JP2005294832A - エネルギー貯蔵装置に有用な電極構造を形成する方法 - Google Patents

エネルギー貯蔵装置に有用な電極構造を形成する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】エネルギー貯蔵装置に有用な電極構造を形成する方法
【解決手段】本発明は、集電装置上に炭素およびバインダーの混合物をスプレー堆積することを含む方法であって、エネルギー貯蔵装置において有用な電極構造を形成する方法に関する。 加えて、本発明は、集電装置上に炭素およびバインダーの混合物を堆積させるためのスプレー堆積法を使用して製造される電極構造を含むエネルギー貯蔵装置に関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、電極構造を形成する方法に関する。より詳細には、本発明は、エネルギー貯蔵装置（ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｄｅｖｉｃｅ）において使用する電極構造を形成する方法に関する。
エネルギー貯蔵装置のための電極構造は、従来的には粉末形態の炭素質物質、バインダーおよび溶媒を含有するスラリーから調製される。このスラリーを、典型的にナイフブレーディング（ｋｎｉｆｅ ｂｌａｄｉｎｇ）法を使用して金属箔集電装置上にコーティングして、集電装置（ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）上にスラリーの薄い、平坦なコーティングを提供する。コーティングされた集電装置を次いでオーブン中で乾燥して、溶媒を除去し、バインダーを硬化させる。電極構造を次いで任意に圧延して、電気化学的活性物質の容積または充填画分を減少させ、電極構造の全多孔度を減少させることにより、集電装置上にコーティングされた電気化学的活性物質の密度を高くすることができる。
この方法中の溶媒の使用に関して、電極アセンブリーを形成する、かかる従来方法に関連する多様な不利益が存在する。たとえば、これらの従来方法における溶媒の使用は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の環境中への放出に関係する環境問題；かかる溶媒の使用と結び付いた追加のコスト、たとえば電極構造からの溶媒の十分な除去を確実にするために必要とされる増加したオーブン乾燥時間から生じる追加のエネルギーコスト、を生じさせる場合がある。
従来の電極アセンブリー法と関連した不利益を克服する一つの試みが、Ｆｉｒｓｉｃｈの米国特許第５，９９３，９９６号に開示されている。Ｆｉｒｓｉｃｈは、とりわけ、除去可能なバッキング材上に炭化可能バインダーおよび炭化可能ポリマー前駆体をスプレーコーティングすることによる炭素電極モノリスの形成を開示している。スプレーコートされた材料は、炭化の前または後にバッキング材から除去することができる。炭化された物質は、引き続きの酸処理によって活性化および官能化することができる。しかしながら、活性化された炭素物質を直接集電装置上に堆積するための方法であって、Ｆｉｒｓｉｃｈにより開示された引き続きの炭化を必要とせず、かつ溶媒の必要性を最小化し、または削除する方法を提供することが望まれている。
米国特許第５，９９３，９９６号明細書
本発明の一態様において、（ａ）（ｉ）炭素；（ｉｉ）バインダー；および任意に、（ｉｉｉ）導電性添加剤、を含有する混合物を集電装置上にスプレーすることにより集電装置上に多孔性電極を堆積させ；（ｂ）（ａ）の生成物を加熱しバインダーを硬化させ；および任意に、（ｃ）（ｂ）の生成物を圧延することを含む、電極構造を形成する方法が提供される。
本発明の他の態様において、（ａ）（ｉ）炭素；（ｉｉ）バインダー；および任意に、（ｉｉｉ）導電性添加剤を含有する混合物、を集電装置上に静電スプレー堆積することにより集電装置上に多孔性電極を堆積させ；（ｂ）（ａ）の生成物を加熱しバインダーを硬化させ；および任意に、（ｃ）（ｂ）の生成物を圧延することを含む、電極構造を形成する方法が提供される。
