JP2009212113A - Method of manufacturing sheet for electrochemical device electrode - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of efficiently manufacturing an electrochemical device electrode sheet having high capacity and low resistance in large quantity by a collector made of a metal fiber sheet. <P>SOLUTION: The metal fiber sheet is used as the collector, thus replenishing an electrolyte to an electrode layer from both of a separator side and a collector side in the manufacture of a cell, and restraining resistance to a low level even if an electrode thickness is increased. As a result, the ratio of an electrode sheet in the cell is increased, and hence the capacity of the cell is increased and resistance is reduced. The electrode sheet is efficiently manufactured in large quantity with the metal fiber sheet as the collector by performing dry forming to powder made of an electrode material of an electrochemical device electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池や正・負極両電極が活性炭を用いた分極性電極からなる電気二重層キャパシタあるいはリチウムイオン及び/又はアニオンを可逆的に担持可能な物質からなる正極とリチウムイオンを可逆的に担持可能な物質からなる負極で構成されたハイブリッドキャパシタ、あるいはリチウムイオンのドーピングを用いた二次電池などの電気化学素子に好適に用いられる高容量で低抵抗の電気化学素子電極(本明細書では単に「電極」と言うことがある。)用シートを大量に効率よく製造する製造方法に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery, an electric double layer capacitor in which both positive and negative electrodes are polarizable electrodes using activated carbon, or a positive electrode and a lithium ion made of a substance capable of reversibly supporting lithium ions and / or anions. High-capacity, low-resistance electrochemical device electrode (suitable for use in electrochemical devices such as hybrid capacitors composed of negative electrodes made of materials capable of reversibly supporting lithium ions or secondary batteries using lithium ion doping ( In the present specification, it may be simply referred to as an “electrode”).

小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能なリチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの電気化学素子は、その特性を活かして急速に需要を拡大している。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が比較的に大きいことから携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの分野で利用され、電気二重層キャパシタはパソコン等のメモリバックアップ小型電源として利用されている。更に、最近は、電気二重層キャパシタは急速充放電特性に優れることから、繰り返しの充放電が必要なショベル、クレーンなどの建設機械での使用が本格化してきている。一方で、電気二重層キャパシタのエネルギー密度は3〜4Wh/L程度で、リチウムイオン二次電池に比べて二桁程度小さく、高いエネルギー密度と充放電速度の両立を目指し、正極、負極の2つの電極のうち、一方にファラデー反応電極、もう一方に非ファラデー反応電極を使用するハイブリッドキャパシタも開発が進められてきている。これら電気化学素子には、用途の拡大や発展に伴い、低抵抗化、高容量化など、より一層の特性の改善が求められている。その一方で、市場の拡大には低コスト化も重要な課題で、電極の安価な製造方法の提案も期待されている。   Electrochemical elements such as lithium ion secondary batteries and electric double layer capacitors that are small and light, have high energy density, and can be repeatedly charged and discharged are rapidly expanding their demands by utilizing their characteristics. Lithium ion secondary batteries are used in fields such as mobile phones and notebook personal computers because of their relatively high energy density, and electric double layer capacitors are used as memory backup compact power sources for personal computers and the like. Furthermore, recently, electric double layer capacitors are excellent in rapid charge / discharge characteristics, so that they have been used in construction machines such as excavators and cranes that require repeated charge / discharge. On the other hand, the energy density of the electric double layer capacitor is about 3 to 4 Wh / L, which is about two orders of magnitude smaller than that of the lithium ion secondary battery, aiming to achieve both high energy density and charge / discharge speed. Among the electrodes, hybrid capacitors using a Faraday reaction electrode on one side and a non-Faraday reaction electrode on the other side have been developed. With the expansion and development of applications, these electrochemical devices are required to have further improved characteristics such as low resistance and high capacity. On the other hand, cost reduction is also an important issue for market expansion, and proposals for inexpensive electrode manufacturing methods are also expected.

リチウムイオン二次電池はエネルギー密度は大きいが出力密度、サイクル特性、安全性には課題を残しており、出力密度の向上では電極の厚みを薄くしたり、電極の多孔度を上げることでイオン拡散を速めて低抵抗化を図っている。しかしながら電極を薄くする方法では、セパレータや集電体といった容量に寄与しない部材の使用比率が増加し、セルに占める電極の比率が減少し、エネルギー密度が低下するため、結果として容量当たりのコストが高くなるといった問題点を有している。また電極の多孔化もセルへの活物質の充填量が減少するためエネルギー密度が低下しコストアップになるといった問題点がある。
また活物質の粒子径を小さくすることで出力密度の向上が図られている。しかしながらリチウムイオン二次電池の電極は活物質を含む電極スラリーを集電体上に塗布して製造されるが、活物質の粒子径を小さくするとスラリーの流動性が悪化したり、スラリー濃度が低下し、塗布速度が上げられないため、電極シートの製造コストが高くなるといった問題点があった。
Lithium ion secondary batteries have high energy density, but there are still problems with output density, cycle characteristics, and safety. To improve output density, ion diffusion can be achieved by reducing electrode thickness or increasing electrode porosity. To reduce the resistance. However, in the method of thinning the electrode, the usage ratio of a member such as a separator or a current collector that does not contribute to the capacity increases, the ratio of the electrode to the cell decreases, and the energy density decreases. As a result, the cost per capacity is reduced. It has the problem of becoming higher. In addition, the porous electrode has a problem that the energy density is lowered and the cost is increased because the filling amount of the active material in the cell is reduced.
Further, the power density is improved by reducing the particle diameter of the active material. However, an electrode of a lithium ion secondary battery is manufactured by applying an electrode slurry containing an active material on a current collector. However, if the particle size of the active material is reduced, the fluidity of the slurry is deteriorated or the slurry concentration is lowered. However, since the coating speed cannot be increased, there is a problem that the manufacturing cost of the electrode sheet increases.

電気二重層キャパシタは出力密度は大きいがエネルギー密度が小さく、高容量化を目指した新しい炭素材料の開発が進められてきた。例えばカリウムを用いたアルカリ賦活炭の提案(特許文献1)や電界賦活処理が提案されている(特許文献2)。
しかしながらこれら提案はサイクル特性の低下から実用化には問題が残されている。また、電気二重層キャパシタのエネルギー密度を高めるため突起を有する集電体を用いたり(特許文献3)、金属繊維集電体を用いて、活物質を集電体に充填する提案が見られる(特許文献4,5)。
これら提案では電極厚みを厚くしても電極内に存在する集電体によって集電性が高められるため出力密度の高い電極を得ることが可能で、セルに占める活物質の比率を増加できることからエネルギー密度を上げることができるとしている。しかしながらこれら提案は分極性電極内に金属からなる集電体を配置することで電子抵抗を下げる効果はあるがイオン拡散抵抗を下げる効果を発現することはできない。したがって一定の効果はあるが、高速の充放電を伴う使われ方では抵抗低下に限界があった。また、製造面でも集電体内部への電極材料の充填を伴うため、生産性の面で問題があった。
更にステンレス繊維に活性炭を充填し、更に活性炭を透過しないステンレス繊維を集電体として用いることで活性炭の脱落を防止する提案(特許文献6)やシート状に成形された活性炭層と金属の集電板の中間にステンレス繊維など繊維状の集電体を配置する提案(特許文献7)も見られる。しかしながら、特許文献6の提案による分極性電極を挟むステンレス繊維からなる集電体は活性炭の脱落を防止する狙いで薄ければ薄い方が良いとされており、本発明とは異なるものである。そのため、集電体として用いるステンレス繊維の空隙率に関しても何ら触れられていない。一方特許文献7による提案は使われる構造が本発明とは異なる。また繊維状の集電体の空隙率に関して何ら触れられていない。
更に特許文献6および特許文献7に記載されている実施例では分極性電極の厚みが厚くメモリバックアップ用途などの高容量化を狙った提案で、集電体にイオン拡散抵抗の改善機能を持たせることで抵抗を下げる本発明とは異質なものである。また、これらも構造上の問題から生産性には問題が残されている。
Electric double layer capacitors have high output density but low energy density, and new carbon materials aimed at higher capacity have been developed. For example, the proposal of the alkali activated charcoal using potassium (patent document 1) and the electric field activation process are proposed (patent document 2).
However, these proposals still have problems in practical use due to the deterioration of cycle characteristics. In addition, there are proposals to use a current collector having protrusions to increase the energy density of the electric double layer capacitor (Patent Document 3), or to fill the current collector with an active material using a metal fiber current collector ( Patent Documents 4 and 5).
In these proposals, even if the electrode thickness is increased, the current collector is enhanced by the current collector in the electrode, so that it is possible to obtain an electrode with a high output density and the ratio of the active material in the cell can be increased. The density can be increased. However, these proposals have the effect of lowering the electron resistance by arranging a current collector made of metal in the polarizable electrode, but cannot exhibit the effect of lowering the ion diffusion resistance. Therefore, although there is a certain effect, there is a limit to the decrease in resistance when used with high-speed charging / discharging. In addition, there is a problem in terms of productivity because the current collector is filled with an electrode material.
Furthermore, a proposal is made to fill the stainless steel fibers with activated carbon, and the stainless steel fibers that do not permeate activated carbon are used as a current collector to prevent the activated carbon from falling off (Patent Document 6), and the activated carbon layer formed into a sheet and a metal current collector. There is also a proposal (Patent Document 7) in which a fibrous current collector such as a stainless fiber is disposed in the middle of the plate. However, the current collector made of stainless steel sandwiching the polarizable electrode proposed in Patent Document 6 is considered to be thinner if it is thin for the purpose of preventing the activated carbon from falling off, and is different from the present invention. Therefore, nothing is mentioned about the porosity of the stainless fiber used as the current collector. On the other hand, the structure used in the proposal of Patent Document 7 is different from that of the present invention. Moreover, nothing is mentioned about the porosity of the fibrous current collector.
Further, in the examples described in Patent Document 6 and Patent Document 7, the thickness of the polarizable electrode is thick and a proposal aimed at increasing the capacity of the memory backup application or the like, and the current collector has a function of improving the ion diffusion resistance. This is different from the present invention which lowers the resistance. In addition, problems remain in productivity due to structural problems.

一方で高いエネルギー密度と充放電速度の両立を目指し、正極、負極の2つの電極のうち、一方にファラデー反応電極、もう一方に非ファラデー反応電極を使用するハイブリッドキャパシタが注目されており、負極に予めリチウムイオンをドープし正極に活性炭を用いたハイブリッドキャパシタが貫通孔を有する集電体の提案で実現性が高まってきた。(特許文献8)
しかしながら、貫通孔を有する集電体への電極の形成は難しく、生産性が悪いといった問題点を有している(特許文献9)。
On the other hand, hybrid capacitors using a Faraday reaction electrode on one side and a non-Faraday reaction electrode on the other side are attracting attention, aiming to achieve both high energy density and charge / discharge speed. The feasibility has been enhanced by the proposal of a current collector in which a hybrid capacitor doped with lithium ions in advance and using activated carbon as a positive electrode has a through hole. (Patent Document 8)
However, there is a problem that it is difficult to form an electrode on a current collector having a through-hole and productivity is low (Patent Document 9).

特開2004−47613号公報JP 2004-47613 A 特開2002−25867号公報JP 2002-25867 A 特開平10−284349号公報JP-A-10-284349 特開平9−232190号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-232190 特開平6−196170号公報JP-A-6-196170 特開昭60−161610号公報JP 60-161610 A 特開平2−16710号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-16710 特許第4015993号公報Japanese Patent No. 4015993 特開平2005−203116号公報JP-A-2005-203116

本発明の目的は高容量で低抵抗の電気化学素子電極シートを、金属繊維シートからなる集電体を用いて、大量に効率よく製造する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for efficiently producing a high-capacity, low-resistance electrochemical element electrode sheet in large quantities using a current collector made of a metal fiber sheet.

本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討した結果、金属繊維シートを集電体として用いることで、セルを作製した際、電極層にセパレータ側と集電体側の両面から電解液が補充される構造とすることができ、電極厚みを厚くしても抵抗を低く抑えることができることを見出した。その結果セルに占める電極シートの比率を高めることができるため、セルの容量を向上させることができるとともに、低抵抗化が可能となることを見出した。
更に、上記電極シートを電気化学素子電極の電極材料からなる粉体を乾式成形することで、金属繊維シートを集電体として大量に効率良く製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have used a metal fiber sheet as a current collector to replenish the electrode layer with electrolyte from both the separator side and the current collector side when a cell is produced. It has been found that the resistance can be kept low even when the structure can be formed and the electrode thickness is increased. As a result, it was found that the ratio of the electrode sheet to the cell can be increased, so that the capacity of the cell can be improved and the resistance can be reduced.
Furthermore, it has been found that the electrode sheet can be efficiently produced in large quantities using a metal fiber sheet as a current collector by dry-molding a powder composed of an electrode material for an electrochemical element electrode, and the present invention is completed. It came.

