DE10006839A1 - Elektrode für einen Kondensator, Verfahren zur deren Herstellung und ein Kondensator - Google Patents

Abstract

Elektrode für einen Kondensator, umfassend einen Kollektor und eine darauf ausgebildete Schicht aus einem polarisierbaren Elektrodenmaterial, das Aktivkohlepulver, ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel und eine Mischung aus Polytetrafluorethylen und Hydroxyalkylcellulose als Bindemittel umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für einen Kondensator, ein Verfahren zu deren Herstellung und einen Kondensator. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Kondensator mit guten Eigen­ schaften bei einem hohen elektrischen Strom und mit einer hohen Kapazi­ tät.

Ein Beispiel für Kondensatoren mit einer hohen Kapazität ist ein Kondensa­ tor mit einer elektrischen Doppelschicht. Bei einem Kondensator mit einer elektrischen Doppelschicht wird die elektrizitätsspeichernde Funktion der elektrischen, an einer Grenzfläche zwischen einer polarisierbaren Elektrode und einem Elektrolyten ausgebildeten Doppelschicht ausgenutzt. Im all­ gemeinen umfasst ein Kondensator mit einer elektrischen Doppelschicht ein Paar polarisierbare Elektroden (eine positive Elektrode und eine negative Elektrode), einen flüssigen Elektrolyten, mit dem die Elektroden imprägniert sind, einen porösen Separator zum Trennen der Elektroden, der mit dem flüssigen Elektrolyten imprägniert wird und ionendurchlässig ist und eine elektrische Isolationseigenschaft aufweist, wodurch die Bildung eines Kurzschlusses vermieden wird, und Kollektoren, die mit den betreffenden Elektroden verbunden sind.

Seit kurzem wird versucht, Kondensatoren mit hoher Kapazität als Last­ ausgleichs-Stromquelle von Sekundärbatterien für Elektrofahrzeuge ein­ zusetzen, indem die hohen Ladungs- und Entladungs-Merkmale für elek­ trischen Strom solcher Kondensatoren genutzt werden. Wenn die Kondensa­ toren mit hoher Kapazität als Lastausgleichs-Stromquellen verwendet werden, wird die Spannungsschwankung der Sekundärbatterien minimiert, wenn die Fahrzeuge angelassen oder schnell beschleunigt werden oder wenn die Bremsenergie zurückgewonnen wird. Somit wird die Haltbarkeit der Sekundärbatterien wesentlich verlängert.

Wenn die Kondensatoren mit hoher Kapazität als Lastausgleichs-Stromquel­ len verwendet werden, sollte eine Spannung von 240 bis 300 V, die für den Antrieb eines Motors erforderlich ist, erreicht werden. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, im Fall von Kondensatoren, bei denen ein organischer, flüssiger Elektrolyt eingesetzt wird, 80 bis 120 Batterieeinheiten oder im Fall von Kondensatoren, bei denen eine wässrige, flüssige Elektrode eingesetzt wird, 300 bis 380 Batterieeinheiten in Reihe zu schalten. Somit sind erstere Kondensatoren, bei denen ein organischer, flüssiger Elektrolyt eingesetzt wird, aufgrund der kleineren Anzahl von in Reihe geschalteten Batterieein­ heiten vorteilhafter als letztere, bei denen ein wässriger, flüssiger Elektrolyt eingesetzt wird. Im Fall der Kondensatoren mit dem Typ des organischen, flüssigen Elektrolyten, die einen höheren Widerstand als diejenigen mit einem wässrigen, flüssigen Elektrolyten aufweisen, muss eine Folie mit einer hohen Sammelwirksamkeit wie eine Aluminiumfolie als Kollektor verwendet werden, und eine gegenüberliegende Fläche einer Elektrode muss vergrößert werden, indem eine dünne Schicht eines polarisierbaren Elek­ trodenmaterials (einer polarisierbaren Elektrodenschicht) auf einer solchen Folie gebildet wird, weil ein Strom von 50 bis 200 A durch die Kondensato­ ren fließen sollte.

