JP2001307964A

JP2001307964A - キャパシタ用分極性電極の製造方法

Info

Publication number: JP2001307964A
Application number: JP2000123818A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Ono; 正大野; Toshihiko Nakagawa; 敏彦中川; Harunori Matsuoka; 晴紀松岡
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2001-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】十分な強度を有する特に厚みの薄い分極性電
極シートを、効率よく低コストで製造することができる
キャパシタ用分極性電極の製造方法を提供する。【解決手段】炭素微粉、導電性助剤及びバインダから
なる原料を混合、混練して混練物とした後、この混練物
をロールプレスで所定の厚さのシート状成形体とするこ
とによりキャパシタ用分極性電極を製造する方法であ
る。原料の湿式混合時に、液体潤滑剤として、アルコー
ル類、エーテル類、ケトン類等の有機化合物、あるいは
アルコール類、エーテル類、ケトン類等の有機化合物と
水との混合物を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャパシタ用分
極性電極の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】キャパシタは、ファラッド級の大容量
を有し、充放電サイクル特性にも優れることから、電子
機器のバックアップ電源や自動車をはじめとした各種輸
送機のバッテリーとして用いられている他、エネルギー
の有効利用の観点からは、夜間電力の貯蔵といった用途
での使用も検討されている。

【０００３】これらの各用途において、キャパシタに
要求される重要な特性は、エネルギー密度が高いこと及
び／又は出力密度が大きいことである。そこで、このよ
うな特性を実現する為に、キャパシタに用いられる分極
性電極の性能の向上や製造コストの低減が検討されてお
り、例えば、特開平４−６７６１０号公報には、活性炭
粉末とカーボンブラック及びバインダ（以下、「活性炭
粉末等」という。）を乾式で混練して得た材料を、ホッ
パーから並行ロール間に供給し、所定の厚みを有する分
極性電極を製造する方法が開示されている。

【０００４】ここで、特開平４−６７６１０号公報に
は、活性炭粉末等の原料を湿式で混合すると、カーボン
が浮遊する問題が生じ、また、添加する溶媒が電気化学
反応を引き起こすおそれがある為、コンデンサ寿命が短
くなり、好ましくない旨の記載がある。また、同号に開
示された原料粉末の混練方法によれば、同号の図４に示
されているように、活性炭粒子の表面がバインダの微粉
末で覆われた形態を有する材料が得られる旨の記載があ
る。

【０００５】確かに、活性炭粉末等からなるシート成
形体を得る為に、有機溶媒等を多く加えてスラリー状や
ペースト状とすることは、カーボンブラックを浮遊、分
離させるといった問題を生ずるおそれがあり、好ましい
ものではないが、活性炭粉末等の混練を効率的に行う為
に所定量の水、あるいは有機溶媒等を添加して用いるこ
とは、後の混練の効率を上げ、生産コストの低減に寄与
することができる。

【０００６】以上のことから、現在、キャパシタ用分
極性電極の製造方法では、湿式混合が行われており、安
価且つ防爆構造の生産設備を必要としない水が液体潤滑
剤として主に用いられてきた。

【０００７】しかしながら、水は、炭素微粉及び導電
性助剤に対する濡れ性が悪いため、水と、炭素微粉及び
導電性助剤とを馴染ませるのに時間がかかるという問題
点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このよう
な従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、湿式混合時に、炭素微粉及び導電
性助剤と、液体潤滑剤との濡れ性を向上させることがで
きるため、十分な強度を有する特に厚みの薄い分極性電
極シートを、効率よく低コストで製造することができる
キャパシタ用分極性電極の製造方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれ
ば、炭素微粉、導電性助剤及びバインダからなる原料を
混合、混練して混練物とした後、この混練物をロールプ
レスで所定の厚さのシート状成形体とすることによりキ
ャパシタ用分極性電極を製造する方法であって、前記原
料の湿式混合時に、液体潤滑剤として、アルコール類、
エーテル類、ケトン類等の有機化合物、あるいはアルコ
ール類、エーテル類、ケトン類等の有機化合物と水との
混合物を用いることを特徴とするキャパシタ用分極性電
極の製造方法が提供される。

