JP2005191070A

JP2005191070A - 電気化学キャパシタ用電極の製造方法及び電気化学キャパシタ用電極の製造装置

Info

Publication number: JP2005191070A
Application number: JP2003427269A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Katai; 一夫片井; Hideki Tanaka; 英樹田中; Takeshi Ichiki; 剛一木
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】電気化学キャパシタ用電極に含まれる分極性電極層の形成位置を高精度に制御する。
【解決手段】長さ方向に搬送される帯状の集電体１６上に、集電体１６の幅方向における少なくとも一方の端部に未塗布領域１６ａが残されるよう、所定幅の分極性電極層１８の塗膜Ｌ２を塗布する塗布工程と、集電体１６上における分極性電極層１８の塗布領域と未塗布領域１６ａとの境界位置を検出する検出工程とを備え、検出工程による検出結果に基づき、境界位置が所定の位置となるよう、塗布工程に対してフィードバック制御を行う。これにより、分極性電極層１８の形成位置を高精度に制御することが可能となることから、集電体１６の一部を引き出し電極として使用する場合であっても、組み立ての容易さを損なうことなく、できる限り大きな容量を確保することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気化学キャパシタ用電極の製造方法及び電気化学キャパシタ用電極の製造装置に関し、特に、分極性電極層の形成位置を高精度に制御可能な電気化学キャパシタ用電極の製造方法及び電気化学キャパシタ用電極の製造装置に関する。

電気二重層キャパシタをはじめとする電気化学キャパシタは、小型化、軽量化が容易に可能であるため、例えば、携帯機器（小型電子機器）等の電源のバックアップ用電源、電気自動車やハイブリッド車向けの補助電源等として期待されており、その性能向上のための様々な検討がなされている。電気化学キャパシタは、通常、集電体とその上に形成された分極性電極層を含む電極（電気化学キャパシタ用電極）によってセパレータを挟み込んだ積層した構造を有しており、電気自動車用電源のように大容量が要求される場合には、セパレータを介してこれら電極を多数積層した構造を採用すること一般的である（特許文献１、２参照）。

電気化学キャパシタの容量は、電極に含まれる分極性電極層の面積に大きく依存するために、電気化学キャパシタの容量を増大するためには分極性電極層の面積をできる限り広く設定することが好ましい。
特開２００１−２５０７４２号公報特開２００１−２８４１８４号公報

しかしながら、集電体の一部は引き出し電極等として使用されることがあり、この場合、分極性電極層の面積を広く設定しすぎると、引き出し電極として利用可能な面積が不足し、電気化学キャパシタの組み立てが困難となってしまう。したがって、組み立ての容易さを損なうことなく、できる限り大きな容量を確保するためには、集電体上における分極性電極層の形成位置を高精度に制御することが重要である。

一方、電気化学キャパシタに用いられている電極には、集電体と分極性電極層との密着強度を高めるため、これらの間に接着層であるアンダーコート層が設けられることがある。このようなアンダーコート層は、抵抗値の増大を防止すべく、導電性の高い材料が用いられることが一般的である。アンダーコート層は、集電体層と分極性電極層を接着するための層であることから、アンダーコート層を設ける領域は分極性電極層を設ける領域と同じか、これにより広く設定する必要がある。

しかしながら、分極性電極層に対してアンダーコート層を設ける領域が広すぎると、アンダーコート層の露出部分が大きくなり、その結果、隣り合う電極のアンダーコート層同士が接触したり、アンダーコート層と隣の集電体層とが接触し、ショート不良を招くおそれがあった。このような問題は、セパレータを介して電極を多数積層した構造を採用する場合、特に重要な問題となる。したがって、アンダーコート層を用いる場合、分極性電極層の形成位置はより高精度に制御する必要がある。

したがって、本発明の目的は、分極性電極層の形成位置を高精度に制御可能な電気化学キャパシタ用電極の製造方法及び電気化学キャパシタ用電極の製造装置を提供することである。

本発明による電気化学キャパシタ用電極の製造方法は、長さ方向に搬送される帯状の集電体上に、前記集電体の幅方向における少なくとも一方の端部に未塗布領域が残されるよう、所定幅の分極性電極層を塗布する塗布工程と、前記集電体上における前記分極性電極層の塗布領域と前記未塗布領域との境界位置を検出する検出工程とを備え、前記検出工程による検出結果に基づき、前記境界位置が所定の位置となるよう、前記塗布工程に対してフィードバック制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、境界位置が所定の位置となるよう塗布工程に対してフィードバック制御を行っていることから、分極性電極層の形成位置を高精度に制御することが可能となる。これにより、集電体の一部を引き出し電極として使用する場合であっても、組み立ての容易さを損なうことなく、できる限り大きな容量を確保することが可能となる。

