JP2000012388A - 集電体用導電性フィルム - Google Patents

集電体用導電性フィルム

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JP2000012388A
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Tomoharu Miyamoto
知治 宮本
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気二重層コンデンサーに使用する固形分極
性電極を密着させる集電用導電性フィルムとして、体積
抵抗値が低く、熱圧着時の破れや切れが生じない機械的
強度を有し、密着性に優れ、接触抵抗の低いものを提供
すること。 【解決手段】 水系電解液を用いた電気二重層コンデン
サー用の集電体フィルムであって、金属フィルムと少な
くとも電極と接する側に樹脂と導電剤とからなる導電性
樹脂層が積層されており、樹脂がウレタン樹脂、アクリ
ル樹脂、ポリエステル樹脂、酢酸ビニル樹脂、それらの
共重合体、またはそれらの混合物で、かつゲル分率が9
0%以上の架橋構造を有し、導電剤がカーボンブラッ
ク、またはCu、Zn、Auの粉体もしくはファイバー
で、樹脂100重量部に対して導電剤が10〜150重
量部添加され、導電性樹脂層の比抵抗が1Ω・cm以下で
ある集電体用導電性フィルム。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水系電解液を用い
た電気二重層コンデンサーに使用する固形分極性電極を
密着させる集電体用導電性フィルムに関し、特に分極性
電極及び電極板に対する接触抵抗の低減と、安定した接
触状態や導電性を得るための集電体用導電性フィルムに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】電気二重層コンデンサーの基本的な構成
は図1に示すように、封口枠体の内側に多孔性セパレー
タを介して一対の分極性電極を埋設し、この分極性電極
を金属電極板で密封して形成される。しかし、この場合
分極性電極と金属電極板とは単に接触しているだけで、
部分的に接触不良が発生し、内部抵抗の増加を招く恐れ
がある。これを解決するために図2に示すように分極性
電極と金属電極板との間を導電性接着剤で接着したり、
図3に示すように導電性の熱可塑フィルムを介して熱圧
着により接着することが提案されている。
【0003】しかしながら、分極性電極と金属電極板を
導電性接着剤で接着させた場合には、導電性接着剤の硬
化状態や残留溶剤の影響により不均一な導電性を示すこ
とが多く、かえって接触抵抗を増し、内部抵抗の上昇を
招き、大電流を取り出すことができないという問題があ
った。また、従来の導電性の熱可塑フィルムを用いる場
合には、フィルムの構成樹脂にポリプロピレン、ポリエ
チレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリウレタ
ン、ポリアミド、ポリイミド等の熱可塑性樹脂を使用
し、この樹脂にカーボンブラックを分散させ、押出法や
カレンダー圧延法等の従来公知の成形方法を用いてフィ
ルム化したものであるため、導電剤の含有量が多くなる
と成形性が著しく劣り、またフィルム自体の強度も非常
に弱いものとなり、逆に導電剤の含有量を少なくすると
導電性が著しく低下し、内部抵抗が大きくなるという問
題があった。
【0004】従って、導電性の熱可塑性フィルムを成形
するにあたっては、導電性とフィルム強度のバランスを
とる必要がある。導電剤をアセチレンブラックにした場
合は、良好な導電性を得るためには樹脂100重量部に
対して60〜100重量部添加する必要があるが、成形
性を考慮すると10〜50重量部程度しか添加できず、
体積抵抗値をあまり低く出来なかった。また厚みも、高
い体積抵抗値をカバーするため20μm以下が望ましい
が、成形の問題でせいぜい30〜100μm程度のフィ
ルムしか得られず、導電性が所望まで高くならないのが
現状であった。その上、導電性を考慮してカーボンブラ
ックを多量に充填し、かつ、コーティングにより厚みを
20μmレベルにすると、機械的強度が不足し、熱圧着
時に破れや切れ等が生じやすくなり、製品の歩留が著し
く低下するという問題もあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電気
二重層コンデンサーに使用する固形分極性電極を密着さ
せる集電用導電性フィルムにおいて、該集電用導電性フ
ィルムの材料、組成比、製法等を鋭意検討することで、
