JP2011009637A - 電気二重層キャパシタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層型のＥＤＬＣの容易な製造方法を提供する。
【解決手段】セパレータＳの両面にアノード電極Ａ及びカソード電極Ｋを設けてなる帯を用意し、次に、この帯の長さ方向Ｌに沿って離間し、幅方向（Ｚ軸）に沿って延びた複数の折り目を設定する。この折り目に沿って、帯を交互に折り畳むことで、積層体を作製し、積層体を包囲体内に封入する。レーザ光をセパレータに照射することにより、折り目を形成する箇所に、マイクロミシン目をつけて、セパレータＳが容易に折れるようにする。
【効果】積層型のＥＤＬＣを容易に製造することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の製造方法に関する。

薄型テレビなどの普及に伴い、関連する電源を含む基板部品全てに対して低背化が期待されている。また、環境問題への関心の高まりから、自動車や各種の工場にける電動装置を含めた数多くの分野において、これらに用いられる電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）においても低背化が期待されている。ＥＤＬＣは、通常のキャパシタの千倍以上の大容量を有している一方で、急速な充放電も可能であり、半永久的な寿命を有する優れた電子部品である。しかしながら、円筒型のＥＤＬＣは、その形状が本質的に低背化には不向きである。

そこで、低背化のために、積層型のＥＤＬＣが提案されている。一般的な積層型のＥＤＬＣは、セパレータの両側に正極および負極を有してなる積層体を、アルミラミネートなどの外装体内に封入し、内部に電解液などを入れてなる。多くの正極及び負極は、それぞれ活性炭質構造体などからなる分極性電極と、アルミニウム箔などからなる集電体を結合させてなる。これらの積層体を、一枚ずつ重ねることで、全体としては、大容量のＥＤＬＣを構成することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１３５３７４号公報

しかしながら、積層型のＥＤＬＣの製造方法において、積層体を一枚ずつ重ねるのは大変な作業を要していた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、容易にＥＤＬＣを製造することが可能な、ＥＤＬＣの製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る電気二重層キャパシタ（ＥＬＤＣ）の製造方法は、セパレータの両面にアノード電極及びカソード電極を設けてなる帯を用意し、帯の長さ方向に沿って離間し、幅方向に沿って延びた複数の折り目を設定し、折り目に沿って、帯を交互に折り畳むことで、積層体を作製し、この積層体を包囲体内に封入することを特徴とする。

この場合、折り目を付けた帯を折り畳んでいくだけで、積層体を容易に製造することができるため、容易にＥＤＬＣを製造することができる。

また、前記帯におけるＮ番目の前記折り目の直前に位置する領域において、アノード電極及びカソード電極が集電体を有している場合には、それぞれ電極の前記集電体の位置は、前記帯の幅方向に沿ってずれており、且つ、Ｎ番目の前記折り目の直後に位置する領域において、アノード電極及びカソード電極は集電体を有していないことを特徴とする。

すなわち、帯は交互に畳み込まれているので、Ｎ番目の折り目の直前に集電体が設けられていれば、この直後には集電体がなくても、畳み込み時に対向した電極が、直前の集電体に接触する。上述のように、集電体の位置がずれている場合には、アノード電極同士と、カソード電極同士を、容易に、レーザなどを用いて溶着し、電気的に接続することができる。

また、上述の折り目を設定する方法は、セパレータにレーザ光を照射することにより行うことが好ましい。すなわち、レーザ光をセパレータに照射することにより、折り目を形成する箇所に、マイクロミシン目をつけて、セパレータが容易に折れるようにする。これにより、セパレータが容易に折れるので、容易にＥＤＬＣを製造することができる。

本発明によれば、容易にＥＤＬＣを製造することができる。

帯の折り畳み工程を説明するための帯の斜視図である。 帯の平面図である。 図２に示した帯のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。 図２に示した帯のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。 積層体の断面図である。 ＥＤＬＣの斜視図である。

以下、実施の形態に係る電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の製造方法について説明する。なお、同一要素には、同一符号を用い、重複する説明は省略する。

図１は、帯の折り畳み工程を説明するための帯の斜視図である。また、図２は帯の平面図、図３は図２に示した帯のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図、図４は図２に示した帯のＩＩＩ−ＩＩＩ矢印断面図である。

ＥＤＬＣの製造においては、まず、セパレータＳの両面に、対向するアノード電極（正極）Ａ及びカソード電極（負極）Ｋを設けてなる帯を用意する。なお、この帯の実体はセパレータＳであるため、以下の説明では、帯の符号もＳを用いることとする。アノード電極Ａには、集電体ＡＹを備えたタイプのもの（図３参照）と、集電体を備えていないタイプのもの（図４参照）がある。同様に、カソード電極Ｋにも、集電体ＫＹを備えたタイプのもの（図３参照）と、集電体を備えていないタイプのもの（図４参照）がある。このような異なるタイプの電極Ａ，Ｋのセットが、セパレータＳの長手方向に沿って交互に配置されている。