本発明の他の態様において、（ａ）集電装置を前処理して、その表面エネルギーを変更し、（ｂ）（ｉ）炭素；（ｉｉ）バインダー；および任意に、（ｉｉｉ）導電性添加剤、を含有する混合物を集電装置上にスプレーすることにより改質された集電装置上に多孔性電極を堆積させ；（ｂ）（ａ）の生成物を加熱しバインダーを硬化させ；および任意に、（ｃ）（ｂ）の生成物を圧延することを含む、電極構造を形成する方法が提供される。
本発明の他の態様において、（ａ）本発明の方法により調製された少なくとも二つの電極構造；（ｂ）少なくとも二つの電極構造の間に挟まれた少なくとも一つの多孔性セパレーター；および（ｃ）少なくとも二つの電極構造および少なくとも一つの多孔性セパレーターと接触する電解液を含む、長期使用可能な２層キャパシタが提供される。
本発明の他の態様において、本発明の方法により調製された電極構造を含有するエネルギー貯蔵装置が提供される。
本発明の他の態様において、自動車、パワークオリティシステム、エンジン始動システム、光電池のためのエネルギー貯蔵システム、風車のためのエネルギー貯蔵システム、医療システム、移動推進力システム、軍事エレクトロニクスシステム、輸送システム、商業用エレクトロニクスシステム、消費エレクトロニクスシステム、携帯エレクトロニクスシステム、オーディオシステムおよび消費機器を含む多様なシステムにおける本発明のエネルギー貯蔵装置の用途が提供される。
本発明の堆積方法の使用は、使用者および環境の双方に優しい物質を使用する。従来の液体コーティング適用方法に利用される、有害で不安定な有機溶媒キャリヤーの必要性は、実質的に取り除かれる。従って、本発明の堆積方法は、揮発性物質の環境への放出が、たとえあったとしても、わずかであり；それにより、かかる揮発性物質と関連した空気汚染および健康問題の双方を緩和することになる。さらに、本発明の方法は、過剰にスプレーされた物質の容易な再使用可能性に少なくとも部分的に基づいた、非常に高いコーティング効率を発揮する。たとえば、本発明の一態様においては、スプレーされた粉末の少なくとも７５重量％；あるいはスプレーされた粉末の少なくとも８５重量％は、集電装置に移動し、そこに定着する。残存する粉末を、容易に回収し、９０重量％以上の率で再使用することができる。
本発明での使用に好適な堆積技術としては、たとえば、粉末式フレーム溶射、フレーム溶射熱分解、燃焼化学蒸着、高速酸素燃料溶射（ｈｉｇｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｘｙ−ｆｕｅｌ ｓｐｒａｙｉｎｇ）、大気プラズマ溶射、静電スプレー、アーク溶射、および流動浸漬が挙げられる。本発明の一態様において、静電スプレー堆積技術が使用される。本発明の一態様において、微粉砕炭素およびバインダーの混合物は、静電荷が付与され、集電装置に推進される。本発明の他の態様において、標準陰性コロナ静電スプレーガンを、アース接地された集電装置上に炭素およびバインダーの混合物を堆積させるのに使用することができる。かかるスプレーガンの例としては、米国、オハイオ州、アムハーストのＮｏｒｄｓｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから商業的に入手可能なＶｅｒｓａＳｐｒａｙＩＩがある。
炭素、バインダーおよび任意に導電性添加剤の、スプレーされる混合物は、たとえば、伝導性、対流性、放射性、誘導的熱エネルギー、電磁放射エネルギーまたはそれらの組合わせにより硬化される。一態様において、炭素、バインダーおよび任意に、導電性添加剤の、スプレーされる混合物は、バインダーのガラス転移温度より上であるが、バインダーの分解温度より下の温度まで、２〜１２０分間；あるいは２〜６０分間；あるいは２〜３０分間、加熱される。
本発明の方法は、任意に集電装置の前処理操作を含むことができる。たとえば、集電装置を表面処理に付して、その表面エネルギーを変更し、そのぬれ性および／またはその付着特性を促進することができる。