Wenn eine Elektrode für einen solchen Kondensator hergestellt wird, wird eine Metallfolie, eine leitfähige Polymerfolie oder eine Kohlenstofffolie als Kollektor verwendet, und eine Schicht aus einem polarisierbaren Elek­ trodenmaterial, das Aktivkohle, ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel und ein Binde­ mittel enthält, wird auf dem Kollektor ausgebildet. Folgende Techniken zur Bildung der Schicht des polarisierbaren Elektrodenmaterials sind bekannt:

• a) Polytetrafluorethylen (PTFE) als Bindemittel, Aktivkohlepulver und ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel werden geknetet, wodurch eine kautschuk­ artige Verbindung erhalten wird, und die Verbindung wird um einen Kollektor vom Siebtyp, wie gestrecktes Aluminium-Feinblech, ex­ trudiert, wodurch die Schicht des polarisierbaren Elektrodenmaterials gebildet wird.
• b) Polyvinylidenfluorid (PVDF) als Bindemittel, Aktivkohlepulver und ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel werden geknetet, wodurch eine Beschich­ tungs-Zusammensetzung zur Bildung einer Schicht eines polarisier­ baren Elektrodenmaterials gebildet wird, und eine solche Zusammen­ setzung wird auf einen Kollektor wie eine Aluminiumfolie aufgetragen.
• c) ein wasserlösliches Bindemittel (z. B. Hydroxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Carboxycelluose etc.), eine Aktivkohlefaser und ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel werden ge­ mischt, wodurch eine Beschichtungs-Zusammensetzung zur Bildung einer Schicht aus einem polarisierbaren Elektrodenmaterial gebildet wird, und die Zusammensetzung wird auf einen Kollektor wie eine Aluminiumfolie aufgetragen (siehe JP-A-4-14209).

Eine Elektrode mit einer Schicht aus einem polarisierbaren Elektrodenmate­ rial, die dünn und gleichmäßig auf einem Kollektor gebildet wird, wird vorzugsweise als Elektrode für einen Kondensator mit einer hohen Kapazität verwendet. Wenn eine solche Schicht aus einem polarisierbaren Elektrode­ material gebildet wird, ist es bevorzugt, wie im Fall des obigen a) ein PTFE mit einer guten Wärmebeständigkeit und elektrochemischen Beständigkeit zu verwenden. Es ist auch bevorzugt, wie im Fall des obigen b) oder c) eine Beschichtungs-Zusammensetzung zur Bildung einer Schicht aus einem polarisierbaren Elektrodenmaterial herzustellen und dann eine solche Zusammensetzung auf einen Kollektor aufzutragen, weil der dünne und gleichmäßige Film aus dem polarisierbaren Elektrodenmaterial wirksam und leicht gebildet werden kann. Somit kann es möglich sein, eine Schicht aus einem polarisierbaren Elektrodenmaterial mit guten Eigenschaften wirksam zu bilden, wenn eine dünne und gleichmäßige Schicht aus einem polarisier­ baren Elektrodenmaterial gebildet wird, indem eine Beschichtungs-Zu­ sammensetzung zur Bildung einer Schicht aus einem polarisierbaren Elek­ trodenmaterial mittels PTFE als Bindemittel gebildet wird und eine solche Beschichtungs-Zusammensetzung auf einen Kollektor aufgetragen wird.

PTFE hat jedoch schwache Verdickungs- und Haftungseigenschaften, und daher wird die für eine Beschichtungs-Zusammensetzung erforderliche physikalische Stabilität nicht erreicht, wenn PTFE zur Herstellung einer solchen Beschichtungs-Zusammensetzung verwendet wird. Somit ist es schwierig, eine Beschichtungs-Zusammensetzung aus einer PTFE enthalten­ den Mischung herzustellen. Aus diesem Grund wird die Mischung in obigem a) als Compound statt als Beschichtungs-Zusammensetzung verwendet. In diesem Fall muss ein Kollektor vom Siebtyp, wie gestrecktes Aluminium- Feinblech, verwendet werden, und somit erhöht sich die Dicke der Schicht aus dem polarisierbaren Elektrodenmaterial. Daher weist der Innenwider­ stand eines Kondensators die Neigung auf, sich zu erhöhen, und es kann schwierig sein, einen hohen elektrischen Strom zu erreichen.

