JP2006024820A - 電気二重層キャパシタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロール状の電極材やロール状のセパレータ材の脱水において、ロール形状を崩さないように、短時間に作業を行う。
【解決手段】 巻芯２に熱伝導度の高い金属を用い、加熱脱水処理を行う真空炉は外周加熱ヒータとヒータを内蔵した支持バーとを有しており、巻芯２の筒部分に支持バーを嵌挿することで真空炉内に電極材１を固定し、真空炉内にて、大気圧で外周ヒータおよび支持バーに内蔵されたヒータにより電極材１を加熱して温度制御を行いながら加熱脱水処理に必要な温度にまで真空炉内を昇温し、その後、減圧を開始し圧力制御を行いながら脱水に必要な圧力にまで真空炉内を減圧してから加熱脱水処理を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気二重層キャパシタの製造技術に係り、特に、電気二重層キャパシタの製造に用いる電極材、セパレータ材の脱水技術に関するものである。

電気二重層キャパシタは、活性炭等の分極性電極と電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電気エネルギーを利用するコンデンサであり、ファラッドオーダーの電気容量を瞬時に充放電できる大容量コンデンサである(例えば、特許文献１参照。)。

有機溶媒系の電気二重層キャパシタは、電解液中に水分や不純物含有量が多いと電気分解を起こして炭酸ガス、フッ化水素等を生じてしまい、ガス発生に伴う内部抵抗の増大、静電容量の減少などの劣化現象が生じてしまうという不具合がある。

有機溶媒系の電気二重層キャパシタに用いている電極材には、極めて比表面積が大きく吸着能力の高い高賦活活性炭を使用していることから空気中の水分や不純物を容易に吸着してしまう。この状態で電極に電解液を浸透させると、吸着した水分等が不純物として電解液に溶出してしまい上記のような不具合の原因となる。このように電解液に不純物が溶出してしまった場合にはこれを取り除くことはほとんど不可能である。

そこで有機溶媒系の電気二重層キャパシタに用いる電極材について、組み立て前に２００℃以上の高温で１６時間程度の真空乾燥処理を行ってから使用することで上記の不具合の原因を取り除くことが行われている。

また、電気二重層キャパシタに用いるセパレータ材は吸着能力はそれ程高くないが水分などが吸着しており、上記の不具合を生じさせないという理由から水分等の不純物を取り除くことが必要である。

現在、電極材には賦活処理を行った粉末活性炭をPTFEバインダーによって固めシート化したものを用いており、ロール状に巻かれた状態で購入している。また、乾燥処理を行う際には、ロール状の部材から必要な長さで裁断し、これを積み重ねた状態で真空乾燥炉に入れ脱水処理を行っている。
特開２００３−２９７７００号公報

電気二重層キャパシタの組み立て工程は図４に示すような方法によりなされている。すなわち、図４に示すように、ロール状の電極材を自動裁断加工し、これを脱水処理を行う設備まで搬送し、当該施設で脱水を行った後、自動組み立て設備まで搬送して、当該自動組み立て設備にて自動組み立てを行う。

この図４に示す方法では、自動組み立て工程に至るまでに二度の搬送作業を行う必要が有り、作業時間、作業効率、省エネルギーの観点からは望ましくない。

そこで、図５に示すような組み立て方法が考えられる。すなわち、図５に示すように、ロール状の電極材を裁断せず、ロール状態のまま脱水処理を行い、その後に自動裁断加工と自動組み立てを行うものである。この方法によれば、搬送を行なわなくてよいので作業時間、作業効率、省エネルギーの面で有利である。なお、電気二重層キャパシタに用いるセパレータ部材についても上記と同様の理由から、この図５に示す方法と同様に行うのが好ましい。

しかし、ロール状の電極材やロール状のセパレータ材は多孔質体であるから多量の気体を吸着しているので、脱水処理のために真空状態にすると、吸着していた気体がロール状態の部材間同士の境界面に脱離し、部材同士の摩擦力が減少するため、一気にロール形状が崩れてしまう。

