JP2011216510A - Electrode for capacitor and capacitor - Google Patents

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JP2011216510A JP2010080219A JP2010080219A JP2011216510A JP 2011216510 A JP2011216510 A JP 2011216510A JP 2010080219 A JP2010080219 A JP 2010080219A JP 2010080219 A JP2010080219 A JP 2010080219A JP 2011216510 A JP2011216510 A JP 2011216510A
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Kazuki Okuno
一樹 奥野
Masahiro Kato
真博 加藤
Tomoyuki Awazu
知之 粟津
Tetsuo Sakai
哲男 境
Nobuhiko Takeichi
信彦 竹市
Kentaro Kuratani
健太郎 倉谷
Yasuko Sumitomo
泰子 住友
Tsutomu Iwaki
勉 岩城
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for a capacitor, with low risk of the short-circuit of the electrodes with each other.SOLUTION: In the electrode for the capacitor using a metal porous body as a collector, the peripheral edge part of the electrode is compressed in the thickness direction. It is preferable that the metal porous body is iron, nickel or the alloy or solid solution of iron or nickel and at least one kind of metals among Fe, Ni, Cr, Al and Ti, and the added metal is ≤40 wt.%.

Description

本発明はキャパシタ用電極、及びこれを用いたキャパシタに関する。   The present invention relates to a capacitor electrode and a capacitor using the same.

電気二重層キャパシタは、各種キャパシタの中でも容量が大きいため、最近注目されている。例えば、キャパシタは電気機器のメモリーバックアップ用として幅広く使われており、近年この用途にも電気二重層キャパシタの利用が促進されている。更に、ハイブリッド車、燃料自動車等の自動車用にも利用が期待されている。   Electric double layer capacitors have recently attracted attention because of their large capacitance among various capacitors. For example, capacitors are widely used for memory backup of electrical equipment, and in recent years, the use of electric double layer capacitors has been promoted for this purpose as well. Further, it is expected to be used for vehicles such as hybrid vehicles and fuel vehicles.

電気二重層キャパシタには、ボタン型、円筒型、角型といった種類があり、各種キャパシタが知られている。ボタン型は、例えば、活性炭電極層を集電体上に設けた分極性電極を一対として、その電極間にセパレーターを配置して電気二重層キャパシタ素子を構成し、電解質とともに金属ケース内に収納し、封口板と両者を絶縁するガスケットで密封することにより製造される。円筒型は、この一対の分極性電極とセパレーターを重ね、捲回して電気二重層キャパシタ素子を構成し、この素子に電解液を含覆させてアルミニウムケース中に収納し、封口材を用いて密封することにより製造される。角型も、基本的構造はボタン型や円筒型と同様である。   There are various types of electric double layer capacitors such as a button type, a cylindrical type, and a square type, and various types of capacitors are known. The button type is, for example, a pair of polarizable electrodes with an activated carbon electrode layer provided on a current collector, and a separator is arranged between the electrodes to form an electric double layer capacitor element, which is stored in a metal case together with an electrolyte. It is manufactured by sealing with a sealing plate and a gasket that insulates both. For the cylindrical type, this pair of polarizable electrodes and separator are overlapped and wound to form an electric double layer capacitor element. The element is covered with an electrolytic solution and stored in an aluminum case, and sealed with a sealing material. It is manufactured by doing. The basic structure of the square type is the same as that of the button type or cylindrical type.

上記メモリーバックアップ用、自動車用等の用途に用いられる電気二重層キャパシタは、より一層の高容量化等が求められている。つまり、単位体積当たりの容量の高容量化と内部抵抗の低減が求められている。このため、電極を構成する集電体には種々のものが提案されている。   The electric double layer capacitor used for the above-mentioned applications such as memory backup and automobile is required to have a higher capacity. That is, it is required to increase the capacity per unit volume and reduce the internal resistance. For this reason, various types of current collectors constituting the electrodes have been proposed.

例えば、金属集電体として、アルミニウム、ステンレス等を用いたもの、ステンレス繊維のマットをステンレス箔に電気溶接したもの、タンタル、アルミニウム及びチタニウムの少なくとも1種の金属からなる多孔体を使用したもの等が知られている(特許文献1〜3)。   For example, a metal current collector using aluminum, stainless steel, etc., a stainless steel fiber mat electrically welded to a stainless steel foil, or a porous body made of at least one metal selected from tantalum, aluminum and titanium Is known (patent documents 1 to 3).