また、前記塗布工程では、前記集電体の幅方向における両方の端部に未塗布領域が残されるよう前記分極性電極層を塗布し、前記フィードバック制御によりこれら両方の未塗布領域の幅を実質的に一致させることが好ましい。これによれば、両方の未塗布領域を引き出し電極として使用可能に集電体と分極性電極層の積層体を打ち抜いた場合でも、取り出した電気化学キャパシタ用電極の各引き出し電極の幅を実質的に一定とすることが可能となる。

本発明による電気化学キャパシタ用電極の製造装置は、帯状の集電体を長さ方向に搬送する搬送手段と、前記集電体の幅方向における少なくとも一方の端部に未塗布領域が残されるよう、前記集電体上に所定幅の分極性電極層を塗布する電極塗布手段と、前記集電体上における前記分極性電極層の塗布領域と前記未塗布領域との境界位置を検出する検出手段と、前記電極塗布手段を前記集電体の幅方向に駆動する駆動手段と、前記検出手段による前記境界位置の検出結果に基づいて、前記駆動手段をフィードバック制御する制御手段とを備えることを特徴とする。本発明においても、境界位置が所定の位置となるよう電極塗布手段を駆動する駆動手段に対してフィードバック制御を行っていることから、分極性電極層の形成位置を高精度に制御することが可能となる。

また、前記電極塗布手段は、前記集電体の幅方向における両方の端部に未塗布領域が残されるよう、前記集電体上に前記分極性電極層を塗布することが好ましい。これによれば、両方の未塗布領域を引き出し電極として使用可能に集電体と分極性電極層の積層体を打ち抜くことが可能となる。

また、本発明による電気化学キャパシタ用電極の製造装置は、前記電極塗布手段の上流側に設けられ、前記集電体の幅方向における少なくとも一方の端部にアンダーコート層の未塗布領域が残されるよう、前記集電体上に所定幅のアンダーコート層を塗布するアンダーコート塗布手段をさらに備えることが好ましく、前記集電体上における前記アンダーコート層の塗布領域と前記アンダーコート層の前記未塗布領域との境界位置を検出する他の検出手段と、前記アンダーコート塗布手段を前記集電体の幅方向に駆動する他の駆動手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記他の検出手段による前記境界位置の検出結果に基づいて、前記他の駆動手段をフィードバック制御することがよりに好ましい。この場合、前記電極塗布手段は、前記アンダーコート層の未塗布領域に前記分極性電極層を塗布することなく、前記アンダーコート層の塗布領域上に前記分極性電極層を塗布することが好ましい。これによれば、分極性電極層とアンダーコート層との位置関係についても高精度に制御することができることから、分極性電極層に剥がれが生じたり、アンダーコート層を介してショート不良が発生することもなくなる。

このように、本発明によれば、検出された境界位置に基づき分極性電極層の形成位置をフィードバック制御していることから、分極性電極層の形成位置を高精度に制御することが可能となる。これにより、集電体の一部を引き出し電極として使用する場合であっても、組み立ての容易さを損なうことなく、できる限り大きな容量を確保することが可能となる。また、アンダーコート層を用いる場合には、分極性電極層に剥がれが生じたり、アンダーコート層を介してショート不良が発生することがなくなる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態による電気化学キャパシタ用電極の製造装置の構造を示す概略図である。

図１に示すように、本実施形態による電気化学キャパシタ用電極の製造装置１００は、帯状の集電体１６が巻回された供給ロール１０１と、所定の速度で回転することによって集電体１６と分極性電極層１８の積層体２０を巻回する巻き取りロール１０２と、供給ロール１０１と巻き取りロール１０２との間にこの順に設けられた塗布部１１０、乾燥部１２０及びロールプレス部１３０とを備えている。このように、本実施形態による電気化学キャパシタ用電極の製造装置１００では、塗布部１１０、乾燥部１２０、ロールプレス部１３０が上流（供給ロール１０１）から下流（巻き取りロール１０２）へと順に配置された構成を有している。また、塗布部１１０と乾燥部１２０との間にはＣＣＤセンサ等の光学センサ（検出手段）１４０が設けられており、光学センサ１４０の出力信号１４１は制御部（制御手段）１５０へと供給される。さらに、電気化学キャパシタ用電極の製造装置１００には、塗布部１１０による塗膜Ｌ２の幅方向における形成位置を調節する駆動部（駆動手段）１６０が設けられており、駆動部１６０の動作は制御部１５０からの出力信号１５１によって制御される。後述するが、「塗膜Ｌ２」とは、分極性電極層１８の元となる未乾燥の膜であり、本明細書及び特許請求の範囲においては、未乾燥の塗膜と乾燥後の塗膜（分極性電極層）を区別することなく、単に「分極性電極層」と呼ぶことがある。

