申请/专利权人：太阳诱电株式会社

申请日：2018-02-27

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN108511199B

主分类号：H01G11/06(20130101)

分类号：H01G11/06(20130101);H01G11/26(20130101);H01G11/28(20130101);H01G11/70(20130101)

优先权：["20170227 JP 2017-035431"]

专利状态码：失效-未缴年费专利权终止

法律状态：2023.02.28#未缴年费专利权终止;2018.10.09#实质审查的生效;2018.09.07#公开

摘要：本发明提供生产性优异、能够使负极的预掺杂状态均匀化的电化学器件。本发明的电化学器件具有多个电极体和电解液。电极体具有：正极和负极隔着隔膜交替地层叠的电极组件；具有第一集电体的第一锂离子供给源，上述第一集电体为金属箔且具有电极组件一侧的第一主面和其相反侧的第二主面；和包括第二集电体的第二锂离子供给源，与第一锂离子供给源一起夹着电极组件，上述第二集电体为金属箔且具有电极组件一侧的第三主面和其相反侧的第四主面。多个电极体以第二主面和第四主面相邻的方式配置，由贴附于第一主面的第一金属锂和贴附于第三主面的第二金属锂对电极组件所具有的负极进行锂离子的预掺杂。

主权项：1.一种电化学器件，其特征在于：包括多个电极体和浸渍所述多个电极体的电解液，所述电极体具有：正极和负极隔着隔膜交替地层叠的电极组件；与所述电极组件相邻地配置的包括第一集电体的第一锂离子供给源，所述第一集电体为金属箔且具有所述电极组件一侧的第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面；和与所述电极组件相邻地配置的包括第二集电体的第二锂离子供给源，该第二锂离子供给源与所述第一锂离子供给源一起夹着所述电极组件，第二集电体为金属箔且具有所述电极组件一侧的第三主面和所述第三主面的相反侧的第四主面，所述第一集电体和所述第二集电体不具有贯通孔，所述多个电极体以在相邻的电极体之间所述第二主面和所述第四主面相邻的方式配置，由贴附于所述第一主面的第一金属锂和贴附于所述第三主面的第二金属锂对所述电极组件所具有的负极进行锂离子的预掺杂。