【００１０】また、本発明によれば、炭素微粉、導電
性助剤及びバインダからなる原料の重量和１００重量部
に対して、５０〜３００重量部の液体潤滑剤を添加し、
且つ液体潤滑剤が、アルコール類、エーテル類、ケトン
類等の有機化合物と水との混合物でアルコール類、エー
テル類、ケトン類の混合割合が１〜１００重量％未満で
あることが好ましい。このとき、アルコール類、エーテ
ル類、ケトン類の混合割合は、１〜５０重量％であるこ
とがより好ましい。

【００１１】更に、本発明によれば、炭素微粉、導電
性助剤及びバインダからなる原料の重量和１００重量部
に対して、５０〜３００重量部の液体潤滑剤を添加し、
且つ液体潤滑剤が、アルコール類、エーテル類、ケトン
類等の有機化合物であることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のキャパシタ用分極性電
極の製造方法は、原料の湿式混合時に、液体潤滑剤とし
て、アルコール類、エーテル類、ケトン類等の有機化合
物、あるいはアルコール類、エーテル類、ケトン類等の
有機化合物と水との混合物を用いたことにある。これ
は、水と任意の割合で混合することができ、且つ炭素微
粉及び導電性助剤に対する濡れ性に優れたアルコール
類、エーテル類、ケトン類等の有機化合物単体、あるい
はアルコール類、エーテル類、ケトン類等の有機化合物
と水との混合物を用いることにより、炭素微粉及び導電
性助剤に対する濡れ性を向上させることができるため、
短時間の混合で容易に混和物を得ることができるからで
ある。以上のことから、本発明のキャパシタ用分極性電
極の製造方法は、十分な強度を有する特に厚みの薄い分
極性電極シートを、効率よく低コストで製造することが
できる。

【００１３】このとき、本発明では、炭素微粉、導電
性助剤及びバインダからなる原料の重量和１００重量部
に対して、５０〜３００重量部の液体潤滑剤を添加し、
且つ液体潤滑剤が、アルコール類、エーテル類、ケトン
類等の有機化合物と水との混合物で、アルコール類、エ
ーテル類、ケトン類の混合割合が１〜１００重量％未満
（より好ましくは、１〜５０重量％）であることが好ま
しい。これは、少なくとも１重量％以上のアルコール
類、エーテル類、ケトン類等の有機化合物を水に混合す
ることにより、炭素微粉及び導電性助剤と液体潤滑剤と
の濡れ性を向上させることができるからである。

【００１４】また、本発明では、炭素微粉、導電性助
剤及びバインダからなる原料の重量和１００重量部に対
して、５０〜３００重量部の液体潤滑剤を添加し、且つ
液体潤滑剤が、アルコール類、エーテル類、ケトン類等
の有機化合物であってもよい。

【００１５】尚、本発明で用いるアルコール類、エー
テル類、ケトン類等の有機化合物は、特に限定されない
が、例えば、イソプロピルアルコール、エタノール、メ
タノール等を適宜用いることができる。

【００１６】また、本発明で用いる水は、特に限定さ
れないが、蒸留水、精製水、純水等を適宜用いることが
できる。

【００１７】以下、本発明の実施の形態について詳細
に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定される
ものではない。本発明のキャパシタ用分極性電極（以
下、「分極性電極」という。）は、炭素微粉、導電性助
剤、バインダ（以下、「炭素微粉等」という。）を主成
分とする。炭素微粉としては、主に活性炭を用いるが、
それ以外にも、繊維状炭素、カーボンナノチューブ等も
用いることができる。導電性助剤には、代表的にはカー
ボンブラックが用いられる。活性炭は電気二重層の発現
に寄与する主材であり、その形態としては粉末状のもの
が好適に用いられ、その平均粒径は、５〜５０μｍであ
ることが好ましい。粉末の形態に制限はなく、球状、針
状、板状等種々の形態のものを用いることができる。