また、集電体を金属箔に代えて多孔体(三次元構造)にしたりすることも試みられている。例えば、発泡状ニッケルに電極材を塗着して電極を作製するものが知られている(特許文献4)。当該電極には、集電体としてアルミ箔の代わりにセルメットを使用し、断面は2層構造をしている。また、発泡金属集電体を活性炭ペーストに浸漬し、乾燥後に圧延して電極を得るものが知られている(特許文献5)。当該電極は、活性炭ペースト充填時の厚さは1.0mmであり、その後に圧延調整され、電極厚さを0.5mmとしている。   It has also been attempted to make the current collector a porous body (three-dimensional structure) instead of a metal foil. For example, an electrode is prepared by applying an electrode material to foamed nickel (Patent Document 4). For this electrode, cermet is used as a current collector instead of aluminum foil, and the cross section has a two-layer structure. In addition, it is known that a foam metal current collector is immersed in an activated carbon paste, dried and rolled to obtain an electrode (Patent Document 5). The electrode has a thickness of 1.0 mm when the activated carbon paste is filled, and is then rolled and adjusted to have an electrode thickness of 0.5 mm.

しかしながら、上記のような従来の集電体は、金属多孔体の骨格が、セパレーターを貫通して対向した電極に触れて短絡するという危険性が高かった。   However, the conventional current collector as described above has a high risk that the skeleton of the porous metal body touches the electrode facing through the separator and short-circuits.

特開平11−274012号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-274012 特開平09−232190号公報JP 09-232190 A 特開平11−150042号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-150042 特許第3252868号公報Japanese Patent No. 3252868 特公昭62−37807号公報Japanese Examined Patent Publication No. 62-37807

本発明は、上記問題点に鑑みて、電極同士の短絡の危険性が低いキャパシタ用電極を提供することを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a capacitor electrode that has a low risk of short circuit between electrodes.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意探求を重ねた結果、電極のエッジ部や、角の部分の金属多孔体の骨格がセパレーターを貫通することにより短絡が生じやすいことを見出した。そして、電極の周縁部を予め厚さ方向に圧縮しておくことが有効であることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive investigations to solve the above problems, the present inventors have found that the edge of the electrode and the skeleton of the metal porous body at the corner are likely to cause a short circuit due to passing through the separator. And it discovered that it was effective to compress the peripheral part of an electrode in the thickness direction previously, and completed this invention.

本発明の構成は以下の通りである。
(1)金属多孔体を集電体に用いるキャパシタ用の電極において、電極の周縁部が厚さ方向に圧縮されていることを特徴とするキャパシタ用電極。
(2)前記金属多孔体が、鉄、あるいはニッケル、もしくは鉄またはニッケルとFe,Ni,Cr,Al,Tiのうち1種類以上の金属との合金あるいは固溶体であり、添加されている金属が40重量%以下であることを特徴とする上記(1)に記載のキャパシタ用電極。
(3)前記金属多孔体の金属目付量が、100g/m2以上450g/m2以下であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のキャパシタ用電極。
(4)上記(1)〜(3)のいずれかに記載のキャパシタ用電極を使用したことを特徴とするキャパシタ。
The configuration of the present invention is as follows.
(1) An electrode for a capacitor using a metal porous body as a current collector, wherein the peripheral portion of the electrode is compressed in the thickness direction.
(2) The metal porous body is iron, nickel, or an alloy or solid solution of one or more kinds of metals of Fe, Ni, Cr, Al, and Ti with iron or nickel, and the added metal is 40 The capacitor electrode as described in (1) above, which is not more than% by weight.
(3) The capacitor electrode according to (1) or (2) above, wherein the metal basis weight of the porous metal body is 100 g / m 2 or more and 450 g / m 2 or less.
(4) A capacitor using the capacitor electrode according to any one of (1) to (3) above.

短絡の主な原因は電極エッジ部分でセパレーターを貫通することであり、あらかじめ電極の周縁部を厚さ方向に圧縮しておくことにより、エッジ部分でのセパレーター貫通を予防することができる。   The main cause of the short circuit is the penetration of the separator at the electrode edge portion. By compressing the peripheral portion of the electrode in the thickness direction in advance, the penetration of the separator at the edge portion can be prevented.

本発明に係るキャパシタ用電極の構造の一例を表す図である。It is a figure showing an example of the structure of the electrode for capacitors concerning this invention.

本発明に係るキャパシタ用電極は、電極の周縁部が厚さ方向に圧縮されていることを特徴とする。キャパシタを作製するに際し、電極の周縁部を厚さ方向に圧縮しておくことで、キャパシタの短絡の危険性をなくすことができる。
以下に、本発明に係るキャパシタ用電極、及びキャパシタについて構成部材ごとに詳しく説明する。
The capacitor electrode according to the present invention is characterized in that the peripheral edge of the electrode is compressed in the thickness direction. When manufacturing the capacitor, the risk of short-circuiting the capacitor can be eliminated by compressing the peripheral edge of the electrode in the thickness direction.
The capacitor electrode and the capacitor according to the present invention will be described in detail below for each constituent member.

