JP2001189238A

JP2001189238A - 電気二重層コンデンサ集電体用アルミニウム箔の製造方法、電気二重層コンデンサ集電体用アルミニウム箔及び電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JP2001189238A
Application number: JP37358699A
Authority: JP
Inventors: Haruo Hanaoka; 陽夫花岡; Takashi Tokuno; 隆嗣得能; Katsuaki Abe; 克明阿辺
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】電極活物質との密着性を高める等、電極素材
としての信頼性を高めた電気二重層コンデンサ集電体用
アルミニウム箔、その製造方法及び電気二重層コンデン
サを提供する。【解決手段】塩素イオンを含有する電解液中にアルミ
ニウム箔を浸漬し、このアルミニウム箔に交流電流を印
加してエッチング処理する方法において、周波数６０Ｈ
ｚ以下でエッチングして電気二重層コンデンサ集電体用
アルミニウム箔を製造している。電気二重層コンデンサ
は、この製造に係る集電体用アルミニウム箔を電極とし
て用いている。電極活物質との密着性を高める等、電極
素材としての信頼性を高め、電気二重層コンデンサの電
気的特性を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層コンデ
ンサ集電体用アルミニウム箔の製造方法、電気二重層コ
ンデンサ集電体用アルミニウム箔及び電気二重層コンデ
ンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話、パーソナルコンピュータ、カ
メラ等の電子機器の小型化、軽量化に伴い、エネルギ効
率の高いコンデンサとして電気二重層コンデンサが実用
化され使用されている。

【０００３】この電気二重層コンデンサは、電極活物質
と電解液の界面に形成される電気二重層に電荷を蓄積す
る機能を有する。電極活物質には、比表面積の高い活性
炭、カーボンファイバー又はカーボンブラック等の炭素
材料が使用されている。また、電解液には有機系又は水
溶系の何れかが用いられている。そして、この電極活物
質に接触する集電体としては電気化学的に耐食性の高い
アルミニウム、チタン、タンタル等のバルブ金属類やス
テンレス等が使用されているが、アルミニウムは電解液
に侵され難く、支持体としての安定性や電気伝導性に優
れ、電気的抵抗値が小さく、コンデンサ素子の電気的効
率に悪影響を与えない、抵抗による発熱が少ない、しか
も、製造コストが低く、経済的である等の特徴を有す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電気二重層
コンデンサの電極を構成する集電体に用いられるアルミ
ニウム箔は、その表面に電極活物質やバインダのコーテ
ィング材が塗布されて電極が構成される。コーティング
材は、アルミニウム箔表面との密着性が低い場合には、
アルミニウム箔との接触抵抗値が大きくなり、充放電
時、電極活物質が剥離し、コンデンサの寿命等の電気的
な特性に影響を与えるおそれがある。

【０００５】このようなコーティング材の塗布によって
形成される膜の剥離防止には、圧着処理等の補充処理が
必要となり、また、その圧着処理が却って膜剥離の原因
になるという不都合があった。

【０００６】集電体用のアルミニウム箔を粗化する方法
として、特開平１１−１６２４７０号公報に示されるア
ルミナ粉によるブラスト法があるが、この方法による
と、粗化された表面が丸みを帯びていることからアルミ
ニウム箔と電極活物質との接着強度が低下する。また、
特開平１１−２８３８７１号公報に示されるエッチング
による粗化方法もあるが、最近の電気二重層コンデンサ
の高信頼性及び長寿命化に対応するために、安定した接
着強度を有する粗面化処理が施された集電体用アルミニ
ウム箔が求められている。

【０００７】そこで、本発明は、電極活物質との密着性
を高める等、電極素材としての信頼性を高めた電気二重
層コンデンサ集電体用アルミニウム箔の製造方法、電気
二重層コンデンサ集電体用アルミニウム箔及び電気的特
性が優れた電気二重層コンデンサを提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明の
電気二重層コンデンサ集電体用アルミニウム箔の製造方
法は、塩素イオンを含有する電解液中にアルミニウム箔
を浸漬し、このアルミニウム箔に交流電流を印加してエ
ッチング処理する方法において、周波数６０Ｈｚ以下で
エッチング処理することを特徴とする。即ち、塩素イオ
ンを含有する電解液中にアルミニウム箔を浸漬し、この
アルミニウム箔に交流電流を印加してエッチング処理す
る方法において、周波数を６０Ｈｚ以下にすると、アル
ミニウム箔の表面に適度な粗さが形成される。また、６
０Ｈｚ以上であるとアルミニウム箔の表面層が粗くなる
ため、塗膜が剥離したり接触抵抗が増大するおそれがあ
る。特に、表面粗さと強度のバランスから５０〜６０Ｈ
ｚが好ましい。