本発明の使用に好適な集電装置の表面前処理操作としては、たとえば、コロナエッチング、メカニカルアブレーション、化学エッチング、熱処理および化学処理が挙げられる。
一態様において、本発明の方法により堆積される多孔性電極は、２５〜５００μｍ；あるいは５０〜２５０μｍ；あるいは５０〜１５０μｍの平均硬化厚を示す。
一態様において、本発明の方法により形成される多孔性電極は、１０％未満；あるいは５％未満；あるいは２％未満；あるいは１％未満まで変動する均一な厚さを示す。
本発明の電極構造に使用する好適な集電装置を、実質的に任意の導電体から製造することができる。当業者は、所定の用途の集電装置のための構築に適した材料を選択することを認知している。たとえば、当業者は、二層ウルトラキャパシタに組み入れられる電極構造についての集電装置は、デバイスに使用される電解物質に対し電気化学的および化学的防食性を発揮する導電性物質から製造されるべきであることを認識している。一態様において、集電装置を、アルミニウム、ステンレス鋼、亜鉛、チタン、タンタル、銅、金、ニッケルまたはこれらの組合わせから選択される材料；あるいは銅およびアルミニウムから選択される材料；あるいはアルミニウムから製造することができる。
一態様において、集電装置は、たとえば、箔、三次元構造の発泡金属、エキスパンデッドメタル、網、メッシュ、ウールまたはこれらの組合わせを含む形態となり得る。この態様の一側面においては、集電装置はアルミニウム箔から製造することができる。
一態様において、本発明の集電装置は、５〜５００μｍ；あるいは５〜１００μｍ；あるいは５〜５０μｍの平均厚を示す。
本発明の一態様において、炭素、バインダーおよび任意に導電性添加剤、の混合物は、５０〜９８重量％の炭素；あるいは５０〜９５重量％の炭素；あるいは５０〜９０重量％の炭素、あるいは５０〜８５重量％の炭素、あるいは５０〜８０重量％の炭素を含むことができる。
本発明の一態様において、炭素、バインダーおよび任意に導電性添加剤、の混合物は、５０重量％を超えないバインダー；あるいは０．５〜５０重量％のバインダー；あるいは２〜５０重量％のバインダー、あるいは１５重量％未満のバインダー、あるいは０．５〜１０重量％のバインダー、あるいは５重量％未満のバインダーを含むことができる。
本発明の一態様において、炭素、バインダーおよび任意に導電性添加剤、の混合物は、１０重量％以下の導電性添加剤；あるいは５重量％未満の導電性添加剤；あるいは２重量％未満の導電性添加剤を含むことができる。
本発明の使用に好適な炭素としては、たとえば、活性炭、マクロレティキュラー炭素、カーボンナノチューブおよびフラーレンが挙げられる。
一態様において、炭素は、１０Ｆ／ｇをこえる静電容量を発揮する活性炭である。
他の態様において、炭素は、Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ、Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）分析法を使用して決定される表面積が少なくとも５０ｍ２／ｇ、あるいは５０〜３，０００ｍ２／ｇ、あるいは少なくとも５００ｍ２／ｇ、あるいは５００〜２，５００ｍ２／ｇ、あるいは８００〜２，５００ｍ２／ｇ、あるいは１，０００〜２，５００ｍ２／ｇ、あるいは１，３００〜２，５００ｍ２／ｇ、あるいは１，５００〜２，５００ｍ２／ｇを示す活性炭である。
他の態様において、炭素は、窒素吸着技術により０．１ｃｍ３／ｇより大きい細孔容積を示す活性炭である。
他の態様において、炭素は、Ｈｏｒｖａｔｈ−Ｋａｗａｚｏｅ（Ｈ−Ｋ）法により０．１と５．０ｎｍの間に少なくとも一つのピークを有する細孔サイズ分布を示す活性炭である。
他の態様において、炭素は、Ｂａｒｒｅｔｔ−Ｊｏｙｎｅｒ−Ｈａｌｅｎｄａ（ＢＪＨ）法により２．０と５０．０ｎｍの間に少なくとも一つのピークを有する細孔サイズ分布を示す。
