CN1717757A - 双电层电容器用的可极化电极及其制造方法以及双电层电容器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及双电层电容器用的可极化电极，其特征为，其通过在活性炭粉末中混合粘结材料而形成，并且有机化合物的浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下，通过使用该可极化电极，残留在活性炭粉末的细孔内的有机化合物量少，并且不必担心妨碍由电解质离子的吸附而形成双电层。借此，在活性炭粉末的细孔内部可以充分地形成双电层，并使活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗变小。这样，可以得到内部阻抗小且静电容量大的双电层电容器。
Description
技术领域
本发明涉及双电层电容器用的可极化电极及其制造方法以及双电层电容器的制造方法。
本说明书基于向日本国的专利申请(特愿2002-349175号)，该日本申请的记载内容作为本说明书的一部分被编入。
背景技术
双电层电容器具有法拉级的大容量，充放电循环特性也优越，因而被用于电动机器的备用电源、车载电池等用途。
该双电层电容器的构成中具有一对可极化电极、配置在可极化电极间的隔离物和电解液。构成中，被隔离物分离的可极化电极分别作为阳极和阴极而发挥作用。作为这样的双电层电容器的可极化电极的材料通常使用具有微细的细孔的活性炭。电解液中的电解质离子吸附集合在活性炭的细孔中而形成双电层，由此构成电容器的阳极和阴极。
作为上述可极化电极的制造方法，公开了特开平7-105316号公报中记载的制造方法。该文献中记载的制造方法是，将由活性炭粉末、含氟聚合物树脂和液态润滑剂(润滑用溶剂)形成的混合物成形为片状，然后，用加热、萃取等方法除去液态润滑剂。另外，在该文献中，关于具体用哪种方法将液态润滑剂除去到哪种程度没有任何记载。
然而，被用于双电层电容器的活性炭按道理说具有对化学物质的吸附能力优越这样的性质，该吸附能力源于存在上述活性炭细孔。因而，当液态润滑剂没有充分被除去而残留在细孔内时，存在的问题是，会妨碍由电解质离子的吸附集合而形成双电层，双电层电容器的内部阻抗会增大。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的是提供润滑用溶剂等的残留量少的可极化电极及其制造方法以及双电层电容器的制造方法。
为了解决上述课题，本发明采用了以下的方法。
本发明的双电层电容器用的可极化电极(例如实施方式中的可极化电极11)，其通过在活性炭粉末(例如实施方式中的活性炭1)中混合粘结材料(例如实施方式中的PTFE2)而形成，其特征在于，相对于可极化电极的重量，包含在该可极化电极中的有机化合物(例如实施方式中的残留IPA、DIPE、丙烯、丙酮等)的浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下。另外，在有机化合物中不含有可极化电极中的粘结材料。
根据上述的双电层电容器用的可极化电极，由于包含在可极化电极中的有机化合物的浓度相对于可极化电极的重量为300(ppm)或者300(ppm)以下，因而残留在活性炭粉末的细孔内的有机化合物量少，不会妨碍由电解质离子的吸附而形成双电层。另外，残留在细孔内的有机化合物在电容器的使用中会以电学方式或者化学方式发生改性、分解，从而会进一步使电容器的特性恶化。
有机化合物的浓度超过300(ppm)时，则会妨碍由电解质离子的吸附而形成双电层，并且由于产生上述的不良情况，作为双电层电容器用的可极化电极的电极性能会降低，所以不是优选的。
另外，本发明的双电层电容器用的可极化电极(例如实施方式中的可极化电极11)为上述的双电层电容器用的可极化电极，其特征在于，上述有机化合物(例如实施方式中的残留IPA、DIPE、丙烯、丙酮等)的浓度相对于上述可极化电极的重量为150(ppm)～300(ppm)的范围。
根据上述的双电层电容器用的可极化电极，由于包含在该可极化电极中的有机化合物的浓度为150(ppm)～300(ppm)，因而残留在活性炭粉末的细孔内的有机化合物量少，不会妨碍由电解质离子的吸附而形成双电层。由此，在活性炭粉末的细孔内部可以充分地形成双电层，并使活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗变小。
有机化合物的浓度超过300(ppm)时，则会妨碍由电解质离子的吸附而形成双电层，活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗会变大，从而作为双电层电容器用的可极化电极的电极性能会降低，所以不是优选的。另外，有机化合物的浓度为0(ppm)最为理想，但是现实中由于活性炭的高的吸附力需要高温、长时间的干燥，从而不仅会造成成本增加，还会引起电极体的热老化。要是有机化合物的浓度为150(ppm)～300(ppm)的范围，则不会过多地妨碍双电层的形成，也不必担心活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗过大、电极性能大幅度地降低。