【０００９】そして、請求項２に係る電気二重層コンデ
ンサ集電体用アルミニウム箔の製造方法は、前記エッチ
ング処理工程の電気量が５０（Ａ・ｍｉｎ／ｄｍ²）以
下であることを特徴とする。即ち、エッチング処理工程
の電気量を５０（Ａ・ｍｉｎ／ｄｍ²）以下とすること
によりアルミニウム箔の表面に適度な粗さを形成し、強
度の低下も生じない。これに対し、５０（Ａ・ｍｉｎ／
ｄｍ²）を越えるとエッチングが過剰となるため表面層
が粗くなり、しかも、機械的強度の低下を生じる。その
ため、塗膜の剥離や後工程で箔が切断する等のおそれが
ある。特に、箔強度と表面粗さのバランスにより３０〜
４０（Ａ・ｍｉｎ／ｄｍ²）が好ましい。

【００１０】また、請求項３に係る本発明の電気二重層
コンデンサ集電体用アルミニウム箔は、塩素イオンを含
有する電解液中にアルミニウム箔を浸漬し、このアルミ
ニウム箔に交流を印加してエッチング処理して得られる
電気二重層コンデンサ集電体用アルミニウム箔であっ
て、少なくとも一方の面部における表面粗さとして平均
粗さＲａが０．３μｍ以上、１．０μｍ以下で、最大高
さＲｙが３．０μｍ以上、１５μｍ以下に設定すること
を特徴とする。

【００１１】このような表面粗さとすれば、電極活物質
等の塗布によって形成される膜との密着性を高めること
ができ、信頼性の高い電極素材としての集電体用アルミ
ニウム箔を構成することができる。

【００１２】そして、この集電体用アルミニウム箔にお
いて、その表面の平均粗さＲａが０．３μｍ未満の場
合、粗さが低いため、その表面上に塗布される電極活物
質からなる膜の密着性が低くなり、剥離強度が低下し、
接触抵抗が高くなる。また、平均粗さＲａが１．０μｍ
を越えた場合、アルミニウム箔の表面層の脆化を無視す
ることができない。即ち、機械的強度の低下である。ま
た、連続的な電極活物質等からなる膜の保持力が低下
し、しかも、後処理の圧着工程において、アルミニウム
箔の破断や膜剥離を生じさせるという不都合がある。

【００１３】また、最大高さＲｙが３μｍ未満の場合、
表面の粗面化による効果が期待できず、電極活物質の膜
との間の密着性が低下する。また、最大高さＲｙが１５
μｍを越えた場合、電極活物質の膜厚を均一化できな
い。即ち、電気二重層コンデンサの製品としての電気的
特性が不揃いになる。しかも、アルミニウム箔の機械的
強度が低下し、電極活物質の膜の塗布時、後処理の圧着
工程での破断や屈曲を起こし易い。

【００１４】また、請求項４に係る本発明の電気二重層
コンデンサ集電体用アルミニウム箔は、引張強度が４０
ＭＰａ以上に設定されたことを特徴とする。即ち、引張
強度が４０ＭＰａ未満の場合、エッチングにより粗面化
する場合、その応力に耐えることができず、他の製造工
程中にアルミニウム箔に破断や亀裂を生じるおそれがあ
る。

【００１５】また、請求項５に係る本発明の電気二重層
コンデンサ集電体用アルミニウム箔は、箔厚を２０μｍ
以上、１００μｍ以下に設定することを特徴とする。即
ち、箔厚が２０μｍ未満の場合、エッチングにより粗面
化する場合、その応力に耐えきれず、他の製造工程中に
アルミニウム箔に破断や亀裂を生じるおそれがある。ま
た、１００μｍを超える場合、体積、重量が増大する点
で不利であり、製造コストが高くなる。特に、箔強度と
表面粗さ及び使い勝手の点から３０μｍから６０μｍが
好ましい。

【００１６】また、請求項６に係る本発明の電気二重層
コンデンサ集電体用アルミニウム箔は、アルミニウムを
９９．８重量％以上、銅の含有量が０．００５重量％以
下、鉄、銅、シリコンの合計含有量が０．１重量％未満
である箔を用いることを特徴とする。即ち、アルミニウ
ム箔の組成は、アルミニウムが９９．８重量％以上、銅
の含有量が０．００５重量％以下の組成を持つアルミニ
ウム箔が好ましく、鉄、銅、シリコンの合計含有量は
０．１重量％未満である。