全文数据：电化学器件技术领域[0001]本发明涉及由多个电极组件构成的电化学器件。背景技术[0002]大容量电容器在能量再生、负载均衡等的要求进行大电力的反复充放电的技术领域中的利用不断发展。作为大容量电容器，一直以来通常能够利用双电层电容器，但近年来开始研宄能量密度高的锂离子电容器的利用。[0003]锂离子电容器需要进行将锂离子预先掺杂于负极的预掺杂，但为了长期间稳定地利用锂离子电容器，使负极的预掺杂状态均匀是很重要的。[0004]此处，锂离子的预掺杂通过将与负极电连接的金属锂浸渍于电解液来进行。锂离子在电解液中移动而到达负极，因此根据负极与锂离子供给源的位置关系，预掺杂状态会受到影响。[0005]例如，专利文献1中公开了，在构成电池单体的多个电极组件之间和最外部配置锂离子供给源，由此向负极供给锂离子的结构。[0006]现有技术文献[0007]专利文献[0008]专利文献1:国际公开第2006112068号发明内容[0009]发明要解决的技术课题[0010]但是，专利文献1中记载的结构中，在多个电极组件之间锂离子能够容易地移动，由于重力的影响等，电极组件间的锂离子的掺杂量可能产生差异。[0011]鉴于上述情况，本发明的目的在于提供生产性优异、能够使负极的预掺杂状态均匀化的电化学器件。[0012]用于解决课题的技术方案[0013]为了达成上述目的，本发明的一个方式的电化学器件具有多个电极体和电解液。[0014]上述电极体具有:正极和负极隔着隔膜交替地层叠的电极组件；与所述电极组件相邻地配置的包括第一集电体的第一锂离子供给源，所述第一集电体为金属箔且具有所述电极组件一侧的第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面;和与所述电极组件相邻地配置的包括第二集电体的第二锂离子供给源，该第二锂离子供给源与所述第一锂离子供给源一起夹着所述电极组件，第二集电体为金属箔且具有所述电极组件一侧的第三主面和所述第三主面的相反侧的第四主面。[0015]上述电解液浸渍上述多个电极体。[0016]上述多个电极体以在相邻的电极体之间上述第二主面与上述第四主面相邻的方式配置，从贴附于上述第一主面的第一金属锂和贴附于上述第三主面的第二金属锂对上述电极组件所具有的负极进行锂离子的预掺杂。[0017]根据该结构，从第一锂离子供给源和第二锂离子供给源脱出的锂离子的大致全部量到达被两锂离子供给源夹着的电极组件，而被掺杂于负极。在两锂离子供给源和相邻的电极体之间存在金属箔形成的集电体，是为了利用该集电体抑制相邻的电极组件间的锂离子的移动。由此，电极体之间锂离子的掺杂量为相同程度，能够提高电化学器件的长期稳定性。[0018]也可以是，上述电极组件所具有的正极包括：多孔金属箔形成的正极集电体;和含有正极活性物质、层叠于上述正极集电体的正背两面的正极活性物质层，上述电极组件所具有的负极包括:多孔金属箔形成的负极集电体;和含有负极活性物质、层叠于上述负极集电体的正背两面的负极活性物质层。[0019]根据该结构，从第一锂离子供给源和第二锂离子供给源脱出的锂离子能够不被正极、负极和隔膜妨碍地在电极组件内移动，在电极组件内能够使锂离子的掺杂量均匀化。[0020]也可以是，上述多个电极体各自具有的电极组件具有彼此相同的厚度。[0021]根据该结构，能够将相同构造的电极组件用作第一电极组件、第二电极组件和第三电极组件，并且能够在各电极组件内使锂离子的掺杂量均匀化。[0022]上述电化学器件也可以是锂离子电容器。[0023]发明效果[0024]根据上述本发明，能够提供生产性优异、能够使负极的预掺杂状态均匀化的电化学器件。附图说明[0025]图1是本发明的实施方式的电化学器件的立体图。[0026]图2是该电化学器件的截面图。[0027]图3是该电化学器件所具有的电极体的截面图。[0028]图4是构成该电化学器件所具有的电极体的电极组件的放大图。[0029]图5是该电化学器件所具有的电极体的示意图。[0030]图6是表示该电化学器件的锂离子预掺杂的状态的示意图。[0031]图7是表示本发明的实施例和比较例的电化学器件的各电极体所具有的负极的预掺杂后的S0C的表。具体实施方式[0032]说明本实施方式的电化学器件。[0033][电化学器件的构造][0034]图1是本实施方式的电化学器件100的立体图，图2是电化学器件100的截面图。图2是图1的A-A线处的截面图。[0035]电化学器件100是需要进行锂离子的预掺杂的电化学器件，能够是锂离子电容器。此外电化学器件1〇〇也可以是锂离子电池等的需要锂离子的预掺杂的其它电化学器件。以下的说明中电化学器件1〇〇为锂离子电容器。[0036]如图1和图2所示，电化学器件100具有3个电极体101、封装膜102、正极端子103和负极端子104。以下将3个电极体101的层叠体作为蓄电元件105。[0037]图3是电极体101的示意图。如该图所示，电极体1〇1具有电极组件111、第一锂离子供给源112和第二锂离子供给源113。电极组件111被第一锂离子供给源112和第二锂离子供给源113夹着。[0038]图4是电极组件111的示意图。如该图所示，电极组件m具有正极120、负极130和隔膜140。[0039]正极12〇具有正极集电体121和正极活性物质层122。正极集电体121是形成有多个贯通孔的多孔金属箱，例如是铝箔。正极集电体121的厚度例如为0.03mm。正极集电体1M直接或经由未图示的配线与正极端子103电连接。[0040]正极活性物质层122形成在正极集电体121的正背两面。正极活性物质层122可以是混合有正极活性物质和粘合树脂而成，还可以含有导电助剂。正极活性物质是能够吸附电解液中的锂离子和阴离子的材料，例如是活性炭、聚并苯碳化物等。[0041]粘合树脂是接合正极活性物质的合成树脂，例如可以使用丁苯橡胶、聚乙烯、聚丙烯、芳香族聚酰胺、羧甲基纤维素、氟类橡胶、聚偏二氟乙烯、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶和乙烯丙烯类橡胶等。[0042]导电助剂是包括导电性材料的颗粒，能够提高正极活性物质之间的导电性。导电助剂例如能够举出石墨、碳黑等碳材料。它们可以单独使用，也可以混合多种使用。另外，导电助剂只要是具有导电性的材料，则也可以是金属材料或导电性高分子等。[0043]负极130具有负极集电体131和负极活性物质层132。负极集电体131是形成有多个贯通孔的多孔金属箔，例如是铜箔。负极集电体131的厚度例如为〇.〇15mm。负极集电体131直接或经由未图不的配线等与负极端子1〇4电连接。[0044]负极活性物质层132形成在负极集电体131的正背两面。负极活性物质层132可以是混合有负极活性物质和粘合树脂而成的，还可以含有导电助剂。负极活性物质是能够吸入电解液中的锂离子的材料，例如能够使用难石墨化碳硬碳、石墨、软碳等碳类材料、或Si、SiO等的合金类材料，或者它们的复合材料。[0045]粘合树脂是接合负极活性物质的合成树脂，例如可以使用丁苯橡胶、聚乙烯、聚丙炼、芳香族聚酰胺、羧甲基纤维素、氟类橡胶、聚偏二氟乙烯、异戊二烯橡胶、聚丁橡胶和乙烯丙烯类橡胶等。[0046]导电助剂是包括导电性材料的颗粒，能够提高负极活性物质之间的导电性。