接着，本发明的双电层电容器用的可极化电极的制造方法，其具有混炼活性炭粉末(例如实施方式中的活性炭粉末1)、粘结材料(例如实施方式中的PTFE2)和润滑用有机溶剂(例如实施方式中的IPA3)并形成片状的电极成形工序(例如实施方式中的原料混合工序ST1至片状化·压延工序ST4)，其特征在于，在上述电极成形工序后，具有通过真空干燥除去残留在上述电极中的有机化合物(例如实施方式中的残留IPA、DIPE、丙烯、丙酮等)直至相对于可极化电极的重量其浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下的真空干燥工序(例如实施方式中的真空干燥工序ST8)。
另外，更优选通过上述真空干燥工序除去残留在上述电极中的有机化合物直至相对于可极化电极的重量其浓度为150(ppm)～300(ppm)。
进而，在上述电极成形工序后，也可以进行加热除去上述润滑用有机溶剂的电极干燥工序(例如实施方式中的连续干燥工序ST6)。优选进行了电极干燥工序后残留在电极中的有机化合物量为800(ppm)或800(ppm)以下。
根据上述可极化电极的制造方法，由于通过真空干燥除去在电极成形工序后残留的润滑用有机溶剂等有机化合物直至其浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下，因而可以减少残留在活性炭粉末的细孔内的有机化合物量，并不会妨碍由活性炭粉末对电解质离子的吸附而形成双电层。由此，可以得到在活性炭粉末的细孔内部充分地形成双电层且活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗小的可极化电极。
另外，在上述电极成形工序后进行加热除去上述润滑用有机溶剂的电极干燥工序时，在真空干燥工序之前可以除去大部分的润滑用有机溶剂等有机化合物。由此，通过真空干燥可以容易地除去在电极干燥工序中没有完全除去的润滑用有机溶剂等有机化合物直至其浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下。即可以缩短真空干燥时间。由此，可以进一步减少残留在活性炭粉末的细孔内的有机化合物量，并可以得到在活性炭粉末的细孔内部充分地形成双电层且活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗更小的可极化电极。
再者，本发明的双电层电容器用的可极化电极的制造方法，其为上述的双电层电容器用的可极化电极的制造方法，其特征在于，上述有机化合物中至少含有在上述电极成形工序后残留的上述润滑用有机溶剂(例如实施方式中的IPA)和在上述真空干燥工序中上述润滑用有机溶剂被加热而产生的热变性物(例如实施例中的DIPE)。
根据上述的可极化电极的制造方法，在真空干燥前的可极化电极中至少吸附有在电极成形工序后残留的润滑用有机溶剂、在真空干燥工序的初期阶段上述润滑用有机溶剂被加热而产生的热变性物和在一系列的制造工序的氛围气中含有的微量的有机杂质。通过用真空干燥除去这些物质，可以得到在活性炭粉末的细孔内部充分地形成双电层且活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗小的可极化电极。
接着，本发明的双电层电容器的制造方法，其是由在活性炭粉末(例如实施方式中的活性炭粉末1)中混合粘结材料(例如实施方式中的PTFE2)而形成的一对可极化电极(例如实施方式中的可极化电极11，11)、配置在该一对可极化电极之间的隔离物(例如实施方式中的隔离物13)和电解液形成的双电层电容器(例如实施方式中的双电层电容器17)的制造方法，其特征在于，具有如下工序：电极成形工序(例如实施方式中的原料混合工序ST1至片状化压延·压延工序ST4)，混炼活性炭粉末(例如实施方式中的活性炭粉末1)、粘结材料(例如实施方式中的PTFE2)和润滑用有机溶剂(例如实施方式中的IPA3)并形成片状；卷曲工序(例如实施方式中的卷曲工序ST7)，将上述电极和隔离物(例如实施方式中的隔离物13)重叠并进行卷曲而得到卷曲体(例如实施方式中的卷曲体14)；真空干燥工序(例如实施方式中的真空干燥工序ST8)，在将上述卷曲体插入电容器容器后通过真空干燥除去残留在上述卷曲体中的有机化合物直至相对于可极化电极的重量其浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下；注液工序(例如实施方式中的注液工序ST9)，向上述电容器容器中注入电解液。
另外，在上述电极成形工序和上述卷曲工序之间也可以进行加热除去上述润滑用有机溶剂的电极干燥工序(例如实施方式中的连续干燥工序ST6)。优选进行了电极干燥工序后残留在电极中的有机化合物量为800(ppm)或800(ppm)以下。