従来、電極活性成分を含むスラリー状物を塗布又は浸漬によりエキスパンドメタル、パンチドメタルなどの有孔性集電体に担持せしめる際、貫通孔の径が大きいためにダイコーターなどを必要とし、ある場合には、下塗りなどを必要とした。更に、通常、垂直方向に引き上げながら塗布するために強度上の問題から生産性が低かった。更に、金属繊維シートでは金属繊維の径、多孔度を制御することで電極活性成分を含むスラリー状物の集電体への担持は、コンマコーターなどにより容易に行うことができ、必ずしも下塗りや垂直方向の塗布は要求されないために電極の生産性は上記に比べて改善されることも判明した。
しかしながら、本発明者等が提案している乾式成形法(特開2007−5747)を応用すると更に高い生産性で電気化学素子が製造さることを見出し、本発明を完成させた。
Conventionally, when a slurry containing an electrode active component is applied or immersed in a porous current collector such as expanded metal or punched metal, a die coater or the like is required due to the large diameter of the through hole. In some cases, an undercoat was required. Further, since the coating is usually performed while pulling up in the vertical direction, the productivity is low due to a problem in strength. Further, in the metal fiber sheet, the slurry-like material containing the electrode active component can be easily supported on the current collector by controlling the diameter and porosity of the metal fiber, and it is not always necessary to undercoat or vertically It has also been found that the productivity of the electrode is improved compared to the above because no direction coating is required.
However, the inventors have found that an electrochemical device can be produced with higher productivity by applying the dry molding method proposed by the present inventors (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-5747), and the present invention has been completed.

更に、従来電気化学素子電極の集電体としては、エキスパンドメタル、パンチドメタルなどの有孔性、又は無孔性のシート状金属体が使用されてきた。また突起を有する集電体を用いたり、多孔質金属集電体を用いて、活物質を集電体に充填する提案も見られる。しかし、本発明者の研究によるとエキスパンドメタル、パンチドメタルなどの有孔性、又は無孔性のシート状金属体を用いた場合電極層の厚みとともに抵抗は大きくなる。また突起を有する集電体を用いたり、多孔質金属集電体を用いて、活物質を集電体に充填する方法でも電極層の密度を上げると抵抗は大きくなることがわかった。このことは一般に抵抗は電子抵抗とイオン拡散抵抗からなり、突起を有する集電体や多孔質金属集電体を用いて集電性を高めるだけでは十分な低抵抗化は期待できないことを示している。本発明者らはイオン拡散抵抗に注目し、金属繊維シートを集電体として用いて集電体の少なくとも一部が電極構成材料で充填されない状態で集電体の片面あるいは両面に電極層を形成することで、電解液が電極層の両面から供給されることで、高容量化と低抵抗化を両立できる電極シートが得られることを見出した。   Furthermore, porous or nonporous sheet metal bodies such as expanded metal and punched metal have been used as current collectors for electrochemical element electrodes. There are also proposals for using a current collector having a protrusion or filling a current collector with an active material using a porous metal current collector. However, according to the research of the present inventors, when a porous or non-porous sheet metal such as expanded metal or punched metal is used, the resistance increases with the thickness of the electrode layer. Further, it was found that the resistance increases when the density of the electrode layer is increased even by using a current collector having protrusions or using a porous metal current collector to fill the current collector with an active material. This indicates that resistance generally consists of electron resistance and ion diffusion resistance, and it is not possible to expect a sufficient reduction in resistance simply by using a current collector with protrusions or a porous metal current collector. Yes. The present inventors pay attention to ion diffusion resistance, and form an electrode layer on one side or both sides of the current collector using a metal fiber sheet as a current collector and at least a part of the current collector is not filled with the electrode constituent material. Thus, it was found that an electrode sheet capable of achieving both high capacity and low resistance can be obtained by supplying the electrolyte from both surfaces of the electrode layer.

かくして、本発明は、以下の要旨を有することを特徴とするものである。
(1)金属繊維シートからなる集電体上に電気化学素子電極の電極材料からなる粉体を供給し粉体成形することを特徴とする電気化学素子電極用シートの製造方法。
(2)金属繊維シートからなる集電体の厚みが10〜200μmであることを特徴とする(1)記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。
(3)金属繊維シートからなる集電体上に形成される電極層と集電体を合わせた厚みが50〜1000μmであって、且つ
(電極層と集電体を合わせた厚み)/(集電体の厚み)=1〜20
であることを特徴とする(1)、(2)記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。
(4)金属繊維からなる集電体上に供給される粉体が、電極活物質および導電材が結着剤により結着してなる複合粒子が相互に結合されて形成されていることを特徴とする(1)、(2)記載の電気化学素子用電極用シートの製造方法。
(5)(4)記載の複合粒子が電極活物質、導電材、結着剤及び分散剤を含有するスラリーを得る工程、前記スラリーを噴霧乾燥して、噴霧造粒する工程で得られることを特徴とする(1)〜(4)記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。
(6)金属繊維が、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、銅、金、白金、チタン、その他の合金からなることを特徴とする(1)〜(5)記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。
(7)金属繊維表面が、その金属繊維よりも低い抵抗率を有する金属で被覆されていることを特徴とする(1)〜(6)記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。
(8)金属繊維が、繊維径2〜20μm、繊維長1〜12mmの金属繊維及び結着剤繊維からなるスラリーを湿式抄紙法によりシート化して得られることを特徴とする(1)〜(6)記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。
(9)金属繊維が、繊維径2〜20μm、繊維長1〜12mmの金属繊維及び結着剤繊維からなるスラリーを湿式抄紙法によりシート化し、更にシートを水素ガス雰囲気中で繊維間を焼結することを特徴とする(1)〜(6)記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。
(10)金属繊維が繊維径2〜20μm、繊維長1〜12mmの金属繊維及び結着剤繊維からなるスラリーを湿式抄紙法によりシート化し、更にシートを水素ガス雰囲気中で繊維間を焼結する際、焼結シートを金属繊維よりも低い抵抗率を有する金属で被覆することを特徴とする(1)〜(6)記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。
Thus, the present invention is characterized by having the following gist.
(1) A method for producing a sheet for an electrochemical element electrode, comprising supplying a powder made of an electrode material for an electrochemical element electrode onto a current collector made of a metal fiber sheet and molding the powder.
(2) The method for producing a sheet for an electrochemical element electrode according to (1), wherein the current collector made of the metal fiber sheet has a thickness of 10 to 200 μm.
(3) The total thickness of the electrode layer and the current collector formed on the current collector made of the metal fiber sheet is 50 to 1000 μm, and (the total thickness of the electrode layer and the current collector) / (current collection) (Thickness of electric body) = 1-20
(1) The manufacturing method of the sheet | seat for electrochemical element electrodes of (2) characterized by the above-mentioned.
(4) The powder supplied onto the current collector made of metal fibers is formed by combining composite particles formed by binding an electrode active material and a conductive material with a binder. (1) The manufacturing method of the sheet | seat for electrodes for electrochemical elements as described in (2).
(5) The composite particles according to (4) are obtained in a step of obtaining a slurry containing an electrode active material, a conductive material, a binder and a dispersant, and in a step of spray-drying the slurry and performing spray granulation. The manufacturing method of the sheet | seat for electrochemical element electrodes as described in (1)-(4) characterized by the above-mentioned.
(6) The method for producing an electrochemical element electrode sheet according to any one of (1) to (5), wherein the metal fiber is made of stainless steel, aluminum, nickel, copper, gold, platinum, titanium, or other alloy. .
(7) The method for producing an electrochemical element electrode sheet according to any one of (1) to (6), wherein the metal fiber surface is coated with a metal having a resistivity lower than that of the metal fiber.
(8) The metal fibers are obtained by forming a sheet of a metal fiber having a fiber diameter of 2 to 20 μm and a fiber length of 1 to 12 mm and a binder fiber by a wet papermaking method (1) to (6) The manufacturing method of the sheet | seat for electrochemical element electrodes of description.
(9) Slurries composed of metal fibers having a fiber diameter of 2 to 20 μm and a fiber length of 1 to 12 mm and a binder fiber are formed into a sheet by a wet papermaking method, and the sheet is sintered between fibers in a hydrogen gas atmosphere. The manufacturing method of the sheet | seat for electrochemical element electrodes as described in (1)-(6) characterized by performing.
(10) A slurry comprising metal fibers having a fiber diameter of 2 to 20 μm and a fiber length of 1 to 12 mm and a binder fiber is formed into a sheet by a wet papermaking method, and the sheet is sintered between fibers in a hydrogen gas atmosphere. The method for producing a sheet for an electrochemical element electrode according to any one of (1) to (6), wherein the sintered sheet is coated with a metal having a lower resistivity than the metal fiber.

本発明の乾式成形による電極シートの製造方法によれば、金属繊維シートからなる電気化学素子電極用集電体を用いて、セパレータ側と集電体側の両面から電極層に電解液を補充し、イオン拡散抵抗を下げることで、高エネルギー密度及び低内部抵抗を有する電気化学素子電極用シートを大量に効率よく提供される。   According to the method for producing an electrode sheet by dry molding of the present invention, using an electrochemical element electrode current collector made of a metal fiber sheet, the electrode layer is replenished with electrolyte from both the separator side and the current collector side, By reducing the ion diffusion resistance, a large amount of electrochemical element electrode sheets having high energy density and low internal resistance can be efficiently provided.

金属繊維シートからなる集電体に電極層を形成する方法としては、電極層形成材料の混合物を粒子状にして(以下、複合粒子化ということがある)乾式成形によってシート化し、金属繊維シートからなる集電体に圧着、あるいは複合粒子を金属繊維シートからなる集電体上に供給して乾式成形する方法を用いることができる。
複合粒子は、その重量平均粒子径が、通常は0.1〜1000μm、好ましくは5〜500μm、より好ましくは10〜100μmの範囲である。
As a method of forming an electrode layer on a current collector made of a metal fiber sheet, a mixture of electrode layer forming materials is formed into particles (hereinafter sometimes referred to as composite particles) and formed into a sheet by dry molding. It is possible to use a method in which the current collector is pressed or a composite particle is supplied onto a current collector made of a metal fiber sheet and dry-molded.
The composite particles have a weight average particle diameter of usually 0.1 to 1000 μm, preferably 5 to 500 μm, more preferably 10 to 100 μm.

乾式成形で用いる複合粒子は、その製造方法によって特に制限はなく、噴霧乾燥造粒法、転動層造粒法、圧縮型造粒法、攪拌型造粒法、押出し造粒法、破砕型造粒法、流動層造粒法、流動層多機能型造粒法、および溶融造粒法などの公知の造粒法が挙げられる。中でも噴霧乾燥造粒法、転動層造粒法および攪拌型造粒法を使用すると均一性の高い球状の粒子を得られるため好ましく、噴霧乾燥造粒法が特に好ましい。   The composite particles used in dry molding are not particularly limited depending on the production method, and are spray drying granulation method, rolling bed granulation method, compression granulation method, stirring granulation method, extrusion granulation method, crushing granulation method. Known granulation methods such as a granulation method, a fluidized bed granulation method, a fluidized bed multifunctional granulation method, and a melt granulation method may be mentioned. Among them, the spray-drying granulation method, the rolling bed granulation method and the stirring type granulation method are preferable because spherical particles with high uniformity can be obtained, and the spray-drying granulation method is particularly preferable.

噴霧乾燥造粒法は、電極活物質と、結着剤と、必要に応じてその他の成分とを溶媒中で混合して分散液とする工程、および、該分散液を噴霧乾燥して複合粒子を形成する工程を含む。具体的には、複合粒子の形成工程で、上記分散液を、噴霧乾燥機を使用してアトマイザから噴霧し、噴霧された分散液を乾燥塔内部で乾燥することで、分散液中に含まれる電極活物質、結着剤およびその他の成分からなる球状の複合粒子が形成される。   The spray-drying granulation method includes a step of mixing an electrode active material, a binder, and other components as necessary in a solvent to form a dispersion, and spray-drying the dispersion to form composite particles Forming a step. Specifically, in the composite particle forming step, the dispersion is sprayed from an atomizer using a spray dryer, and the sprayed dispersion is dried inside a drying tower, so that it is contained in the dispersion. Spherical composite particles composed of an electrode active material, a binder, and other components are formed.