Andererseits tritt bei den obigen Techniken b) und c) kein Problem infolge der Verwendung von PTFE auf, weil bei ihnen ein Bindemittel verwendet wird, das PVDF bzw. ein wasserlösliches Bindemittel umfasst, bei diesen Techniken können gute Eigenschaften von PTFE wie die Wärmebeständigkeit jedoch nicht ausgenutzt werden. Weiterhin weist die obige Technik b) einige Nachteile wie diejenigen auf, dass ein Kondensator eine niedrige dielek­ trische Festigkeit aufweisen kann, weil N-Methylpyrrolidon (NMP), das zum Lösen von PVDF verwendet wird, nicht vollständig entfernt werden kann und im flüssigen Elektrolyten verbleibt, und dass PVDF sich während des Trock­ nens leicht zersetzt und somit die Haltbarkeitsdauer einer Beschichtungs- und Trocknungsvorrichtung verkürzt werden kann, obwohl die dünne Schicht aus dem polarisierbaren Elektrodenmaterial auf dem Kollektor gebildet werden kann.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer dünnen und flexiblen Elektrode, die mit einem kleinen Durchmesser aufge­ wickelt und als polarisierbare, für einen Kondensator mit einer hohen Kapazität geeignete Elektrode verwendet werden kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereit­ stellung eines Verfahrens zur Herstellung einer dünnen und flexiblen Elek­ trode, die mit einem kleinen Durchmesser aufgewickelt und als polarisier­ bare, für einen Kondensator mit einer hohen Kapazität geeignete Elektrode verwendet werden kann, wobei eine chemisch stabile Beschichtungs-Zu­ sammensetzung mit einer langen Topfzeit und guten Wärmebeständigkeit zur Bildung einer Schicht eines polarisierbaren Elektrodenmaterials verwen­ det wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereit­ stellung eines Kondensators mit guten Hochstrom-Eigenschaften, der eine dünne und flexible, durch ein solches Verfahren hergestellte Elektrode umfasst.

Zur Verwirklichung einer Elektrode für einen Kondensator, der für Hochstrom-Anwendungen wie Lastausgleichs-Stromquellen für Sekundärbat­ terien von Elektrofahrzeugen oder Stromquellen von Hybrid-Automobilen geeignet ist, wird ein Bindemittelsystem untersucht, das die folgenden Anforderungen erfüllt:

• 1. Ein dünner, aufgetragener Film aus einem polarisierbaren Material kann auf einem Kollektor gebildet werden.
• 2. Der aufgetragene Film ist flexibel, so dass der den aufgetragenen Film tragende Kollektor mit einem kleinen Durchmesser aufgewickelt werden kann.
• 3. Eine das Bindemittelsystem umfassende Beschichtungs-Zusammen­ setzung weist eine lange Topfzeit auf.

Mit Hinsicht auf den obigen Gesichtspunkt wurde eine Kombination aus PTFE, das als Bindemittel eines polarisierbaren Elektrodenmaterials flexibel ist und bei hoher Temperatur stabil ist, und einem wasserlöslichen Binde­ mittel mit guter Wärmebeständigkeit untersucht. Bei dieser Untersuchung wurden Carboxycelluose, Polyvinylpyrrolidon (PVP), Hydroxyalkylcellulose etc. als wasserlösliches, in Kombination mit PTFE zu verwendendes Binde­ mittel verwendet. Wenn wasserlösliche, von Hydroxyalkylcellulose ver­ schiedene Bindemittel verwendet wurden, erhöhte sich die Viskosität der Beschichtungs-Zusammensetzungen, weil die Dispergierungsdauer und die Aufbewahrungsdauer sich verlängern, und es wurde keine auftragbare Beschichtungs-Zusammensetzung erhalten. Somit wurde gefunden, dass eine Elektrode für einen Kondensator, die die obigen Anforderungen erfüllt, erhalten werden kann, wenn PTFE und Hydroxyalkylcellulose als Bindemittel verwendet werden, und die vorliegende Erfindung wurde vollendet.

Erstens macht die vorliegende Erfindung eine Elektrode für einen Kondensa­ tor verfügbar, die einen Kollektor und eine Schicht aus einem darauf ausge­ bildeten, polarisierbaren Elektrodenmaterial umfasst, das Aktivkohlepulver, ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel und eine Mischung aus Polytetrafluorethylen und Hydroxyalkylcellulose als Bindemittel umfasst.