他の態様において、炭素は、Ｈ−Ｋ ｄｖ／ｄｌｏｇ（Ｗ）細孔サイズ分布を使用して測定した場合に２ｎｍ以下の細孔サイズにおいて少なくとも一つの第一の明確なピークを有し、およびＢＪＨ ｄｖ／ｄｌｏｇ（Ｄ）細孔サイズ分布を使用して測定した場合に２ｎｍより大きい、あるいは３ｎｍより大きい、あるいは５ｎｍより大きい、あるいは１０ｎｍより大きい、あるいは１２．５ｎｍより大きい細孔サイズにおいて少なくとも一つの第二の明確なピークを有する細孔サイズ分布を示す。
他の態様において、炭素は、５０μｍ未満の容積平均粒径を示す活性炭である。
他の態様において、炭素は、ミクロポア、メソポアおよびマクロポアの分布、ならびに少なくとも５００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を示し、そのＢＥＴ表面積の１０〜８０％が１．７〜１０，０００ｎｍの直径を有する細孔に寄与している活性炭である。
他の態様において、炭素は、１０Ｆ／ｇより大きい静電容量；５０ｍ２／ｇより大きい、あるいは５０〜３，０００ｍ２／ｇ、あるいは少なくとも５００ｍ２／ｇ、あるいは５００〜２，５００ｍ２／ｇ、あるいは８００〜２，５００ｍ２／ｇ、あるいは１，０００〜２，５００ｍ２／ｇ、あるいは１，３００〜２，５００ｍ２／ｇ、あるいは１，５００〜２，５００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積；０．１ｃｍ３／ｇより大きい細孔容積；０．１と５０ｎｍの間に少なくとも一つのピークを有する細孔サイズ分布および５０μｍ未満の容積平均粒径を示す活性炭である。この態様の一側面においては、炭素はマクロレティキュラー炭素質物質である。この態様の他の側面において、炭素は粉末である。
本発明についての使用に好適な活性炭は、たとえば、フェノール−ホルムアルデヒドポリマー、メラミン−ホルムアルデヒドポリマー、レゾルシノール−ホルムアルデヒドポリマー、ポリアニリン、ポリアクリロニトリル、キネル（ｋｙｎｅｌ）、レーヨン、ココナツ殻、炭水化物（たとえばスクロース）、ピッチ、木材およびこれらの混合物を含む多様な出発物質から製造することができる。
本発明の使用に好適なバインダーとしては、たとえば、ポリアミド、ポリエステル、セルロースエステル、メチルセルロース、（メタ）アクリレート、ポリ（メタ）アクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフェニルスルホン、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、発泡ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、スチレン類およびこれらの組み合わせが挙げられる。本発明の使用に好適な商業的に入手可能なバインダーは、米国、ペンシルバニア州、フィラデルフィアのＡｔｏｆｉｎａ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから入手可能なＫｙｎａｒ（登録商標）７６１およびＫｙｎａｒ（登録商標）２８０１が含まれる。当業者は、本発明の電極構造を含む与えられた装置における使用に好適なバインダー物質を選択することを認知している。たとえば、二層ウルトラキャパシタにおいて使用される電極構造については、当業者は、デバイスに使用される電極と両立し得るバインダー材料を選択することを認知している。
一態様において、バインダーは、５μｍ以下の容積平均粒径を示す。他の態様において、バインダーは、炭素によって示された容積平均粒径の５０％を超えない容積平均粒径を示す。