分散液を得るために用いる溶媒は特に限定されないが、上記の溶解型樹脂を用いる場合には、溶解型樹脂を溶解可能な溶媒が好適に用いられる。具体的には、通常水が用いられるが、有機溶媒を用いることもできる。有機溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコールなどのアルキルアルコール類;アセトン、メチルエチルケトンなどのアルキルケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライム等のエーテル類;ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルイミダゾリジノン等のアミド類;ジメチルスルホキサイド、スルホラン等のイオウ系溶剤;などが挙げられるが、アルコール類が好ましい。   The solvent used for obtaining the dispersion is not particularly limited, but when the above-described soluble resin is used, a solvent capable of dissolving the soluble resin is preferably used. Specifically, water is usually used, but an organic solvent can also be used. Examples of the organic solvent include alkyl alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol and propyl alcohol; alkyl ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran, dioxane and diglyme; diethylformamide, dimethylacetamide and N-methyl- Examples include amides such as 2-pyrrolidone and dimethylimidazolidinone; sulfur solvents such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; and alcohols are preferable.

複合粒子をシート状に成形する成形方法としては、加圧成形法が好ましい。加圧成形法は、複合粒子に圧力を加えることで電極層形成材料の再配列、変形により緻密化を行い、電極層を成形する方法である。加圧成形としては、例えば、図1に示すように、複合粒子をスクリューフィーダー等の供給装置でロール式加圧成形装置に供給し、電極層を成形するロール加圧成形法や、複合粒子を集電体上に散布し、複合粒子をブレード等でならして厚みを調整し、次いで加圧装置で成形する方法、複合粒子を金型に充填し、金型を加圧して成形する方法などがある。これら加圧成形のうち、ロール加圧成形が好適である。   As a molding method for molding the composite particles into a sheet, a pressure molding method is preferable. The pressure forming method is a method of forming an electrode layer by applying pressure to the composite particles to perform densification by rearrangement and deformation of the electrode layer forming material. As the pressure molding, for example, as shown in FIG. 1, a roll pressure molding method in which composite particles are supplied to a roll-type pressure molding device with a supply device such as a screw feeder and an electrode layer is molded, or composite particles are Sprinkle on the current collector, adjust the thickness of the composite particles with a blade, etc., adjust the thickness, and then form with a pressurizing device, fill the mold with the composite particles, press the mold, etc. There is. Of these pressure moldings, roll pressure molding is preferred.

成形時の温度は、通常0〜200℃であり、結着剤の融点またはガラス転移温度より高いことが好ましく、融点またはガラス転移温度より20℃以上高いことがより好ましい。ロール加圧成形においては、成形速度を通常0.1〜30m/分、好ましくは5〜20m/分にして行う。またロール間のプレス線圧を通常0.2〜30kN/cm、好ましくは0.5〜10kN/cmにして行う。   The temperature at the time of molding is usually 0 to 200 ° C., preferably higher than the melting point or glass transition temperature of the binder, and more preferably 20 ° C. higher than the melting point or glass transition temperature. In roll press molding, the molding speed is usually 0.1 to 30 m / min, preferably 5 to 20 m / min. The pressing linear pressure between rolls is usually 0.2 to 30 kN / cm, preferably 0.5 to 10 kN / cm.

得られる電極層と本発明の金属繊維シートからなる集電体とが積層されて電気化学素子電極が得られる。また、電極層をロール加圧成形で形成する場合は、金属繊維シートからなる集電体を複合粒子の供給と同時にロールに送り込むことによって、金属繊維シートからなる集電体上に直接電極層を積層してもよい。   The obtained electrode layer and the current collector made of the metal fiber sheet of the present invention are laminated to obtain an electrochemical element electrode. In addition, when the electrode layer is formed by roll pressing, the electrode layer is formed directly on the current collector made of the metal fiber sheet by feeding the current collector made of the metal fiber sheet to the roll simultaneously with the supply of the composite particles. You may laminate.

電極の厚みのばらつきを無くし、活物質層の密度を上げて高容量化をはかるために、必要に応じて更に後加圧を行っても良い。後加圧の方法は、ロールによるプレス工程が一般的である。ロールプレス工程では、2本の円柱状のロールをせまい間隔で平行に上下にならべ、それぞれを反対方向に回転させて、その間に電極をかみこませ加圧する。ロールは加熱又は冷却等、温度調節しても良い。   In order to eliminate variations in electrode thickness and increase the density of the active material layer to increase the capacity, post-pressurization may be further performed as necessary. The post-pressing method is generally a press process using a roll. In the roll press process, two cylindrical rolls are arranged in parallel at a narrow interval in the vertical direction, and each is rotated in the opposite direction. The temperature of the roll may be adjusted by heating or cooling.

本発明で使用される金属繊維からなる集電体を用いて乾式成形で電気化学素子電極シートを製造することで、電気化学素子電極シートの高容量化、低抵抗化を実現することができる。何故にそのような特性が得られるかのメカニズムについては、次のように推定される。   By producing an electrochemical element electrode sheet by dry molding using a current collector made of metal fibers used in the present invention, it is possible to achieve a high capacity and low resistance of the electrochemical element electrode sheet. The reason why such a characteristic is obtained is estimated as follows.

電極活物質は一般的に導電性が低いため、高い導電性を持つ金属箔やエキスパンドメタルやパンチングメタルのような貫通孔を有する金属シート(箔)を集電体として用い、その上に電極活物質を薄く塗工することにより抵抗を低くしている。電極活物質を厚く塗工すると電極厚みの増大とともに抵抗は大きくなる。そのため突起を有する集電体を用いたり、多孔質金属集電体を用いて、活物質を集電体に充填することで電極層の集電性を向上する検討もされているが、イオン拡散抵抗の増大は避けられない。そのため電極密度を下げることでイオン拡散抵抗を下げる必要があるがセル容量が低下する。本発明では金属繊維シートからなる集電体の片面あるいは両面に電極層が形成されるが、集電体の少なくとも一部は多孔を有する状態で使用される。金属繊維シートからなる集電体はエキスパンドメタルやパンチングメタルのような独立した孔を有する集電体とは異なり孔がお互いに繋がった構造のため、本発明の電気化学素子電極用シートを用いたセルでは電解液が集電体の多孔構造に侵入することができる。その結果本発明の集電体を用いた電気化学素子電極用シートで作製された電気化学セルでは、セパレータ側と集電体側の両面から電極層に電解液が補充されるためイオン拡散抵抗を下げることができ、電極層厚みを厚くしても高エネルギー密度で低内部抵抗の電気化学素子電極用シートが提供される。   Since the electrode active material generally has low conductivity, a metal foil having high conductivity or a metal sheet (foil) having a through-hole such as expanded metal or punching metal is used as a current collector, and the electrode active material is formed thereon. The resistance is lowered by thinly coating the substance. When the electrode active material is applied thickly, the resistance increases as the electrode thickness increases. For this reason, it has been studied to improve the current collecting property of the electrode layer by using a current collector with protrusions or filling a current collector with a porous metal current collector. An increase in resistance is inevitable. Therefore, it is necessary to lower the ion diffusion resistance by lowering the electrode density, but the cell capacity is lowered. In the present invention, an electrode layer is formed on one side or both sides of a current collector made of a metal fiber sheet, but at least a part of the current collector is used in a porous state. Unlike the current collector having independent holes such as expanded metal and punching metal, the current collector made of the metal fiber sheet has a structure in which the holes are connected to each other. Therefore, the electrochemical element electrode sheet of the present invention was used. In the cell, the electrolyte can enter the porous structure of the current collector. As a result, in the electrochemical cell produced by the electrochemical element electrode sheet using the current collector of the present invention, the electrolyte solution is replenished from both the separator side and the current collector side, so that the ion diffusion resistance is lowered. Thus, an electrochemical element electrode sheet having high energy density and low internal resistance even when the electrode layer thickness is increased is provided.

更に、電気化学素子電極の電極材料からなる複合粒子を乾式成形することで、金属繊維シート上に形成された電極層自体も適度な空隙を保持することができる。その結果電気化学素子電極シートのイオン拡散抵抗を低く抑えることができる。上記金属繊維シートを用いた効果と成形方法に基づく電極層の構造に基づく効果の組み合わせによって、高容量で低抵抗の電気化学素子電極シートを大量に効率よく製造することができるものと思われる。   Furthermore, the composite particles made of the electrode material of the electrochemical element electrode are dry-molded, whereby the electrode layer itself formed on the metal fiber sheet can also hold an appropriate gap. As a result, the ion diffusion resistance of the electrochemical element electrode sheet can be kept low. It seems that a high-capacity, low-resistance electrochemical element electrode sheet can be efficiently produced in large quantities by a combination of the effect using the metal fiber sheet and the effect based on the structure of the electrode layer based on the forming method.

金属繊維シートはステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、銅、金、白金、チタン、その他の合金など、導電性があり、細線加工が可能な金属であれば如何なるものでもよく、金属の種類に限定されるものではない。電気化学素子の種類にもよるが、電気化学的安定性を損なわない観点から、正極ではステンレス、アルミニウムが好ましく、負極は銅、ニッケル、ステンレスが好ましい。また金属繊維表面が、その金属繊維よりも低い抵抗率を有する金属で被覆されているものも使用することができる。   The metal fiber sheet may be any metal as long as it is conductive and capable of fine wire processing, such as stainless steel, aluminum, nickel, copper, gold, platinum, titanium, and other alloys, and is limited to the type of metal. It is not a thing. Although depending on the type of electrochemical element, from the viewpoint of not impairing electrochemical stability, stainless steel and aluminum are preferable for the positive electrode, and copper, nickel and stainless steel are preferable for the negative electrode. Moreover, what coated the metal fiber surface with the metal which has a resistivity lower than the metal fiber can also be used.

金属繊維表面の被覆は、電解メッキ法、無電解メッキ法、スパッタリング法、蒸着法、プラズマ溶射法等、公知の方法によって行うことができる。また、金属繊維よりも低い融点を有する低抵抗の他の金属繊維を共存させて焼結することによって、焼結と同時に金属繊維の表面を低抵抗の金属で被覆するようにしてもよい。   The metal fiber surface can be coated by a known method such as an electrolytic plating method, an electroless plating method, a sputtering method, a vapor deposition method, a plasma spraying method, or the like. Further, by sintering together with other low-resistance metal fibers having a melting point lower than that of the metal fibers, the surface of the metal fibers may be coated with a low-resistance metal simultaneously with the sintering.

金属繊維は、溶融金属を微細な孔より遠心法で不活性な雰囲気中へ吹き出させることにより、安価に製造される。またダイスを用いて製造した金属ワイヤーを切断したり、旋盤のびびり振動や研削により得たアスペクト比の大きな繊維状金属をシートの原料に使用してもよい。金属繊維は繊維径2〜20μm、繊維長1〜120mmであることが好ましい。繊維径が2μmより細いとシート強度が不足し電極層を形成する際破断の原因となる。また繊維径が20μmよりも太いと目的とするシート厚みが得られにくい。また相対的に繊維数が減り、繊維同士の接点が減少するため抵抗が大きくなる。
また繊維長が1mmより短いとシート強度が弱くなる。繊維長が120mmよりも長くなるとシートの地合いが悪くなり、平滑な電極層の形成が困難になる。
Metal fibers are manufactured at low cost by blowing molten metal from a fine hole into an inert atmosphere by centrifugation. Further, a fibrous metal having a large aspect ratio obtained by cutting a metal wire produced using a die, chatter vibration or grinding of a lathe may be used as a raw material of the sheet. The metal fiber preferably has a fiber diameter of 2 to 20 μm and a fiber length of 1 to 120 mm. If the fiber diameter is thinner than 2 μm, the sheet strength is insufficient, which causes breakage when forming the electrode layer. If the fiber diameter is larger than 20 μm, the desired sheet thickness is difficult to obtain. In addition, the number of fibers is relatively reduced, and the contact point between the fibers is reduced, so that the resistance is increased.
On the other hand, if the fiber length is shorter than 1 mm, the sheet strength becomes weak. When the fiber length is longer than 120 mm, the sheet becomes unsatisfactory and it becomes difficult to form a smooth electrode layer.