(集電体)
発泡ウレタンや不織布などの基材に金属を被覆後、樹脂を焼失してから還元性雰囲気で熱処理することにより、金属多孔体を得ることができる。金属被覆は、基材にスパッタや化学めっきを施したり、導電性塗料を塗って乾燥したりすることにより導電性を持たせた後、電気めっきによって所定の金属量まで金属を被覆することが可能である。
(Current collector)
A porous metal body can be obtained by coating a base material such as urethane foam or nonwoven fabric with a metal, and then heat-treating the resin in a reducing atmosphere after burning out the resin. Metal coating can be coated to a predetermined amount of metal by electroplating after imparting conductivity by applying sputtering or chemical plating to the base material, or applying conductive paint and drying. It is.

非水系キャパシタの正極に用いる場合、鉄やニッケルなどの金属では腐食するため、耐食性を高める必要がある。集電体に耐食性を持たせる場合には、Al,Cr,Tiなどを添加するのが好ましい。粉末パック法やCVD法にて合金化処理を行うことで、耐食性の高い金属多孔体を得ることができる。このとき添加する金属の総量は、合金化後の重量比で40wt%を超えないことが好ましい。添加量が大きくなりすぎると、集電体の電気抵抗が高くなってしまい、集電性が低下する。   When used for a positive electrode of a non-aqueous capacitor, it is necessary to improve corrosion resistance because it corrodes with a metal such as iron or nickel. In order to give the current collector corrosion resistance, it is preferable to add Al, Cr, Ti or the like. A metal porous body having high corrosion resistance can be obtained by alloying by a powder pack method or a CVD method. At this time, it is preferable that the total amount of the metal added does not exceed 40 wt% by weight ratio after alloying. If the amount added is too large, the electrical resistance of the current collector becomes high, and the current collecting performance is lowered.

構造の例として、発泡構造や不織布構造が挙げられるが、集電性や活物質保持能力に優れる発泡構造が好ましい。発泡構造の目が細かいと活物質の充填性が悪くなり、逆に目が粗いと活物質保持能力が低下するため、1インチあたりのセル数が40セル以上100セル以下程度の発泡構造が好ましい。不織布構造を用いる場合は、使用する繊維の長さが、不織布の厚さに比べて十分長いことが好ましい。あまり短い繊維を使用すると、エッジ部分だけでなく電極全体から骨格が飛び出ている構造になり、短絡の危険性が高くなってしまう。   Examples of the structure include a foamed structure and a nonwoven fabric structure, but a foamed structure that is excellent in current collection and active material holding ability is preferable. If the foam structure is fine, the filling capacity of the active material is deteriorated. Conversely, if the foam structure is coarse, the active material holding ability is lowered. Therefore, a foam structure in which the number of cells per inch is about 40 to 100 cells is preferable. . When using a nonwoven fabric structure, it is preferable that the length of the fiber used is sufficiently longer than the thickness of the nonwoven fabric. If a too short fiber is used, a structure in which the skeleton protrudes not only from the edge portion but also from the entire electrode, and the risk of a short circuit is increased.

前記金属多孔体は、鉄、あるいはニッケル、もしくは鉄またはニッケルとFe,Ni,Cr,Al,Tiのうち1種類以上の金属との合金あるいは固溶体であり、添加されている金属が40重量%以下であることが好ましい。
前記金属多孔体を非水系キャパシタの正極として用いる場合は鉄やニッケルでは腐食してしまうため、異種金属を添加して耐食性を高める必要がある。
The porous metal body is iron, nickel, or an alloy or solid solution of one or more of iron, nickel, and Fe, Ni, Cr, Al, or Ti, and the added metal is 40 wt% or less. It is preferable that
When the metal porous body is used as a positive electrode of a non-aqueous capacitor, it corrodes with iron or nickel, so it is necessary to add a different metal to enhance corrosion resistance.

また、金属の目付量は電気抵抗と基材の強度に大きく関係する。前記金属多孔体の金属目付量が少なすぎると集電性能・基材強度ともに著しく低下し、電気抵抗が大きくなったり、電極の形状を保持できなかったりと実用に耐えないものとなる。このため、金属目付量は100g/m2以上は必要である。しかし、金属を多くしすぎると基材の多孔度が下がって活物質の充填性が低下するためキャパシタの容量が低下するうえ、骨格の強度も増して短絡しやすくなる。このため、金属目付量は450g/m2以下が好ましい。 Further, the metal basis weight is greatly related to the electrical resistance and the strength of the base material. If the metal basis weight of the metal porous body is too small, both the current collecting performance and the strength of the base material are remarkably lowered, and the electric resistance is increased and the shape of the electrode cannot be maintained. For this reason, the metal basis weight must be 100 g / m 2 or more. However, if the amount of the metal is excessive, the porosity of the base material is lowered and the filling property of the active material is lowered, so that the capacity of the capacitor is lowered and the strength of the skeleton is increased and the short circuit easily occurs. For this reason, the metal basis weight is preferably 450 g / m 2 or less.