Zweitens macht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für einen erfindungsgemäßen Kondensator verfügbar, umfassend die Schritte des
Dispergierens von Aktivkohlepulver und einem Leitfähigkeits-Hilfsmittel in einem wässrigen Medium, in dem Polytetrafluorethylen und Hydroxyalkylcel­ lulose dispergiert sind,
Auftragens einer solchen Dispersion auf einen Kollektor und des
Trocknens der aufgetragenen Dispersion.

Drittens macht die vorliegende Erfindung einen Kondensator verfügbar, umfassend
ein Paar Elektroden, wobei jede davon einen Kollektor und eine Schicht aus einem polarisierbaren Elektrodenmaterial umfasst, das Aktivkohlepulver, ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel und eine Mischung aus Polytetrafluorethylen und Hydroxyalkylcellulose als Bindemittel enthält,
einen Separator, der zwischen einem Elektrodenpaar ausgebildet ist,
einen organischen, flüssigen Elektrolyten, mit dem die Elektroden und der Separator imprägniert sind, und
einen Behälter, der die obigen Elemente enthält.

Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt eines Beispiels des erfindungs­ gemäßen Kondensators (elektrischer Doppelschicht-Kondensator).

In der Elektrode der vorliegenden Erfindung kann die Schicht des polarisier­ baren Elektrodenmaterials von einer oder beiden Oberflächen des Kollektors getragen werden. In beiden Fällen beträgt die Dicke einer Schicht des polarisierbaren Elektrodenmaterials vorzugsweise 200 µm oder weniger, noch mehr bevorzugt 50 bis 100 µm. Vorzugsweise wird eine Aluminiumfolie als Kollektor verwendet, weil der Innenwiderstand abnimmt und die Elek­ trode flexibel gemacht wird.

Beispiele für die Hydroxyalkylcellulose umfassen Hydroxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulo­ se, Hydroxyethylmethylcellulose etc. Diese können einzeln oder als Mi­ schung von zwei oder mehreren verwendet werden.

Die Menge einer solchen Hydroxyalkylcellulose beträgt gewöhnlich 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 20 Gew.-% des Gewichts des Aktivkohlepul­ vers. Wenn die Menge an Hydroxyalkylcellulose weniger als 1 Gew.-% beträgt, verschlechtern sich die Haftungseigenschaften. Wenn die Menge an Hydroxyalkylcellulose 50 Gew.-% übersteigt, nimmt der Gehalt an Aktivkoh­ lepulver ab, und somit nimmt die Kapazität eines Kondensators, der solche Elektroden enthält, ab.

In der Elektrode der vorliegenden Erfindung umfasst die Schicht des polari­ sierbaren Elektrodenmaterials, die auf dem Kollektor getragen wird, Aktiv­ kohlepulver, ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel und Bindemittel. Eine Elektrode, die ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel zusammen mit Aktivkohlepulver enthält, weist einen niedrigen Innenwiderstand auf und ist somit zur Verwendung in einem Kondensator für Hochstrom-Anwendungen vorteilhaft.

Beispiele für das Leitfähigkeits-Hilfsmittel umfassen Ruße wie Acetylenruß, natürlichen und synthetischen Graphit, Ketchen-Ruß, Kohlenstofffaser, Metallpulver, Metallfaser etc.

Die Elektrode der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise durch ein Verfahren hergestellt, das die Schritte des Dispergierens von Aktivkohlepul­ ver und eines Leitfähigkeits-Hilfsmittels in einem wässrigen Medium, das darin dispergiert Polytetrafluorethylen und Hydroxyalkylcellulose enthält, wodurch eine Beschichtungs-Zusammensetzung gebildet wird, das Auftragen der Beschichtungs-Zusammensetzung auf einen Kollektor und das Trocknen der aufgetragenen Dispersion umfasst. Vorzugsweise wird eine kleine Menge eines Alkohols zu der Beschichtungs-Zusammensetzung gegeben, weil die Fließfähigkeit der Beschichtungs-Zusammensetzung verbessert wird. Wenn die Menge des Alkohols zu klein ist, kann die Fließfähigkeit der Beschichtungs-Zusammensetzung nicht verbessert werden, während die Fließfähigkeit der Beschichtung, wenn die Menge des Alkohols zu hoch ist, zu weit ansteigt, so dass die Zusammensetzung im Verlauf des Auftragens abrutschen kann. Somit beträgt die Menge des Alkohols vorzugsweise 1 bis 50 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 1 bis 10 Gew.-% der Gesamtmenge Poly­ tetrafluorethylen und Hydroxyalkylcellulose.