金属繊維シートの製造方法としては、溶融金属を微細な孔より遠心法で不活性な雰囲気中へ吹き出し、シート化する方法や金属短繊維を湿式抄紙法によって不織布とする方法。更には金属繊維を熱溶融性バンダーとともに湿式抄紙法によって不織布とした後、加熱融着させてシートの密度を上げたり、焼結融着することもできる。
更には、湿式抄造法で作製された金属繊維シートの少なくとも一面に熱硬化型導電性接着剤を塗布もしくは含浸しても良い。
その他にも編組や織布の作製方法によって得ることもできる。
金属シートの厚みは10〜200μm、好ましくは15〜150μm、さらに好ましくは20〜100μmが好ましいl。金属シートの厚みが10μmよりも薄いと強度が低く、成形時に破断し易い。また金属シートの厚みが200μmよりも厚くなると、セルに占める金属シートからなる集電体の占める割合が大きくなりエネルギー密度が小さくなる。
As a method for producing a metal fiber sheet, a molten metal is blown out from a fine hole into an inert atmosphere by a centrifugal method to form a sheet, or a metal short fiber is made into a nonwoven fabric by a wet papermaking method. Further, the metal fiber can be made into a nonwoven fabric by a wet papermaking method together with a heat-melting binder, and then heat-fused to increase the density of the sheet or can be sintered and fused.
Furthermore, a thermosetting conductive adhesive may be applied or impregnated on at least one surface of the metal fiber sheet produced by the wet papermaking method.
In addition, it can be obtained by a method for producing a braid or woven fabric.
The thickness of the metal sheet is preferably 10 to 200 μm, preferably 15 to 150 μm, more preferably 20 to 100 μm. When the thickness of the metal sheet is less than 10 μm, the strength is low and the metal sheet is easily broken during molding. Further, when the thickness of the metal sheet is greater than 200 μm, the proportion of the current collector made of the metal sheet in the cell increases and the energy density decreases.

本発明で用いる集電体用金属繊維シートはシートの密度を上げることができ、シート厚みを10〜100μmと薄く出来ることから金属短繊維を湿式抄紙法によって不織布とする方法。更には金属繊維を熱溶融性バインダーとともに湿式抄紙法によって不織布とした後、加熱融着させてシートの密度を上げたり焼結融着する方法、更には金属繊維を熱溶融性バンダーとともに湿式抄紙法によって不織布とした後、加熱融着させてシートの密度を上げたり、焼結融着する方法などが好ましい。   The metal fiber sheet for a current collector used in the present invention can increase the density of the sheet, and the sheet thickness can be reduced to 10 to 100 μm, so that the metal short fiber is made into a nonwoven fabric by a wet papermaking method. Furthermore, after forming metal fibers into a non-woven fabric by a wet papermaking method together with a heat-meltable binder, the method of heat-sealing to increase the density of the sheet or sinter-bonding, and further, the metal fibers together with the heat-meltable binder to form a wet paper A non-woven fabric is preferably used, followed by heating and fusing to increase the density of the sheet, or sintering and fusing.

湿式抄紙法による場合について、具体的に説明すると、短繊維にカットした一種または複数種の金属繊維を水中に離解分散させ、適量のバインダーと必要に応じて助剤を添加し、混合した後、ワイヤー上で脱水処理し、プレス工程、乾燥工程を得てシート化することができる。また真空または非酸化性雰囲気下で加熱してバインダー等を熱分解して除去することもできる。   Specifically, in the case of the wet papermaking method, one or more kinds of metal fibers cut into short fibers are disperse and dispersed in water, an appropriate amount of binder and an auxiliary agent are added as necessary, and mixed, It can be dehydrated on the wire to obtain a pressing step and a drying step to form a sheet. Further, the binder or the like can be thermally decomposed and removed by heating in a vacuum or a non-oxidizing atmosphere.

バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、セルロースパルプ等が使用でき、また、助剤としては、一般に湿式抄紙法に使用されている分散剤、界面活性剤、消泡剤等が使用できる。非酸化性雰囲気としては、アルゴンガス、窒素ガス、水素ガス等を使用することができる。   As the binder, for example, polyvinyl alcohol fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber, cellulose pulp and the like can be used, and as an auxiliary agent, a dispersant, a surfactant, an antifoaming agent, etc. that are generally used in a wet papermaking method. Can be used. As the non-oxidizing atmosphere, argon gas, nitrogen gas, hydrogen gas, or the like can be used.

また、多孔質シートの金属繊維同士を焼結してもよい。焼結は、真空または非酸化性雰囲気中で金属繊維の融点近くの温度において、例えば、ステンレス鋼繊維の場合、120℃で1〜2時間加熱処理を行えばよい。   Moreover, you may sinter metal fibers of a porous sheet. Sintering may be performed in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere at a temperature near the melting point of the metal fiber, for example, in the case of stainless steel fiber, at 120 ° C. for 1 to 2 hours.

金属繊維の空隙率は、金属繊維の径や繊維の太さによって適宜選択されるが、一般的に金属繊維シートの空隙率が30%より低いと、シート密度が高くなり電解液の侵入量が少なくなり、電気化学素子としたときの低抵抗化の効果が小さくなる。またシートが硬くなる。また、空隙率が95%よりも高くなると、シートを構成する繊維の本数が少なくなり、シートの強度が低下したり、金属繊維同士の接点が少なくなり抵抗が大きくなる。   The porosity of the metal fiber is appropriately selected depending on the diameter of the metal fiber and the thickness of the fiber. Generally, when the porosity of the metal fiber sheet is lower than 30%, the sheet density increases and the amount of intrusion of the electrolytic solution increases. As a result, the effect of lowering the resistance when an electrochemical element is obtained is reduced. In addition, the sheet becomes hard. Further, when the porosity is higher than 95%, the number of fibers constituting the sheet is reduced, the strength of the sheet is reduced, or the contact between the metal fibers is reduced and the resistance is increased.

なお、本発明において、空隙率はシートの多孔性の度合を示す値であり次の式で示される。
空隙率(%)={1−(シートの見掛けの密度/シートの真の密度)}×100
式中、シートの見掛けの密度は、シートの坪量と厚さから計算される値である。シートの真の密度は、繊維自体(被覆金属も含む)の密度を意味する。
In the present invention, the porosity is a value indicating the degree of porosity of the sheet, and is represented by the following formula.
Porosity (%) = {1− (apparent density of sheet / true density of sheet)} × 100
In the formula, the apparent density of the sheet is a value calculated from the basis weight and thickness of the sheet. The true density of the sheet means the density of the fiber itself (including the coated metal).

本発明の金属繊維シートからなる集電体は、正極がリチウム含有複合金属酸化物、負極がリチウムイオンのインターカレーションが可能な炭素材料からなるリチウムイオン二次電池、また電極層が活性炭、導電剤、結着剤で構成される分極性電極からなる電気二重層キャパシタ、あるいはリチウムイオン及び/又はアニオンを可逆的に担持可能な物質からなる正極とリチウムイオンを可逆的に担持可能な物質からなる負極で構成されるハイブリッドキャパシタ、更にはリチウムイオンのドーピングを用いた二次電池に適用できる。   The current collector made of the metal fiber sheet of the present invention includes a lithium-containing composite metal oxide as a positive electrode, a lithium ion secondary battery made of a carbon material capable of intercalating lithium ions, and an electrode layer as activated carbon, conductive An electric double layer capacitor comprising a polarizable electrode composed of a binder, a binder, or a positive electrode comprising a substance capable of reversibly carrying lithium ions and / or anions and a substance capable of carrying lithium ions reversibly The present invention can be applied to a hybrid capacitor composed of a negative electrode and a secondary battery using lithium ion doping.

電極層を構成する材料は、電気化学素子電極を得るために使用されるものであり、具体的には、少なくとも電極活物質および結着剤を含有し、必要に応じさらに導電材、溶解型樹脂などを含有する。
電極活物質は、電気化学素子の種類によって適宜選択される。リチウムイオン二次電池の正極用の電極活物質としては、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn、LiFePO、LiFeVOなどのリチウム含有複合金属酸化物;TiS、TiS、非晶質MoSなどの遷移金属硫化物;Cu、非晶質VO・P、MoO、V、VO1などの遷移金属酸化物;が例示される。さらに、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレンなどの導電性高分子が挙げられる。
The material constituting the electrode layer is used to obtain an electrochemical element electrode. Specifically, it contains at least an electrode active material and a binder, and further contains a conductive material and a soluble resin as necessary. Etc.
The electrode active material is appropriately selected depending on the type of electrochemical element. As an electrode active material for a positive electrode of a lithium ion secondary battery, lithium-containing composite metal oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , LiFeVO 4 ; TiS 2 , TiS 3 , non Transition metal sulfides such as crystalline MoS 3 ; transition metal oxides such as Cu 2 V 2 O 3 , amorphous V 2 O · P 2 O 5 , MoO 3 , V 2 O 5 , V 6 O 1 3 ; Illustrated. Furthermore, conductive polymers such as polyacetylene and poly-p-phenylene are listed.

リチウムイオン二次電池の負極用の電極活物質としては、例えば、アモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、メゾカーボンマイクロビーズ(MCMB)、及びピッチ系炭素繊維などの炭素質材料;ポリアセン等の導電性高分子などが挙げられる。これらの電極活物質は、電気化学素子の種類に応じて、単独でまたは二種類以上を組み合わせて使用することができる。電極活物質を組み合わせて使用する場合は、平均粒径又は粒径分布の異なる二種類以上の電極活物質を組み合わせて使用してもよい。   Examples of the electrode active material for the negative electrode of the lithium ion secondary battery include carbonaceous materials such as amorphous carbon, graphite, natural graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), and pitch-based carbon fibers; high conductivity such as polyacene Examples include molecules. These electrode active materials can be used individually or in combination of 2 or more types according to the kind of electrochemical element. When the electrode active materials are used in combination, two or more types of electrode active materials having different average particle sizes or particle size distributions may be used in combination.

リチウムイオン二次電池の電極に使用する電極活物質は球形の粒子に整粒されたものが好ましい。粒子の形状が球形であると、電極成形時により高密度な電極が形成できる。また、重量平均粒子径1μm程度の細かな粒子と重量平均粒径3〜8μmの比較的大きな粒子の混合物や、0.5〜8μmにブロードな粒径分布を持つ粒子が好ましい。粒径が50μm以上の粒子は篩い分けなどにより除去して用いるのが好ましい。電極活物質のASTM D4164で規定されるタップ密度は特に制限されないが、正極では2g/cm以上、負極では0.6g/cm以上のものが好適に用いられる。 The electrode active material used for the electrode of the lithium ion secondary battery is preferably sized into spherical particles. When the shape of the particles is spherical, a higher density electrode can be formed during electrode molding. A mixture of fine particles having a weight average particle diameter of about 1 μm and relatively large particles having a weight average particle diameter of 3 to 8 μm, or particles having a broad particle size distribution of 0.5 to 8 μm is preferable. Particles having a particle size of 50 μm or more are preferably used after being removed by sieving or the like. The tap density defined by ASTM D4164 of the electrode active material is not particularly limited, but those having a positive electrode of 2 g / cm 3 or more and those of a negative electrode of 0.6 g / cm 3 or more are preferably used.

電気二重層キャパシタ用の電極活物質としては、通常、炭素の同素体が用いられる。電気二重層キャパシタ用の電極活物質は、同じ重量でもより広い面積の界面を形成することが可能なもの、すなわち比表面積の大きいものが好ましい。具体的には、比表面積が30m/g以上、好ましくは500〜5,000m/g、より好ましくは1,000〜3,000m/gであることが好ましい。炭素の同素体の具体例としては、活性炭、ポリアセン、カーボンウィスカ及びグラファイト等が挙げられ、これらの粉末または繊維を使用することができる。電気二重層キャパシタ用の好ましい電極活物質は活性炭であり、具体的にはフェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系、又はヤシガラ系等の活性炭を挙げることができる。これら炭素の同素体は、電気二重層キャパシタ用電極活物質として、単独でまたは二種類以上を組み合わせて使用することができる。炭素の同素体を組み合わせて使用する場合は、平均粒径又は粒径分布の異なる二種類以上の炭素の同素体を組み合わせて使用してもよい。 As an electrode active material for an electric double layer capacitor, an allotrope of carbon is usually used. The electrode active material for an electric double layer capacitor is preferably one that can form an interface with a larger area even with the same weight, that is, one having a large specific surface area. Specifically, the specific surface area of 30 m 2 / g or more, preferably preferably 500~5,000m 2 / g, more preferably 1,000~3,000m 2 / g. Specific examples of the allotrope of carbon include activated carbon, polyacene, carbon whisker, and graphite, and these powders or fibers can be used. A preferable electrode active material for the electric double layer capacitor is activated carbon, and specific examples include phenol-based, rayon-based, acrylic-based, pitch-based, and coconut shell-based activated carbon. These allotropes of carbon can be used singly or in combination of two or more as an electrode active material for electric double layer capacitors. When carbon allotropes are used in combination, two or more types of carbon allotropes having different average particle diameters or particle size distributions may be used in combination.