根据上述的双电层电容器的制造方法，由于通过真空干燥除去在电极成形工序后残留的润滑用有机溶剂等有机化合物直至其浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下，因而可以减少残留在活性炭粉末的细孔内的有机化合物量，并且不会妨碍由活性炭粉末对电解质离子的吸附而形成双电层。由此，可以得到在活性炭粉末的细孔内部充分地形成双电层且活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗小的可极化电极。
另外，通过在将要进行注液工序之前设有真空干燥工序，在一系列的制造工序的氛围气中含有的有机杂质不会再吸附到可极化电极上。
进而，在上述电极成形工序和上述卷曲工序之间进行加热除去上述润滑用有机溶剂的电极干燥工序时，在真空干燥工序之前可以除去大部分的润滑用有机溶剂等有机化合物。由此，通过真空干燥可以容易地除去在电极干燥工序中没有完全除去的润滑用有机溶剂等有机化合物直至其浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下。由此，可以进一步减少残留在活性炭粉末的细孔内的有机化合物量，并可以得到在活性炭粉末的细孔内部充分地形成双电层、且活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗更小的可极化电极。
另外，本发明的双电层电容器的制造方法，其是上述的双电层电容器的制造方法，其特征在于，上述有机化合物中至少含有在上述电极成形工序后残留的上述润滑用有机溶剂(例如实施方式中的IPA)和在上述真空干燥工序中上述润滑用有机溶剂被加热而产生的热变性物(例如实施例中的DIPE)。
根据上述的双电层电容器的制造方法，在真空干燥前的可极化电极中至少吸附有在电极成形工序后残留的润滑用有机溶剂、在真空干燥工序的初期阶段上述润滑用有机溶剂被加热而产生的热变性物和在一系列的制造工序的氛围气中含有的微量的有机杂质。通过用真空干燥除去这些物质，可以得到在活性炭粉末的细孔内部充分地形成双电层且活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗小的双电层电容器。
附图说明
图1是说明双电层电容器的制造方法的工艺图；
图2是说明双电层电容器的制造方法的工艺图；
图3是说明双电层电容器的制造方法的工艺图；
图4是表示残留在可极化电极中的残留IPA量和真空干燥的干燥时间的关系的图表；
图5是表示残留在可极化电极中的全部的有机化合物的量和真空干燥的干燥时间的关系的图表；
图6是表示双电层电容器内部阻抗的初期阻抗值和真空干燥的干燥时间的关系的图表；
图7是表示双电层电容器的阻抗增加率和真空干燥的干燥时间的关系的图表；
图8是表示在不进行连续干燥工序的情况下真空干燥后的可极化电极中含有的有机化合物和水分的总量与真空干燥的干燥时间的关系的图表；
图9是表示在进行了连续干燥工序的情况下真空干燥后的可极化电极中含有的有机化合物和水分的总量与真空干燥的干燥时间的关系的图表。
具体实施方式
本发明的双电层电容器的制造方法以如下工序为主体而构成：电极成形工序，混炼活性炭粉末、粘结材料和润滑用有机溶剂并形成片状；卷曲工序，将上述电极和隔离物重叠并进行卷曲而得到卷曲体；真空干燥工序，在将上述卷曲体插入电容器容器后通过真空干燥除去残留在上述卷曲体中的有机化合物直至相对于可极化电极的重量，其浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下；和注液工序，向上述电容器容器中注入电解液。另外，在电极成形工序和卷曲工序之间也可以进行加热除去所述润滑用有机溶剂的电极干燥工序。在图1～图3中示出说明各工序的内容的工艺图。以下参照图1～图3依次地说明各工序。
图1表示混炼活性炭粉末、粘结材料和润滑用有机溶剂并形成片状的电极成形工序的工艺图。电极成形工序由图1中A部所示的原料混合工序ST1、图1中B部所示的混炼工序ST2、图1中C部所示的粉碎工序ST3和图1中D部所示的片状化·压延工序ST4而构成。
首先，如图1中A部所示，在原料混合工序ST1中，通过向搅拌机31中投入可极化电极的原料并混合而得到混合粉末5。投入的原料为活性炭粉末1、聚四氟乙烯2(以下表述为PTFE2)、异丙醇3(以下表述为IPA3)和碳黑4(以下表述为CB4)。作为搅拌机31可以使用例如普通的带桨叶的单轴搅拌机等。
活性炭1例如可以使用如下得到的活性炭：烧成难石墨化材料如酚树脂等，碳化后进行水蒸气等的赋活处理(活化处理)，进而粉碎而得到活性炭。PTFE2(粘结材料)在后面的混炼工序ST2中通过纤维化而粘结活性炭粉末1等。IPA3(润滑用有机溶剂)在工序ST1和其次的混炼工序ST2中用于顺利地进行原料间的混合等。CB4用于赋予可极化电极导电性。另外，润滑用有机溶剂并不限于IPA，也可以使用其他的醇类和酮类等。并且对于CB4也可以使用乙炔黑和凯嵌(kichen)黑等。