本発明の使用に好適な導電性添加剤としては、たとえば、カーボンブラック、グラファイト、酸化チタン、酸化ルテニウムおよびこれらの混合物が挙げられる。一態様において、導電性添加剤は、伝導性炭素を含有する。この態様の一側面において、伝導性炭素は、カーボンブラック、グラファイトおよびこれらの混合物である。本発明の使用に好適な商業的に入手可能なカーボンブラックとしては、たとえば、Ａｋｚｏ ＮｏｂｅｌおよびＣａｒｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからそれぞれ入手可能なｋｅｔｊｅｎ ｂｌａｃｋおよびアセチレンブラックが含まれる。他の態様において、導電性添加剤は、５０μｍ以下の容積平均粒径を示す。
本発明の電極構造は、たとえば、電気二層キャパシタ（また、ウルトラキャパシタとしても知られる）、バッテリー、燃料電池、動力安定装置および電子容量型脱イオン化装置を含む多様なエネルギー貯蔵装置に使用することができる。本発明の電極構造を含むエネルギー貯蔵装置は、たとえば、自動車システム、エンジン始動システム、光電池のためのエネルギー貯蔵システム、風車のためのエネルギー貯蔵システム、医療システム、移動推進力システム、軍事エレクトロニクスシステム、輸送システム、商業用エレクトロニクスシステム、消費者用エレクトロニクスシステム、携帯エレクトロニクスシステム、オーディオシステムおよび消費者用機器を含む多様なシステムにおいて使用することができる。
一態様において、本発明の電極構造は、キャパシタにおいて使用することができる。この態様の一側面は、キャパシタは本発明の方法により調製された少なくとも二つの電極構造、少なくとも二つの電極構造の間に挟まれた少なくとも一つの多孔性セパレーター、並びにその少なくとも二つの電極構造および少なくとも一つの多孔性セパレーターと接触している電解液を含有する二層キャパシタである。
本発明の使用に好適な電解液としては、たとえば、有機電解液および電解水溶液が挙げられる。一態様において、電解液は、有機電解液である。この態様の一側面において、有機電解液は、電解質を有機溶媒または有機溶媒の混合物中に溶解させることにより得ることができる。
本発明の電解液においての使用に好適な有機溶媒としては、たとえば、電気化学的に安定なエチレンカーボネート；プロピレンカーボネート；ブチレンカーボネート；γ−ブチロラクトン；スルホラン；スルホラン誘導体；３−メチルスルホラン；１，２−ジメトキシエタン；アセトニトリル；グルタロニトリル；バレロニトリル；ジメチルホルムアミド；ジメチルスルホキシド；テトラヒドロフラン；ジメトキシエタン；メチルホルメート；ジメチルカーボネート；ジエチルカーボネート；エチルメチルカーボネートおよびこれらの混合物が挙げられる。
有機溶媒との使用について好適な電解質としては、たとえば、Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｎ＋またはＲ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｐ＋で表される第４級オニウムカチオンを有する塩が挙げられる。ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４はそれぞれ独立してＣ１〜６アルキル基および、たとえば、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、ＣｌＯ４ −、ＣＦ３ＳＯ３ −および（ＳＯ２Ｒ５）（ＳＯ２Ｒ６）Ｎ−から選択されるアニオンであり、ここで、Ｒ５およびＲ６はそれぞれ独立してＣ１〜４アルキル基、アルキレン基および組合された環構造である。一態様において、電解質は（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢＦ４、（Ｃ２Ｈ５）３（ＣＨ３）ＮＢＦ４、（Ｃ２Ｈ５）４ＰＢＦ４および（Ｃ２Ｈ５）３（ＣＨ３）ＰＢＦ４を含む群から選択される。一態様において、記載された塩の一つを、０．１〜２．５モル／Ｌ、あるいは０．５〜２モル／Ｌの濃度において有機溶液に溶解することができる。
本発明での使用に好適なセパレーターは、たとえば、ポリプロピレン繊維の不織布、グラスファイバーの不織布、合成セルロース、天然セルロースまたはこれらの組合わせから製造することができる。