また、ロール部材の中心部では熱伝導度が低いため、脱水のために充分に昇温させることができず、結果として脱水に長時間を要してしまうことになる。

本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、上記課題を解決して、ロール状の電極材やロール状のセパレータ材の脱水においてロール形状が崩れない脱水技術の提供、または、ロール状の電極材やロール状のセパレータ材の脱水において長時間の脱水処理を要しない脱水技術の提供にある。

そこで上記課題を解決するために、請求項１の発明は、巻芯に巻き付けられた電極材またはセパレータ材を、加熱脱水処理してから自動裁断加工および自動組み立てを行う電気二重層キャパシタの製造方法であって、前記巻芯に熱伝導度の高い金属を用いることを特徴とする。

請求項１では、前記巻芯にアルミニウムなどの熱伝導度の高い金属を用いることで加熱脱水処理時の熱伝導を向上させて電極材またはセパレータ材全体を均一に短時間で昇温させることができる。

また、請求項２に記載の発明は、巻芯に巻き付けられた電極材またはセパレータ材を、加熱脱水処理してから自動裁断加工および自動組み立てを行う電気二重層キャパシタの製造方法であって、前記加熱脱水処理を行う真空炉は外周加熱ヒータとヒータを内蔵した支持バーとを有しており、前記巻芯の筒部分に前記支持バーを嵌挿することで前記真空炉内に前記電極材またはセパレータ材を固定し、前記外周ヒータおよび支持バーに内蔵されたヒータにより前記電極材またはセパレータ材を加熱することを特徴とする。

請求項２では、電極材またはセパレータ材の外周部のみならず、巻芯をも直接加熱することができるので電極材またはセパレータ材全体を均一に短時間で昇温させることができる。

また、請求項３に記載の発明は、巻芯に巻き付けられた電極材またはセパレータ材を、加熱脱水処理してから自動裁断加工および自動組み立てを行う電気二重層キャパシタの製造方法であって、ヒータを有する真空炉内にて、大気圧で加熱を行い温度制御を行いながら加熱脱水処理に必要な温度にまで前記真空炉内を昇温してから加熱脱水処理を行うことを特徴とする。

請求項３では、処理開始時に大気圧で加熱を行うので、電極材またはセパレータ材を均一に短時間で昇温させ、温度制御を行いながら徐々に昇温させることができるので、昇温時に生じていた吸着気体の急激な膨張による巻形状の崩壊を防止することができる。

また、請求項４に記載の発明は、巻芯に巻き付けられた電極材またはセパレータ材を、加熱脱水処理してから自動裁断加工および自動組み立てを行う電気二重層キャパシタの製造方法であって、ヒータを有する真空炉内にて、大気圧で加熱を行い温度制御を行いながら加熱脱水処理に必要な温度にまで前記真空炉内を昇温し、その後、減圧を開始し圧力制御を行いながら脱水に必要な圧力にまで前記真空炉内を減圧してから加熱脱水処理を行うことを特徴とする。

請求項４では、処理温度に達してから圧力制御を行いながら減圧を行いながら徐々に減圧を行うことができるので、減圧時に生じていた吸着気体の急激な膨張による巻形状の崩壊を防止することができる。

また、請求項５に記載の発明は、巻芯に巻き付けられた電極材またはセパレータ材を、加熱脱水処理してから自動裁断加工および自動組み立てを行う電気二重層キャパシタの製造方法であって、前記巻芯に熱伝導度の高い金属を用い、前記加熱脱水処理を行う真空炉は外周加熱ヒータとヒータを内蔵した支持バーとを有しており、前記巻芯の筒部分に前記支持バーを嵌挿することで前記真空炉内に前記電極材またはセパレータ材を固定し、前記真空炉内にて、大気圧で前記外周ヒータおよび支持バーに内蔵されたヒータにより前記電極材またはセパレータ材を加熱して温度制御を行いながら加熱脱水処理に必要な温度にまで前記真空炉内を昇温し、その後、減圧を開始し圧力制御を行いながら脱水に必要な圧力にまで前記真空炉内を減圧してから加熱脱水処理を行うことを特徴とする。