(活性炭ペースト)
活性炭粉末に、導電助剤、増粘剤(溶媒の粘度が低い場合必要に応じて)、バインダー、溶媒を添加し、混合機で攪拌することにより、活性炭ペーストを調製した。
活性炭の賦活方法や原料は特に問わないが、表面積は大きい方がよく、窒素吸着のBET法で測定した比表面積が2000m2/g以上あることが好ましい。また、活性炭の粒径は小さい方がキャパシタの内部抵抗が小さくなるため、粒径は小さい方がよい。平均粒径は10μm以下が好ましく、さらに好ましくは5μm以下である。さらに、キャパシタの容量を大きくするために、活性炭ペースト中の活性炭の量は多いほうがよく、乾燥後(溶媒除去後)の組成比で活性炭が75wt%以上あることが好ましい。
(Activated carbon paste)
An activated carbon paste was prepared by adding a conductive additive, a thickener (if necessary when the viscosity of the solvent is low), a binder and a solvent to the activated carbon powder and stirring with a mixer.
The activated carbon activation method and the raw material are not particularly limited, but the larger surface area is better, and the specific surface area measured by the nitrogen adsorption BET method is preferably 2000 m 2 / g or more. In addition, the smaller the particle size of the activated carbon, the smaller the internal resistance of the capacitor. Therefore, the smaller the particle size, the better. The average particle size is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less. Furthermore, in order to increase the capacity of the capacitor, it is better that the amount of activated carbon in the activated carbon paste is large, and it is preferable that the activated carbon is 75 wt% or more in the composition ratio after drying (after solvent removal).

導電助剤としてはケッチェンブラックやアセチレンブラック、炭素繊維やこれらの複合材料が使用できる。導電助剤が少ないとキャパシタの内部抵抗が高くなってしまうので必要であるが、添加量が多すぎると活性炭の充填量が下がって容量が小さくなるため、添加量は乾燥後の組成比で2wt%以上15wt%以下が好ましい。   As the conductive aid, ketjen black, acetylene black, carbon fiber, or a composite material thereof can be used. This is necessary because the internal resistance of the capacitor increases if the conductive additive is small. However, if the added amount is too large, the charged amount of activated carbon decreases and the capacity decreases. Therefore, the added amount is 2 wt% in terms of the composition ratio after drying. % To 15 wt% is preferable.

バインダーとしてはポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、スチレンブタジエンゴムなどが使用できる。バインダーは内部抵抗を増大させる要因にもなるため、できる限り少ないほうが良いが、少なすぎると活性炭が集電体から剥離するため、使用量は2wt%以上15wt%以下が好ましい。   As the binder, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinyl alcohol, styrene butadiene rubber or the like can be used. Since the binder also causes an increase in internal resistance, the amount is preferably as small as possible. However, if the amount is too small, the activated carbon peels from the current collector, so the amount used is preferably 2 wt% or more and 15 wt% or less.

溶媒はバインダーの種類によって水や有機溶媒を適当に選択すればよい。有機溶媒ではNメチルピロリドンが使用される場合が多い。また、溶媒に水を使う場合、充填性を高めるために界面活性剤を使用しても良い。   As the solvent, water or an organic solvent may be appropriately selected depending on the kind of the binder. In organic solvents, N-methylpyrrolidone is often used. Moreover, when using water for a solvent, you may use surfactant in order to improve a filling property.

また、溶媒に水を使用する場合は、増粘剤を加えることが好ましい。水だけでは活性炭の分散が不十分となり、電極の充填ムラにつながる。増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、キサンタンガムなどが使用できる。使用量は乾燥後で2wt%以下にすることが好ましい。   Moreover, when using water for a solvent, it is preferable to add a thickener. Water alone will cause insufficient dispersion of the activated carbon, leading to uneven filling of the electrodes. As the thickener, carboxymethylcellulose, xanthan gum and the like can be used. The amount used is preferably 2 wt% or less after drying.

(集電体の調厚)
得られた集電体をプレス機により最適な厚さに調厚する。プレス機は平板プレスやローラープレスが用いられる。平板プレスは集電体の伸びを抑制するためには好ましいが量産に不向きなため、連続処理可能なローラープレスを用いることもできる。
(Thickness of current collector)
The obtained current collector is adjusted to an optimum thickness by a press machine. The press machine is a flat plate press or a roller press. A flat plate press is preferable for suppressing the elongation of the current collector, but is not suitable for mass production, and a roller press capable of continuous processing can also be used.