また、黒鉛類似の微結晶炭素を有し、その微結晶炭素の層間距離が拡大された非多孔性炭素を電極活物質として用いることができる。このような非多孔性炭素は、多層グラファイト構造の微結晶が発達した易黒鉛化炭を700〜850℃で乾留し、次いで苛性アルカリと共に800〜900℃で熱処理し、さらに必要に応じ加熱水蒸気により残存アルカリ成分を除くことで得られる。
電気二重層キャパシタ用の電極活物質として、重量平均粒子径が0.1〜100μm、好ましくは1〜50μm、更に好ましくは2〜10μmの粉末を用いると、電気二重層キャパシタ用電極の薄膜化が容易で、静電容量も高くできるので好ましい。
In addition, nonporous carbon having microcrystalline carbon similar to graphite and having an increased interlayer distance of the microcrystalline carbon can be used as the electrode active material. Such non-porous carbon is obtained by dry-distilling graphitized charcoal with microcrystals of a multilayer graphite structure at 700 to 850 ° C., then heat-treating with caustic at 800 to 900 ° C., and if necessary with heated steam. It is obtained by removing the residual alkali component.
When a powder having a weight average particle diameter of 0.1 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm, more preferably 2 to 10 μm is used as an electrode active material for an electric double layer capacitor, the electric double layer capacitor electrode can be made thin. It is preferable because it is easy and the capacitance can be increased.

ハイブリッドキャパシタの正極活物質としては、リチウムイオンと、例えばテトラフルオロボレートのようなアニオンを可逆的に担持できる物質からなる。かかる正極活物質としては、種々のものが使用できるが、活性炭、又は芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であって、水素原子/炭素原子の原子比が0.50〜0.05であるポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体(PAS)が好ましい。   The positive electrode active material of the hybrid capacitor is made of a material that can reversibly carry lithium ions and anions such as tetrafluoroborate. As such a positive electrode active material, various materials can be used, and activated carbon or a heat-treated product of an aromatic condensation polymer having a hydrogen atom / carbon atom ratio of 0.50 to 0.05. A polyacene organic semiconductor (PAS) having a skeleton structure is preferred.

一方、ハイブリッドキャパシタの負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に担持できる物質から形成される。好ましい負極活物質としては、黒鉛、難黒鉛化炭素、ハードカーボン、コークス等の炭素材料、上記正極活物質としても記載したポリアセン系物質(PAS)等を挙げることができる。これらの炭素材料及びPASは、フェノール樹脂等を炭化させ、必要に応じて賦活され、次いで粉砕したものが用いられる。   On the other hand, the negative electrode active material of the hybrid capacitor is formed of a material that can reversibly carry lithium ions. Preferred examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite, non-graphitizable carbon, hard carbon, and coke, and polyacene-based materials (PAS) described as the positive electrode active material. These carbon materials and PAS are obtained by carbonizing a phenol resin or the like, activated as necessary, and then pulverized.

また、必要に応じて電極層形成材料として用いられる導電材は、導電性を有する粒子状の炭素の同素体からなり、電気化学素子電極の導電性を向上させるものである。導電材の重量平均粒子径は、電極活物質の重量平均粒子径よりも小さいことが好ましく、通常0.001〜10μm、好ましくは0.05〜5μm、より好ましくは0.01〜1μmの範囲である。導電材の粒径がこの範囲にあると、より少ない使用量で高い導電性が得られる。導電材の具体例としては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、及びケッチェンブラック(アクゾノーベル ケミカルズ ベスローテン フェンノートシャップ社の登録商標)などの導電性カーボンブラック;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛;が挙げられる。これらの中でも、導電性カーボンブラックが好ましく、アセチレンブラックおよびファーネスブラックがより好ましい。これらの導電材は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。   Further, the conductive material used as the electrode layer forming material as necessary is made of an allotrope of particulate carbon having conductivity, and improves the conductivity of the electrochemical element electrode. The weight average particle diameter of the conductive material is preferably smaller than the weight average particle diameter of the electrode active material, and is usually in the range of 0.001 to 10 μm, preferably 0.05 to 5 μm, more preferably 0.01 to 1 μm. is there. When the particle size of the conductive material is within this range, high conductivity can be obtained with a smaller amount of use. Specific examples of the conductive material include conductive carbon black such as furnace black, acetylene black, and ketjen black (registered trademark of Akzo Nobel Chemicals Bethloten Fennaut Shap); graphite such as natural graphite and artificial graphite. . Among these, conductive carbon black is preferable, and acetylene black and furnace black are more preferable. These conductive materials can be used alone or in combination of two or more.

導電材の量は、電極活物質100重量部に対して、通常0.1〜50重量部、好ましくは0.5〜15重量部、より好ましくは1〜10重量部の範囲である。導電材の量がこの範囲にある電極を使用すると電気化学素子の容量を高く且つ内部抵抗を低くすることができる。   The amount of the conductive material is usually 0.1 to 50 parts by weight, preferably 0.5 to 15 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. When an electrode having an amount of the conductive material within this range is used, the capacity of the electrochemical element can be increased and the internal resistance can be decreased.

電極層形成に使用される結着剤は、結着力を有する化合物であれば特に制限はないが、分散型結着剤が好ましい。分散型結着剤とは、溶媒に分散する性質のある結着剤であり、例えば、フッ素系重合体、ジエン系重合体、アクリレート系重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン等の高分子化合物が挙げられ、より好ましくはフッ素系重合体、ジエン系重合体、及びアクリレート系重合体が挙げられる。これら結着剤は単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。   The binder used for forming the electrode layer is not particularly limited as long as it is a compound having a binding force, but a dispersion-type binder is preferable. The dispersion type binder is a binder having a property of being dispersed in a solvent, and examples thereof include polymer compounds such as a fluorine polymer, a diene polymer, an acrylate polymer, polyimide, polyamide, and polyurethane. More preferred are fluorine-based polymers, diene-based polymers, and acrylate-based polymers. These binders can be used alone or in combination of two or more.

フッ素系重合体はフッ素原子を含む単量体単位を含有する重合体である。フッ素系重合体中のフッ素を含有する単量体単位の割合は通常50重量%以上である。フッ素系重合体の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂が挙げられ、ポリテトラフルオロエチレンが好ましい。   The fluorine-based polymer is a polymer containing a monomer unit containing a fluorine atom. The ratio of the monomer unit containing fluorine in the fluoropolymer is usually 50% by weight or more. Specific examples of the fluorine-based polymer include fluorine resins such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene is preferable.

ジエン系重合体は、共役ジエンの単独重合体もしくは共役ジエンを含む単量体混合物を重合して得られる共重合体、またはそれらの水素添加物である。前記単量体混合物における共役ジエンの割合は通常40重量%以上、好ましくは50重量%以上、より好ましくは60重量%以上である。ジエン系重合体の具体例としては、ポリブタジエンやポリイソプレンなどの共役ジエン単独重合体;カルボキシ変性されていてもよいスチレン・ブタジエン共重合体(SBR)などの芳香族ビニル・共役ジエン共重合体;アクリロニトリル・ブタジエン共重合体(NBR)などのシアン化ビニル・共役ジエン共重合体;水素化SBR、水素化NBRなどが挙げられる。   The diene polymer is a homopolymer of a conjugated diene or a copolymer obtained by polymerizing a monomer mixture containing a conjugated diene, or a hydrogenated product thereof. The proportion of the conjugated diene in the monomer mixture is usually 40% by weight or more, preferably 50% by weight or more, more preferably 60% by weight or more. Specific examples of the diene polymer include conjugated diene homopolymers such as polybutadiene and polyisoprene; aromatic vinyl / conjugated diene copolymers such as carboxy-modified styrene / butadiene copolymer (SBR); Examples include vinyl cyanide / conjugated diene copolymers such as acrylonitrile / butadiene copolymer (NBR); hydrogenated SBR, hydrogenated NBR, and the like.

アクリレート系重合体は、アクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルの単独重合体またはこれらを含む単量体混合物を重合して得られる共重合体である。前記単量体混合物におけるアクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルの割合は通常40重量%以上、好ましくは50重量%以上、より好ましくは60重量%以上である。アクリレート系重合体の具体例としては、アクリル酸2−エチルヘキシル・メタクリル酸・アクリロニトリル・エチレングリコールジメタクリレート共重合体、アクリル酸2−エチルヘキシル・メタクリル酸・メタクリロニトリル・ジエチレングリコールジメタクリレート共重合体、アクリル酸2−エチルヘキシル・スチレン・メタクリル酸・エチレングリコールジメタクリレート共重合体、アクリル酸ブチル・アクリロニトリル・ジエチレングリコールジメタクリレート共重合体、およびアクリル酸ブチル・アクリル酸・トリメチロールプロパントリメタクリレート共重合体などの架橋型アクリレート系重合体;エチレン・アクリル酸メチル共重合体、エチレン・メタクリル酸メチル共重合体、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、およびエチレン・メタクリル酸エチル共重合体などのエチレンとアクリル酸(またはメタクリル酸)エステルとの共重合体;上記エチレンとアクリル酸(またはメタクリル酸)エステルとの共重合体にラジカル重合性単量体をグラフト重合させたグラフト重合体;などが挙げられる。なお、上記グラフト重合体に用いられるラジカル重合性単量体としては、例えば、メタクリル酸メチル、アクリロニトリル、メタクリル酸などが挙げられる。その他に、エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン・メタクリル酸共重合体などが結着剤として使用できる。   The acrylate polymer is a copolymer obtained by polymerizing a homopolymer of acrylic acid ester and / or methacrylic acid ester or a monomer mixture containing them. The ratio of acrylic acid ester and / or methacrylic acid ester in the monomer mixture is usually 40% by weight or more, preferably 50% by weight or more, more preferably 60% by weight or more. Specific examples of the acrylate polymer include 2-ethylhexyl acrylate / methacrylic acid / acrylonitrile / ethylene glycol dimethacrylate copolymer, 2-ethylhexyl acrylate / methacrylic acid / methacrylonitrile / diethylene glycol dimethacrylate copolymer, acrylic Crosslinking of 2-ethylhexyl acid / styrene / methacrylic acid / ethylene glycol dimethacrylate copolymer, butyl acrylate / acrylonitrile / diethylene glycol dimethacrylate copolymer, and butyl acrylate / acrylic acid / trimethylolpropane trimethacrylate copolymer Type acrylate polymer; ethylene / methyl acrylate copolymer, ethylene / methyl methacrylate copolymer, ethylene / ethyl acrylate copolymer, and A copolymer of ethylene and acrylic acid (or methacrylic acid) such as an ethylene / ethyl methacrylate copolymer; a radical polymerizable monomer in the copolymer of ethylene and acrylic acid (or methacrylic acid) A graft polymer obtained by graft polymerization; and the like. In addition, as a radically polymerizable monomer used for the said graft polymer, methyl methacrylate, acrylonitrile, methacrylic acid etc. are mentioned, for example. In addition, ethylene / acrylic acid copolymers, ethylene / methacrylic acid copolymers, and the like can be used as binders.

これらの中で、集電体との結着性や表面平滑性に優れた活物質層が得られ、また、高静電容量で且つ低内部抵抗の電気化学素子用電極が製造できるという観点から、ジエン系重合体および架橋型アクリレート系重合体が好ましく、架橋型アクリレート系重合体が特に好ましい。   Among these, from the viewpoint that an active material layer excellent in binding property and surface smoothness with a current collector can be obtained, and an electrode for an electrochemical element having high capacitance and low internal resistance can be produced. Diene polymers and cross-linked acrylate polymers are preferred, and cross-linked acrylate polymers are particularly preferred.

結着剤は、その形状によって特に制限はないが、結着性が良く、また、作成した電極の静電容量の低下や充放電の繰り返しによる劣化を抑えることができるため、粒子状であることが好ましい。粒子状の結着剤としては、例えば、ラテックスのごとき分散型結着剤の粒子が水に分散した状態のものや、このような分散液を乾燥して得られる粉末状のものが挙げられる。   The binder is not particularly limited depending on its shape, but has good binding properties, and can be prevented from being deteriorated due to a decrease in the capacitance of the created electrode or repeated charge / discharge, so that it is particulate. Is preferred. Examples of the particulate binder include those in which particles of a dispersion-type binder such as latex are dispersed in water, and powders obtained by drying such a dispersion.

また、結着剤は、2種以上の単量体混合物を段階的に重合することにより得られるコアシェル構造を有する粒子であっても良い。コアシェル構造を有する結着剤は、第一段目の重合体を与える単量体をまず重合しシード粒子を得、このシード粒子の存在下に、第二段目となる重合体を与える単量体を重合することにより製造することが好ましい。   Further, the binder may be particles having a core-shell structure obtained by polymerizing a mixture of two or more kinds of monomers stepwise. A binder having a core-shell structure is obtained by first polymerizing a monomer that gives the first-stage polymer to obtain seed particles, and in the presence of the seed particles, a single quantity that gives the second-stage polymer. It is preferable to manufacture by polymerizing the body.