【００１７】即ち、アルミニウムの純度が低い程、ま
た、銅、鉄及びシリコンの合計含有量が多くなる程、電
気二重層コンデンサに用いた場合に、電解質による充放
電時におけるアルミニウムの腐食量が多くなるので、こ
れを防止する上から上記のような組成のアルミニウムが
用いられる。アルミニウムに含まれる、鉄、銅及びシリ
コンの含有量が多くなると、アルミニウムの腐食が著し
く、その結果、電極の寿命が低下し、電気的な特性を劣
化させる原因となる。また、上記アルミニウム箔は、軟
質箔、硬質箔のどちらも制限なく用いることができる。

【００１８】また、請求項７に係る本発明の電気二重層
コンデンサは、上記集電体用アルミニウム箔を備えてな
ることを特徴とする。即ち、上記アルミニウム箔は、電
極活物質との密着性を高めているとともに、機械的強度
に優れており、電極素材としての信頼性を高めているの
で、係る集電体用アルミニウム箔の使用により、電気的
な特性及び寿命特性に優れた電気二重層コンデンサを提
供することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の電気二重層コンデンサ集
電体用アルミニウム箔の製造方法は、電解液中で通電す
ることによりエッチング処理を行う。電解液には、例え
ば、塩素イオンを含有する電解液を使用し、この液中に
アルミニウム箔を浸漬する。この浸漬中、アルミニウム
箔に交流電流を印加し、エッチング処理を行う。そし
て、エッチング処理には、任意の周波数の交流電流を使
用できるが、例えば、周波数６０Ｈｚ以下の交流電流を
用いている。この交流電流の波形は、任意であり、直流
を含んでもよい。

【００２０】また、エッチング処理におけるアルミニウ
ム箔に通電する電気量は、電解液との関係から任意に設
定できるが、箔の引張強度等の関係から５０（Ａ・ｍｉ
ｎ／ｄｍ²）以下に設定する。

【００２１】また、本発明の電気二重層コンデンサ集電
体用アルミニウム箔は、塩素イオンを含有する電解液中
にアルミニウム箔を浸漬し、このアルミニウム箔に交流
を印加してエッチング処理して得られる電気二重層コン
デンサ集電体用アルミニウム箔であって、少なくとも一
方の面部の表面粗さとして平均粗さＲａが０．３μｍ以
上、１．０μｍ以下で、最大高さＲｙが３．０μｍ以
上、１５μｍ以下とすることが好ましいが、このような
表面粗さの設定は、アルミニウム箔の一方又はその他方
の面部の何れか、又は、双方の面部の何れでもよい。平
均粗さＲａが０．３μｍ以上、１．０μｍ以下、又は、
最大高さＲｙが３．０μｍ以上、１５μｍ以下の各範囲
は、電極活物質との密着性から設定されたものであり、
使用の限界を示したものではない。これらの条件は、何
れか一方が前記範囲を満足し、他方が範囲外となってい
る場合も使用可能である。

【００２２】また、集電体用アルミニウム箔の引張強度
も４０ＭＰａ以上であることが好ましいが、この条件を
設定する上で上記の表面粗さ又は最大高さの条件を必要
条件とするものではない。表面粗さ又は最大高さの条件
に応じて４０ＭＰａ以上の任意の引張強度を設定し、ま
た、表面粗さ又は最大高さの条件によっては４０ＭＰａ
以下の引張強度を設定してもよい。

【００２３】また、本発明の電気二重層コンデンサ集電
体用アルミニウム箔において、箔厚が２０μｍ以上、１
００μｍ以下であることが好ましいが、表面粗さ、最大
高さ又は引張強度との関係では、箔厚が２０μｍ以上、
１００μｍ以下の範囲で設定してもよく、この範囲外と
してもよい。

【００２４】また、この集電体用アルミニウム箔の組成
は、アルミニウムを主成分とし、鉄、銅又はシリコンを
選択的又は全部を含んで構成することができる。これら
金属組成又は各金属の含有量は任意に設定できるが、好
ましくは、アルミニウムを９９．８重量％以上、銅の含
有量を０．００５重量％以下、鉄、銅及びシリコンの合
計含有量を０．１重量％以下としている。

【００２５】そして、前記条件で製造された電気二重層
コンデンサ集電体用アルミニウム箔は、従前通りに電気
二重層コンデンサの集電体電極として使用し、このよう
なアルミニウム箔を電極に用いた電気二重層コンデンサ
では、電極活物質との密着性を高める等、電極素材とし
ての信頼性が高められ、長期間安定した性能を維持でき
る等、優れた電気的特性が実現できる。