(集電体周縁部の圧縮)
短絡を防止するため、集電体の周縁部を厚さ方向に圧縮する。圧縮する幅は、あまり長いとその部分がセパレーターを貫通するため、5mm以下が好ましい。後の集電リード溶接用のスペースとして、余分に圧縮しておくことは可能である。圧縮は、電極の大きさに合わせた金型を用いて平板プレスで行ってもよいし、圧縮したい幅のローラーにかけて圧縮してもよい。また、圧縮した部分に活性炭ペーストがついてもよいが、工程途中で剥離する可能性もあるため、充填できないようにマスキングしておくことが好ましい。
また、圧縮された部分は、電極の厚さ方向の中心付近に位置することが好ましい。また、圧縮された部分の厚さは0.1mm以下であることが好ましく、0.08mm以下がより好ましく、0.05mm以下がさらに好ましい。圧縮された部分の厚さの下限は特にないが、材質の密度から決まる値以上には圧縮できないため、0.01mm以上が好ましい。
なお、周辺部の圧縮は電極の作製後に行っても良い。
(Compression of current collector periphery)
In order to prevent a short circuit, the periphery of the current collector is compressed in the thickness direction. The compression width is preferably 5 mm or less because the portion penetrates the separator if it is too long. It is possible to compress it excessively as a space for welding the current collector lead later. The compression may be performed by a flat plate press using a mold matched to the size of the electrode, or may be performed by applying a roller having a width desired to be compressed. Moreover, although the activated carbon paste may be attached to the compressed part, since there is a possibility of peeling in the middle of the process, it is preferable to mask it so that it cannot be filled.
The compressed portion is preferably located near the center of the electrode in the thickness direction. Moreover, it is preferable that the thickness of the compressed part is 0.1 mm or less, 0.08 mm or less is more preferable, and 0.05 mm or less is further more preferable. There is no particular lower limit to the thickness of the compressed portion, but it is preferably 0.01 mm or more because it cannot be compressed beyond the value determined from the density of the material.
In addition, you may perform compression of a peripheral part after preparation of an electrode.

(電極の作製)
活性炭ペーストを上記調厚された集電体に充填する。集電体の片側からペーストを吹き付けたり、ペーストに集電体を浸漬したり、あるいは印刷機やロールコーターを用いることでも充填できる。次に、乾燥機で溶媒を除去する。乾燥温度は80℃以上が好ましいが、温度が高すぎると集電体の酸化や増粘剤、バインダーの分解が起きる可能性があるため、250℃以下が好ましい。
(Production of electrodes)
The activated charcoal paste is filled into the adjusted current collector. It can also be filled by spraying a paste from one side of the current collector, immersing the current collector in the paste, or using a printing machine or roll coater. Next, the solvent is removed with a dryer. The drying temperature is preferably 80 ° C. or higher. However, if the temperature is too high, the current collector may be oxidized or the thickener or binder may be decomposed.

乾燥後に、プレス機により厚さ方向に圧縮して電極を得る。プレス機としては平板プレスやローラープレスを用いることができる。平板プレスは集電体の伸びを抑制するためには好ましいが量産に不向きなため、連続処理可能なローラープレスを用いることもできる。ローラープレスを用いる場合は表面にエンボス加工をするなど、伸びを抑制する工夫をしてもよい。   After drying, the electrode is obtained by compressing in the thickness direction with a press. As a press machine, a flat plate press or a roller press can be used. A flat plate press is preferable for suppressing the elongation of the current collector, but is not suitable for mass production, and a roller press capable of continuous processing can also be used. When using a roller press, you may devise control which suppresses elongation, such as embossing on the surface.

(キャパシタの作製)
得られた電極に集電のためのリードを溶接する。溶接するスペースを確保するために、溶接点の活性炭を除去してもよいし、あらかじめ溶接用のスペースを圧縮したりマスキングしておいたりして充填しないようにしておいてもよい。リードの材質はアルミニウムが好ましい。
(Capacitor production)
A lead for current collection is welded to the obtained electrode. In order to secure a space for welding, the activated carbon at the welding point may be removed, or the space for welding may be compressed or masked in advance so as not to be filled. The lead material is preferably aluminum.

非水系の電解液を使用する場合、ここより以下の作業は、ドライ雰囲気で行うことが必要である。ドライルームやドライボックスを使用する場合、露点は−65℃以下であることが好ましい。アルゴンなどの不活性ガスで満たしたグローブボックスを用いることもできる。   When a non-aqueous electrolyte is used, the following operations from here must be performed in a dry atmosphere. When using a dry room or a dry box, the dew point is preferably −65 ° C. or lower. A glove box filled with an inert gas such as argon can also be used.

活性炭は水分を吸着しやすいため、電極をさらに乾燥する。10kPa以下の減圧環境下で、180℃以上250℃以下で、8時間以上乾燥することが好ましい。また、セパレーターや外装に用いる缶やアルミラミネートなども、別途乾燥しておくことが好ましい。   Since the activated carbon easily adsorbs moisture, the electrode is further dried. It is preferable to dry at 180 ° C. or more and 250 ° C. or less for 8 hours or more under a reduced pressure environment of 10 kPa or less. Moreover, it is preferable to dry separately also the can used for a separator and an exterior, an aluminum laminate, etc.

