JP2013008811A - Collector for capacitor, electrode using the same, and capacitor - Google Patents

Collector for capacitor, electrode using the same, and capacitor Download PDF

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一樹 奥野
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真博 加藤
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正利 真嶋
Tomoyuki Awazu
知之 粟津
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitor which has a large capacitance, a low internal resistance, and excellent durability, and to provide a collector for the capacitor and an electrode.SOLUTION: The collector for a capacitor is formed of a metal porous body having a three-dimensional network structure. The metal porous body is made of an alloy containing at least nickel and tin. Preferably, a tin content of the collector for a capacitor is 1 to 40 mass% inclusive.

Description

本発明は、キャパシタ用の集電体、この集電体を用いた電極及びこの電極を用いたキャパシタに関する。   The present invention relates to a current collector for a capacitor, an electrode using the current collector, and a capacitor using the electrode.

キャパシタは電気機器等において広く用いられている。そして各種キャパシタの中でも電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタは容量が大きいため、最近注目されてきている。例えば、キャパシタはメモリーバックアップ用として幅広く使われているが、この用途にもキャパシタの利用が進んでおり、さらに最近では、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。   Capacitors are widely used in electrical equipment and the like. Among various capacitors, electric double layer capacitors and hybrid capacitors have recently been attracting attention because of their large capacitance. For example, capacitors are widely used for memory backup, but capacitors are also being used for this purpose, and more recently, they are also expected to be used for vehicles such as hybrid vehicles and fuel vehicles.

キャパシタには、ボタン型、円筒型、角型等といった種類がある。例えば、ボタン型は、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を配置して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を重ね、捲回してキャパシタ素子を構成し、この素子に電解液を含浸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。角型の基本構造もボタン型や円筒型とほぼ同じである。   There are various types of capacitors such as a button type, a cylindrical type, and a square type. For example, in the button type, a polarizable electrode having an activated carbon electrode layer provided on a current collector is used as a pair, a separator is arranged between the electrodes to constitute a capacitor element, housed in a metal case together with an electrolyte, and a sealing plate And is sealed by a gasket that insulates the two. Cylindrical type is manufactured by stacking this pair of polarizable electrodes and separator, winding them to form a capacitor element, impregnating this element with electrolyte and storing it in an aluminum case, and sealing it with a sealing material Is done. The basic structure of the square type is almost the same as the button type or cylindrical type.

このキャパシタに用いる分極性電極は、通常、アルミニウム箔のような金属箔をパンチングメタル、スクリーン、エキスバンドメタル等の多孔体の形状にして集電体とし、これに活性炭を塗布することによって製造されている。
非水電解質キャパシタ用の電極を構成する集電体として種々のものが提案されている(特許文献1〜3参照)。
The polarizable electrode used for this capacitor is usually manufactured by applying a metal foil such as an aluminum foil to a current collector in the shape of a porous body such as a punching metal, a screen, and an extended metal, and applying activated carbon thereto. ing.
Various current collectors constituting electrodes for nonaqueous electrolyte capacitors have been proposed (see Patent Documents 1 to 3).

特許文献1には、金属集電体としてアルミニウム、ステンレス等を、網状、パンチングメタル、エキスパンドメタル状にしたものが開示されている。
しかしながら、これらの集電体は形状が二次元構造であり、容量密度を高めるために厚い電極を作製すると集電体と活性炭との距離が長くなるため、集電体から離れたところは電気抵抗が高くなり、活性炭の利用率が小さくなって容量密度も小さくなる。また、電気抵抗改善のために導電助剤を添加すると、活性炭の量が少なくなるためやはり容量密度が小さくなる。
特許文献2には、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が開示されている。特許文献3には、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が開示されている。
Patent Document 1 discloses a metal current collector made of aluminum, stainless steel, or the like in a net shape, a punching metal shape, or an expanded metal shape.
However, these current collector shape is two-dimensional structure, since the distance between the current collector and the active carbon when producing a thick electrode in order to increase the capacity density increases, away from the collector resistance Becomes higher, the utilization factor of the activated carbon becomes smaller, and the capacity density also becomes smaller. In addition, when a conductive additive is added to improve electric resistance, the amount of activated carbon is reduced, so that the capacity density is also reduced.
Patent Document 2 discloses a material in which a stainless steel fiber mat is electrically welded to a stainless steel foil. Patent Document 3 discloses a porous body made of at least one metal selected from tantalum, aluminum, and titanium.