以下、電気化学キャパシタ用電極の製造装置１００を構成する各要素について詳細に説明する。

塗布部１１０は、分極性電極層１８の材料である塗布液Ｌ１を集電体１６の面上に塗布するための部分であり、「塗布工程」を行うための部分である。塗布部１１０は、バックアップロール１１１と、バックアップロール１１１によって湾曲した集電体１６の表面に塗布液Ｌ１を塗布するナイフコータ（電極塗布手段）１１２とを備えている。図１に示すように、供給ロール１０１より供給された集電体１６は、ガイドロール１０３及びテンションロール１０４を経由して塗布部１１０へと搬送され、これにより、集電体１６の一方の面上には分極性電極層１８の元となる塗膜Ｌ２が形成される。本実施形態において、供給ロール１０１、巻き取りロール１０２、ガイドロール１０３及びテンションロール１０４は集電体１６の「搬送手段」を構成している。

ここで、集電体１６は、分極性電極層１８への電荷の移動を十分に行うことができる良導体であればその材料としては特に制限されず、公知の電気化学キャパシタ用電極に用いられる集電体材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。集電体１６の厚さについても特に限定されないが、電気化学キャパシタをより小型化するためには、機械的強度が十分に確保される限度においてできる限り薄く設定することが好ましい。具体的には、集電体１６の材料としてアルミニウム（Ａｌ）を用いた場合、その厚さを２０μｍ以上、５０μｍ以下に設定することが好ましく、２０μｍ以上、３０μｍ以下に設定することがより好ましい。アルミニウム（Ａｌ）からなる集電体１６の厚さをこの範囲に設定すれば、十分な機械的強度を確保しつつ、電気化学キャパシタの小型化を達成することが可能となる。

また、塗布液Ｌ１は、分極性電極層１８の材料となる液であり、次の方法により調整することができる。まず、図２に示すように、撹拌部ＳＢ１を備える混合装置Ｃ１中に、多孔体粒子Ｐ１、バインダーＰ２、液体Ｓ１及び必要に応じて導電助剤Ｐ３を投入し、撹拌する。

多孔体粒子Ｐ１は、電荷の蓄電と放電に寄与する電子伝導性を有する多孔体粒子であれば特に制限はなく、例えば、粒状又は繊維状の賦活処理済みの活性炭等が挙げられる。これら活性炭としては、フェノール系活性炭や、椰子ガラ活性炭等を用いることができる。この多孔体粒子の平均粒径は、好ましくは３〜２０μｍであり、窒素吸着等温線からＢＥＴ等温吸着式を用いて求められるＢＥＴ比表面積は、好ましくは１５００ｍ^２／ｇ以上、より好ましくは２０００〜２５００ｍ^２／ｇである。このような多孔体粒子を用いれば、高い体積容量を得ることが可能となる。

また、バインダーＰ２は、多孔体粒子Ｐ１を結着可能なバインダーであれば特に制限されず、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素ゴム等を用いることができる。これらの中でも、フッ素ゴムを用いることが特に好ましい。これは、フッ素ゴムを用いれば少ない含有量であっても多孔体粒子Ｐ１を十分に結着することが可能となり、これにより分極性電極層１８の塗膜強度が向上するとともに、二重層界面の大きさが向上し、体積容量を向上させることができるからである。

フッ素ゴムとしては、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＭＶＥ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等が挙げられるが、ＶＤＦ、ＨＦＰ及びＴＦＥからなる群から選択される少なくとも二種が共重合してなるフッ素ゴムが好ましく、密着性や耐薬品性がより向上する傾向があることから、上記群の三種が共重合してなるＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴムが特に好ましい。

更に、導電助剤Ｐ３は、集電体１６と分極性電極層１８との間での電荷の移動を十分に進行させることが可能な電子伝導性を有するものであれば特に制限はなく、例えば、カーボンブラック等が挙げられる。

上記カーボンブラックとしては、例えば、アセチレンブラック、ケッフェンブラック、ファーネスブラック等が挙げられるが、本発明においてはアセチレンブラックが好ましく用いられる。カーボンブラックの平均粒径としては、好ましくは２５〜５０ｎｍであり、ＢＥＴ比表面積としては、好ましくは５０ｍ^２／ｇ以上、より好ましくは５０〜１４０ｍ^２／ｇである。

液体Ｓ１は、バインダーＰ２を溶解又は分散可能なものであれば特に制限はなく、例えば、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）やメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）等のケトン系溶剤等を用いることができる。また、塗布液Ｌ１における液体Ｓ１の配合量は、塗布液Ｌ１中の固形分全量１００質量部に対して２００〜４００質量部とすることが好ましい。

塗布液Ｌ１における多孔体粒子Ｐ１の含有量は、分極性電極層１８を形成した後における多孔体粒子Ｐ１の含有量が、分極性電極層１８全量を基準として８４〜９２質量％となるよう設定することが好ましい。また、バインダーＰ２の含有量は、分極性電極層１８を形成した後におけるバインダーＰ２の含有量が、分極性電極層１８全量を基準として６．５〜１６質量％となるよう設定することが好ましい。特に、分極性電極層１８の形成後において、分極性電極層１８全量を基準として、多孔体粒子Ｐ１が８４〜９２質量％、バインダーＰ２が６．５〜１６質量％、導電助剤Ｐ３が０〜１．５質量％となるよう設定することが好ましい。