体積抵抗値が低く、熱圧着時の破れや切れが生じない機
械的強度を有し、分極性電極との密着性に優れ、接触抵
抗の低い集電用導電性フィルムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、水系電解液を
用いた電気二重層コンデンサー用の集電体フィルムであ
って、金属フィルムと少なくとも電極と接する側に樹脂
と導電剤とからなる導電性樹脂層が積層されており、樹
脂がウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、
酢酸ビニル樹脂、それらの共重合体、またはそれらの混
合物で、かつゲル分率が90%以上の架橋構造を有し、
導電剤がカーボンブラックまたは、Cu、Zn、Auの
粉体もしくはファイバーで、樹脂100重量部に対して
導電剤が10〜500重量部添加され、導電性樹脂層の
比抵抗が1Ω・cm以下である集電体用導電性フィルムで
ある。好ましくは、導電性樹脂層の厚みが少なくとも片
側1〜10μmであり、金属フィルムがAlまたはCu
のいずれかで、厚みが10〜30μmである集電体用導
電性フィルムである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明は、集電体用導電性フィル
ムに、少なくとも電極と接する側に耐硫酸性を有する比
抵抗が1Ω・cm以下の導電性樹脂層を1〜10μmの厚
みで10〜30μm厚みの金属フィルムに積層した系
で、これらの材料種類、組成比、製法を鋭意検討するこ
とで、従来の導電性接着剤や導電性の熱可塑フィルムに
比べ、体積抵抗値が低く、10〜50μmの薄膜でも熱
圧着時の破れや切れが生じない機械的強度を有し、分極
性電極との密着性に優れ、接触抵抗の低い集電用導電性
フィルムを得られる知見より完成するに至った。ここで
本構成体を選択した理由を述べると、集電体の厚み方向
への導電性については金属箔が担い、表面導電性樹脂
は、電極との接触抵抗を大幅に低減し、かつ、硫酸電解
液への耐性をもたせ、ガスケットとの接着が可能である
点で、金属と同等の導電性と樹脂の耐薬品性と接着性を
同時に満足することができることが挙げられる。
【0008】本発明に使用される導電性フィルムは金属
フィルム上に導電性樹脂を積層した系であるが、導電性
樹脂層は電極側の片面が最低必要だが、将来的な両面電
極化等を考慮すると好ましくは両面積層されているほう
が良い。
【0009】導電性樹脂のベース樹脂には、ウレタン、
アクリル、ポリエステル、酢酸ビニル等が用いられ、架
橋されていることが好ましい。但し、硫酸水溶液に対す
る耐性があれば熱可塑樹脂の状態でも構わない。架橋に
より耐硫酸水溶液性を付与させる場合は、ゲル分率は9
0%以上が必要である。90%未満の場合は、十分な耐
硫酸水溶液性が得られない。
【0010】また、導電性樹脂の比抵抗は1Ω・cm以下
が必要であり、これを越えると接触抵抗が増大し、低抵
抗化が達成できない。更に、導電樹脂層の厚みは各層あ
たり1〜10μmが適切で、好ましくは1〜5μmであ
る。1μm未満では、十分な耐硫酸水溶液性が得られ
ず、中の金属フィルムがAl等の場合、腐食してしま
う。また、10μmを越える場合樹脂層が脆くなり、電
気二重層コンデンサー生産工程中の取り扱いでクラック
または剥がれを生じてしまう。
【0011】本発明に用いる導電剤は、アセチレンブラ
ック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックやC
u、Zn、Au等の粉末またはファイバーであり、好ま
しくは少量添加で良好な導電性が得られることよりケッ
チェンブラックの使用が好ましい。導電剤は、樹脂10
0重量部に対して、10〜500重量部添加する。好ま
しくは、20〜150重量部である。添加量が10重量
部未満では添加効果に乏しく良好な導電性が得られな
い。また500重量部を超えると導電剤の分散性不良を
招いたり、フィルムの機械的強度が不足する可能性があ
るために好ましくない。
【0012】また、集電体中の金属フィルムとしてはA
lまたはCuである。好ましくは、コスト面からもAl
箔が良い。この金属フィルムの厚みは10〜30μmで
あり、好ましくは10〜20μmが良い。10μm未満
では金属フィルムが薄すぎて、電気二重層コンデンサー
組立中にシワ、破れを発生させる危険性がある。30μ
mを越えるとフィルム重量が重く、コストアップにもつ
ながる。
【0013】
【実施例】次に本発明の一実施例を示す。ただし本発明
は、以下の実施例に限定されるものではなく、また製造
方法も従来公知の溶融製膜法でも可能である。 <実施例1>分子量100万のポリウレタン樹脂100