上記コアシェル構造を有する結着剤のコアとシェルの割合は、特に限定されないが、質量比でコア部:シェル部が通常50:50〜99:1、好ましくは60:40〜99:1、より好ましくは70:30〜99:1である。コア部及びシェル部を構成する高分子化合物は上記の高分子化合物の中から選択できる。コア部とシェル部は、その一方が0℃未満のガラス転移温度を有し、他方が0℃以上のガラス転移温度を有するものであることが好ましい。また、コア部とシェル部とのガラス転移温度の差は、通常20℃以上、好ましくは50℃以上である。   The ratio between the core and the shell of the binder having the core-shell structure is not particularly limited, but the core part: shell part is usually 50:50 to 99: 1, preferably 60:40 to 99: 1 by mass ratio. Preferably it is 70: 30-99: 1. The polymer compound constituting the core part and the shell part can be selected from the above polymer compounds. It is preferable that one of the core part and the shell part has a glass transition temperature of less than 0 ° C and the other has a glass transition temperature of 0 ° C or higher. Moreover, the difference of the glass transition temperature of a core part and a shell part is 20 degreeC or more normally, Preferably it is 50 degreeC or more.

粒子状の結着剤は、その数平均粒子径によって格別な限定はないが、通常は0.0001〜100μm、好ましくは0.001〜10μm、より好ましくは0.01〜1μmの数平均粒径を有するものである。結着剤の数平均粒子径がこの範囲であるときは、少量の結着剤の使用でも優れた結着力を活物質層に与えることができる。ここで、数平均粒子径は、透過型電子顕微鏡写真で無作為に選んだ結着剤粒子100個の径を測定し、その算術平均値として算出される個数平均粒径である。粒子の形状は球形、異形、どちらでもかまわない。   The particulate binder is not particularly limited depending on the number average particle diameter, but is usually 0.0001 to 100 μm, preferably 0.001 to 10 μm, more preferably 0.01 to 1 μm. It is what has. When the number average particle diameter of the binder is within this range, an excellent binding force can be imparted to the active material layer even when a small amount of the binder is used. Here, the number average particle diameter is a number average particle diameter calculated as an arithmetic average value obtained by measuring the diameter of 100 binder particles randomly selected in a transmission electron micrograph. The shape of the particles can be either spherical or irregular.

この結着剤の使用量は、電極活物質100重量部に対して、通常は0.1〜50重量部、好ましくは0.5〜20重量部、より好ましくは1〜10重量部の範囲である。   The amount of the binder used is usually 0.1 to 50 parts by weight, preferably 0.5 to 20 parts by weight, and more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. is there.

電極層形成材料には上記の他に溶解型樹脂を含有していることが好ましい。溶解型樹脂とは、溶媒に溶解する樹脂であり、好適には後述する分散液の調製時に溶媒に溶解させて用いられて、電極活物質、導電材等を溶媒に均一に分散させる作用を有するものである。溶解型樹脂としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロースおよびヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース系ポリマー、ならびにこれらのアンモニウム塩またはアルカリ金属塩;ポリアクリル酸(またはメタクリル酸)ナトリウムなどのポリアクリル酸(またはメタクリル酸)塩;ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド;ポリビニルピロリドン、ポリカルボン酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼイン、各種変性デンプン、キチン、キトサン誘導体などが挙げられる。これらの溶解型樹脂は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。中でも、セルロース系ポリマーが好ましく、カルボキシメチルセルロースまたはそのアンモニウム塩もしくはアルカリ金属塩が特に好ましい。溶解型樹脂の使用量は、格別な限定はないが、電極活物質100重量部に対して、通常は0.1〜10重量部、好ましくは0.5〜5重量部、より好ましくは0.8〜2重量部の範囲である。   In addition to the above, the electrode layer forming material preferably contains a soluble resin. The soluble resin is a resin that dissolves in a solvent, and is preferably used by dissolving in a solvent when preparing a dispersion described later, and has an action of uniformly dispersing an electrode active material, a conductive material, etc. in the solvent. Is. Soluble resins include cellulosic polymers such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose and hydroxypropylcellulose, and ammonium or alkali metal salts thereof; polyacrylic acid (or methacrylic acid) such as sodium polyacrylic acid (or methacrylic acid) ) Salt; polyvinyl alcohol, modified polyvinyl alcohol, polyethylene oxide; polyvinyl pyrrolidone, polycarboxylic acid, oxidized starch, phosphate starch, casein, various modified starches, chitin, chitosan derivatives and the like. These soluble resins can be used alone or in combination of two or more. Among these, a cellulose polymer is preferable, and carboxymethyl cellulose or an ammonium salt or an alkali metal salt thereof is particularly preferable. The use amount of the soluble resin is not particularly limited, but is usually 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts by weight, and more preferably 0.8 to 100 parts by weight of the electrode active material. It is in the range of 8 to 2 parts by weight.

電極層形成材料には、さらに必要に応じてその他の添加剤を含有していてもよい。その他の添加剤としては、例えば、界面活性剤がある。界面活性剤としては、アニオン性、カチオン性、ノニオン性、ノニオニックアニオンなどの両性の界面活性剤が挙げられるが、中でもアニオン性若しくはノニオン性の界面活性剤で熱分解しやすいものが好ましい。界面活性剤の量は、格別な限定はないが、電極活物質100重量部に対して0〜50重量部、好ましくは0.1〜10重量部、より好ましくは0.5〜5重量部の範囲である。   The electrode layer forming material may further contain other additives as necessary. Examples of other additives include a surfactant. Examples of the surfactant include amphoteric surfactants such as anionic, cationic, nonionic, and nonionic anions. Among them, anionic or nonionic surfactants that are easily thermally decomposed are preferable. The amount of the surfactant is not particularly limited, but is 0 to 50 parts by weight, preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. It is a range.

また、金属繊維シートからなる集電体上に形成される電極層と集電体の厚みの関係は下記を満たすことが必要である。
電極層と集電体の厚みを合わせた厚みが50〜1000μmであって、且つ
(電極層と集電体を合わせた厚み)/(集電体の厚み)=1〜20である。
上記比率が1より小さいと、セルに占める集電体の比率が大きくなり、セルのエネルギー密度が小さくなる。また上記比率が20よりも大きくなると、電極層に電解液から供給されるイオン量が少なくなり、抵抗が大きくなる。
Moreover, the relationship between the electrode layer formed on the current collector made of the metal fiber sheet and the thickness of the current collector must satisfy the following.
The total thickness of the electrode layer and the current collector is 50 to 1000 μm, and (the total thickness of the electrode layer and the current collector) / (thickness of the current collector) = 1 to 20.
When the ratio is smaller than 1, the ratio of the current collector to the cell increases, and the energy density of the cell decreases. On the other hand, when the ratio is greater than 20, the amount of ions supplied from the electrolytic solution to the electrode layer decreases, and the resistance increases.

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例における部および%は、特に断りのない限り重量基準である。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to these Examples. In the examples and comparative examples, “part” and “%” are based on weight unless otherwise specified.

先ず、本発明の集電体として使用する、金属繊維シートの製造方法(1)〜(4)について示す。
金属繊維シートの製造方法
湿式抄紙法による金属繊維シートの製造方法の例
繊維径8μm、繊維長4mmのステンレス鋼繊維(材質:SUS316L、商品名:サスミック、東京製鋼社製)95重量部、および水中溶解温度70℃のポリビニルアルコール繊維(商品名:フィブリボンドVPB105−1、クラレ社製)5重量部からなるスラリーを、湿式抄紙法によって抄造し、脱水プレス、加熱乾燥して、米坪量64g/mのシートを得た。得られたシートを、表面温度が160℃の加熱ロールを用いて、線圧400kg/cm、速度5m/minの条件で加熱圧着し、厚さ33μm、空隙率72%のステンレス鋼繊維シートを得た。
First, it shows about the manufacturing method (1)-(4) of a metal fiber sheet used as a collector of this invention.
Example of Metal Fiber Sheet Manufacturing Method Example of Metal Fiber Sheet Manufacturing Method by Wet Papermaking Method 95 parts by weight of stainless steel fiber (material: SUS316L, trade name: Susmic, manufactured by Tokyo Steel Co., Ltd.) having a fiber diameter of 8 μm and a fiber length of 4 mm, and water A slurry consisting of 5 parts by weight of a polyvinyl alcohol fiber (trade name: Fibrybond VPB105-1, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) having a melting temperature of 70 ° C. is made by a wet papermaking method, dehydrated and heated and dried to obtain a basis weight of 64 g / An m 2 sheet was obtained. The obtained sheet was heat-pressed under the conditions of a linear pressure of 400 kg / cm and a speed of 5 m / min using a heating roll having a surface temperature of 160 ° C. to obtain a stainless steel fiber sheet having a thickness of 33 μm and a porosity of 72%. It was.

金属繊維焼結シートの製造方法の例
米坪量以外は(1)記載の金属繊維シートと同様にして湿式抄紙法によって得られたシートを水素ガス雰囲気の連続焼結炉(メッシュベルト付きろう付け炉)を用い、熱処理温度1120℃、速度15cm/minで焼結処理を行い、米坪量64g/m、厚さ27μm、空隙率68%の金属繊維焼結シートを得た。
Example of metal fiber sintered sheet production method A sheet obtained by the wet papermaking method in the same manner as the metal fiber sheet described in (1) except for the basis weight of rice was brazed with a continuous sintering furnace (brazed with a mesh belt) in a hydrogen gas atmosphere. Furnace), a sintering process was performed at a heat treatment temperature of 1120 ° C. and a speed of 15 cm / min to obtain a sintered metal fiber sheet having a rice basis weight of 64 g / m 2 , a thickness of 27 μm, and a porosity of 68%.

熱硬化型導電性接着剤処理金属繊維シートの製造方法の例
(金属繊維シートの作製)
繊維径8μm、繊維長4mmのステンレス繊維(材質:SUS316L、商品名;サスミック、東京製綱社製)95部、及び結着用繊維としてのポリビニルアルコール繊維(水中溶解温度;70℃、商品名;フィブリボンドVPB105−1、クラレ社製)5部からなるスラリーを湿式抄造機に供して抄造し、脱水乾燥して米坪量62g/mの金属繊維シートを得た。
Example of manufacturing method of thermosetting conductive adhesive-treated metal fiber sheet (production of metal fiber sheet)
95 parts of stainless steel fiber (material: SUS316L, trade name: Susmic, manufactured by Tsuna Co., Ltd.) with a fiber diameter of 8 μm and a fiber length of 4 mm, and polyvinyl alcohol fiber as binding fiber (melting temperature in water: 70 ° C., trade name: fibril) bond VPB105-1, a slurry consisting of Kuraray Co., Ltd.) 5 parts by papermaking and subjected to wet papermaking machine and was dehydrated and dried to obtain a metal fiber sheet basis weight amount 62 g / m 2.

(熱硬化型導電性接着フィルムの作製)
アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(NBRゴム)を固形分で35重量部(NIPOL 1021、日本ゼオン社製)、ビスフェノールA型レゾールフェノール樹脂を固形分で35重量部(CKM−908、昭和高分子社製)、デンカブラック30重量部(電気化学社製)をメチルエチルケトン/トルエン(重量比70/30)の混合溶媒に固形分濃度が10%になるように投入し、サンドミルで12時間溶解、分散して塗料を作製した。
(Production of thermosetting conductive adhesive film)
35 parts by weight of acrylonitrile-butadiene copolymer (NBR rubber) (NIPOL 1021, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) and 35 parts by weight of bisphenol A type resol phenol resin (CKM-908, manufactured by Showa Polymer Co., Ltd.) ), 30 parts by weight of Denka Black (manufactured by Denki Kagaku Co., Ltd.) was added to a mixed solvent of methyl ethyl ketone / toluene (weight ratio 70/30) so as to have a solid concentration of 10%, and dissolved and dispersed in a sand mill for 12 hours. A paint was made.

得られた塗料を25μm径のフィルターを用いて濾過処理をした。該濾過後の塗料に上記で作製した金属繊維シートに目付量が5g/mとなるように吹き付けた後線圧50kg/cm、温度100℃でロールプレス処理を行った。次いで130℃の乾燥条件で溶剤分を揮発除去して、半硬化状(Bステージ)とした。 The obtained paint was filtered using a 25 μm diameter filter. The metal fiber sheet prepared above was sprayed onto the filtered paint so that the basis weight was 5 g / m 2, and then roll press treatment was performed at a linear pressure of 50 kg / cm and a temperature of 100 ° C. Next, the solvent was removed by volatilization under a drying condition of 130 ° C. to obtain a semi-cured state (B stage).