Während die vorliegende Erfindung auf einen Kondensator angewandt werden kann, bei dem Elektroden vom Plattentyp laminiert werden, kann sie wirksam auf einen Kondensator angewandt werden, bei dem Elektroden mit einem kleinen Durchmesser aufgewickelt und dann in einem Metallgehäuse montiert werden.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Beschichtungs-Zusammenset­ zung weist eine hohe Fließfähigkeit auf und wird dünn auf einem Kollektor aufgetragen. Somit ist die vorliegende Erfindung vorteilhaft, wenn eine Schicht aus einem polarisierbaren Elektrodenmaterial mit einer Dicke von 200 µm oder weniger gebildet wird.

Der Kondensator der vorliegenden Erfindung umfasst die Elektroden der vorliegenden Erfindung. Das heißt, dass der Kondensator der vorliegenden Erfindung ein Paar Elektroden mit jeweils einem Kollektor und einer Schicht aus einem polarisierbaren Elektrodenmaterial umfasst, das Aktivkohlepul­ ver, ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel und eine Mischung aus Polytetrafluor­ ethylen und Hydroxyalkylcellulose als Bindemittel umfasst, einen zwischen einem Elektrodenpaar bereitgestellten Separator, einen organischen, flüssi­ gen Elektrolyten, mit dem die Elektroden und der Separator imprägniert sind, und einen Behälter umfasst, der die obigen Elemente enthält. In einem solchen Kondensator ist es bevorzugt, ein Elektrodenpaar mit einem kleinen Durchmesser aufzuwickeln und einen Separator zwischen diesen einzufüh­ ren, weil die Elektroden, wie oben erläutert wurde, flexibel sind, so dass sie mit einem kleinen Durchmesser aufgewickelt werden können. Ein solcher Wickelkondensator kann eine hohe Kapazität pro Volumeneinheit aufweisen, weil eine große Elektrodenfläche erzeugt werden kann.

Ein Separator kann ein Dünnfilm beispielsweise aus Cellulose, Polypropylen, Polyethylen etc. sein.

Beispiele für eine flüssige Elektrode umfassen Lösungen von Elektrolyten, die jeweils ein Kation (z. B. ein quaternäres Ammoniumion, ein quaternäres Phosphoniumion etc.) und ein Anion (z. B. das Tetrafluoroborat-Ion, das Hexafluorphosphat-Ion etc.) umfassen, die in einem Lösungsmittel (z. B. Propylencarbonat, γ-Butyrolacton, Trimethylphosphat etc. gelöst sind.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnung ausführlich erläutert.

Die vorliegende Erfindung kann auf einen Kondensator mit einer elektri­ schen Doppelschicht angewandt werden, was in Fig. 1 dargestellt ist.

Der Kondensator von Fig. 1 weist die in Folienform vorliegende positive Elektrode 1 und die in Folienform vorliegende negative Elektrode 2 auf, die jeweils aus der Elektrode der vorliegenden Erfindung bestehen. In Fig. 1 sind die Komponenten der positiven und der negativen Elektrode 1, 2, wie eine Schicht aus einem polarisierbaren Elektrodenmaterial und ein Kollektor, zur Vereinfachung der Darstellung nicht einzeln dargestellt, während der freiliegende Teil des Kollektors, der ein leitendes Element umfasst, dar­ gestellt ist. Der freiliegende Teil 1a des Kollektors der positiven Elektrode 1 erstreckt sich über das obere Ende von Separator 3, und das Ende an der Spitze des freiliegenden Teils 1a befindet sich in Kontakt mit der Kollektor­ platte 9 der negativen Elektrode, während das freiliegende Teil 2a des Kollektors der negativen Elektrode 2 sich über das untere Ende des Separa­ tors 3 hinaus erstreckt und das Ende an der Spitze des freiliegenden Teils 2a sich in Kontakt mit der Kollektorplatte 6 für die negative Elektrode befindet. Die positive und die negative Elektrode 1, 2 sind spiralförmig aufgewickelt, wobei der Separator 3 dazwischen eingeführt ist, und im Behälter 5 als Elektrodenkörper mit einer spiralförmig aufgewickelten Struktur zusammen mit einem flüssigen Elektrolyten enthalten. Das Symbol "R" bedeutet den Innendurchmesser des spiralförmig aufgewickelten Elek­ trodenkörpers.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein spiralförmig aufgewickelter Elektrodenkörper sogar dann ohne ein Abschälen der Schicht aus dem polarisierbaren Elektrodenmaterial hergestellt werden, wenn der Innen­ durchmesser der aufgewickelten Elektrode 5 mm oder weniger beträgt.