各原料的混合比例优选例如活性炭1为96重量份～50重量份、PTFE2为2重量份～20重量份、IPA3为2重量份～80重量份、CB4为0重量份～20重量份。
接着，如图1中B部所示，在混炼工序ST2中，通过将原料混合工序ST1中得到的混合粉末5投入混炼机32并混炼，借此向混合粉末施加剪切力，使PTFE2纤维化，从而将混合粉末形成块状物6。作为混炼机32可以使用例如普通的双轴混炼机。
接着，如图1中C部所示，在粉碎工序ST3中，借助粉碎机33粉碎在混炼工序ST2中得到的块状物6而得到粒状物。粉碎优选进行至例如粒状物的粒径为0.1mm～1mm。作为粉碎机33可以使用例如普通的剪切型粉碎机等。
接着，如图1中D部所示，在片状化·压延工序ST4中，将在粉碎工序ST3中得到的粒状物7形成片状，同时压延成规定厚度，从而得到电极片8。为了将粒状物7制成片，使用图1中D部所示那样的片成形机34。该片成形机34具有用于投入粒状物7的料斗34a和设置在料斗34a出口侧的一对辊34b，34b，粒状物7被从料斗34a的出口供给到一对辊34b，34b之间并压缩，从而得到片材9。接着，通过将该片材9输送至具有一对压延辊35a的压延机35进行压延而得到电极片8。压延优选进行至电极片8的厚度为130μm～160μm。
接着，图2表示加热除去IPA3(润滑用有机溶剂)制成可极化电极的电极干燥工序的工艺图。电极干燥工序由图2中A部所示的集电体胶粘工序ST5和图2中B部所示的连续干燥工序ST6构成。图2中C部表示电极体的立体图。另外，连续干燥工序ST6在本发明中并非必需的工序，但是通过进行该工序可以事先降低分极用电极的有机化合物的浓度，缩短真空干燥工序中的干燥时间。
首先，在图2中A部所示的集电体胶粘工序ST5中，使用胶粘装置36将由铝箔形成的集电体19胶粘在片状化·压延工序ST4中得到的电极片8上，得到电极体片10。胶粘装置36由如下部分构成：转印辊36a，用于将胶粘剂11涂布在集电体19上；装满了胶粘剂11的胶粘剂容器36b，用于向转印辊36a供给胶粘剂；与转印辊36a对向设置的集电体输送辊36c；和片输送辊36d。通过转印辊36a和集电体输送辊36c旋转而送出集电体19，同时在集电体19的一个面上借助转印辊36a涂布上胶粘剂11，接着由片输送辊36d供给的电极片8通过胶粘剂11被粘合在集电体19的一个面上。这样得到电极体片10。图2中A部所示的电极体片10仅在集电体19的一个面上粘合有电极片8，但是通过再次进行该工序ST5而使集电体19的两面粘合电极片8，8，这样可以得到在集电体19的两面配有活性炭粉末1的电极体片10。
接着，在图2中B部所示的连续干燥工序ST6中，通过向连续加热炉37导入由集电体胶粘工序ST5得到的电极体片10并加热，从而加热除去在电极片中含有的IPA3。并且干燥在上述工序ST5中用于胶粘集电体19和电极片8的胶粘剂。连续加热炉37由电极体片10所通过的搬送路径37a和夹着搬送路径37a而对向的一对加热装置37b，37b构成。加热装置37b，37b沿着搬送路径37a的搬送方向而配置。另外，加热装置37b，37b可以采用各种干燥方式的装置，可以采用例如热风干燥、远红外线干燥的干燥等方式的装置。但是，对于任何干燥方式的情况，均优选可以将电极体片10加热至高于润滑用有机溶剂(IPA3)的沸点的温度的装置。例如为了加热除去IPA3，能够将电极体片10加热至150℃左右的装置是适宜的。
在干燥电极体片10时，从连续加热炉37的搬送路径上游侧37al搬送电极体片10，并使电极体片10通过一对干燥装置37b，37b之间而进行加热，这样可以挥发除去IPA。
不进行连续干燥工序ST6的情况下，在电极体片10中几乎全部的IPA3作为残留IPA而残留。
进行连续干燥工序ST6的情况下，包含在电极体片10中的大部分IPA3被加热除去，极少一部分作为残留IPA而残留在电极体片10中。另外，通过连续干燥工序ST6，残留IPA的一部分或者在活性炭粉末表面醚化而变成二异丙醚(以后表述为DIPE)，或者残留IPA进行分子内脱水而变成丙烯，这些热变性物也会残留在电极体片10中。在说明书中，“残留IPA”、“DIPE(热变性物)”及“丙烯(热变性物)”此后统称为“有机化合物”。
另外，进行了连续干燥工序ST6后残留在电极体片10中的有机化合物量优选为800(ppm)或者800(ppm)以下。通过使其含量为800(ppm)或者800(ppm)以下，即使缩短真空干燥工序的干燥时间也可以确实地使残留在可极化电极中的有机化合物量为300(ppm)或者300(ppm)以下。
随后，通过将电极体片10切割成规定长度，得到如图2中C部所示在集电体19的两面粘合有可极化电极11形成的电极体12。
接着，图3表示卷曲工序ST7、真空干燥工序ST8及注液工序ST9。