セパレーターは、セルロース製不織布や樹脂製の微多孔膜が使用できる。厚さが大きいとキャパシタの内部抵抗が大きくなるため、薄い方がよい。薄すぎると短絡の危険性が増すため、30μm以上100μm以下が好ましい。また、多孔度が小さい場合も内部抵抗が大きくなるため、40%以上の多孔度があることが好ましい。   For the separator, a cellulose nonwoven fabric or a resin microporous membrane can be used. If the thickness is large, the internal resistance of the capacitor increases. If it is too thin, the risk of short-circuiting increases, so 30 μm or more and 100 μm or less is preferable. Moreover, since internal resistance becomes large also when porosity is small, it is preferable that there exists a porosity of 40% or more.

外装はアルミやステンレスの缶や、アルミラミネートが使用できる。外装にアルミラミネートを使用する場合、集電リードとラミネートの接着部分での短絡や漏液を防ぐために、集電リードは絶縁・封止用のシールがついていることが好ましい。   Aluminum and stainless steel cans and aluminum laminate can be used for the exterior. When an aluminum laminate is used for the exterior, it is preferable that the current collecting lead has an insulating / sealing seal in order to prevent a short circuit or leakage at the bonding portion between the current collecting lead and the laminate.

電極とセパレーターを重ねて電極群を得る。電極とセパレーターを交互に重ねる方式や、細長い電極とセパレーターを重ねて捲回する方式がある。使用する外装に適した方式を取ればよい。
電極群を外装に入れ、電解液を注入する。その後10kPa以下の減圧環境下で封止する。
An electrode group is obtained by stacking an electrode and a separator. There are a method in which electrodes and separators are alternately stacked, and a method in which elongated electrodes and separators are stacked and wound. What is necessary is just to take a method suitable for the exterior to be used.
The electrode group is put in the exterior and an electrolyte solution is injected. Thereafter, sealing is performed under a reduced pressure environment of 10 kPa or less.

電解液は水系・非水系ともに使用できるが、非水系の方が電圧を高く設定できるため好ましい。水系では電解質として水酸化カリウムなどが使用できる。非水系の電解質はカチオンとアニオンの組み合わせで多数有り、カチオンとしては低級脂肪族4級アンモニウム、低級脂肪族4級ホスホニウム及びイミダゾリニウム等が使用されている。アニオンとしては4フッ化ホウ酸及び6フッ化リン酸等が使用されている。有機電解液の溶媒は極性非プロトン性有機溶媒であり、具体的にはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン及びスルホラン等が使用される。この中でも、イオン伝導度の低い組み合わせである、ホウフッ化テトラエチルアンモニウムとプロピレンカーボネートの組み合わせが好ましい。   The electrolyte can be used for both aqueous and non-aqueous electrolytes, but the non-aqueous electrolyte is preferred because the voltage can be set higher. In an aqueous system, potassium hydroxide or the like can be used as an electrolyte. Many non-aqueous electrolytes are combinations of cations and anions, and lower aliphatic quaternary ammonium, lower aliphatic quaternary phosphonium, imidazolinium, and the like are used as cations. Tetrafluoroboric acid and hexafluorophosphoric acid are used as anions. The solvent of the organic electrolyte is a polar aprotic organic solvent, and specifically, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane and the like are used. Among these, a combination of tetraethylammonium borofluoride and propylene carbonate, which is a combination having low ionic conductivity, is preferable.

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these.

[実施例]
ウレタンシート(市販品、セル数 55セル/inch、厚さ1.4mm、多孔度96%)にスパッタリングでニッケルを10g/m2被覆後、合計の目付け量が200g/m2になるようにスルファミン酸浴でニッケルめっきを行った。その後、大気中800℃でウレタンを焼却除去後に還元性雰囲気(水素)で1000℃に過熱し、ニッケルを還元して発泡状ニッケルを得た。作製した発泡状ニッケルは、セル数55セル/inch、厚さ1.4mm、多孔度95%となった。さらにこの発泡状ニッケルに、クロム粉末を混合した浸透材を充填して還元性雰囲気で加熱する粉末パック法にてCrを含浸し、最終的にNi-Cr35wt%の発泡状集電体を得た。金属目付けは330g/m2となった。得られた集電体をローラープレスにより厚さ0.3mmに調厚し、3cm角に切断した。
[Example]
Urethane sheet (commercially available, number of cells: 55 cells / inch, thickness 1.4 mm, porosity 96%) after the nickel by sputtering 10 g / m 2 coating, as the basis weight of the total is 200 g / m 2 sulphamic Nickel plating was performed in an acid bath. Thereafter, urethane was incinerated and removed at 800 ° C. in the air, and then heated to 1000 ° C. in a reducing atmosphere (hydrogen) to reduce nickel to obtain foamed nickel. The produced foamed nickel had a cell number of 55 cells / inch, a thickness of 1.4 mm, and a porosity of 95%. Further, Cr was impregnated by a powder pack method in which this foamed nickel was filled with a penetrating material mixed with chromium powder and heated in a reducing atmosphere to finally obtain a Ni-Cr 35 wt% foamed current collector. . The metal basis weight was 330 g / m 2 . The obtained current collector was adjusted to a thickness of 0.3 mm by a roller press and cut into 3 cm square.