Der Behälter 5 kann aus nickelplattierten Eisen bestehen und dient auch als Anschluss für die negative Elektrode. Auf den Boden von Behälter 5 wird die Kollektorplatte 6 für die aus einem Nickelgitter bestehende negative Elek­ trode geschweißt, bevor der Elektrodenkörper eingeführt wird. Das Symbol "6a" bezeichnet das geschweißte Teil. Der Metallring 8 ist auf dem Boden des Behälters 5 angeordnet, um einen lockeren Sitz der Kollektorplatte 6 zu verhindern. Weiterhin ist das Nickel-Leitungselement 7 für die negative Elektrode 2 an die Kollektorplatte 6 geschweißt.

Die Kollektorplatte 9 für die aus Aluminiumgitter bestehende positive Elektrode ist am oberen Ende des spiralförmig aufgewickelten Elektroden­ körpers angeordnet, und ein Aluminium-Leitungselement 10 ist an die Kollektorplatte 9 geschweißt. Das Symbol "10a" bezeichnet das geschweißte Teil. Das Leitungselement 10 ist in gerader Form dargestellt, nach dem Anschluss an der Versiegelungsplatte 12 mittels Ultraschall aber in Wirklich­ keit gewinkelt. Die Polypropylen-Isolierplatte 11 ist an der Oberseite der Kollektorplatte 9 angeordnet, und die Isolierplatte 11 weist neben ihrem Mittelpunkt eine Öffnung auf, durch die der flüssige Elektrolyt gegossen und das Leitungselement 10 herausgezogen wird.

Der Versiegelungsdeckel umfasst die Versiegelungsplatte 12, die Anschluss­ platte 13, das Explosionsschutzventil 14, das geschweißte Teil 15 und die Isolierpackung 16.

Die Versiegelungsplatte 12 besteht aus einer Aluminiumscheibe und weist in ihrer Mitte den dünnwandigen Teil 12a und auch eine Öffnung als Druck­ einführungsöffnung 12b um den dünnwandigen Teil 12a herum auf, damit ein Innendruck auf das Explosionsschutzventil 14 ausgeübt wird. Der hervorstehende Teil 14a des Explosionsschutzventils 14 ist an die Oberseite des dünnwandigen Teils 12 der Versiegelungsplatte 12 geschweißt, wodurch das geschweißte Teil 15 gebildet wird.

Die Anschlussplatte 13 besteht aus einem nickelplattierten Walzstahl und weist die Gasauslassöffnung 13a auf.

Das Explosionsschutzventil 14 besteht aus einer Aluminiumscheibe und weist gemäß der Darstellung in Fig. 1 in seiner Mitte den nach unten hervor­ stehenden Teil 14a und darüber hinaus den dünnwandigen Teil 14b um den hervorstehenden Teil 14a herum auf. Die Spitze am unteren Teil des hervor­ stehenden Teils 14a ist an die Oberseite des dünnwandigen Teils 12a der Versiegelungsplatte 12 geschweißt, wodurch das geschweißte Teil 15 ge­ bildet wird.

Die Isolierpackung 16 besteht aus einem Propylen ring und ist am Umfang der Versiegelungsplatte 12 angeordnet. Somit isoliert die Isolierpackung 16 die Versiegelungsplatte 12 vom Explosionsschutzventil 14 und versiegelt die Lücke zwischen diesen Teilen, um das Austreten des flüssigen Elektrolyten durch die Lücke zu verhindern.

Die ringförmige Dichtung 17 besteht aus Polypropylen und isoliert den Behälter 5, der auch als Anschluss der negativen Elektrode dient, von der als Anschluss für die positive Elektrode dienenden Anschlussplatte 13, der Versiegelungsplatte 12, dem Explosionsschutzventil 14 etc.