【００１８】カーボンブラックは、炭化水素の熱分解
又は酸化分解によって工業的に生産される不定形炭素で
あり、分極性電極の導電性を向上させ、内部抵抗の低減
に寄与する。また、バインダには、電解液に溶解せず、
かつ電気化学反応に対する耐久性に優れるものが用いら
れ、具体的には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレ
ン）をはじめとするフッ素樹脂が好適に用いられる。そ
の形態は多くの場合に略球状である。

【００１９】なお、ＰＴＦＥには、粉体状のものとデ
ィスパージョンのものとがあるが、粉体状のものはＰＴ
ＦＥの一次粒子を凝集させて二次粒子を形成しており、
ディスパージョンのものはＰＴＦＥの一次粒子を水に分
散させたものである。本発明においては、活性炭等の混
合に当たって水若しくは有機溶媒を活性炭等に添加する
ことから、ＰＴＦＥディスパージョンを用いると、ＰＴ
ＦＥの分散性が向上し、好ましい。

【００２０】本発明においては、上述した炭素微粉等
に、上述した液体潤滑剤（アルコール類、エーテル類、
ケトン類等の有機化合物、あるいはアルコール類、エー
テル類、ケトン類等の有機化合物と水との混合物）を添
加して湿式混合する。尚、上記湿式混合の手段は、特に
限定されるものではなく、また、バインダとしてＰＴＦ
Ｅディスパージョンを用いた場合、ディスパージョン中
の水分量は添加する水等の量に含まれる。

【００２１】なお、本発明における上記液体潤滑剤を
添加した湿式混合においては、活性炭等がスラリー状や
ペースト状となるまでの多量の液体潤滑剤が添加される
ことはなく、得られる混和物は粒状若しくは塊状であ
る。従って、カーボンブラックの遊離等は起こらず、ま
た、水、あるいはアルコール類、エーテル類、ケトン類
等の有機化合物は、混練後の乾燥によって容易に蒸発あ
るいは分解するため、充放電によって電気化学反応が引
き起こされることはほとんどなく、コンデンサ特性に悪
影響を与えるには至らない。

【００２２】得られた混和物は、次に、加熱及び加圧
下において剪断力を加えつつ混練される。混練にはニー
ダー等の混練機が好適に用いられるが、図１に示すよう
に、２本の回転刃２と混練される混和物３とが一定圧力
に維持されるように蓋４により閉塞された空間５で混練
処理を行う構造を有する混練機１を用いて行うことが好
ましい。

【００２３】この空間５内の圧力は、好ましくは９．
８０６６５×１０⁴Ｐａ（１ｋｇｆ／ｃｍ²）以上とする
ことが好ましいが、回転刃２の動力負荷や混練機１の耐
圧、処理時間等を考慮して適宜、適切な値に設定され
る。また、混和物３の加熱は混練装置に取り付けられた
ヒータを用いて行い、また混練による発熱を利用するこ
とができる。加熱・保持温度は、２０℃〜２００℃の範
囲内にあることが好ましく、特に１００℃以下に保持す
ることが、安全性や生産性等を考慮した場合に好まし
い。なお、必要に応じて、混練機には過度の加熱を防止
する為に冷却装置が取り付けられても構わない。

【００２４】この混練処理において、混和物に含まれ
るバインダは剪断力を受けて繊維状の形態に変化しつ
つ、活性炭の粒子どうしを結着させる。このバインダが
繊維化するとともに均質な混練物が得られる過程は、炭
素微粉等の混合を乾式で行った場合や、炭素微粉等を直
接に混練機に掛ける等した場合には、効率が悪く混練の
終了までに長時間を要し、また加熱条件や加圧条件を厳
しくしなければならない為に混練装置の劣化が進行し易
いといった種々の問題があった。