短絡防止のため、3辺の端から2mm、1辺の端から5mmを金型と平板プレスを用いて図1のように圧縮した。プレスの加重は50kgでおこなった。圧縮された部分の厚さは0.045mmであった。   In order to prevent short circuit, 2 mm from the end of 3 sides and 5 mm from the end of 1 side were compressed as shown in FIG. 1 using a mold and a flat plate press. The press was weighted at 50 kg. The thickness of the compressed part was 0.045 mm.

活性炭粉末(比表面積2500m2/g、平均粒径約3μm)2.0gに、導電助剤としてケッチェンブラック0.3g、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースの0.5%水溶液を5.0g、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレンの60wt%水分散液0.5gを混合し、さらに溶媒として水を4.5g添加して混合機で攪拌することにより、活性炭ペーストを調製した。乾燥して水を除去した後の組成比は、活性炭粉末77wt%、ケッチェンブラック11.6wt%、カルボキシメチルセルロース1.7wt%、ポリテトラフルオロエチレン9.7wt%となった。 2.0 g of activated carbon powder (specific surface area 2500 m 2 / g, average particle size of about 3 μm), 0.3 g of ketjen black as a conductive aid, 5.0 g of a 0.5% aqueous solution of carboxymethyl cellulose as a thickener, binder As a mixture, 0.5 g of a 60 wt% aqueous dispersion of polytetrafluoroethylene was mixed, and 4.5 g of water was further added as a solvent, followed by stirring with a mixer to prepare an activated carbon paste. The composition ratio after drying and removing water was 77 wt% activated carbon powder, 11.6 wt% ketjen black, 1.7 wt% carboxymethylcellulose, and 9.7 wt% polytetrafluoroethylene.

この活性炭ペーストを上記集電体に充填した。次に、乾燥機で200℃、1時間乾燥させて溶媒を除去した後、直径500ミリのローラープレス機(スリット:100μm)で加圧した。5mmの圧縮部分にAl製のタブリードを溶接し、電極を得た。電極の厚さは平均0.2mmで、活性炭の充填密度は0.34g/ccとなった。   This activated carbon paste was filled in the current collector. Next, after drying with a dryer at 200 ° C. for 1 hour to remove the solvent, it was pressurized with a roller press having a diameter of 500 mm (slit: 100 μm). An Al tab lead was welded to a 5 mm compressed portion to obtain an electrode. The average thickness of the electrode was 0.2 mm, and the packing density of the activated carbon was 0.34 g / cc.

この電極を露点−72℃のドライルームに移し、6kPaの減圧環境下で200℃ 12時間の乾燥を行った。セパレーターとしてセルロース製の厚さ30μmと、60μmの2種類を用意した。外装はアルミラミネートを用意した。これらは、電極とは別に6kPa下で100℃ 12時間乾燥を行った。   This electrode was transferred to a dry room having a dew point of -72 ° C., and dried at 200 ° C. for 12 hours in a reduced pressure environment of 6 kPa. Two types of separators with a thickness of 30 μm and 60 μm were prepared. Aluminum laminate was prepared for the exterior. These were dried at 100 ° C. for 12 hours under 6 kPa separately from the electrodes.

乾燥終了後、セパレーターを電極で挟み、ラミネートの3辺を熱融着させた。残りの開口部から電解液を注入し、20kPaの減圧環境下で封止を行ってキャパシタを得た。電解液は1mol/Lのホウフッ化テトラエチルアンモニウムを溶解したプロピレンカーボネートを、1セルあたり0.3ml使用した。   After completion of drying, the separator was sandwiched between electrodes, and the three sides of the laminate were heat-sealed. An electrolyte was injected from the remaining opening, and sealing was performed in a reduced pressure environment of 20 kPa to obtain a capacitor. As the electrolytic solution, 0.3 ml of propylene carbonate in which 1 mol / L tetraethylammonium borofluoride was dissolved was used per cell.