塗布液Ｌ１の調製は、混練操作及び／又は希釈混合操作を含むことが好ましい。ここで「混練」とは、液が比較的高粘度の状態で撹拌することにより材料を練り合わせることを意味し、「希釈混合」とは混練された液にさらに溶剤等を添加して比較的低粘度の状態で混ぜ合わせることを意味する。これら操作の時間や操作時の温度としては特に制限されないが、均一な分散状態とする点で、混練時間は３０分〜２時間程度、混練時の温度は４０〜８０℃程度とすることが好ましく、希釈混合時間は１〜５時間程度、希釈混合時の温度は２０〜５０℃程度とすることが好ましい。

乾燥部１２０は、塗膜Ｌ２に含まれる液体Ｓ１を除去するための部分である。本実施形態による電気化学キャパシタ用電極の製造装置１００では、集電体１６を挟むように配置された２つの乾燥機１２１、１２２によって構成されており、これら乾燥機１２１、１２２による加熱によって塗膜Ｌ２に含まれる液体Ｓ１が除去され、分極性電極層１８となる。これにより、集電体１６の面上に分極性電極層１８が形成された状態となる。但し、この状態では分極性電極層１８の密度は低く、このままの状態では高い体積容量を得ることはできない。

ロールプレス部１３０は、分極性電極層１８の体積容量を高めるべくこれを圧縮するための部分である。本実施形態による電気化学キャパシタ用電極の製造装置１００では、分極性電極層１８側に配置された第１のローラ１３１と集電体１６側に配置された第２のローラ１３２を備え、これらローラ１３１、１３２によって積層体２０をロールプレスし、積層体２０に含まれる分極性電極層１８を圧縮する。特に限定されるものではないが、分極性電極層１８側に配置された第１のローラ１３１の表面に凹凸パターンを設けておけば、ロールプレス部１３０を通過した分極性電極層１８の表面には凹凸パターンが転写され、これにより分極性電極層１８を効果的に圧縮することが可能となる。

このようなロールプレスが完了した積層体２０は、巻き取りロール１０２に巻回される。

図３は、塗布部１１０近傍を拡大して示す略斜視図である。

図３に示すように、塗布部１１０に含まれるナイフコータ１１２は、長さ方向Ｄ１に搬送される帯状の集電体１６上に、集電体１６の幅方向における両方の端部に未塗布領域１６ａが残されるよう、分極性電極層１８の元となる所定幅の塗膜Ｌ２を形成する。つまり、集電体１６の幅をＷ１とし、塗膜Ｌ２の幅をＷ２とした場合、これらの関係は
Ｗ１＞Ｗ２
に設定され、これにより、塗布部１１０を通過した集電体１６上には、未塗布領域１６ａを残して略中央部分に塗膜Ｌ２が形成されることになる。

このとき、塗布部１１０の下流側に配置された光学センサ１４０は、塗膜Ｌ２と一方の未塗布領域１６ａの境界位置を検出しており、検出結果を示す出力信号１４１は、上述の通り制御部１５０へと供給される。光学センサ１４０によるこのような境界検出動作を「検出工程」と呼ぶことがある。

光学センサ１４０からの出力信号１４１を受けた制御部１５０は、出力信号１４１に基づき出力信号１５１を生成することによって駆動部１６０を制御し、これにより上記境界位置が予め定められた所定の位置となるようフィードバックする。つまり、上記境界位置が予め定められた所定の位置よりも図３に示す方向Ｒにずれている場合には、駆動部１６０によってナイフコータ１１２の位置を上記方向Ｒとは１８０°反対の方向Ｌにずらし、逆に、上記境界位置が予め定められた所定の位置よりも図３に示す方向Ｌにずれている場合には、駆動部１６０によってナイフコータ１１２の位置を方向Ｒにずらす。これによって、上記境界位置は予め定められた所定の位置に実質的に固定される。

このようなフィードバック制御は、リアルタイムに行うことが最も好ましいが、周期的に行うことも可能である。フィードバック制御を周期的に行う場合には、集電体１６の搬送速度等を考慮して制御周期を決定することが好ましく、例えば、集電体１６が長さ方向に約１ｍ搬送されるたびにフィードバック制御が行われるよう設定すればよい。

以上により、分極性電極層１８の元となる塗膜Ｌ２の形成位置が高精度に制御されることから、未塗布領域１６ａの幅は所望の値に実質的に固定されることになる。ここで、集電体１６の幅Ｗ１や塗膜Ｌ２の幅Ｗ２は予め決まった値を有していることから、未塗布領域１６ａの幅をＷ３とした場合、
Ｗ３＝（Ｗ１−Ｗ２）／２
となるようフィードバック制御すれば、両方の未塗布領域１６ａの幅を実質的に一致させることが可能となる。