BEISPIELE

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschau­ licht, bei denen die vorliegende Erfindung auf einen elektrischen Doppelschicht-Kondensator angewandt wird.

Beispiel 1

Aktivkohlepulver (32 Gew.-Teile), Acetylenruß (8 Gew.-Teile) als Leit­ fähigkeits-Hilfsmittel, Polytetrafluorethylen (3 Gew.-Teile) und Hydroxy­ propylcellulose (3 Gew.-Teile) als Bindemittel und Wasser (150 Gew.-Teile) als Medium wurden compoundiert und vermischt, wodurch eine Beschichtungs-Zusammensetzung für eine Schicht aus einem polarisierbaren Elektrodenmaterial hergestellt wurde.

Dann wurde die Beschichtungs-Zusammensetzung gleichmäßig in Schicht­ form auf beide Flächen einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von 20 µm als Kollektor aufgetragen. Die Beschichtungsmenge betrug 5,5 mg/cm² auf jeder Fläche. Der beschichtete Kollektor wurde dann auf einer auf 120°C erwärmten Platte 30 min lang getrocknet, um Wasser zu entfernen. Weiter­ hin wurde der getrocknete, beschichtete Kollektor mit einer Walzenpresse komprimiert und geschnitten, wodurch eine Elektrode mit einer festgelegten Größe (500 mm × 55 mm) erhalten wurde. Auf diese Weise wurde eine Elektrode erhalten, die aus dem Kollektor und den auf die beiden Flächen des Kollektors aufgebrachten Schichten aus polarisierbaren Elektrodenmate­ rialien bestand, die aus der Mischung aus Aktivkohle, dem Leitfähigkeits- Hilfsmittel (Acetylenruß) und den Bindemitteln (Polytetrafluorethylen und Hydroxypropylcellulose) bestanden. Die Dicke einer jeden Schicht des polarisierbaren Elektrodenmaterials betrug 80 µm.

Zwei Elektroden, die gemäß der obigen Beschreibung hergestellt wurden, wurden als positive und negative Elektrode verwendet, und ein Aluminium- Leitelement (ein Al-Band) bzw. ein Nickel-Leitelement (Ni-Band) wurden an die positive bzw. die negative Elektrode geschweißt.

Dann wurden die positive und die negative Elektrode spiralförmig aufgewi­ ckelt, wobei ein Papier-Separator zwischen ihnen angeordnet wurde, wo­ durch ein spiralförmig aufgewickelter Elektrodenkörper gebildet wurde, und in einen aus nickelplattiertem Stahl bestehenden Behälter für eine negative Elektrode eingeführt. Danach wurde ein organischer, flüssiger Elektrolyt, der aus Propylencarbonat als Lösungsmittel und Tetraethylammoniumtetra­ fluoroborat als darin gelöster Elektrolyt bestand, in den Behälter gegossen, und dann wurde die Öffnung des Behälters versiegelt, wodurch der Konden­ sator von Beispiel 1 erhalten wurde.

Vergleichsbeispiel 1

Der Kondensator von Vergleichsbeispiel 1 wurde auf dieselbe Weise wie derjenige von Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass Carboxymethyl­ cellulose statt Hydroxypropylcellulose verwendet wurde.

Vergleichsbeispiel 2

Der Kondensator von Vergleichsbeispiel 2 wurde auf dieselbe Weise wie derjenige von Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass Polyvinylpyrro­ lidon statt Hydroxypropylcellulose verwendet wurde.

Auswertungen

Mittels der in Beispiel 1 und in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 hergestell­ ten Kondensatoren wurden die Eigenschaften der Beschichtungs-Zusammen­ setzungen zur Bildung der Schichten des polarisierbaren Elektrodenmaterials und die Eigenschaften der Elektroden untersucht. Die untersuchten Eigen­ schaften umfassten die Bildung von festen Teilchen in der Beschichtungs- Zusammensetzung und den Zustand der Zusammensetzung nach einer 3- tägigen Lagerung der Zusammensetzung bezüglich der Beschichtungs- Zusammensetzungen sowie das Abschälen der aus dem polarisierbaren Elektrodenmaterial bestehenden Schicht von der Oberfläche des Kollektors, wenn der beschichtete Kollektor vor dem Schneiden in die vorbestimmte Größe mit einer Walzenpresse komprimiert wurde und die Elektrode in Bezug auf die Elektroden spiralförmig aufgewickelt wurde.