在图3中A部和图3中B部所示的卷曲工序ST7中，将电极体12(可极化电极11)和隔离物13重叠并卷曲而得到卷曲体14。即，如图3中A部所示，在一对电极体12，12之间配置隔离物13，接着如图3中B部所示，同时卷曲电极体12，12和隔离物13而形成卷曲体14。
另外，该卷曲工序ST7由于在双电层电容器一系列的制造工序的氛围气中进行，因而挥发到该氛围气中的电解液成分(例如碳酸丙二酯(以后表述为PC))、丙酮和醇等有时会再吸附到可极化电极11的活性炭粉末中。在本说明书中，再吸附的这些挥发成分和先前的残留IPA、DIPE及丙烯等其后统称为“有机化合物”。
接着，在图3中B部及图3中C部所示的真空干燥工序ST8中，将在卷曲工序ST7得到的卷曲体14插入电容器容器15中，随后通过真空干燥除去残留在卷曲体14(可极化电极11)中的有机化合物直至其浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下，更优选为150(ppm)～300(ppm)。即，如图3中B部所示，将卷曲体14插入中空圆筒形的金属制的电容器容器15中后，如图3中C部所示，将卷曲体14包括电容器容器15在内放置在真空干燥机38内，以10Pa或者10Pa以下的压力、120℃～200℃的温度，真空干燥卷曲体14(可极化电极11)。对于干燥时间，在进行连续干燥工序ST6的情况下优选为40小时或者40小时以上，在省略连续干燥工序ST6的情况下优选为72小时或者72小时以上。通过该真空干燥，除去残留在可极化电极11中的有机化合物直至相对于可极化电极的重量，其浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下，更优选为150(ppm)～300(ppm)的范围。即，PC、丙酮和醇等再吸附成分以及残留IPA、DIPE及丙烯等的总量通过真空干燥除去至浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下。
有机化合物的浓度超过300(ppm)时，则会妨碍由电解质离子的吸附形成双电层，活性炭粉末1和电解液之间的扩散阻抗变大，从而作为双电层电容器用的可极化电极11其电极性能会降低，所以不是优选的。另外，有机化合物的浓度为0(ppm)最为理想，但是现实中由于活性炭的高吸附力，要将浓度降低至不足150(ppm)是困难的。要是有机化合物的浓度为150(ppm)～300(ppm)的范围，则不会过多地妨碍双电层的形成，也不必担心活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗过大并使电极性能大幅度地降低。
最后，在图3中D部所示的注液工序ST9中，从喷嘴39注入电解液，进而在电容器容器15上通过焊接等接合封口体16。这样得到双电层电容器17。另外，作为电解液，可以使用在PC中溶解季铵盐而得到的物质。
上述的双电层电容器用的可极化电极11是在活性炭粉末1中混合PTFE2而形成的，并且包含在该可极化电极11中的残留IPA、DIPE、丙烯、PC、丙酮和醇类等有机化合物的浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下。因此，根据该可极化电极11，残留在活性炭粉末的细孔内的有机化合物量少，不必担心妨碍由电解质离子的吸附而形成双电层。由此，在活性炭粉末的细孔内部可以充分地形成双电层，并使活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗变小。
另外，有机化合物的浓度为0(ppm)最为理想，但是现实中由于活性炭的高吸附力，要将浓度降低至不足150(ppm)是困难的。因而，要是有机化合物的浓度为150(ppm)～300(ppm)的范围，则不会过多地妨碍双电层的形成，也不必担心活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗过大并使电极性能大幅度地降低。
根据上述可极化电极的制造方法，由于通过真空干燥工序ST8除去在电极成形工序ST1～ST4后残留的残留IPA直至其浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下，因而可以减少残留在活性炭粉末细孔内的有机化合物量，并且不会妨碍由活性炭粉末对电解质的吸附而形成双电层。由此，可以得到在活性炭粉末的细孔内充分地形成双电层且活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗小的可极化电极11。
如果在电极成形工序ST1～ST4后进行连续干燥工序ST6，在真空干燥工序前可以除去大部分的残留IPA。由此，通过真空干燥工序可以容易地除去在电极干燥工序中没有完全除去的残留IPA和副产物DIPE等有机化合物直至它们的浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下。并且可以缩短真空干燥条件。由此，可以进一步减少残留在活性炭粉末的细孔内的有机化合物量，可以得到在活性炭粉末的细孔内充分地形成双电层且活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗更小的可极化电极11。