実施例、比較例では、金属繊維の種類、金属繊維の径、金属繊維の長さを選択し、上記に記載した方法を選択して金属繊維シートを作製した。
その結果を表1、2および3に示した。
In Examples and Comparative Examples, the type of metal fiber, the diameter of the metal fiber, and the length of the metal fiber were selected, and the method described above was selected to produce a metal fiber sheet.
The results are shown in Tables 1, 2 and 3.

次に、上記で作製した金属繊維シートを集電体として用いた電気二重層キャパシタの製造方法およびその特性評価結果を示す。   Next, the manufacturing method of the electrical double layer capacitor which used the metal fiber sheet produced above as a collector, and its characteristic evaluation result are shown.

電気二重層キャパシタ用電極の作製(乾式成形による電極の作製例)
(電極層形成に使用する複合粒子の作製)
電極活物質(比表面積2000m/g及び重量平均粒子径5μmの活性炭)100部、導電材(アセチレンブラック「デンカブラック粉状」:電気化学工業社製)5部、分散型結着剤(数平均粒子径0.15μm、ガラス転移温度−40℃の架橋型アクリレート系重合体の40%水分散体「AD211」:日本ゼオン社製)を固形分で7.5部、溶解型樹脂(カルボキシメチルセルロースの1.5%水溶液「DN−800H」:ダイセル化学工業社製)を固形分で1.4部、及びイオン交換水231.8部を「T.K.ホモミクサー」(特殊機化工業社製)で攪拌混合して、固形分25%のスラリーを得た。次いで、スラリーを、スプレー乾燥機を用いて150℃の熱風で噴霧乾燥し、重量平均粒子径50μmの球状の複合粒子として電極材料を得た。この複合粒子の重量平均粒径は、粉体測定装置(パウダテスタPT−R:ホソカワミクロン社製)を用いて測定した。
なお、電気二重層キャパシタの実施例、比較例では、すべて上記で作製した複合粒子を用いた。
Production of electrode for electric double layer capacitor (Example of production of electrode by dry molding)
(Production of composite particles used for electrode layer formation)
100 parts of an electrode active material (activated carbon with a specific surface area of 2000 m 2 / g and a weight average particle diameter of 5 μm), 5 parts of a conductive material (acetylene black “Denka black powder”: manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), dispersive binder (number A 40% aqueous dispersion of a cross-linked acrylate polymer having an average particle size of 0.15 μm and a glass transition temperature of −40 ° C. “AD211” (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) in a solid content of 7.5 parts, a soluble resin (carboxymethylcellulose) Of 1.5% aqueous solution “DN-800H” (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) in solid content and 231.8 parts of ion-exchanged water “TK homomixer” (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) ) To obtain a slurry having a solid content of 25%. Next, the slurry was spray-dried with hot air at 150 ° C. using a spray dryer to obtain an electrode material as spherical composite particles having a weight average particle diameter of 50 μm. The weight average particle diameter of the composite particles was measured using a powder measuring device (Powder Tester PT-R: manufactured by Hosokawa Micron Corporation).
In all of the examples and comparative examples of the electric double layer capacitor, the composite particles prepared above were used.

(電極用シートの作製)
得られた複合粒子を集電体として用いる金属繊維シートとともに図2に示すようなロールプレス機を用いて電極を作製した。図2の1に示すように集電体として用いる金属繊維シートをプレスロール間に供給し、図2の3に示す粉体供給装置を用いて複合粒子を図2の2に示すような成形用ロール2(ロール温度120℃、プレス線圧4kN/cm)に供給して、成形速度0.33m/秒で加圧成形した。電極層の片面の平均厚さ200μm、電極シートの平均密度0.57g/cmを目標にシート状成形体を作製した。
(Preparation of electrode sheet)
The electrode was produced using the roll press machine as shown in FIG. 2 with the metal fiber sheet which uses the obtained composite particle as a collector. A metal fiber sheet used as a current collector as shown in 1 of FIG. 2 is supplied between press rolls, and composite particles are formed as shown in 2 of FIG. 2 using a powder supply device shown in 3 of FIG. Roll 2 (roll temperature 120 ° C., press linear pressure 4 kN / cm) was supplied and pressure-molded at a molding speed of 0.33 m / sec. A sheet-like molded body was prepared with an average thickness of 200 μm on one side of the electrode layer and an average density of the electrode sheet of 0.57 g / cm 3 .

なお、乾式成形による電気二重層キャパシタ用電極の作製では、集電体を、表1および表2に記載した各実施例あるいは比較例で使用する集電体に変更して行った。
但し、実施例5では、電極シート成形後、更に電極シートを170℃で30分間熱処理し、熱硬化型導電性接着剤を熱硬化させた。
なお、比較例2では金属繊維シートが成形時破断し、電極シートが得られなかった。
In the production of the electrode for the electric double layer capacitor by dry molding, the current collector was changed to the current collector used in each Example or Comparative Example described in Table 1 and Table 2.
However, in Example 5, after the electrode sheet was formed, the electrode sheet was further heat-treated at 170 ° C. for 30 minutes to thermally cure the thermosetting conductive adhesive.
In Comparative Example 2, the metal fiber sheet broke during molding, and no electrode sheet was obtained.

電極シートの各特性は、下記の方法に従い測定した。
(1)電極シート密度
シート状成形体を40mm×60mmの大きさに切り出し、その重量と体積を測定して計算した。
(2)電極シートの厚み及びばらつき
電極用シートの厚み測定は明産社製接触式ウェブ厚さ計RC−101型を用い、0.5mm間隔で20点の成形シートトータルの厚みを測定し平均値とばらつきを求めた。表1、および2に電極シートの厚み、厚みのばらつき、および電極シートの密度を示した。
Each characteristic of the electrode sheet was measured according to the following method.
(1) Electrode sheet density A sheet-like molded body was cut into a size of 40 mm x 60 mm, and its weight and volume were measured and calculated.
(2) Thickness and variation of electrode sheet The thickness of the electrode sheet is measured by measuring the total thickness of 20 molded sheets at intervals of 0.5 mm using a contact web thickness meter RC-101 type manufactured by Meisho Co., Ltd. Values and variations were determined. Tables 1 and 2 show the thickness of the electrode sheet, the variation in thickness, and the density of the electrode sheet.

次に比較例で用いた湿式成形による電極シートの製造例を示す。
電気二重層キャパシタ用電極の作製(湿式成形による電極の作製例)
(電極用スラリーの作製)
電極活物質(比表面積2000m/g及び重量平均粒子径5μmの活性炭)100部、導電材(アセチレンブラック「デンカブラック粉状」:電気化学工業社製)5部、分散型結着剤(数平均粒子径0.15μm、ガラス転移温度−40℃の架橋型アクリレート系重合体の40%水分散体「AD211」:日本ゼオン社製)を固形分で5.6部、溶解型樹脂(カルボキシメチルセルロースの1.5%水溶液「DN−800H」:ダイセル化学工業社製)を固形分で1.4部、及びイオン交換水を全固形分濃度35%となるように混合し、「T.K.ホモミクサー」(特殊機化工業社製)で攪拌混合して、電極用スラリーを調製した。
Next, an example of producing an electrode sheet by wet forming used in the comparative example is shown.
Production of electrodes for electric double layer capacitors (Examples of production of electrodes by wet molding)
(Preparation of electrode slurry)
100 parts of an electrode active material (activated carbon with a specific surface area of 2000 m 2 / g and a weight average particle diameter of 5 μm), 5 parts of a conductive material (acetylene black “Denka black powder”: manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), dispersive binder (number 5.6 parts of a solid content of a 40% aqueous dispersion “AD211” of a cross-linked acrylate polymer having an average particle size of 0.15 μm and a glass transition temperature of −40 ° C., manufactured by Zeon Corporation, a soluble resin (carboxymethylcellulose) 1.5% aqueous solution “DN-800H” (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) is mixed to a solid content of 1.4 parts, and ion-exchanged water to a total solid content concentration of 35%. A slurry for electrodes was prepared by stirring and mixing with a “homomixer” (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.).

(電極用シートの作製)
表2の比較例1に示す、厚み60μmの金属繊維集電体上に、前記電極用スラリー組成物をドクターブレードによって、5m/minの電極成形速度で塗布し、60℃で20分間および120℃で20分間乾燥した後、更に塗布していない裏面の金属繊維集電体上にも同様の方法でスラリー組成物を塗布、乾燥し、厚さ362μmの電極用シートを得た。
(Preparation of electrode sheet)
The slurry composition for an electrode was applied on a metal fiber current collector having a thickness of 60 μm shown in Comparative Example 1 in Table 2 with a doctor blade at an electrode forming speed of 5 m / min, at 60 ° C. for 20 minutes, and at 120 ° C. After drying for 20 minutes, the slurry composition was coated and dried on the backside metal fiber current collector that had not been further coated by the same method to obtain an electrode sheet having a thickness of 362 μm.

比較例6
上記電極用スラリーを用いて、比較例1の金属繊維シートを表2に示す、比較例6の集電体に変えて塗布を行ったが、電極用スラリーが金属繊維を透過して、電極用シートを得ることができなかった。
Comparative Example 6
Using the above slurry for electrodes, coating was performed by changing the metal fiber sheet of Comparative Example 1 to the current collector of Comparative Example 6 shown in Table 2, but the electrode slurry penetrated the metal fibers and was used for electrodes. The sheet could not be obtained.

(測定用セルの作製)
作製した電極用シートを、電極層が形成されていない金属繊維シート部を縦2cm×横2cmを残し、電極層が形成されている部分を縦5cm×横5cmになるように切り抜いた。これに縦7cm×横1cm×厚み0.01cmのアルミからなるタブ材を未塗工部に超音波溶接した。これを2組用意し、160℃で40分間乾燥した後、2組の電極組成物層面を対向させ、縦6cm×横6cm、厚さ35μmのレーヨン系多孔膜からなるセパレータを挟んだ。これをラミネートフィルム内に収納し、空気が残らないように電解液を真空含浸させた後にラミネーターでラミネートフィルムを圧着し、密閉して電気二重層キャパシタを製造した。なお、電解液としては、プロピレンカーボネートにホウフッ化テトラエチルアンモニウムを1.4モル/Lの濃度で溶解させたものを用いた。また、加熱処理後の電極の保管およびキャパシタの組み立ては、露点温度−60℃のドライルームで行った。得られた電気二重層キャパシタの静電容量および内部抵抗を表1に示す。なお、特性評価は下記により行った。
(Preparation of measurement cell)
The produced electrode sheet was cut out so that the metal fiber sheet portion on which the electrode layer was not formed was 2 cm long × 2 cm wide, and the portion where the electrode layer was formed was 5 cm long × 5 cm wide. A tab material made of aluminum having a length of 7 cm, a width of 1 cm, and a thickness of 0.01 cm was ultrasonically welded to the uncoated portion. Two sets were prepared and dried at 160 ° C. for 40 minutes, and then the two electrode composition layer surfaces were opposed to each other, and a separator made of a rayon-based porous film having a length of 6 cm × width of 6 cm and a thickness of 35 μm was sandwiched therebetween. This was housed in a laminate film, vacuum impregnated with an electrolyte solution so that no air remained, the laminate film was pressure-bonded with a laminator, and sealed to produce an electric double layer capacitor. In addition, as electrolyte solution, what melt | dissolved tetraethylammonium borofluoride in the density | concentration of 1.4 mol / L in propylene carbonate was used. The storage of the electrode after the heat treatment and the assembly of the capacitor were performed in a dry room having a dew point temperature of −60 ° C. Table 1 shows the capacitance and internal resistance of the obtained electric double layer capacitor. The characteristic evaluation was performed as follows.

電気二重層キャパシタの特性評価方法
電気二重層キャパシタ電気特性は、電気二重層キャパシタの充放電試験により求めた。充電電流は、電極の単位面積あたりの電流値が3.3mA/cmとなる電流値を用いて行い、電圧が2.7Vに達したら、その電圧を保って定電圧充電とし、充電電流の電流値が0.165mA/cmまで低下した時点で充電を完了した。次いで、充電終了直後に定電流放電を充電時に用いたのと同様な電流値で0Vに達するまで行った。静電容量は放電時の電力量からエネルギー換算法を用いて算出した。
Method for evaluating characteristics of electric double layer capacitor The electric characteristics of the electric double layer capacitor were determined by a charge / discharge test of the electric double layer capacitor. Charging current is performed using a current value at which the current value per unit area of the electrode is 3.3 mA / cm 2, and when the voltage reaches 2.7 V, the voltage is maintained and constant voltage charging is performed. Charging was completed when the current value dropped to 0.165 mA / cm 2 . Next, immediately after the end of charging, constant current discharging was performed until the voltage reached 0 V at a current value similar to that used during charging. The capacitance was calculated from the amount of electric power at the time of discharge using an energy conversion method.