导电助剂例如能够举出石墨、碳黑等碳材料。它们可以单独使用，也可以混合多种使用。另外，导电助剂只要是具有导电性的材料，则也可以是金属材料或导电性高分子等。_7]隔膜140隔开正极120和负极130,使电解液中所含的离子透过。隔膜刚能够是织布、无纺布或合成树脂微多孔膜等，例如能够以烯烃类树脂为主要材料。[004^]正极120、负极130和隔膜140如图4所示能够构成为，正极120和负极130隔着隔膜140交替地层叠，除了隔膜140的最下层和最上层为负极1：3〇。正极12〇和负极13〇的层叠数没有特别限定，例如能够是正极120为9层，负极130为10层等。[0049^第一锂离子供给源112与电极组件in相邻地配置，向电极组件m的负极130供给锂呙子。图5是电极体101的放大图。如该图所示，第一锂离子供给源丨丨2具有锂用集电体151和金属锂152。[0050]锂用集电体151是不具有贯通孔的金属箔，例如是铜箱。锂用集电体151与电极组件111的负极集电体131直接电连接或经由负极端子104电连接。[0051]如图5所示，锂用集电体151的主面中，以电极组件1U侧的面作为第一主面151a，以其相反侧的面作为第二主面151b。[0052]金属锂152通过压接等贴附于第一主面151a。金属锂152优选遍及第一主面151a的整面具有均匀的厚度。[0053]第二锂离子供给源113在电极组件111的与第一锂离子供给源112相反一侧相邻地配置，和第一锂离子供给源112—起夹着电极组件111。第二锂离子供给源113向电极组件111的负极130供给锂离子。如图5所示，第二锂离子供给源113具有锂用集电体161和金属锂162。[0054]锂用集电体161是不具有贯通孔的金属箔，例如是铜箱。锂用集电体161与电极组件111的负极集电体131直接电连接或经由负极端子104电连接。[0055]如图5所示，锂用集电体161的主面中，以电极组件111一侧的面作为第三主面161a，以其相反侧的面作为第四主面161b。[0056]金属锂162通过压接等贴附于第三主面161a。金属锂162优选遍及第三主面161a的整面具有均匀的厚度。[0057]电极体101具有以上所述的结构。构成蓄电元件105的多个电极体101，如图2所示，以在相邻的电极体101之间第二主面151b与第四主面161b相邻的方式配置。此外，构成蓄电元件105的电极体101的数量不限于3个，只要为2个以上即可。[0058]封装膜102形成收纳蓄电元件105和电解液的收纳空间。封装膜102是将铝箔等金属箔和树脂层叠而得的层合膜Laminatefilm，在蓄电元件105的周围被融接而实现密封。代替封装膜102,也可以利用能够密封收纳空间的罐状部件等。[0059]与蓄电元件105—起收纳于收纳空间的电解液没有特别限定，但例如能够使用以LiPF6等作为溶质的溶液。[0060]正极端子103是正极120的外部端子，与各电极体101的正极120电连接。正极端子103如图1所示从封装膜102之间向收纳空间的外部被引出。正极端子103可以是由导电性材料形成的箔、线材。[0061]负极端子104是负极130的外部端子，与各电极体101的负极130电连接。负极端子104如图1所示从封装膜102之间向收纳空间的外部被引出。负极端子104可以是由导电性材料形成的箔、线材。[0062][关于锂离子的预掺杂][0063]在电化学器件100的制造阶段中，在锂用集电体151和锂用集电体161与负极集电体131电连接的状态将蓄电元件1〇5浸渍于电解液时，金属锂152和金属锂I62溶解，锂离子脱出到电解液中。锂离子在电解液中移动，被掺杂预掺杂到各电极组件111所具有的负极130的负极活性物质层132中。[0064]图6是表示锂离子的预掺杂的示意图。如该图所示，从金属锂152和金属锂162脱出的锂离子掺杂到位于第一锂离子供给源112与第二锂离子供给源II3之间的电极组件111图中箭头A。[0065]金属锂152和金属锂162在锂用集电体151和锂用集电体161中配置在电极组件111侧的面第一主面151a和第三主面161a，因此锂离子的大致全部量在设置有自析出的锂离子供给源的同一电极体1〇1中被掺杂于电极组件111。[0066]另一方面，锂离子也可能经由电解液向相邻的电极体101移动（图中箭头B，但必须绕过锂用集电体151和锂用集电体161，向相邻的电极体1〇1掺杂的锂离子量变得极少。[0067]这样，在多个电极体101构成一个蓄电元件105时，在特定的电极体1〇1产生的锂离子被掺杂于该电极体101所具有的电极组件111中，几乎不会掺杂到相邻的电极体101所具有的电极组件111。因此，在多个电极组件111之间锂离子的预掺杂量是均匀的，能够确保电化学器件1〇〇的长期稳定性。[0068]与此不同，假设采用在特定的电极体101中产生的锂离子容易向其它电极体101移动的结构，则由于电化学器件100的载置方向导致的重力的影响等，在电极体101之间预掺杂量变得不均匀，长期稳定性下降。[0069]另外，在上述那样金属锂152和金属锂162在预掺杂中溶解，在电化学器件1〇〇的使用时，金属锂152和金属锂162不存在。但是，根据在锂用集电体151和锂用集电体161存在的金属锂的残渣等能够判断预掺杂前的金属锂的配置。[0070][实施例][0071]在不具有贯通孔的铜箱贴附金属锂，制作出锂离子供给源。金属锂的负极SOCstateofcharge，荷电状态为60%左右的量。[0072]将正极和负极隔着隔膜层叠来制作上述电极组件。由2个锂离子供给源夹着电极组件，制作上述的电极体。层叠3个电极体并连接正极端子和负极端子，与电解液一起封入层合膜内。由此制作容量2000F级的锂离子电容器。[0073]此外，作为比较例，制作在具有贯通孔的铜箱贴附金属锂以作为锂离子供给源的锂离子电容器。[0074]对于制作出的各锂离子电容器，比较电极体间的负极的预掺杂状态。图7是表示在各电极组件中距锂离子供给源最远的负极的预掺杂后的S0C的表。如该图所示，可知实施例在锂用集电体没有贯通孔）中，在3个电极体大致均匀地掺杂了锂离子，与此不同，比较例在锂用集电体有贯通孔中掺杂量的差异较大。[0075]由此，在上述实施方式的结构中能够确认，利用锂用集电体抑制电极体间的锂离子的移动，在各电极体中锂离子的掺杂变得均匀。[0076]以上说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于上述实施方式能够进行各种变更。[0077]附图标记说明[0078]101......电极体[0079]102......封装膜[0080]103......正极端子[0081]104......负极端子[0082]105......蓄电元件[0083]111......电极组件[0084]112......第一锂离子供给源[0085]113......第二锂离子供给源[0086]120……正极[0087]121……正极集电体[0088]122……正极活性物质层[0089]130……负极[0090]131……负极集电体[0091]132……负极活性物质层[0092]140……隔膜[0093]151、161……锂用集电体[0094]152、162……金属锂。