根据上述的双电层电容器17的制造方法，在将要进行注液工序ST9之前设有真空干燥工序ST8，这样在一系列的制造工序的氛围气中含有的有机化合物不必担心再吸附到可极化电极11上。
另外，根据上述的双电层电容器17的制造方法，在真空干燥工序ST8前的阶段，可极化电极11中至少吸附残留IPA，并且在真空干燥工序ST8的初期阶段吸附有残留IPA被加热而产生的热变性物DIPE，进而在一系列的制造工序的氛围气中包含的微量挥发性有机物也被吸附。通过用真空干燥除去这些物质，可以得到在活性炭粉末的细孔内部充分地形成双电层且活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗更小的双电层电容器17。
[实验例1：真空干燥工序的干燥条件的研究]
(实施例1的双电层电容器的制造)
首先，如下制造活性炭粉末。首先，将酚树脂在氮气流中于900℃保持2小时，以此进行碳化处理。接着，将得到的原料碳在氮气流中再次升温，在达到800℃时通入含有5％水蒸气和5％二氧化碳的氮气混合气体，通过在900℃保持2小时进行赋活处理。随后，通过用球磨机粉碎器将得到的活性炭粉碎至平均粒径为2μm～15μm，得到活性炭粉末。
接着，进行电极成形工序，混炼所得到的活性炭粉末、粘结材料(聚四氟乙烯)和润滑用有机溶剂(异丙醇(IPA))并成形为片状。即，相对于84重量份活性炭，混合8重量份的聚四氟乙烯粉末(例如三井杜邦氯化学(株)制的Teflon 6J(注册商标))和8重量份的乙炔黑(例如电化学工业(株)制的デンカブラツク(注册商标))。向该混合物中进一步加入10重量份的IPA进行混合(原料混合工序)，再通过用双轴混炼机进行8分钟加压混炼(混炼工序)使聚四氟乙烯原纤化，制成块状物。用剪切型粉碎机粉碎该块状物而得到平均粒径约1mm左右的粒状物(粉碎工序)。使用得到的粒状物进行片状化，进而通过进行压延得到宽度为110mm的长条的电极片(，片状化·压延工序)。
接着，向宽度为115mm的铝箔(集电体)的两面涂布胶粘剂(例如ノ一テ一プ工业(株)社制G-5780A)，然后在集电体的两面粘合先前得到的电极片而得到电极体片(集电体胶粘工序)。
接着，将电极体片切割成1200mm的长度而形成电极体，准备2片该电极体。接着，将人造纤维制厚度为50μm的隔离物夹在2片电极体之间，再将电极体和隔离物卷曲成涡旋状，制成卷曲体(卷曲工序)。将得到的卷曲体插入内径为50mm、高度为130mm的中空圆筒形的电容器容器中。
接着，将盛装有卷曲体的电容器容器放入真空干燥机，在压力为10-1Pa、温度为160℃、干燥时间为72小时的条件下进行真空干燥(真空干燥工序)。
随后，准备电解液，在PC中以1.8mol/L的浓度溶解季铵盐(三乙基甲基铵四氟硼酸盐)形成电解液，向真空干燥后的电容器容器中注入该电解液(注液工序)，进而用封口体进行封口，制造实施例1的双电层电容器。
(实施例2的双电层电容器的制造)
除了使真空干燥工序中的干燥时间为96小时以外，经过和实施例1同样的工序制造实施例2的双电层电容器。
(实施例3的双电层电容器的制造)
除了使真空干燥工序中的干燥时间为120小时以外，经过和实施例1同样的工序制造实施例3的双电层电容器。
(比较例1的双电层电容器的制造)
除了使真空干燥工序中的干燥时间为24小时以外，经过和实施例1同样的工序制造比较例1的双电层电容器。
(比较例2的双电层电容器的制造)
除了使真空干燥工序中的干燥时间为48小时以外，经过和实施例1同样的工序制造比较例2的双电层电容器。
(比较例3的双电层电容器的制造)
除了使真空干燥工序中的干燥时间为144小时以外，经过和实施例1同样的工序制造比较例3的双电层电容器。
(可极化电极中的有机化合物的分析)
取真空干燥工序后的可极化电极的一部分，将其填充在パ-キンエルマ-社制ATD400的热解吸装置的试管中，边通入氦气边以350℃加热10分钟，气化的成分捕集到内部收集器中。将该成分导入气相色谱分析装置中分析气化成分(有机化合物)。用于气相色谱分析的柱为Spelco社制的SPB-1(长度为60m、内径为0.25mm、膜厚为25μm)。对于检测器使用氢焰检测器(FID)，定量是以戊烯的强度来校正并假定由FID测出的波峰强度与碳原子数成比例而进行的。另外，用质量分析进行各波峰的定性。将分析的结果示于图4、图5和表1中。
(双电层电容器的特性试验)
针对上述实施例1～3和比较例1～3的双电层电容器在60℃进行老化处理后，测定内部阻抗的初期阻抗值。以充电电流为30A充电至端子电压为2.5V，维持端子电压为2.5V并测定在45℃放置1000小时后的阻抗值。随后，求出从初期至1000小时的阻抗值的上升率。将结果示于图6、图7和表2中。