セパレータＳは帯状であり、セパレータＳには、帯Ｓの幅方向に沿って延びた折り目ＢＬ（図２参照）が付けられている。これらの複数の折り目ＢＬは、帯Ｓの長さ方向に沿って離間している。折り目ＢＬに沿って、セパレータ（帯）Ｓを交互に折り畳むことで、積層体（図５参照）を作製することができる。この積層体は、包囲体ＬＭ内に封入する（図６参照）。なお、本例の折り目ＢＬは、帯Ｓの長手方向に垂直であり、回転軸に平行であるが、折り目ＢＬは帯Ｓの長手方向に対して、必ずしも垂直である必要はない。

この場合、折り目ＢＬを付けた帯を折り畳んでいくだけで、積層体を容易に製造することができるため、容易にＥＤＬＣを製造することができる。

図２を参照すると、図面の最も左側に位置するアノード電極Ａ及びカソード電極Ｋの直ぐ右側に位置する折り目（境界線）ＢＬを、Ｎ番目の折り目ＢＬとし、巻き取りの始点は左側にあり、終端は右側にあるとする（Ｎは整数）。この場合、巻き取り時において、帯ＳにおけるＮ番目の折り目ＢＬの直前に位置する領域（左側の領域）において、アノード電極Ａ及びカソード電極Ｋが集電体（ＡＹ、ＫＹ：図３参照）を有しており、それぞれ電極の集電体（ＡＹ、ＫＹ）の位置は、帯Ｓの幅方向に沿ってずれている。また、Ｎ番目の折り目ＢＬの直後に位置する領域（右側の領域）において、アノード電極Ａ及びカソード電極Ｋは集電体を有していない（図４参照）。

すなわち、図３の断面位置においては、セパレータＳの一方の表面上には、活性炭質構造体などからなる分極性電極ＡＸと、分極性電極ＡＸ上に設けられたアルミニウム箔などからなる集電体ＡＹとが設けられており、必要に応じて、集電体ＡＹ上に、付加的な保護層ＡＺを設けることができる。保護層ＡＺは、適当な樹脂や保護材料からなることとしてもよいが、導電性を有することとしてもよく、分極性電極と同じ材料から構成してもよい。

同様に、セパレータＳの他方の表面上には、活性炭質構造体などからなる分極性電極ＢＸと、分極性電極ＢＸ上に設けられたアルミニウム箔などからなる集電体ＢＹとが設けられており、必要に応じて、集電体ＢＹ上に、付加的な保護層ＢＺを設けることができる。保護層ＢＺは、適当な樹脂や保護材料からなることとしてもよいが、導電性を有することとしてもよく、分極性電極と同じ材料から構成してもよい。

一方、図４の端面位置においては、セパレータＳの一方の表面上には、活性炭質構造体などからなる分極性電極ＡＸのみが設けられ、セパレータＳの他方の表面上には、活性炭質構造体などからなる分極性電極ＢＸのみが設けられている。

上述のように、帯Ｓは交互に畳み込まれているので、Ｎ番目の折り目ＢＬの直前に集電体が設けられていれば（図３の場合））、この直後には集電体がなくても（図４の場合）、畳み込み時に対向した電極（例：Ｎ番目の折り目ＢＬの右側の分極性電極ＡＸ）が、直前の集電体（例：Ｎ番目の折り目ＢＬの左側の集電体ＢＸ）に接触する。

すなわち、折り目ＢＬを設定する場合、セパレータＳにレーザ光を照射することにより行う。レーザ光をセパレータＳに照射することにより、折り目ＢＬを形成する箇所に、マイクロミシン目をつけて、セパレータＳが容易に折れるようにする。これにより、セパレータＳが折り目ＢＬを境目として容易に折れるので、容易にＥＤＬＣを製造することができる。セパレータＳにはレーザ光がパルス照射されながら、レーザ光で走査される。

なお、図３及び図４に示した電極の固定方法には、以下の方法がある。

セパレータＳの両面に、接着剤を滴下、塗布又は印刷し、これらの面にアノード電極Ａ及びカソード電極Ｋをそれぞれ貼り付けることで、図３及び図４に示した帯が完成する。なお、アノード電極Ａ及びカソード電極Ｋは、分極性導電体有するが、ＥＤＬＣにおいては、分極性導電体と電解質（液）との間には電荷が薄い層となって配列し、これらの間のバイアス印加によって電荷が蓄えられる。電解液には水溶液系と有機系のものが知られている。

この製造方法では、セパレータＳに、分極性導電体単体（図４参照）または分極性導電体に集電体を結合させたアノード電極Ａ及びカソード電極Ｋ（図３参照）を貼り付けている。

セパレータＳへの電極の別の取り付け方法としては、セパレータＳの両面に、分極性導電体ＡＸ及び分極性導電体ＫＸをそれぞれ印刷し、これに接着剤を介して、それぞれ集電体ＡＹ，ＫＹを貼り付ける。保護層が必要な場合には、これは接着、印刷、塗布、蒸着等の方法で、形成することができる。