ところで、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と内部抵抗の低減が求められている。これを達成する手段として分極性電極中の活性炭にカーボンブラック、炭素繊維等の導電助剤を添加したり、集電体を金属箔に代えて多孔体(三次元構造)にしたりすることが試みられている。   Incidentally, capacitors used for memory backup, automobiles and the like are required to have a higher capacity. That is, reduction of the capacity per unit volume and internal resistance is required. In order to achieve this, it is attempted to add a conductive agent such as carbon black or carbon fiber to the activated carbon in the polarizable electrode, or to change the current collector to a porous body (three-dimensional structure) instead of a metal foil. It has been.

しかしながら、導電助剤については、電気抵抗を下げるために多量の導電助剤を添加すると分極性電極中の活性炭の含有量が減少してしまい、逆にキャパシタの静電容量が小さくなる問題が生じる。
一方、集電体については、多孔体としてスクリーン、パンチングメタル、ラスなどを用いることが試みられているが、その構造は実質的には二次元構造であり、大幅な静電容量の向上は期待できない。
However, with regard to the conductive auxiliary agent, if a large amount of conductive auxiliary agent is added to lower the electrical resistance, the content of activated carbon in the polarizable electrode decreases, and conversely, the capacitance of the capacitor decreases. .
On the other hand, for current collectors, attempts have been made to use screens, punching metals, laths, etc. as porous bodies, but the structure is essentially a two-dimensional structure, and a significant improvement in capacitance is expected. Can not.

現在、量産可能な三次元構造集電体としては、発泡状ニッケルがあり、アルカリ電解質二次電池用の集電体として普及している。しかし、非水電解質を用いるキャパシタでは、ニッケルは非水電解質による酸化や腐食を受けるため使用に耐えない。
ニッケル以外の金属としてはアルミニウムやステンレスがあるが、アルミニウムのめっき処理には非常に高温の溶融塩状態で処理する必要があるため、有機樹脂を被めっき体として使用することができず、有機樹脂表面にめっき処理することは困難である。
Currently, foamed nickel is a three-dimensional structure current collector that can be mass-produced, and is widely used as a current collector for an alkaline electrolyte secondary battery. However, in a capacitor using a non-aqueous electrolyte, nickel cannot be used because it is oxidized or corroded by the non-aqueous electrolyte.
Metals other than nickel include aluminum and stainless steel, but it is necessary to treat aluminum in a very high temperature molten salt state, so organic resin cannot be used as an object to be plated. It is difficult to plate the surface.

また、ステンレスも正極集電体の材料として広く使用されているが、このステンレスもアルミニウムと同様の理由から、有機樹脂表面にめっき処理することにより、多孔度の大きい集電体とすることは困難である。なお、ステンレスについては、粉末状にして有機樹脂多孔体に塗着して焼結することにより、多孔体を得る方法が提案されているが、ステンレススチール粉末は非常に高価である。また、粉末が付着した有機樹脂多孔体は焼却除去されるため、強度が衰えてしまい使用に耐えないという問題がある
上記のことから、ニッケル以外の金属では、多孔度が大きい三次元構造の集電体を量産することは困難であった。
Stainless steel is also widely used as a material for the positive electrode current collector, but for the same reason as stainless steel, it is difficult to obtain a highly porous current collector by plating the organic resin surface. It is. As for stainless steel, a method has been proposed in which a porous body is obtained by applying powdered powder to an organic resin porous body and sintering, but stainless steel powder is very expensive. In addition, since the organic resin porous body to which the powder adheres is removed by incineration, there is a problem that the strength decreases and it cannot be used. From the above, a metal other than nickel has a three-dimensional structure with high porosity. It was difficult to mass-produce electric bodies.

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

本発明は、静電容量が大きく、内部抵抗が小さく、かつ耐久性に優れたキャパシタ、該キャパシタ用集電体、電極を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a capacitor having a large capacitance, a low internal resistance, and excellent durability, a current collector for the capacitor, and an electrode.

本発明者らは、上記問題点に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、集電体として、三次元網目状構造を有する金属多孔体からなるキャパシタ用集電体であって、該金属多孔体が、少なくともニッケルとスズとを含む合金からなる集電体を用いることによって上記課題を解決することができることを見出して本発明に至った。
すなわち、本発明は、以下に記載するとおりのキャパシタ用発泡状ニッケルスズ集電体、この集電体を用いた電極及びこの電極を用いたキャパシタキャパシタに係るものである。
In view of the above problems, the present inventors have conducted extensive research, and as a current collector, a current collector for a capacitor made of a metal porous body having a three-dimensional network structure, The present inventors have found that the above problems can be solved by using a current collector made of an alloy containing at least nickel and tin.
That is, the present invention relates to a foamed nickel tin current collector for capacitors as described below, an electrode using the current collector, and a capacitor capacitor using the electrode.

