する方法であって、
複数の突起部が設けられた基板上に真空蒸着法またはエアロゾルデポジション法によりリチウム薄膜を所定の厚さで直接形成し、
前記突起部上に形成された前記リチウム薄膜と、両面のそれぞれに電極層が形成された集電体とを接触して配置し、
前記突起部上に形成された前記リチウム薄膜を前記集電体に超音波接合により転写することによって、前記電極層の表面に、互いに離間する複数個のリチウム薄膜を形成する
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法。 - 請求項1に記載のリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法であって、
前記複数の突起部は、互いに離間して配置される
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法。 - 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用電極の製造方法であって、
前記複数の突起部の先端は、平坦である
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法。 - 請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法であって、
前記複数の突起部は、転写後の前記複数個のリチウム薄膜の面積が前記電極層の面積の50〜80%となるように形成されている
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載のリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法であって、
前記複数の突起部は、転写後の前記複数個のリチウム薄膜のそれぞれの面積が0.002cm2〜0.09cm2となるように形成されている
ことを特徴とするリチウムイオンキャパシタ用電極の製造方法。
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