次に、この静電容量を用いて、電気二重層キャパシタの充放電速度が一定になるように5mA/Fの定電流で充電を開始し、定電流充電と定電圧充電の充電時間を合わせて20分間行った時点で充電完了とし、次いで、充電終了直後に定電流放電を充電時に用いたのと同様な電流値で0Vに達するまで行った。内部抵抗は放電開始0.2秒後の電圧を用いて算出し、体積当たりの抵抗率として表した。静電容量は放電時の電力量からエネルギー換算法を用いて算出し、電気二重層キャパシタに使用している電極組成物層の体積当たりの静電容量密度として算出した。結果を表1および2に示す。   Next, using this capacitance, charging is started at a constant current of 5 mA / F so that the charging / discharging speed of the electric double layer capacitor is constant, and the charging times of constant current charging and constant voltage charging are matched. Charging was completed at the time when the charging was carried out for 20 minutes, and then, constant current discharging was carried out immediately after the end of charging until reaching 0 V at the same current value used during charging. The internal resistance was calculated using a voltage 0.2 seconds after the start of discharge and expressed as a resistivity per volume. The capacitance was calculated from the amount of electric power during discharge using an energy conversion method, and was calculated as the capacitance density per volume of the electrode composition layer used in the electric double layer capacitor. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2009212113
Figure 2009212113

Figure 2009212113
Figure 2009212113

以上、電気二重層キャパシタの実施例および比較例を表1、および2に示したが、本発明の金属繊維からなる集電体を用いた実施例1〜5の電極用シートは厚みのばらつきが小さく、高密度であることがわかる。また、キャパシタ電気特性を見ても、静電容量が高く、体積抵抗率も低い。一方湿式成形法で電極シートを作製した比較例1では、塗布スピードを上げると電極層の塗布端面が厚くなるため塗布スピードを落として塗布した。また電極層の厚みも片面150μmでの塗布が限界であった。電極層厚みが薄いにもかかわらず、体積抵抗率は片面200μmの本発明の実施例と同等であった。また金属繊維が太い比較例2では、湿式成形法で電極層の形成を試みたが、スラリーが金属繊維シートに浸透し、電極シートが薄くなった。そのため電極層密度、電気特性評価は行わなかった。また繊維径が2μmよりも細い1μmの比較例3では作製した金属繊維シートを用いて電極層の成形を行ったが、シートが破断し、電極用シートを得ることができなかった。また繊維径が20μmよりも太い30μmの繊維径の金属繊維を用いた比較例4、あるいは繊維長さの長い比較例5においては金属繊維シートの地合いが悪くなり、そのため成形して得られた電極用シートの厚みのばらつきも大きくなった。その結果、キャパシタ電気特性も悪化した。
また、比較例6は金属繊維の径を大きく、長さを長くした。この場合、シートの空隙率が大きくなったためか、複合粒子が金属繊維シートに入り込み、電極層が薄くなった。そのためキャパシタ電気特性の評価は行わなかった。比較例7は金属繊維シートの厚みを厚くした例である。比較例7の結果を見る限り悪いところは見当たらないが、同じ大きさのセルに仕込んだ場合、集電体の占める割合が多くなり、セルの容量が小さくなってしまう。また、比較例8、9では、成形速度を変化させて、電極層の厚みを大きくして、(電極層と集電体を合わせた厚み)と(集電体)の厚みの比率の関係を見た例である。比較例8と9の電極層の厚みはともに片面で約400μmだが、集電体の厚みが異なり、比較例8では(電極層と集電体を合わせた厚み)/(集電体の厚み)が20を超えており、(電極層と集電体を合わせた厚み)/(集電体の厚み)が20を超えていない比較例9に比べて体積抵抗値が大きな値を示している。
As mentioned above, although the Example and comparative example of the electric double layer capacitor were shown in Table 1 and 2, the sheet | seat for electrodes of Examples 1-5 using the electrical power collector which consists of a metal fiber of this invention has the dispersion | variation in thickness. It can be seen that it is small and dense. Also, looking at the electrical characteristics of the capacitor, the capacitance is high and the volume resistivity is low. On the other hand, in Comparative Example 1 in which the electrode sheet was produced by the wet molding method, the coating end surface of the electrode layer became thicker when the coating speed was increased, so that the coating speed was decreased. Also, the application of the electrode layer with a thickness of 150 μm on one side was the limit. Despite the small thickness of the electrode layer, the volume resistivity was equivalent to that of the embodiment of the present invention with 200 μm on one side. In Comparative Example 2 where the metal fibers are thick, an attempt was made to form an electrode layer by a wet forming method. However, the slurry penetrated the metal fiber sheet and the electrode sheet became thin. Therefore, evaluation of electrode layer density and electrical characteristics was not performed. In Comparative Example 3 in which the fiber diameter was 1 μm, which was thinner than 2 μm, the electrode layer was formed using the produced metal fiber sheet, but the sheet was broken and an electrode sheet could not be obtained. Further, in Comparative Example 4 using a metal fiber having a fiber diameter of 30 μm, which is thicker than 20 μm, or in Comparative Example 5 having a long fiber length, the texture of the metal fiber sheet is deteriorated. Therefore, an electrode obtained by molding The variation in the thickness of the sheet for use increased. As a result, the capacitor electrical characteristics also deteriorated.
In Comparative Example 6, the diameter of the metal fiber was increased and the length was increased. In this case, the composite particles entered the metal fiber sheet and the electrode layer became thin because the porosity of the sheet was increased. Therefore, evaluation of capacitor electrical characteristics was not performed. Comparative Example 7 is an example in which the thickness of the metal fiber sheet is increased. As far as the result of Comparative Example 7 is seen, no bad point is found, but when charged in a cell of the same size, the proportion of the current collector increases and the capacity of the cell decreases. In Comparative Examples 8 and 9, the molding speed was changed to increase the thickness of the electrode layer, and the relationship between the ratio of the thickness of (current collector) and (current collector) thickness. This is an example. The thicknesses of the electrode layers of Comparative Examples 8 and 9 are both about 400 μm on one side, but the thickness of the current collector is different. In Comparative Example 8, (the thickness of the electrode layer and the current collector combined) / (current collector thickness) The volume resistance value is larger than that of Comparative Example 9 in which (thickness of electrode layer and current collector) / (current collector thickness) does not exceed 20.

金属繊維からなる集電体を用いることで、電気化学セルの高容量化、低抵抗化を実現することができる。更には乾式成形法を用いることで生産性良く製造することができる。そのため、電気自動車又はハイブリッド自動車への応用、太陽電池と併用したソーラー発電エネルギー貯蔵システム、電池と組み合わせたロードレベリング電源等の様々な用途に好適に用いることができる。   By using a current collector made of metal fibers, it is possible to realize high capacity and low resistance of the electrochemical cell. Furthermore, it can be manufactured with high productivity by using a dry molding method. Therefore, it can be suitably used for various applications such as an application to an electric vehicle or a hybrid vehicle, a solar power generation energy storage system combined with a solar battery, and a load leveling power source combined with a battery.

従来の電極用シートの製造装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the manufacturing apparatus of the conventional electrode sheet. 本発明の電極用シートの製造装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the manufacturing apparatus of the sheet | seat for electrodes of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

図1の符号の説明
1:集電体
2:電気化学素子電極用シート
3:複合粒子
4:仕切板
5.成形用ロール
図2の符号の説明
1:集電体
2:成形用ロール
3:粉体供給装置
Description of reference numerals in FIG. 1: Current collector 2: Electrochemical element electrode sheet 3: Composite particles 4: Partition plate 5. 2. Description of reference numerals in FIG. 2 1: Current collector 2: Molding roll 3: Powder supply device

Claims (10)

金属繊維シートからなる集電体上に電気化学素子電極の電極材料からなる粉体を供給し粉体成形することを特徴とする電気化学素子電極用シートの製造方法。 A method for producing a sheet for an electrochemical element electrode, comprising: supplying a powder made of an electrode material for an electrochemical element electrode onto a current collector made of a metal fiber sheet; 金属繊維シートからなる集電体の厚みが10〜200μmであることを特徴とする請求項1記載の電気化学素子電極用シートの製造方法 The method for producing a sheet for an electrochemical element electrode according to claim 1, wherein the current collector made of the metal fiber sheet has a thickness of 10 to 200 µm. 金属繊維シートからなる集電体上に形成される電極層と集電体を合わせた厚みが50〜1000μmであって、且つ
(電極層と集電体を合わせた厚み)/(集電体の厚み)=1〜20
であることを特徴とする請求項1,2記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。
The total thickness of the electrode layer and the current collector formed on the current collector made of the metal fiber sheet is 50 to 1000 μm, and (the total thickness of the electrode layer and the current collector) / (the current collector Thickness) = 1-20
The method for producing a sheet for an electrochemical element electrode according to claim 1, wherein:
金属繊維からなる集電体上に供給される粉体が、電極活物質および導電材が結着剤により結着してなる複合粒子が相互に結合されて形成されていることを特徴とする請求項1〜3記載の電気化学素子用電極用シートの製造方法。 The powder supplied on the current collector made of metal fibers is formed by combining composite particles formed by binding an electrode active material and a conductive material with a binder. The manufacturing method of the sheet | seat for electrodes for electrochemical elements of claim | item 1-3. 請求項4記載の複合粒子が電極活物質、導電材、結着剤及び分散剤を含有するスラリーを得る工程、前記スラリーを噴霧乾燥して、噴霧造粒する工程で得られることを特徴とする請求項1〜4記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。 The composite particles according to claim 4 are obtained by a step of obtaining a slurry containing an electrode active material, a conductive material, a binder, and a dispersant, and a step of spray drying and slurrying the slurry. The manufacturing method of the sheet | seat for electrochemical element electrodes of Claims 1-4. 金属繊維が、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、銅、金、白金、チタン、その他の合金からなることを特徴とする請求項1〜5記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。 6. The method for producing an electrochemical element electrode sheet according to claim 1, wherein the metal fiber is made of stainless steel, aluminum, nickel, copper, gold, platinum, titanium, or other alloy. 金属繊維表面が、その金属繊維よりも低い抵抗率を有する金属で被覆されていることを特徴とする請求項1〜6記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。 The method for producing an electrochemical element electrode sheet according to claim 1, wherein the surface of the metal fiber is coated with a metal having a lower resistivity than the metal fiber. 金属繊維が、繊維径2〜20μm、繊維長1〜12mmの金属繊維及び結着剤繊維からなるスラリーを湿式抄紙法によりシート化して得られることを特徴とする請求項1〜6記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。 The electrochemical fiber according to claim 1, wherein the metal fiber is obtained by forming a slurry made of a metal fiber having a fiber diameter of 2 to 20 μm and a fiber length of 1 to 12 mm and a binder fiber by a wet papermaking method. Manufacturing method of sheet | seat for element electrodes. 金属繊維が、繊維径2〜20μm、繊維長1〜12mmの金属繊維及び結着剤繊維からなるスラリーを湿式抄紙法によりシート化し、更にシートを水素ガス雰囲気中で繊維間を焼結することを特徴とする請求項1〜6記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。 The metal fiber is made into a sheet by a wet papermaking method from a slurry composed of a metal fiber having a fiber diameter of 2 to 20 μm and a fiber length of 1 to 12 mm and a binder fiber, and further, the sheet is sintered between fibers in a hydrogen gas atmosphere. The manufacturing method of the sheet | seat for electrochemical element electrodes of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 金属繊維が繊維径2〜20μm、繊維長1〜12mmの金属繊維及び結着剤繊維からなるスラリーを湿式抄紙法によりシート化し、更にシートを水素ガス雰囲気中で繊維間を焼結する際、焼結シートを金属繊維よりも低い抵抗率を有する金属で被覆することを特徴とする請求項1〜6記載の電気化学素子電極用シートの製造方法。 When a metal fiber has a fiber diameter of 2 to 20 μm and a fiber length of 1 to 12 mm and a slurry made of a metal fiber and a binder fiber is formed into a sheet by a wet papermaking method, and the sheet is sintered between fibers in a hydrogen gas atmosphere. The method for producing a sheet for an electrochemical element electrode according to claim 1, wherein the bonded sheet is coated with a metal having a resistivity lower than that of the metal fiber.
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