Die Ergebnisse sind in der Tabelle aufgeführt.

Tabelle

Wie aus den Ergebnissen der Tabelle hervorgeht, bildeten sich in der Beschichtungs-Zusammensetzung für die Schicht des polarisierbaren Elek­ trodenmaterials, die unter Verwendung von Polytetrafluorethylen und Carb­ oxymethylcellulose als Bindemittel in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt wurde, feste Teilchen, und die Schicht aus dem polarisierbaren Elektrodenmaterial, die aus einer solchen Beschichtungs-Zusammensetzung gebildet wurde, wurde von der Oberfläche des Kollektors abgeschält, wenn die Elektrode komprimiert und aufgewickelt wurde.

Im Fall von Vergleichsbeispiel 2, bei dem Polytetrafluorethylen und Poly­ vinylpyrrolidon als Bindemittel verwendet wurden, trennte sich die Beschichtungs-Zusammensetzung nach einer 3-tägigen Lagerung. Dies bedeutet, dass die Beschichtungs-Zusammensetzung eine kurze Topfzeit aufwies.

Im Gegensatz zu den Vergleichsbeispielen 1 und 2 wiesen im Fall von Beispiel 1, in dem Polytetrafluorethylen und Hydroxypropylcellulose als Bindemittel verwendet wurden, die Beschichtungs-Zusammensetzung und auch die Elektroden gute Eigenschaften auf.

Folglich kann die vorliegende Erfindung eine dünne und flexible Elektrode verfügbar machen, bei der die Schicht aus dem polarisierbaren Elektroden­ material beim Komprimieren oder spiralförmigen Aufwickeln nicht von der Oberfläche des Kollektors abgeschält wird.

Somit kann die Elektrode der vorliegenden Erfindung spiralförmig aufgewi­ ckelt werden und einen Kondensator ergeben, der mit einem hohen Strom geladen und entladen werden kann. Ein solcher Kondensator ist beispiels­ weise als Lastausgleichs-Stromquelle für Elektrofahrzeuge geeignet.

Claims (8)

1. Elektrode für einen Kondensator, umfassend einen Kollektor und eine darauf ausgebildete Schicht aus einem polarisierbaren Elektrodenma­ terial, das Aktivkohlepulver, ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel und eine Mischung aus Polytetrafluorethylen und Hydroxyalkylcellulose als Bindemittel umfasst.

2. Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Schicht des polarisier­ baren Elektrodenmaterials 200 µm oder weniger beträgt.

3. Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Hydroxyalkylcellulose wenigs­ tens eine Hydroxyalkylcellulose ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Hydroxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose und Hydroxy­ ethylmethylcellulose und wobei der Gehalt der Hydroxyalkylcellulose 1 bis 50 Gew.-% des Aktivkohlepulvers beträgt.

4. Elektrode nach Anspruch 1, wobei der Kollektor aus einer Alumini­ umfolie besteht.

5. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für einen Kondensator nach Anspruch 1, umfassend die Schritte des:
Dispergierens von Aktivkohlepulver und einem Leitfähigkeits-Hilfs­ mittel in einem wässrigen Medium, das Polytetrafluorethylen und Hydroxyalkylcellulose darin dispergiert enthält,
Auftragens einer solchen Dispersion auf einen Kollektor und des
Trocknens der aufgetragenen Dispersion.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das wässrige Medium weiterhin 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Polytetrafluor­ ethylen und Hydroxyalkylcellulose, eines Alkohols enthält.

7. Kondensator, umfassend
ein Paar Elektroden, von denen jede einen Kollektor und eine Schicht aus einem polarisierbaren Elektrodenmaterial umfasst, das Aktivkoh­ lepulver, ein Leitfähigkeits-Hilfsmittel und eine Mischung aus Poly­ tetrafluorethylen und Hydroxyalkylcellulose als Bindemittel umfasst,
einen Separator, der zwischen dem Elektrodenpaar angeordnet ist,
einen organischen, flüssigen Elektrolyten, mit dem die Elektroden und der Separator imprägniert sind, und
einen Behälter, der die obigen Elemente enthält.

8. Kondensator nach Anspruch 7, wobei das Elektrodenpaar aufgewickelt ist und der Separator dazwischen eingeführt ist.