本発明のいくつかの態様は、下記の実施例にここで詳細に記載される。実施例において下記に示される全ての画分およびパーセンテージは、断りのない限り重量による。
実施例１
電極構造の調製
三つの異なる活性炭を、実施例１〜３６において使用した。
「ＢＰ−１５」として表Ｉに示された炭素は、日本のクラレケミカルからＢＰ−１５として商業的に入手可能である。
「ＥＧＬ−５７２」として表Ｉに示された炭素は、米国、ペンシルバニア州、フィラデルフィアのローム・アンド・ハースカンパニーから商業的に入手可能な製品Ａｍｂｅｒｓｏｒｂ（商標）５７２を３０ミクロン未満の粒径まで粉砕することにより調製した。
「ＥＧＬ−９２３」として表Ｉに示された炭素は、米国、ペンシルバニア州、フィラデルフィアのローム・アンド・ハースカンパニーから商業的に入手可能な製品Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ（商標）ＸＡＤ−７６１を１，０００℃において炭化し、次に二酸化炭素のもとで活性化することにより調製した。これらの条件下で製造されたマクロレティキュラー炭素を、次いで、３０ミクロン未満の粒径まで粉砕した。
六つの異なるバインダーを、実施例１〜３６において使用した。
「ＰＶＤＦ」として表Ｉに示されたバインダーは、米国、ペンシルバニア州、フィラデルフィアのＡｔｏｆｉｎａ ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＫｙｎａｒ（登録商標）７１１として商業的に入手可能である。
「ＰＴＦＥ」として表Ｉに示されたバインダーは、米国、ニュージャーシー州、デイトンのＳｈａｍｒｏｃｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．からＦｌｕｏｒｏ（商標）Ｃ−３６９として商業的に入手可能である。
「ＡＰ」として表Ｉに示されたバインダーは、実施例２に記載されたエマルションポリマーを乾燥して粉末形態にすることにより調製された、１２重量％ポリ（ブチルアクリレート）／８８重量％ポリ（メチルメタクリレート）エマルションポリマーのアクリル粉末である。
「ＡＥ」として表Ｉに示されたバインダーは、実施例２に記載された手順を使用して調製された、水性、１２重量％ポリ（ブチルアクリレート）／８８重量％ポリ（メチルメタクリレート）エマルションポリマーのアクリルエマルションである。
「Ｅｐｏｘｙ」として表Ｉに示されたバインダーは、米国、ニューヨーク州、タリータウンのチバスペシャリティーケミカルズからＡｒａｌｄｉｔｅ（登録商標）ＧＴ７０１３として商業的に入手可能である。
実施例２〜１９および２７〜２９のそれぞれにおいて、乾燥粉末化活性炭を、表Ｉに記載の画分においてＡＰと混合した。
実施例２０〜２６および３０〜３６のそれぞれにおいて、乾燥粉末化活性炭を、表Ｉに記載の画分においてＡＥと混合し、次いで真空下で６０℃において２４時間乾燥した。
実施例２〜３６のそれぞれにおいて、活性炭およびバインダーの混合物を、３０秒〜５分、ＩＫＡ（登録商標）Ａ１１ベーシックミキサーを使用して機械的に混合した。
三つの異なる金属を、実施例１〜３６において集電装置として使用した。「Ａｌ箔」として表Ｉに示された集電装置材は、米国、バージニア州、リッチモンドのＡｌｃｏ Ｉｎｃ．の一部門、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓからダイアモンドアルミニウムフォイルとして商業的に入手可能である。「Ｃｕ箔」として表Ｉに示された集電装置材は、米国、ニューヨーク州、フーシックフォールのＯａｋ Ｍｉｔｓｕｉ Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に入手可能である。「Ａｌｌ−Ｆｏｉｌｓ」として表Ｉに示された集電装置材は、米国、オハイオ州、クリーブランドのＡｌｌ−Ｆｏｉｌｓから商業的に入手可能なアルミニウム箔である。