そして、図４（ａ）に示すように、巻き取りロール１０２に巻回された積層体２０を所定の大きさに切断し、図４（ｂ）に示すように、作製する電気化学キャパシタのスケールに合わせて積層体２０を打ち抜けば、図４（ｃ）に示すように電気化学キャパシタ用電極１０が完成する。このとき、図４（ｃ）に示すように分極性電極層１８に覆われていない集電体１６の一部を同時に取り出せば、これを引き出し電極１２として利用することが可能となる。

ここで本実施形態によれば、フィードバック制御により分極性電極層１８の形成位置が高精度に制御され、未塗布領域１６ａの幅Ｗ３が実質的に固定されていることから、これに対応する引き出し電極１２の長さについても所望の値とすることが可能となる。

そして、図５に示すように作製した電気化学キャパシタ用電極１０を少なくとも２枚用意し、分極性電極層１８が向き合うよう、これら２枚の電気化学キャパシタ用電極１０によってセパレータ４０を挟んだ後、図示しないケースに収容し、ケース内に電解質溶液を充填すれば、電気化学キャパシタが完成する。

セパレータ４０としては、絶縁性の多孔体から形成されていることが好ましく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種の構成材料からなる繊維不織布等を用いることができる。

また電解質溶液としては、公知の電気二重層キャパシタ等の電気化学キャパシタに用いられている電解質溶液（電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液）を使用することができる。ただし、電気化学キャパシタが電気二重層キャパシタである場合、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いためキャパシタの耐用電圧が低く制限されるので、有機溶媒を使用する電解質溶液（非水電解質溶液）であることが好ましい。具体的な電解質溶液の種類は特に限定されないが、溶質の溶解度、解離度、液の粘性を考慮して選択することが好ましく、高導電率でかつ高電位窓（分解開始電圧が高い）の電解質溶液であることが特に望ましい。代表的な例としては、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレイトのような４級アンモニウム塩を、プロピレンカーボネート、ジエチレンカーボネイト、アセトニトリル等の有機溶媒に溶解したものが使用される。なお、この場合、混入水分を厳重に管理する必要がある。

以上説明したように、本実施形態による電気化学キャパシタ用電極の製造装置１００では、分極性電極層１８の元となる塗膜Ｌ２と一方の未塗布領域１６ａの境界位置を光学センサ１４０によって検出し、これに基づきナイフコータ１１２の幅方向における位置をフィードバック制御していることから、分極性電極層１８の形成位置を高精度に制御することが可能となる。これにより、集電体１６の一部を引き出し電極１２として使用する場合であっても、組み立ての容易さを損なうことなく、できる限り大きな容量を確保することが可能となる。

尚、分極性電極層１８の形成位置は、フィードバック制御によって供給ロール１０１の位置を幅方向に動かすことにより、集電体１６自体の位置を変化させることによって制御することも可能である。しかしながら、供給ロール１０１と塗布部１１０までの距離を極端に短くすることは困難であり、このため、集電体１６自体の位置を変化させようとすると、光学センサ１４０からの出力信号１４１に対するレスポンスが非常に悪くなってしまう。これに対し、本発明では、集電体１６ではなく、分極性電極層１８を形成するためのナイフコータ１１２を幅方向に動かしていることから、光学センサ１４０からの出力信号１４１に対するレスポンスが良く、このため、集電体１６の搬送速度が速い場合であっても分極性電極層１８の形成位置を高精度に制御することが可能となる。

また、フィードバック制御により両方の未塗布領域１６ａの幅を実質的に一致させれば、図６に示すように、両方の未塗布領域１６ａを引き出し電極１２として使用可能に積層体２０を打ち抜いた場合でも、取り出した電気化学キャパシタ用電極１０の各引き出し電極１２の幅を実質的に一定とすることが可能となる。

尚、本発明による効果は、集電体１６と分極性電極層１８との間に接着層であるアンダーコート層を設ける場合において特に顕著となる。アンダーコート層の材料としては、抵抗値の増大を防止すべく導電性の高い材料を用いることが好ましく、例えば、導電性粒子と、該導電性粒子を結着可能なバインダーによって構成することができる。導電性粒子としては、電子伝導性を有する炭素材料等からなる粒子が挙げられ、具体的な炭素材料としては、カーボンブラックやグラファイト等が挙げらる。

カーボンブラックとしては、例えば、アセチレンブラック、ケッフェンブラック、ファーネスブラック等が挙げられ、中でも、アセチレンブラックが好ましく用いられる。カーボンブラックの平均粒径としては、好ましくは２５〜５０ｎｍであり、ＢＥＴ比表面積としては、好ましくは５０ｍ^２／ｇ以上、より好ましくは５０〜１４０ｍ^２／ｇである。