(有机化合物的分析结果)
根据气相色谱分析所分析的结果，检测出的主要有机化合物为异丙醇(IPA)、二异丙醚(DIPE)、丙烯、乙酸异丙酯、乙醇、丙酮、乙醛。其中DIPE、丙烯和乙酸异丙酯被认为是混炼用有机溶剂中所使用的异丙醇在真空干燥工序经氧化、脱水缩合等而生成的化合物。乙醇和丙酮被认为是从电容器的制造工序的氛围气中吸附到活性炭上的成分。另外，乙醛被认为是由乙醇氧化而生成的。
图4表示检测出的IPA量、真空干燥后残留在可极化电极中的IPA(以下表述为残留IPA)量和真空干燥时间的关系。图5表示检测出的全部的有机化合物量即真空干燥后残留在可极化电极中的全部的有机化合物量和真空干燥时间的关系。另外，表1表示残留IPA量、全部有机化合物量和真空干燥时间的关系。
如图4所示，可以知道随着干燥时间增加，残留IPA减少。特别是如图5所示，干燥时间为72小时时有机化合物量为279(ppm)，可以知道如果干燥时间为72小时或者72小时以上，则全部有机化合物量为300(ppm)或者300(ppm)以下。另外，可以知道如果干燥时间为120小时或者120小时以上，则全部有机化合物量为150(ppm)左右，基本上恒定。这表明由于活性炭的吸附，有机化合物的进一步减少是困难的。
表1
| 干燥时间(小时) | 残留IPA(ppm) | 全部有机化合物量(ppm) | |
| 实施例1实施例2实施例3比较例1比较例2比较例3 | 72961202448144 | 114725465326548 | 2791821531175671144 |
(双电层电容器的特性)
接着，图6表示电容器的内部阻抗的初期阻抗值和真空干燥时间的关系，图7表示1000小时后的阻抗增加率和真空干燥时间的关系。
如图6所示，可以知道干燥时间为40小时或者40小时以上时，初期阻抗值会从8.5Ωcm2左右大幅度地降低至6.3Ωcm2左右，随后阻抗值基本上恒定。另外，如图7所示，可以知道干燥时间为40小时或者40小时以上时，以初期为1的情况下，阻抗上升率从2.5倍左右大幅度地降低至1.5倍左右，随后阻抗值基本上恒定。
综合考察图6和图7的结果以及有机化合物的分析结果时，可以知道要是残留在可极化电极中的有机化合物的浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下，则可以大幅度地降低电容器的初期阻抗值和1000小时后的阻抗上升率。
其被认为是由于残留在活性炭粉末细孔内的有机化合物量变少，在活性炭粉末的细孔内部可以充分地形成双电层，活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗变小。
另外，干燥时间为120小时或者120小时以上时全部有机化合物量为150(ppm)左右，初期阻抗及阻抗上升率在干燥时间为120小时时基本上恒定，由此可以知道要是全部有机化合物量减少至150(ppm)左右，则初期阻抗及阻抗上升率也可以得到大致满意的结果。
表2
| 干燥时间(小时) | 初期阻抗值(Ωcm2) | 阻抗上升率(倍) | |
| 实施例1实施例2实施例3比较例1比较例2比较例3 | 72961202448144 | 6.46.26.28.68.56.2 | 1.421.421.432.562.451.42 |
[实验例2：进行了连续干燥工序的情况下的效果]
(实施例4的双电层电容器的制造)
将集电体胶粘工序后的电极体片导入热风型连续干燥炉，在以10L/分的流量吹4分钟其温度为150℃的热风的条件下进行连续干燥(连续干燥工序)，进而除了使真空干燥工序中的干燥时间为48小时以外，和上述实施例1的情况同样地制造实施例4的双电层电容器。
(比较例4的双电层电容器的制造)
不进行连续干燥工序，并使真空干燥工序中的干燥时间为48小时，除此以外，和上述实施例1的情况同样地制造比较例4的双电层电容器。另外，该比较例4和实验例1中的比较例2相同。
针对实施例4和比较例4，与实验例1同样地根据气相色谱分析进行有机化合物的分析，同时根据卡尔·菲舍尔装置进行水分量的分析。将实施例4的可极化电极的分析结果示于表3中。表3中的数值的单位均为(ppm)。
另外，针对实施例4和比较例4，与实验例1同样地测定初期阻抗值和阻抗上升率。将结果示于表4中。
表3
| 片状物干燥前 | 片状物干燥后 | 真空干燥前 | 真空干燥后 | |
| 异丙醇 | 1500 | 440 | 436 | 67 |
| 二异丙醚 | 0 | 12 | 12 | 28 |
| 乙酸二异丙酯 | 0 | 15 | 14 | 30 |
| 丙烯 | 0 | 16 | 17 | 37 |
| 乙醇 | 120 | 25 | 86 | 13 |
| 丙酮 | 357 | 72 | 170 | 59 |
| 乙醛 | 12 | 45 | 65 | 10 |
表4
| 初期阻抗值(Ωcm2) | 阻抗上升率(倍) | |
| 实施例4 | 6.1 | 1.23 |