実施例１〜３６のそれぞれにおいて、活性炭／バインダー混合物を、米国、オハイオ州、アムハーストのＮｏｒｄｓｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な標準陰性コロナ静電スプレーガンである重力送りＶｅｒｓａＳｐｒａｙＩＩを使用して、表Ｉに示された集電装置材の７５ｍｍ×１２５ｍｍ片上に静電堆積した。静電堆積プロセスの間、集電装置材をアース接地した。静電スプレーガンの制御パラメーターは次の通りであった。すなわち、１０ｐｓｉのフィード空気圧、１０ｐｓｉのノズル空気圧および１００ｋＶの電圧であった。
実施例１〜３６において、集電装置上に堆積された炭素／バインダー混合物を有する集電装置を、米国、イリノイ州、ブルーアイランドのＢｌｕｅ Ｍ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．から商業的に入手可能なモデルＮｏ．ＯＶ−５８０Ｃ−２対流オーブンにおいて、熱硬化した。オーブンを、各実施例のそれぞれについて表Ｉにおいて記載された温度に加熱した。集電装置上に堆積された炭素／バインダー混合物を有する集電装置を、次いで表Ｉに記載された期間、記載された温度においてオーブン温度を維持しながらオーブン中で硬化した。
実施例１〜３６のそれぞれの結果は、表Ｉにおいて提供される。均一な多孔性電極の堆積を生じた各実施例は、表Ｉにおいて「均一多孔性電極」欄において、チェックマークで示される。均一な多孔性電極は、目視検査による決定をした場合に、集電装置を完全に覆い、かつそれに接着する炭素／バインダーの均一な層として定義される。表Ｉは、また、実施例９、１０、１５、２０〜２６および３０〜３６（即ち、均一な多孔性電極の堆積を生じる各実施例）において堆積された多孔性電極により発揮された相対接着強度の表示を含む。「１」は、多孔性電極が比較的貧弱な接着を発揮したことを示す。「２」は、多孔性電極が比較的良好な接着を発揮したことを示す。「３」は、多孔性電極が比較的強い接着を発揮したことを示す。多孔性電極の相対接着強度は、手動でこすることにより決定した。
Figure 2005294832
実施例２
ＢＡ／ＭＭＡエマルションポリマーバインダーの調製
１２重量％のポリ（ブチルアクリレート）と８８重量％のポリ（メチルメタクリレート）のポリマー組成物を以下の手順を使用して調製した。
（Ａ）（ｉ）１２６７部の脱イオン水；
（ｉｉ）０．２０部の酒石酸；
（ｉｉｉ）０．０１８部の硫酸第一鉄；および
（ｉＶ）１７．８部のラウリル硫酸ナトリウムの２８％水溶液
を、パドル撹拌器、加熱マントルおよび温度計を装備した５リットル、四つ口丸底フラスコに添加した。
（Ｂ）次いで、丸底フラスコの内容物を窒素でスパージしながら４８℃に加熱した。
（Ｃ）第一乳化モノマー混合物（ＥＭＭ）は、
（ｉ）１１７．４部のメチルメタクリレート；
（ｉｉ）１６．０部のブチルアクリレート；
（ｉｉｉ）９９．５部の脱イオン水；および
（ｉｖ）３．４６部のラウリル硫酸ナトリウムの２８％水溶液
を混合することにより調製した。
（Ｄ）次いで、（Ｃ）の生成物を高速機械ミキサーで乳化した。
（Ｅ）次いで、（Ｄ）の生成物を丸底フラスコの内容物に添加した。
（Ｆ）丸底フラスコの内容物の反応温度を４５℃に調整した。
（Ｇ）０．０７２部のナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート２水和物を、３．５３部の脱イオン水に溶解した。
（Ｈ）次いで、（Ｇ）の生成物を丸底フラスコの内容物に添加した。
（Ｉ）０．０７４部のｔ−ブチルヒドロペルオキシド、および追加の０．０７４部のｔ−ブチルヒドロペルオキシド（水中７０％）を次いで丸底フラスコの内容物に添加した。
（Ｊ）次いで、第二のＥＭＭを、２３４．８部のメチルメタクリレート、３２．０部のブチルアクリレート、１４４．２部の脱イオン水および１．６２部のラウリル硫酸ナトリウム２８％水溶液を混合することにより調製した。
（Ｋ）次いで、（Ｊ）の生成物を丸底フラスコの内容物に添加した。