図５は、積層体の断面図である。

積層体１０は、上述の折り畳み工程によって、形成されている。これらの積層体１０は、適当な固定治具や紐、或いは接着剤を用いて、各層の相対的位置関係が動かないように固定する。帯Ｓは、折り重ねられているので、屈曲の前後の領域が接触し、１つの集電体ＡＹ（ＫＹ）の両側に分極性導電体ＡＸ（ＫＸ）が配置された電極ユニット構造が形成され、１つのセパレータＳの両側に、かかる電極ユニット構造が設けられる。

図６は、ＥＤＬＣの斜視図である。
上述のように、本実施形態のＥＤＬＣにおいては、幅方向に集電体ＡＹ，ＢＹの位置がずれているので、セパレータＳを折り畳んだ場合、セパレータＳの幅方向両端から集電体ＡＹ，ＢＹが食み出している。この食み出したアノード電極Ａ同士と、カソード電極Ｂ同士を、これにレーザを照射するなどして溶着すると、これらを電気的に接続することができる。

帯を折り畳んでなる積層体１０は、アルミラミネートなどの包囲体ＬＭ内に電解質（液）ＥＳとともに、当該積層体１０を封入し、電解質（液）ＥＳ内に積層体を含浸させることで、ＥＤＬＣを製造することができる。

なお、上述のセパレータ、分極性導電体、集電体、接着剤の材料としては、公知のものを用いればよい。これらの材料について、以下に一例を示すが、本発明は、これらの材料に限定されるものではない。

セパレータは、例えば重量比１０％以上のポリオレフィン系樹脂を含有した不織布または多孔質フィルムからなる。ポリオレフィン系樹脂の軟化点温度以上の温度環境下で、一対の分極性電極に圧力を加えることにより、分極性電極とセパレータとは接着することもできる。セパレータとして、セルロース不織布やアラミド繊維の不織布を用いることもできる。

分極性電極は、多孔質材料からなり、活性炭にバインダー樹脂を混ぜて製造する。バインダー樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素を含む高分子化合物、又は、スチレンブタジエンゴムのようなゴム系の高分子化合物が挙げられる。必要に応じてカーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は黒鉛の微粒子、微細繊維を導電助剤として配合することもできる。

集電体としては、アルミ箔や銅箔の表面をエッチングによって表面を荒く加工したものを使用することができる。なお、電極製造方法として、活性炭に導電補助剤とバインダーを加えてシート状にして集電極に接着する方法のほか、活性炭をスラリー状にして集電極に塗工する方法なども無数に存在する。

電解液としては水溶液系と有機系のものが知られている。有機系の電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、アセトニトリルなどあり、溶質としては、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などが知られている。

接着剤としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビリニデン）などの熱可塑性樹脂や、導電性高分子、又はイオン性液体を用いることができる。

以上、説明したように、上述の方法によれば、取扱いが困難なアルミ箔や銅箔からなる集電体を有する積層体の作製が容易にできる。また、容易に積層体の位置を揃えることができるので、積層体の位置ずれを少なくすることができる。また、従来の積層体に存在したリード部分を省略することも可能である。また、一例としてのＥＤＬＣのサイズは、３４ｍｍ×５６ｍｍ×５ｍｍであり、積層型のＥＤＬＣでは、円筒型のＥＤＬＣのインピーダンスよりも小さなインピーダンスを有する。なお、セパレータや各種の要素は、大きなサイズの原料材から、これらを裁断したり、打ち抜いて形成することができる。

以上、従来は積層数が増加すると、位置ずれや時間を要する点に課題があったが、本工法によれば、積層体を短時間で容易に組み立てることができる。また、その結果、円筒型に比べ、インピーダンスを下げることが可能になる。

本発明は、家電製品や自動車等に組み込まれるＥＤＬＣの製造方法に用いることができる。

Ａ・・・アノード電極、Ｋ・・・カソード電極、Ｓ・・・セパレータ。

Claims (3)

1. セパレータの両面にアノード電極及びカソード電極を設けてなる帯を用意し、
   前記帯の長さ方向に沿って離間し、幅方向に沿って延びた複数の折り目を設定し、
   前記折り目に沿って、前記帯を交互に折り畳むことで、積層体を作製し、
   前記積層体を包囲体内に封入する、
   ことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
2. 前記帯におけるＮ番目の前記折り目の直前に位置する領域において、アノード電極及びカソード電極が集電体を有している場合には、それぞれ電極の前記集電体の位置は、前記帯の幅方向に沿ってずれており、且つ、Ｎ番目の前記折り目の直後に位置する領域において、アノード電極及びカソード電極は集電体を有していない、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
3. 前記折り目を設定する方法は、前記セパレータにレーザ光を照射することにより行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
   
   
   
   
   
   
   
   

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