また、グラファイトとしては、例えば、天然グラファイト、人造グラファイト、膨張グラファイト等が挙げられ、特に人造グラファイトが好ましく用いられる。また、グラファイトの平均粒径としては、好ましくは４〜６μｍであり、ＢＥＴ比表面積としては、好ましくは１０ｍ²／ｇ以上、より好ましくは１５〜３０ｍ²／ｇである。このようなグラファイトを用いることによって、アンダーコート層に優れた電子伝導性を付与することが可能となり、内部抵抗が十分に低減される傾向がある。

一方、バインダーとしては、分極性電極層１８に含有されるバインダーと同様、導電性粒子を結着可能な材料であれば特に制限されず、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素ゴム等を用いることができる。これらの中でも、フッ素ゴムを用いることが特に好ましい。これは、フッ素ゴムを用いれば少ない含有量であっても導電性粒子を十分に結着することが可能となり、さらに、集電体１６と分極性電極層１８との物理的及び電気的な密着性が向上するからである。フッ素ゴムとしては、分極性電極層１８に含有されるバインダーとして好ましく挙げた上記材料を用いることができる。

アンダーコート層を設ける場合、模式図である図７に示すように、帯状の集電体１６を長さ方向Ｄ１に搬送しながら、上流側に位置するナイフコータ（アンダーコート塗布手段）１７０によってアンダーコート層用の塗布液を塗布することによりアンダーコート層１７を形成し、続いて、下流側に位置するナイフコータ（電極塗布手段）１１２によって分極性電極層１８用の塗布液を塗布することにより、アンダーコート層１７上に分極性電極層１８を形成する。尚、図７ではそれぞれの塗膜を乾燥させる乾燥部は省略してある。アンダーコート層用の塗布液は、アンダーコート層の材料である導電性粒子及びバインダーを上述した液体Ｓ１中で撹拌することによって調製することができる。アンダーコート層用の塗布液の調製においても、混練操作及び／又は希釈混合操作を含むことが好ましい。

このような装置において、アンダーコート層１７の塗布領域と未塗布領域の境界を光学センサ（検出手段）１８０によって検出し、これに基づくフィードバック制御により、駆動部（駆動手段）１９０を用いて塗布部１７０の幅方向における位置を制御するとともに、分極性電極層１８の塗布領域と未塗布領域の境界を光学センサ１４０によって検出し、これに基づくフィードバック制御により、駆動部１６０を用いて塗布部１１０の幅方向における位置を制御すれば、アンダーコート層１７及び分極性電極層１８の塗布位置をそれぞれ高精度に制御することが可能となる。

ここで、アンダーコート層１７を形成する塗布部１７０の塗布幅Ｗ４と、分極性電極層１８を形成する塗布部１１０の塗布幅Ｗ２は、
Ｗ４≧Ｗ２
である必要があり、また、塗布時における位置調整の精度を考慮すれば、
Ｗ４＞Ｗ２
とすることが好ましい。これは、Ｗ４＜Ｗ２であると、積層体の一方の端部１７ａ又は他方の端部１７ｂにおいて必ず分極性電極層１８がアンダーコート層１７からはみ出してしまうからであり、また、Ｗ４＝Ｗ２であると、アンダーコート層１７と分極性電極層１８の形成位置が完全に一致しない限り、いずれかの端部１７ａ，１７ｂにおいて分極性電極層１８がはみ出すからである。

但し、塗布部１７０の塗布幅Ｗ４と塗布部１１０の塗布幅Ｗ２との差は、
Ｗ４−Ｗ２≦１．０ｍｍ
であることが好ましく、
Ｗ４−Ｗ２≦０．５ｍｍ
であることがより好ましい。これは、Ｗ４−Ｗ２≦１．０ｍｍに設定すれば、アンダーコート層１７の露出幅を少なくとも一方の端部１７ａ，１７ｂについて０．５ｍｍ以下とすることができるからであり、Ｗ４−Ｗ２≦０．５ｍｍに設定すれば、アンダーコート層１７の露出幅を両方の端部１７ａ，１７ｂについて０．５ｍｍ以下とすることができるからである。

アンダーコート層１７の露出幅を０．５ｍｍ以下とすることが好ましいのは、露出幅が０．５ｍｍを超えると分極性電極層１８の面積が必要以上に減少し、その結果、容量が減少するためである。これに対し、本発明によるフィードバック制御を行えば露出幅を０．５ｍｍ以下に設定することは十分に可能であり、これにより高い容量を確保することが可能となる。

尚、アンダーコート層１７を形成する際のアンダーコート層未塗布領域の幅Ｗ５と、集電体１６の幅Ｗ１及びアンダーコート層１７の塗布幅Ｗ４との関係については、上述した塗膜Ｌ２の形成におけるフィードバック制御と同様に、
Ｗ５＝（Ｗ１−Ｗ４）／２
として幅方向両端のアンダーコート層未塗布領域の幅Ｗ５を実質的に一致させることが好ましい。