請求項５では、上記請求項１〜４に記載の作用効果を奏することができる。

本発明によれば、電極材またはセパレータ材の加熱脱水処理において、短時間で均一に昇温させることができるので作業効率を向上させることが可能となり、また、巻形状を崩壊させずに加熱脱水処理を行うこと可能となる。

以下に、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

(実施形態１)
図１に実施形態１で用いるロール状の電極材(またはロール状のセパレータ材)および巻芯の断面図を示す。図１において、１１は電極材で、１２は熱伝導度の高いアルミニウム製の巻芯である。電気二重層キャパシタは鉄や銅などの金属イオンにより劣化を生じさせることがあるのでアルミニウム製の巻芯にはA１０５０以上の高純度のものを用いるのが好ましい。また、巻芯の内径についてはロール状の電極材との接触面積を大きくし、熱伝導効率を高める必要があるので３ｃｍ以上とするのが好ましい。また、巻芯の厚さについては薄くした方がよいが、強度とのバランスを取る必要があるため２〜３ｍｍとするのが好ましい。

実施形態１によれば、脱水処理時にロール状の電極材に対する熱伝導効率を高めることができ、ロール状の電極材全体をより均一に、短時間で加熱することができ、結果として短時間で脱水処理を完了させることができる。

(実施形態２)
図２に実施形態２で用いる、脱水処理における真空炉の構成図を示し、図２(ａ)は側面図の断面図、図２(ｂ)正面図である。

図２(ａ)において、２１は真空炉、２２はロール状の電極材(またはロール状のセパレータ材)の筒部分に嵌挿され当該ロール状の電極材を真空炉２１内にて固定するための支持バーである。なお、この支持バー２２はロール状の電極材を加熱するためのヒータを内蔵している。

図２(ｂ)において、２３はロール状の電極材を加熱するために、固定されたロール状の電極材の外周に沿って設置された外周加熱ヒータである。

この真空炉２１において支持バー２２にロール状の電極材を固定し、支持バー２２に内蔵されたヒータおよび外周ヒータ２３によりロール状の電極材を加熱することにより、ロール状の電極材の外周部のみならず、ロール状の電極材の巻芯をも直接加熱することができるので、短時間にロール状の電極材全体を加熱することが可能となり、ロール状部材を均一に脱水処理することができる。

(実施形態３)
本実施形態は、ロール状の電極材(またはロール状のセパレータ材)を脱水処理する際の加熱方法および減圧方法を制御することによりロール状の電極材を均一かつ短時間に脱水処理するものである。

図３は横軸に処理時間、縦軸に炉内温度および炉内圧力をとった、ロール状の電極材の脱水処理の温度と圧力との経時変化を示す図である。

図３に示すように、脱水処理開始時には大気圧のまま加熱を開始し、温度制御を行いながら約１時間かけて脱水処理温度まで昇温させる。脱水処理温度に到達したところで、この温度を保ちながら炉内の減圧を開始する。圧力制御を行いながら約３０分をかけて１ｈＰａ以下に、望ましくは１Ｔｏｒｒ以下にまで減圧する。この状態を１２時間〜１６時間保ち加熱脱水処理を行う。

なお、電極材については２００℃〜２５０℃にて加熱脱水を行うのが望ましい。また、セパレータ材については、素材によって異なるが、一般的なセルロール系のセパレータ材であれば耐熱性を考慮して１１０℃〜１３０℃で加熱脱水するのが望ましい。