权利要求：1.一种电化学器件，其特征在于：包括多个电极体和浸渍所述多个电极体的电解液，所述电极体具有：正极和负极隔着隔膜交替地层叠的电极组件；与所述电极组件相邻地配置的包括第一集电体的第一锂离子供给源，所述第一集电体为金属箔且具有所述电极组件一侧的第一主面和所述第一主面的相反侧的第二主面;和与所述电极组件相邻地配置的包括第二集电体的第二锂离子供给源，该第二锂离子供给源与所述第一锂离子供给源一起夹着所述电极组件，第二集电体为金属箔且具有所述电极组件一侧的第三主面和所述第三主面的相反侧的第四主面，所述多个电极体以在相邻的电极体之间所述第二主面和所述第四主面相邻的方式配置，由贴附于所述第一主面的第一金属锂和贴附于所述第三主面的第二金属锂对所述电极组件所具有的负极进行锂离子的预掺杂。2.如权利要求1所述的电化学器件，其特征在于：所述电极组件所具有的正极包括：多孔金属箱形成的正极集电体;和含有正极活性物质的、层叠于所述正极集电体的正背两面的正极活性物质层，所述电极组件所具有的负极包括：多孔金属箱形成的负极集电体；和含有负极活性物质的、层叠于所述负极集电体的正背两面的负极活性物质层。3.如权利要求1或2所述的电化学器件，其特征在于：所述多个电极体各自具有的电极组件具有彼此相同的厚度。4.如权利要求1〜3中任一项所述的电化学器件，其特征在于：该电化学器件是锂离子电容器。

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