| 比较例4 | 7.3 | 1.45 |
如表3所示，检测出的主要有机化合物为异丙醇(IPA)、二异丙醚(DIPE)、丙烯、乙酸异丙酯、乙醇、丙酮、乙醛。其中DIPE、丙烯和乙酸异丙酯被认为是在连续干燥工序和真空干燥工序中由异丙醇氧化、脱水缩合等而生成的化合物。乙醇和丙酮等被认为是从电容器的制造工序的氛围气中吸附的成分。另外，乙醛被认为主要是由乙醇氧化而生成的。
如表3所示，可以知道通过进行连续干燥和真空干燥，各有机化合物量依次减少。
另外，如表4所示，可以知道实施例4的电容器的初期阻抗值和阻抗上升率较比较例4少，得到了通过连续干燥工序除去有机化合物的效果。
进而，除了使真空干燥工序中的干燥时间为24、72、96、144小时以外，和比较例4同样地制造可极化电极，分析在该可极化电极中包含的有机化合物和水分的总量。图8表示在不进行连续干燥工序的情况下真空干燥工序后的可极化电极中含有的有机化合物和水分的总量的真空干燥时间依存性。
同样，除了使真空干燥工序中的干燥时间为24、72、96、144小时以外，和实施例4同样地制造可极化电极，分析包含在该可极化电极中的有机化合物和水分的总量。图9表示在进行了连续干燥工序的情况下真空干燥工序后的可极化电极中含有的有机化合物和水分的总量的真空干燥时间依存性。另外，在图8和图9中，黑圆点表示水分量，黑方点表示有机化合物量。
如图9所示，在进行了连续干燥工序的情况下通过48小时的真空干燥，有机化合物量就变为300(ppm)或者300(ppm)以下，相反如图8所示，在不进行连续干燥工序的情况下通过72小时的真空干燥，有机化合物量才变为300(ppm)或者300(ppm)以下。由此可以知道进行了连续干燥工序的情况下可以缩短真空干燥时间。
产业上的利用领域
正如以上所详细说明的，根据本发明的双电层电容器用的可极化电极，由于包含在可极化电极中的有机化合物的浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下，因而残留在活性炭粉末细孔内的有机化合物量少，不会妨碍由电解质离子的吸附而形成双电层。由此，在活性炭粉末的细孔内部可以充分地形成双电层，并使活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗变小。从而可以得到内部阻抗小、静电容量大的双电层电容器。
本发明的可极化电极的制造方法，由于通过真空干燥工序除去在电极成形工序后残留的润滑用有机溶剂等有机化合物直至其浓度为300(ppm)或者300(ppm)以下，因而可以减少残留在活性炭粉末细孔内的有机化合物量，并且不会妨碍由活性炭粉末对电解质离子的吸附而形成双电层。由此，可以得到在活性炭粉末的细孔内部充分地形成双电层且活性炭粉末和电解液之间的扩散阻抗小的可极化电极。
另外，根据本发明的双电层电容器的制造方法，由于在将要进行注液工序之前设有真空干燥工序，因而在一系列的制造工序的氛围气中含有的有机杂质不会再吸附到可极化电极上，可以得到内部阻抗小的双电层电容器。
Claims (6)
1、一种双电层电容器用的可极化电极，其通过在活性炭粉末中混合粘结材料而形成，其特征在于，相对于可极化电极的重量，包含在该可极化电极中的有机化合物的浓度为300ppm或者300ppm以下。
2、根据权利要求1所述的双电层电容器用的可极化电极，其特征在于，相对于所述可极化电极的重量，所述有机化合物的浓度在150ppm～300ppm的范围。
3、一种双电层电容器用的可极化电极的制造方法，其具有电极成形工序，用于混炼活性炭粉末、粘结材料和润滑用有机溶剂并形成片状，其特征在于，在所述电极成形工序后，具有真空干燥工序，用于通过真空干燥除去残留在所述电极中的有机化合物直至相对于可极化电极的重量，其浓度为300ppm或者300ppm以下。
4、根据权利要求3所述的双电层电容器用的可极化电极的制造方法，其特征在于，所述有机化合物中至少含有在所述电极成形工序后残留的所述润滑用有机溶剂和在所述真空干燥工序中所述润滑用有机溶剂被加热而产生的热变性物。
5、一种双电层电容器的制造方法，所述双电层电容器含有通过在活性炭粉末中混合粘结材料而形成的一对可极化电极、配置在该一对可极化电极之间的隔离物和电解液，所述制造方法的特征在于，具有如下工序：电极成形工序，混炼活性炭粉末、粘结材料和润滑用有机溶剂并形成片状；卷曲工序，将所述电极和隔离物重叠并进行卷曲而得到卷曲体；真空干燥工序，在将所述卷曲体插入电容器容器之后通过真空干燥除去残留在所述卷曲体中的有机化合物直至相对于可极化电极的重量，其浓度为300ppm或者300ppm以下；注液工序，向所述电容器容器中注入电解液。
6、根据权利要求5所述的双电层电容器的制造方法，其特征在于，所述有机化合物中至少含有在所述电极成形工序后残留的所述润滑用有机溶剂和在所述真空干燥工序中所述润滑用有机溶剂被加热而产生的热变性物。
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