本実施形態によれば、加熱脱水処理開始時に大気圧で加熱を行うので、ロール状の電極材全体を短時間で均一に昇温させることができ、温度制御を行いながら徐々に加熱することで昇温時に生じていた吸着気体の急激な膨張を抑えることができ、巻形状を崩すことがない。

また、加熱処理温度に達してから減圧を開始することで効率よく気化した水分などの不純物を除去することができ、圧力制御を行いながら減圧を行うので急激な吸着気体の膨張を防ぐことができ巻形状を崩すことがない。

なお、本実施形態における温度制御、圧力制御には従来技術を用いた市販の温度コントローラ、真空制御装置を用いることができる。

なお、実施形態１で用いた巻芯を実施形態２および実施形態３に適用すること、並びに、実施形態２で用いた真空炉を実施形態３に適用することが可能である。

ロール状の電極材(またはロール状のセパレータ材)および巻芯の断面図。 真空炉の構成図。 ロール状の電極材の脱水処理の温度と圧力との経時変化を示す図。 電気二重層キャパシタの組み立て工程図。 電気二重層キャパシタの組み立て工程図。

符号の説明

１…電極材
２…アルミニウム製巻芯
２１…真空炉
２２…支持バー
２３…外周ヒータ

Claims (5)

1. 巻芯に巻き付けられた電極材またはセパレータ材を、加熱脱水処理してから自動裁断加工および自動組み立てを行う電気二重層キャパシタの製造方法であって、
   前記巻芯に熱伝導度の高い金属を用いることを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
2. 巻芯に巻き付けられた電極材またはセパレータ材を、加熱脱水処理してから自動裁断加工および自動組み立てを行う電気二重層キャパシタの製造方法であって、
   前記加熱脱水処理を行う真空炉は外周加熱ヒータとヒータを内蔵した支持バーとを有しており、
   前記巻芯の筒部分に前記支持バーを嵌挿することで前記真空炉内に前記電極材またはセパレータ材を固定し、
   前記外周ヒータおよび支持バーに内蔵されたヒータにより前記電極材またはセパレータ材を加熱することを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
3. 巻芯に巻き付けられた電極材またはセパレータ材を、加熱脱水処理してから自動裁断加工および自動組み立てを行う電気二重層キャパシタの製造方法であって、
   ヒータを有する真空炉内にて、大気圧で加熱を行い温度制御を行いながら加熱脱水処理に必要な温度にまで前記真空炉内を昇温してから加熱脱水処理を行うことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
4. 巻芯に巻き付けられた電極材またはセパレータ材を、加熱脱水処理してから自動裁断加工および自動組み立てを行う電気二重層キャパシタの製造方法であって、
   ヒータを有する真空炉内にて、大気圧で加熱を行い温度制御を行いながら加熱脱水処理に必要な温度にまで前記真空炉内を昇温し、
   その後、減圧を開始し圧力制御を行いながら脱水に必要な圧力にまで前記真空炉内を減圧してから加熱脱水処理を行うことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
5. 巻芯に巻き付けられた電極材またはセパレータ材を、加熱脱水処理してから自動裁断加工および自動組み立てを行う電気二重層キャパシタの製造方法であって、
   前記巻芯に熱伝導度の高い金属を用い、
   前記加熱脱水処理を行う真空炉は外周加熱ヒータとヒータを内蔵した支持バーとを有しており、
   前記巻芯の筒部分に前記支持バーを嵌挿することで前記真空炉内に前記電極材またはセパレータ材を固定し、
   前記真空炉内にて、大気圧で前記外周ヒータおよび支持バーに内蔵されたヒータにより前記電極材またはセパレータ材を加熱して温度制御を行いながら加熱脱水処理に必要な温度にまで前記真空炉内を昇温し、
   その後、減圧を開始し圧力制御を行いながら脱水に必要な圧力にまで前記真空炉内を減圧してから加熱脱水処理を行うことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。

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