【００２５】しかし、本発明のように炭素微粉等の混
合の過程で適量の液体潤滑剤を添加することにより、混
練におけるバインダの繊維化の発端となる核が形成され
易くなり、その結果、加熱条件や加圧条件を穏やかなも
のとしつつ、しかも混練時間を短縮して、繊維化された
されたバインダによって炭素微粉、導電性助剤が結着さ
れた均質な混練物を得ることが可能となったものと考え
られる。

【００２６】ところで、本発明の分極性電極の製造方
法においては、炭素微粉に液体潤滑剤を添加後、導電性
助剤、バインダを混合するが、導電性助剤に液体潤滑剤
を添加後、炭素微粉、バインダを混合してもよい。ま
た、炭素微粉、導電助剤の混合物に液体潤滑剤を添加
後、バインダを混合してもよい。また、炭素微粉、導電
助剤、バインダを乾式で混合後、液体潤滑剤を添加して
もよい。

【００２７】混練と乾燥処理の両方が終了した後に得
られる塊状体は、粉砕処理されて並行ロールを用いてシ
ート状に成形される。塊状体の粉砕は、最大粒径が２ｍ
ｍ以下となるように粉砕することが、３００μｍ以下と
いった薄いシートを成形する上で好ましい。

【００２８】ここでの粉砕は、回転刃を利用した種々
の破砕ミルを用いて行うことができ、粉砕時に２ｍｍ以
下となった粉砕粒を篩い分け等の方法により逐次分離し
て得てもよく、また、粉砕処理に供した塊状体が全体的
に２ｍｍ以下となるまで粉砕しても構わない。

【００２９】並行ロールを用いたシート成形の概容は
図２に示した通りである。ホッパー１１から、前述した
塊状体の粉砕後の粉砕粒１２を所定量ほど、所定ギャッ
プに調整された並行ロール１３間に供給し、ロールギャ
ップとほぼ同等の厚みを有するシート１４を製造する。

【００３０】並行ロール１３の回転数は、製造するシ
ート１４の厚み並びに並行ロール１３の保持温度、ロー
ル径に依存して異なるが、ギャップ部分におけるロール
外表面での線速が、１ｃｍ／秒〜１５ｃｍ／秒の範囲と
することが好ましい。また、並行ロール１３は粉砕粒１
２におけるバインダの粘性を高めて、粉砕粒１２の結着
を促進させることを目的として、４０℃〜２５０℃の温
度範囲、好ましくは１００℃前後の温度に保持して用い
ることが好ましい。

【００３１】ところで、前述したように、ホッパー１
１から並行ロール１３へ供給される粉砕粒１２の粒径を
２ｍｍ以下としておくことにより、ロールギャップへの
粉砕粒１２の供給がスムーズに行えるようになる。ま
た、粉砕粒１２の変形も容易となり、厚みが３００μｍ
以下といった薄いシートを均一な厚みでしかも均質に成
形することができるようになり、好ましい。粉砕粒１２
の粒度調整を行わなかった場合には、ロールギャップ間
で詰まりを生じて均一なシートが得られ難くなる等の問
題を生じ、生産工程上、好ましいものではない。

【００３２】但し、上述したように、粉砕粒１２の粒
径を２ｍｍ以下とする粒径調整は、３００μｍよりも厚
いシートを成形する際に厳守しなければならない工程で
はない。つまり、薄いシートを成形する為には粒径の小
さい粒子を用いることが好ましく、逆に厚いシートを成
形する場合には粒径の大きい粒子のものを用いることが
できる。また、後述する実施例においては、連続的にシ
ートを成形する目的で並行ロールを用いたが、一軸プレ
スを用いて粉砕粒１２から分極性電極を成形することも
できる。