同様のキャパシタを上記2種類のセパレーターに対して20セルずつ作製し、得られたキャパシタに2.5Vの電圧を2分間印加して充電し、短絡の有無を調べた。その結果、セパレーターの厚さ(30μm,60μm)にかかわらず、短絡は発生しなかった。   A similar capacitor was prepared for each of the two types of separators by 20 cells, and the obtained capacitor was charged by applying a voltage of 2.5 V for 2 minutes, and the presence or absence of a short circuit was examined. As a result, no short circuit occurred regardless of the thickness of the separator (30 μm, 60 μm).

[比較例]
短絡防止のための圧縮を行わず、タブリード溶接のための1辺のみ5mm幅で圧縮を行った以外は、実施例と同様の方法でキャパシタを作製した。充電して短絡の有無を調べた結果、厚さが30μmのセパレーターでは12/20セルが初期からまったく電圧が上がらず、6/20セルが0.6V程度以上電圧が上がらなかった。また、厚さが60μmのセパレーターでは9/20セルが初期からまったく電圧が上がらず、4/20セルが0.6V程度以上電圧が上がらなかった。
[Comparative example]
A capacitor was fabricated in the same manner as in Example, except that compression for preventing a short circuit was not performed and compression was performed with a width of 5 mm on only one side for tab lead welding. As a result of checking for the presence or absence of a short circuit after charging, the voltage of 12/20 cells did not increase at all from the initial stage, and the voltage of 6/20 cells did not increase by about 0.6 V or more. In the separator having a thickness of 60 μm, the voltage of 9/20 cells did not increase at all from the beginning, and the voltage of 4/20 cells did not increase by about 0.6 V or more.

以上により、本発明のキャパシタ用電極は、短絡を防止する効果があることが明らかとなった。   From the above, it has been clarified that the capacitor electrode of the present invention has an effect of preventing a short circuit.

Claims (4)

金属多孔体を集電体に用いるキャパシタ用の電極において、電極の周縁部が厚み方向に圧縮されていることを特徴とするキャパシタ用電極。   An electrode for a capacitor using a metal porous body as a current collector, wherein the peripheral edge of the electrode is compressed in the thickness direction. 前記金属多孔体が、鉄、あるいはニッケル、もしくは鉄またはニッケルとFe,Ni,Cr,Al,Tiのうち1種類以上の金属との合金あるいは固溶体であり、添加されている金属が40重量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のキャパシタ用電極。   The metal porous body is iron, nickel, or an alloy or a solid solution of one or more of iron, nickel, and Fe, Ni, Cr, Al, or Ti, and the added metal is 40% by weight or less. The capacitor electrode according to claim 1, wherein: 前記金属多孔体の金属目付量が、100g/m2以上450g/m2以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のキャパシタ用電極。 3. The capacitor electrode according to claim 1, wherein a metal basis weight of the metal porous body is 100 g / m 2 or more and 450 g / m 2 or less. 上記請求項1〜3のいずれかに記載のキャパシタ用電極を使用したことを特徴とするキャパシタ。   A capacitor comprising the capacitor electrode according to any one of claims 1 to 3.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3333947A4 (en) * 2015-08-04 2018-07-11 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal porous body, fuel cell, and method for manufacturing metal porous body
JP7376409B2 (en) 2020-03-27 2023-11-08 古河電池株式会社 Lithium ion batteries and lithium ion battery manufacturing methods

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0412455A (en) * 1990-04-27 1992-01-17 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd Electrode for alkaline storage battery
JP2001319644A (en) * 2000-05-10 2001-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of plate for battery
JP2007280922A (en) * 2006-03-15 2007-10-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of electrode for battery
JP2008181825A (en) * 2007-01-26 2008-08-07 Sumitomo Electric Ind Ltd Nickel electrode for alkaline cell
JP2008192758A (en) * 2007-02-02 2008-08-21 Sumitomo Electric Ind Ltd Electrode for electric double-layer capacitor
JP2009200065A (en) * 2008-01-23 2009-09-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Foamed nickel-chromium collector for capacitor, electrode using the same, and capacitor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0412455A (en) * 1990-04-27 1992-01-17 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd Electrode for alkaline storage battery
JP2001319644A (en) * 2000-05-10 2001-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of plate for battery
JP2007280922A (en) * 2006-03-15 2007-10-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of electrode for battery
JP2008181825A (en) * 2007-01-26 2008-08-07 Sumitomo Electric Ind Ltd Nickel electrode for alkaline cell
JP2008192758A (en) * 2007-02-02 2008-08-21 Sumitomo Electric Ind Ltd Electrode for electric double-layer capacitor
JP2009200065A (en) * 2008-01-23 2009-09-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Foamed nickel-chromium collector for capacitor, electrode using the same, and capacitor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3333947A4 (en) * 2015-08-04 2018-07-11 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal porous body, fuel cell, and method for manufacturing metal porous body
JP7376409B2 (en) 2020-03-27 2023-11-08 古河電池株式会社 Lithium ion batteries and lithium ion battery manufacturing methods

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