このようにして、帯状の集電体１６の表面にアンダーコート層１７及び分極性電極層１８を重ねて形成した後、図８に示す一点鎖線１９に沿ってこれを切断すれば、電気化学キャパシタ用電極が完成する。そして、図９に示すように、このような電気化学キャパシタ用電極３０を２つ用意し、これらによってセパレータ４０を挟んだ後、図示しないケースに収容しケース内に電解質溶液を充填すれば、引き出し電極３２を端子とする電気化学キャパシタが完成する。

図１０は、セパレータ４０を挟んで上記電気化学キャパシタ用電極３０を積層した状態を示す部分断面図である。

図１０に示すように、本実施形態によれば、分極性電極層１８の端部とアンダーコート層１７の端部との距離を「ａ１」とし、分極性電極層１８の端部とセパレータ４０の端部との距離を「ａ２」とした場合、ａ１の値を非常に小さく（好ましくは０．５ｍｍ以下）に設定することができることから、容易に
０≦ａ１＜ａ２
とすることが可能となる。

ここで、ａ１の値はアンダーコート層１７の端部が分極性電極層１８の端部よりも外側に位置している場合（図１０に示す状態）に正の値をとり、ａ２の値は、セパレータ４０の端部が分極性電極層１８の端部よりも外側に位置している場合（図１０に示す状態）に正の値をとる。

したがって、アンダーコート層１７の端部は、それぞれ対応する分極性電極層１８の端部と同じか外側に位置し、且つ、いずれもセパレータ４０の端部よりも内側に位置することになる。これにより、分極性電極層１８の下部には必ずアンダーコート層１７がそれぞれ存在することから、分極性電極層１８に剥がれが生じることはない。しかも、上下のアンダーコート層１７間には必ずセパレータ４０が介在することから、アンダーコート層同士が接触したり、一方の電極のアンダーコート層１７と他方の電極の集電体１６とが接触することもない。

このように、集電体１６と分極性電極層１８との間にアンダーコート層１７を設ける場合において、これらアンダーコート層１７及び分極性電極層１８をフィードバック制御しながら塗布位置を制御すれば、上記実施形態による効果に加え、アンダーコート層１７によるショート不良の発生を効果的に防止することも可能となる。

さらに、本発明による電気化学キャパシタ用電極の製造装置を用いれば、図１１に示す電気化学キャパシタのように、集電体１６の両面にアンダーコート層１７及び分極性電極層１８が形成された電極を作製する場合においても、上下のアンダーコート層１７及び分極性電極層１８の位置合わせを正確に行うことができ、その結果、十分な容量を確保しつつ、ショート不良の発生を効果的に防止することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、分極性電極層の元となる塗膜の形成にナイフコート法を用いているが、幅方向における位置制御が可能である限り、エクストルージョンラミネーション法、ドクターブレード法、グラビアコート法、リバースコート法、アプリケーターコート法、スクリーン印刷法、ダイコート法等、他の方法を用いることも可能である。

また、上記実施形態では、図３に示したように集電体１６の幅方向における両方の端部に未塗布領域１６ａが残されるよう、分極性電極層１８の元となる所定幅の塗膜Ｌ２を形成しているが、集電体１６の両方の端部に未塗布領域１６ａを形成することは必須でなく、少なくとも一方の端部に未塗布領域１６ａを形成すれば足りる。一方の端部にのみ未塗布領域１６ａを形成した場合、光学センサ１４０は、当該端部における境界位置を検出すればよい。

さらに、本発明による電気化学キャパシタ用電極の製造装置は、図１に示した装置のように、塗布部１１０、乾燥部１２０及びロールプレス部１３０が連続的且つ一体的に配置された構成である必要はなく、上記の順が確保される限り、２以上の装置の集合体であっても構わない。例えば、乾燥部１２０を通過したシート状の集電体１６を一旦巻き取り、ロールプレス部を備える別の装置によってロールプレスしても構わない。

また、図１に示す装置を用いてまずアンダーコート層１７を形成し、一旦ロール状に巻き取った後、同じ装置を用いてアンダーコート層１７上に塗膜Ｌ２を形成しても構わない。この場合も、塗布幅Ｗ２及びＷ４、未塗布領域幅Ｗ３及びＷ５を上記実施形態のように制御すればよい。さらに、塗布後のロールプレスを上記のように別の装置によって行っても構わない。

尚、本発明により製造される電気化学キャパシタ用電極は、電気二重層キャパシタ用の電極として用いることができる他、擬似容量キャパシタ、シュードキャパシタ、レドックスキャパシタ等の種々の電気化学キャパシタ用の電極として利用することが可能である。