【００３３】得られたシート１４はそのまま或いは所
定形状に加工して、分極性電極シートとして用いること
ができる。なお、シート１４に圧延処理を施して、更に
所定厚みまで薄く加工することも好ましい。一方、３０
０μｍ以上の厚みを有する分極性電極が必要な場合に
は、並行ロールでシート状に成形した薄い分極性電極シ
ートを複数枚重ねて圧延処理を施し、一体のシートを作
製することもできる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する
が、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
活性炭（比表面積１４５０ｃｍ²／ｇ、タップ密度０．
５ｇ／ｃｍ³）１００重量部に対して純水に１０重量％
のイソプロピルアルコールを混合した水溶液を１００重
量部加え、ミキサーを用いて混合した。この混和物にカ
ーボンブラック１５重量部、及びフッ素樹脂１０重量部
を加え、ミキサーを用いて１０分間混合することで混和
物を得た。この混和物をニーダーを用いて圧力９．８０
６６５×１０⁴Ｐａ（１ｋｇ／ｃｍ²）、温度１００℃で
３０分間混練を行った。この混練物を１２０℃で１２時
間乾燥させた後でミキサーにより粒径２ｍｍ以下になる
ように粉砕した。この粉砕粒をギャップが２００μｍに
調整された並行ロール間に供給した。この時用いた並行
ロールは、ロール径φ２００ｍｍ、成形圧力３００ｋｇ
／ｃｍ²、温度１５０℃、成形時の回転数２．０ｒｐｍ
であった。得られたシート状成形体の平均厚みは約２０
０μｍ、密度は、０．７０ｇ／ｃｍ³であった。

【００３５】（考察）実施例では、湿式混合時に活性炭
と水溶液が分相しないため、１分間の混合で容易に混和
物を得る事ができた。一方、純水のみで活性炭を混合し
た場合、混和物を得るために少なくとも３０分間混合す
る必要があった。

【００３６】

【発明の効果】上述の通り、本発明のキャパシタ用分
極性電極の製造方法によれば、湿式混合時に、炭素微粉
及び導電性助剤と、液体潤滑剤との濡れ性を向上させる
ことができるため、十分な強度を有する特に厚みの薄い
分極性電極シートを、効率よく低コストで製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】混練装置の概容を示す説明図である。

【図２】シート成形の概容を示す説明図である。

【符号の説明】

１…混練機、２…回転刃、３…混和物、４…蓋、５…空
間、１１…ホッパー、１２…粉砕粒、１３…並行ロー
ル、１４…シート。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素微粉、導電性助剤及びバインダから
なる原料を混合、混練して混練物とした後、この混練物
をロールプレスで所定の厚さのシート状成形体とするこ
とによりキャパシタ用分極性電極を製造する方法であっ
て、前記原料の湿式混合時に、液体潤滑剤として、アルコー
ル類、エーテル類、ケトン類等の有機化合物、あるいは
アルコール類、エーテル類、ケトン類等の有機化合物と
水との混合物を用いることを特徴とするキャパシタ用分
極性電極の製造方法。
【請求項２】炭素微粉、導電性助剤及びバインダから
なる原料の重量和１００重量部に対して、５０〜３００
重量部の液体潤滑剤を添加し、且つ液体潤滑剤が、アル
コール類、エーテル類、ケトン類等の有機化合物と水と
の混合物で、アルコール類、エーテル類、ケトン類の混
合割合が１〜１００重量％未満である請求項１に記載の
キャパシタ用分極性電極の製造方法。
【請求項３】アルコール類、エーテル類、ケトン類の
混合割合が、１〜５０重量％である請求項２に記載のキ
ャパシタ用分極性電極の製造方法。
【請求項４】炭素微粉、導電性助剤及びバインダから
なる原料の重量和１００重量部に対して、５０〜３００
重量部の液体潤滑剤を添加し、且つ液体潤滑剤が、アル
コール類、エーテル類、ケトン類等の有機化合物である
請求項１に記載のキャパシタ用分極性電極の製造方法。