【００２６】

【実施例】本発明の実施例及び比較例により本発明を具
体的に説明するが、これら実施例又は比較例に本発明が
限定されるものではない。

【００２７】実施例１〜３及び比較例１〜３は、本発明
における製造方法とその時のアルミニウム箔の表面粗
さ、強度とそれを用いて実際に電気二重層コンデンサの
電極を作成した場合について比較したものである。な
お、各アルミニウム箔の成分分析値はＩＣＰ発光分光分
析法によって分析された値を示す。

【００２８】（実施例１）アルミニウム純度が９９．９
重量％以上で、成分の分析値として銅が０．００３重量
％、鉄が０．０３重量％、シリコンが０．０３重量％、
厚みが５０μｍのアルミニウム箔を、塩酸１０ｗｔ％含
む酸性溶液で、５０℃にて交流電流が５０Ｈｚの正弦波
で５０（Ａ・ｍｉｎ／ｄｍ²）印加し、エッチング処理
を行い、両面を粗面化したアルミニウム箔を得た。

【００２９】（実施例２）アルミニウム純度が９９．８
５重量％以上で、成分の分析値として銅が０．００５重
量％、鉄が０．０４重量％、シリコンが０．０２重量
％、厚みが４０μｍのアルミニウム箔を、塩酸１０ｗｔ
％含む酸性溶液で、５０℃にて交流電流が６０Ｈｚの正
弦波で４０（Ａ・ｍｉｎ／ｄｍ²）印加し、エッチング
処理を行い、両面を粗面化したアルミニウム箔を得た。

【００３０】（実施例３）アルミニウム純度が９９．８
重量％以上で、成分の分析値として銅が０．００２重量
％、鉄が０．０４重量％、シリコンが０．０４重量％、
厚みが３０μｍのアルミニウム箔を、塩酸１０ｗｔ％含
む酸性溶液で、５０℃にて交流電流が５０Ｈｚの正弦波
で４０（Ａ・ｍｉｎ／ｄｍ²）印加し、エッチング処理
を行い、両面を粗面化したアルミニウム箔を得た。

【００３１】（比較例１）実施例１におけるエッチング
条件で、交流電流の周波数を８０Ｈｚに変更し、エッチ
ング処理を行い、両面を粗面化したアルミニウム箔を得
た。

【００３２】（比較例２）実施例２におけるエッチング
条件で、電気量を６０（Ａ・ｍｉｎ／ｄｍ²）に変更
し、エッチング処理を行い、両面を粗面化したアルミニ
ウム箔を得た。

【００３３】（比較例３）実施例３におけるエッチング
条件で、電気量を８０（Ａ・ｍｉｎ／ｄｍ²）に変更
し、エッチング処理を行い、両面を粗面化したアルミニ
ウム箔を得た。

【００３４】上述の実施例１〜３及び比較例１〜３で準
備したアルミニウム箔の組成、厚み、引張強度、表面処
理によって得られた箔の表面粗さ、即ち、表面粗度の測
定値として平均粗さＲａ及び最大高さＲｙとして示した
（表１）。

【００３５】その結果、比較例１では、周波数を上げる
と、箔強度は向上しているが、表面粗さの悪化が見ら
れ、また、比較例２、３では、電気量を上げると、箔強
度の低下が見られ、比較例３では、表面粗さの悪化も見
られる。

【００３６】また、以上のように形成された集電体用ア
ルミニウム箔を用いて以下に示す試験１、２を行うこと
により、機械的及び電気的な性能を確認した。

【００３７】（試験１）実施例１〜３及び比較例１〜３
で準備した各集電体用アルミニウム箔の表面に電気二重
層コンデンサの電極活物質を塗布加工した。電極活物質
の組成は、フェノール樹脂系活性炭（商品名：クラクチ
ブ１０クラレ）が１５重量％、ポリイミドが５重量％、
ＮＭＰ（Ｎメチルピロリドン）が８０重量％であった。
その後、塗膜を乾燥させた。このようにして、乾燥後の
厚みが２０μｍとなるように電気二重層コンデンサの電
極活物質の塗膜を各集電体用アルミニウム箔の表面に形
成した。その後、温度２００℃で２０分間、塗膜に焼成
処理を施した後、圧延ロールにより、約２０％の圧下を
加えて塗膜を各電極箔用素材の表面に圧着させた。この
ようにして圧延後の塗膜の密着性を観察した。