（Ｌ）次いで、丸底フラスコの内容物の温度を５７℃に調整した。
（Ｍ）次に、０．３０９部のラウリル硫酸ナトリウム２８％水溶液および０．３１４部の７０％ｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシドを丸底フラスコの内容物に添加した。
（Ｎ）次いで、第三のＥＭＭを３５２．２部のメチルメタクリレート、４８．０部のブチルアクリレート、１９３．４部の脱イオン水および２．３８部のラウリル硫酸ナトリウム２８％水溶液を混合することにより調製した。
（Ｏ）次いで、（Ｎ）の生成物を丸底フラスコに添加した。
（Ｐ）次いで、反応温度を５２℃に調整した。
（Ｑ）０．４６４部のラウリル硫酸ナトリウム２８％溶液（２２．７部の脱イオン水に溶解）および次いで０．４６０部の７０％ｔ−ブチルヒドロペルオキシドを丸底フラスコの内容物に添加した。
（Ｒ）次に、第四のＥＭＭは
（ｉ）４６９．７部のメチルメタクリレート；
（ｉｉ）６４．０部のブチルアクリレート；
（ｉｉｉ）２５９．５部の脱イオン水；および
（ｉｖ）３．４０部のラウリル硫酸ナトリウム２８％水溶液
を混合することにより調製した。
（Ｓ）次いで、（Ｒ）の生成物を丸底フラスコの内容物に添加した。
（Ｔ）次いで、反応温度を４９℃に調整した。
（Ｕ）２．１４部のラウリル硫酸ナトリウム（１０４．６部の脱イオン水に溶解）および２．１４部の過硫酸カリウム（１０４．６部の脱イオン水に溶解）を丸底フラスコの内容物に添加した。
（Ｖ）０．２１３部の２８％ラウリル硫酸ナトリウム（１０．４部の脱イオン水に溶解）および次いで０．３２２部の７０％ｔ−ブチルヒドロペルオキシドを丸底フラスコの内容物に添加した。
（Ｗ）１５分後、０．２１３部の２８％ラウリル硫酸ナトリウム（１０．４部の脱イオン水に溶解）および次いで０．３２２部の７０％ｔ−ブチルヒドロペルオキシドを丸底フラスコの内容物に添加した。および
（Ｘ）１５分後、丸底フラスコの内容物を３０℃に冷却してポリマー生成物を与えた。

Claims (10)

  1. （ａ）（ｉ）炭素；
    （ｉｉ）バインダー；および
    （ｉｉｉ）任意に、導電性添加剤
    を含有する混合物を集電装置上にスプレーすることにより集電装置上に多孔性電極を堆積させ；さらに
    （ｂ）（ａ）の生成物を加熱しバインダーを硬化すること
    を含む、電極構造を形成する方法。
  2. 混合物が導電性添加剤をさらに含む請求項１に記載の方法。
  3. 多孔性電極が静電スプレー堆積法により集電装置上に堆積される、請求項１に記載の方法。
  4. （ｃ）（ｂ）の生成物を圧延すること
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 多孔性電極を堆積させる前に、集電装置を前処理して、その表面エネルギーを改変することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  6. 混合物中のバインダーの量が２〜５０重量％の範囲である、請求項１に記載の方法。
  7. バインダーの容積平均粒径が５μｍ以下である、請求項１に記載の方法。
  8. バインダーが、炭素によって示される容積平均粒径の５０％を超えない容積平均粒径を示す請求項１に記載の方法。
  9. 請求項１に記載の方法により調製される電極構造を含む、エネルギー貯蔵装置。
  10. 自動車、パワークオリティ、エンジン始動、光電池のためのエネルギー貯蔵、風車のためのエネルギー貯蔵、医療システム、移動推進力システム、軍事エレクトロニクス、輸送システム、商業用エレクトロニクス、消費者用エレクトロニクス、携帯エレクトロニクス、オーディオシステムおよび消費者用機器における、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置の使用。
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