重量部と導電剤ケッチェン・ブラック50重量部とイソ
シアネート5重量部、トルエン480重量部をボールミ
ル中で24時間分散混合し導電性塗料を得た。この導電
性塗料を粗面化処理を施した20μmAl箔基材上にド
クターブレード法で乾燥後の膜厚が2μmになるように
両面塗布乾燥し、集電体用3層導電性フィルムを得た。
得られたフィルムの体積抵抗値、および図3に示す電気
二重層コンデンサーの基本セルを10個作製した場合の
平均内部抵抗値と熱圧着時の破れや切れの有無を評価し
た。結果を表1に示す。
【0014】<実施例2〜5>表1に示す配合処方によ
り実施例1と同様の方法で3層コーティングフィルムを
得て、集電体用導電性フィルムを作製した。得られたフ
ィルムを用い実施例1と同様の測定を行った結果を表1
に示す。
【0015】<比較例1>ポリプロピレン樹脂100重
量部にアセチレンブラック50重量部を混合分散したマ
スターバッチを押出法で、厚さ50μmになるように溶
融製膜し、比較例の導電性フィルムを得た。得られたフ
ィルムを用い実施例1と同様の測定を行った結果を表2
に示す。 <比較例2〜4>表2に示す配合処方により比較例1と
同様な方法で溶融製膜フィルムを得て、集電用導電性フ
ィルムを作製した。得られたフィルムを用い実施例1と
同様の測定を行った結果を表2に示す。
【0016】<測定方法>微粘着性の評価は、25mm
幅の短冊状に切り取った集電体フィルム同士を2kgの
ゴムローラーで圧着し、20分経過後に180゜剥離試
験を行い、10g/25mm以上の剥離強度を持つもの
を良品とした。導電性樹脂のゲル分率については、架橋
後キシレン中へ浸漬後の残重量を測定した。比抵抗は、
得られた導電性フィルムより50mm×20mmのサン
プルを切り出し、四探針法(ロレスタAP:三菱化学株
式会社製)を用いて測定した。平均内部抵抗は、図3に
示す電気二重層コンデンサーの基本セルに1kHz、1
mAを加え、両端の電圧を測定し算出し、基本的に1Ω
以下の内部抵抗をもつものを良品とした。破れ等の有無
については、基本セル50個の表面を光学顕微鏡で観察
して判別した。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
【発明の効果】本発明で得られる集電用導電性フィルム
は、従来の導電性の熱可塑フィルムと比較して体積抵抗
値が低いため、同一の厚みでも優れた導電性が得られ
る。また、機械的強度に優れているため従来の導電性の
熱可塑フィルムより薄くても熱圧着時の破れや切れは防
止できる。更に、微粘着性を有するため金属電極板や分
極性電極との密着性に優れ、接触抵抗を低減でき、適用
した電気二重層コンデンサーの内部抵抗の低減や性能の
向上も図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電気二重層コンデンサーの基本的な構成
を示す断面図である。
【図2】導電性接着剤で金属電極板と分極性電極を接着
させた電気二重層コンデンサーの基本的な構成を示す断
面図である。
【図3】導電性フィルムで金属電極板と分極性電極を熱
圧着させた電気二重層コンデンサーの基本的な構成を示
す断面図である。
【符号の説明】
1・・・分極性電極 2・・・多孔性セパレータ 3・・・封口枠体 4・・・金属電極板 5・・・導電性接着剤 6・・・集電用導電性フィルム

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水系電解液を用いた電気二重層コンデン
    サー用の集電体フィルムであって、金属フィルムと少な
    くとも電極と接する側に樹脂と導電剤とからなる導電性
    樹脂層が積層されており、樹脂がウレタン樹脂、アクリ
    ル樹脂、ポリエステル樹脂、酢酸ビニル樹脂、それらの
    共重合体、またはそれらの混合物で、かつゲル分率が9
    0%以上の架橋構造を有し、導電剤がカーボンブラッ
    ク、または、Cu、Zn、Auの粉体もしくはファイバ
    ーで、樹脂100重量部に対して導電剤が10〜500
    重量部添加され、導電性樹脂層の比抵抗が1Ω・cm以下
    であることを特徴とする集電体用導電性フィルム。
  2. 【請求項2】 導電性樹脂層の厚みが少なくとも片側1
    〜10μmである請求項1記載の集電体用導電性フィル
    ム。
  3. 【請求項3】 金属フィルムがAlまたはCuのいずれ
    かで、厚みが10〜30μmである請求項1または2記
    載の集電体用導電性フィルム。
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