【００３８】（試験２）集電体用アルミニウム箔と電極
活物質の塗膜との間の接触抵抗値を測定した。接触抵抗
値の測定は、図１に示すように、黄銅製の第１及び第２
の電極２、４との間に試料として試験１で作製した集電
体６を例えば、荷重４．９Ｎで挟んだ状態でＡＢ点間を
電圧降下法により測定した。８は直流電源、１０は電流
計、１２は電圧計である。Ｄは電極２、４の直径で例え
ば２０ｍｍ、Ｌ₁は電極２、４の幅で例えば２０ｍｍ、
Ｌ₂は集電体６の表面から測定点Ａ、Ｂの距離で例えば
１０ｍｍとした。この測定は、接触抵抗のみを測定する
ものではないが、電極２、４や集電体６（試料）の体積
抵抗は無視し得る程度に小さく、電圧計１２の測定値を
接触抵抗値と見做した。

【００３９】これらの測定結果を表１に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】比較例１において、周波数を上げると、箔
強度は向上するものの、表面粗さが悪化することが分か
る。また、比較例２、３において、電気量を上げると、
箔強度の低下が見られ、比較例３では表面粗さの悪化が
見られる。

【００４２】さらに、実施例１〜３で準備したアルミニ
ウム箔は、圧延後においても活物質の塗膜の良好な密着
性を示し、また、塗膜との間の接触抵抗値も低い。これ
に対し、比較例１〜３は活物質の塗膜の密着性が悪く、
塗膜との接触抵抗も高い。

【００４３】また、比較例２、３では電極体の引張強度
が弱く、電極体の取扱中に電極体が切断する等して電気
二重層コンデンサを作製できなかった。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次の効果が得られる。ａ本発明の電気二重層コンデンサ集電体用アルミニウ
ム箔の製造方法によれば、安全かつ経済的な集電体用ア
ルミニウム箔を製造できる。ｂ本発明の電気二重層コンデンサ集電体用アルミニウ
ム箔によれば、電極活物質やバインダとの接着強度に優
れ、長期間安定した性能を実現できる。ｃ長期間安定した性能を維持できる等、電気的特性が
優れた電気二重層コンデンサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例として作成された集電体について、その
接触抵抗の測定方法の概略を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】塩素イオンを含有する電解液中にアルミ
ニウム箔を浸漬し、このアルミニウム箔に交流を印加し
てエッチング処理をする電気二重層コンデンサ集電体用
アルミニウム箔の製造方法であって、前記エッチング処
理に周波数６０Ｈｚ以下の交流電流を用いたことを特徴
とする電気二重層コンデンサ集電体用アルミニウム箔の
製造方法。
【請求項２】電気量が５０（Ａ・ｍｉｎ／ｄｍ²）以
下で前記エッチング処理を行うことを特徴とする請求項
１記載の電気二重層コンデンサ集電体用アルミニウム箔
の製造方法。
【請求項３】塩素イオンを含有する電解液中にアルミ
ニウム箔を浸漬し、このアルミニウム箔に交流を印加し
てエッチング処理して得られる電気二重層コンデンサ集
電体用アルミニウム箔であって、少なくとも一方の面部における表面粗さとして平均粗さ
Ｒａが０．３μｍ以上、１．０μｍ以下で、最大高さＲ
ｙが３．０μｍ以上、１５μｍ以下に設定することを特
徴とする電気二重層コンデンサ集電体用アルミニウム
箔。
【請求項４】引張強度が４０ＭＰａ以上に設定された
ことを特徴とする請求項３記載の電気二重層コンデンサ
集電体用アルミニウム箔。
【請求項５】箔厚を２０μｍ以上、１００μｍ以下に
設定することを特徴とする請求項３又は４記載の電気二
重層コンデンサ集電体用アルミニウム箔。
【請求項６】アルミニウムを９９．８重量％以上含
み、銅の含有量が０．００５重量％以下で、鉄、銅及び
シリコンの合計含有量が０．１重量％以下の組成を持つ
アルミニウム箔を用いたことを特徴とする請求項３、４
又は５記載の電気二重層コンデンサ集電体用アルミニウ
ム箔。
【請求項７】請求項１又は２記載の電気二重層コンデ
ンサ集電体用アルミニウム箔の製造方法で製造された電
気二重層コンデンサ集電体用アルミニウム箔、又は請求
項３ないし６記載の電気二重層コンデンサ集電体用アル
ミニウム箔を用いてなることを特徴とする電気二重層コ
ンデンサ。