本発明の好ましい実施形態による電気化学キャパシタ用電極の製造装置１００の構造を示す概略図である。塗布液Ｌ１の調製方法を説明するための模式図である。塗布部１１０近傍を拡大して示す略斜視図である。積層体２０から電気化学キャパシタ用電極１０を切り出す方法を説明するための図であり、（ａ）は所定の大きさに切断された積層体２０の略平面図であり、（ｂ）は、電気化学キャパシタ用電極１０が切り出された積層体２０の略平面図であり、（ｃ）は、切り出した電気化学キャパシタ用電極１０の略平面図である。電気化学キャパシタ用電極１０を用いて電気化学キャパシタを作成する方法を説明するための模式図である。両方の未塗布領域１６ａを引き出し電極１２として使用可能に積層体２０を打ち抜くことにより、電気化学キャパシタ用電極１０を切り出す方法を説明するための図である。集電体１６の表面にアンダーコート層１７及び分極性電極層１８を形成する方法を説明するための模式図である。アンダーコート層１７を含む積層体２０から電極を取り出す方法を説明するための図である。電気化学キャパシタ用電極３０を用いて電気化学キャパシタを作成する方法を説明するための模式図である。セパレータ４０を挟んで電気化学キャパシタ用電極３０を積層した状態を示す部分断面図である。集電体１６の両面にアンダーコート層１７及び分極性電極層１８が形成された複数の電極を有する電気化学キャパシタの略分解断面図である。

符号の説明

１０，３０電気化学キャパシタ用電極
１２，３２引き出し電極
１６集電体
１６ａ未塗布領域
１７アンダーコート層
１７ａ積層体の一方の端部
１７ｂ積層体の他方の端部
１８分極性電極層
１９切断すべき部分
２０積層体
４０セパレータ
１００電気化学キャパシタ用電極の製造装置
１０１供給ロール
１０２巻き取りロール
１０３ガイドロール
１０４テンションロール
１１０，１７０塗布部
１１１バックアップロール
１１２ナイフコータ
１２０乾燥部
１２１，１２２乾燥機
１３０ロールプレス部
１３１第１のローラ
１３２第２のローラ
１４０，１８０光学センサ
１４１光学センサの出力信号
１５０制御部
１５１制御部の出力信号
１６０，１９０駆動部
Ｃ１混合装置
Ｌ１塗布液
Ｌ２塗膜
Ｐ１多孔体粒子
Ｐ２バインダー
Ｐ３導電助剤
ＳＢ１撹拌部

Claims

長さ方向に搬送される帯状の集電体上に、前記集電体の幅方向における少なくとも一方の端部に未塗布領域が残されるよう、所定幅の分極性電極層を塗布する塗布工程と、前記集電体上における前記分極性電極層の塗布領域と前記未塗布領域との境界位置を検出する検出工程とを備え、前記検出工程による検出結果に基づき、前記境界位置が所定の位置となるよう、前記塗布工程に対してフィードバック制御を行うことを特徴とする電気化学キャパシタ用電極の製造方法。
前記塗布工程では、前記集電体の幅方向における両方の端部に未塗布領域が残されるよう前記分極性電極層を塗布し、前記フィードバック制御によりこれら両方の未塗布領域の幅を実質的に一致させることを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ用電極の製造方法。
帯状の集電体を長さ方向に搬送する搬送手段と、前記集電体の幅方向における少なくとも一方の端部に未塗布領域が残されるよう、前記集電体上に所定幅の分極性電極層を塗布する電極塗布手段と、前記集電体上における前記分極性電極層の塗布領域と前記未塗布領域との境界位置を検出する検出手段と、前記電極塗布手段を前記集電体の幅方向に駆動する駆動手段と、前記検出手段による前記境界位置の検出結果に基づいて、前記駆動手段をフィードバック制御する制御手段とを備えることを特徴とする電気化学キャパシタ用電極の製造装置。
前記電極塗布手段は、前記集電体の幅方向における両方の端部に未塗布領域が残されるよう、前記集電体上に前記分極性電極層を塗布することを特徴とする請求項３に記載の電気化学キャパシタ用電極の製造装置。
前記電極塗布手段の上流側に設けられ、前記集電体の幅方向における少なくとも一方の端部にアンダーコート層の未塗布領域が残されるよう、前記集電体上に所定幅のアンダーコート層を塗布するアンダーコート塗布手段をさらに備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の電気化学キャパシタ用電極の製造装置。
前記集電体上における前記アンダーコート層の塗布領域と前記アンダーコート層の前記未塗布領域との境界位置を検出する他の検出手段と、前記アンダーコート塗布手段を前記集電体の幅方向に駆動する他の駆動手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記他の検出手段による前記境界位置の検出結果に基づいて、前記他の駆動手段をフィードバック制御することを特徴とする請求項５に記載の電気化学キャパシタ用電極の製造装置。
前記電極塗布手段は、前記アンダーコート層の未塗布領域に前記分極性電極層を塗布することなく、前記アンダーコート層の塗布領域上に前記分極性電極層を塗布することを特徴とする請求項５又は６に記載の電気化学キャパシタ用電極の製造装置。