(1)三次元網目状構造を有する金属多孔体からなるキャパシタ用集電体であって、
該金属多孔体が、少なくともニッケルとスズとを含む合金からなることを特徴とするキャパシタ用集電体。
(2)前記スズの含有率が1質量%以上、40質量%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集電体。
(3)前記金属多孔体が、成分として10質量%以下のリンを更に含むことを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のキャパシタ用集電体。
(4)前記金属多孔体を、液中で電解酸化処理することにより耐食性を向上させたことを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載のキャパシタ用集電体。
(5)前記金属多孔体の平均孔径が20μm以上、900μm以下であることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載のキャパシタ用集電体。
(6)前記金属多孔体の多孔度が80%以上、97%以下であることを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載のキャパシタ用集電体。
(7)前記金属多孔体の金属目付量が200g/m2以上、1000g/m2以下であることを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれかに記載のキャパシタ用集電体。
(8)上記(1)〜(7)のいずれかに記載のキャパシタ用集電体に活性炭を主成分とする電極材料を充填してなることを特徴とするキャパシタ用電極。
(9)前記活性炭を主成分としてなる電極材料に、活性炭を100質量部として導電助剤が0.1質量部以上、10質量部以下含まれていることを特徴とする上記(8)に記載のキャパシタ用電極。
(10)三次元網目状構造を有するニッケル多孔体に、少なくともスズを含む金属を被覆する工程と、
その後に熱処理を行ってスズを前記ニッケル多孔体中にまで拡散させる工程と、
を有することを特徴とする、少なくともニッケルとスズを含む合金からなるキャパシタ用集電体の製造方法。
(11)前記三次元網目状構造を有するニッケル多孔体が、発泡状樹脂に導電処理、電解ニッケルめっき処理をこの順に施して発泡状樹脂表面にニッケル被覆層を形成したのち、該発泡状樹脂を除去する処理を施すことによって得られた三次元網目状構造を有するニッケル多孔体であることを特徴とする上記(10)に記載のキャパシタ用集電体の製造方法。
(12)前記三次元網目状構造を有するニッケル多孔体が、発泡状樹脂に導電処理、電解ニッケルめっき処理をこの順に施して発泡状樹脂表面にニッケル被覆層を形成したのち、該発泡状樹脂を焼却除去し、次いで還元性雰囲気中で熱処理してニッケルを還元処理することによって得られた三次元網目状構造を有するニッケル多孔体であることを特徴とする上記(10)に記載のキャパシタ用集電体の製造方法。
(13)上記(10)〜(12)のいずれかに記載の製造方法によって得たキャパシタ用集電体に活性炭を主成分とする電極材を充填することを特徴とするキャパシタ用電極の製造方法。
(14)上記(8)又は(9)に記載のキャパシタ用電極を使用することを特徴とするキャパシタ。
(15)電解液として非水系の電解液を用いることを特徴とする上記(14)に記載のキャパシタ。
(1) A capacitor current collector made of a porous metal body having a three-dimensional network structure,
A current collector for a capacitor, wherein the porous metal body is made of an alloy containing at least nickel and tin.
(2) The capacitor current collector as described in (1) above, wherein the tin content is 1% by mass or more and 40% by mass or less.
(3) The current collector for capacitors as described in (1) or (2) above, wherein the metal porous body further contains 10% by mass or less of phosphorus as a component.
(4) The current collector for a capacitor according to any one of (1) to (3) above, wherein the corrosion resistance is improved by subjecting the porous metal body to electrolytic oxidation treatment in a liquid.
(5) The capacitor current collector according to any one of (1) to (4) above, wherein an average pore diameter of the metal porous body is 20 μm or more and 900 μm or less.
(6) The current collector for capacitors according to any one of (1) to (5) above, wherein the porosity of the metal porous body is 80% or more and 97% or less.
(7) The current collector for capacitors according to any one of the above (1) to (6), wherein the metal basis weight of the metal porous body is 200 g / m 2 or more and 1000 g / m 2 or less.
(8) A capacitor electrode, wherein the capacitor current collector according to any one of (1) to (7) is filled with an electrode material mainly composed of activated carbon.
(9) The electrode material comprising the activated carbon as a main component contains 100 parts by mass of activated carbon and 0.1 to 10 parts by mass of a conductive additive, as described in (8) above Capacitor electrode.
(10) A step of coating a nickel porous body having a three-dimensional network structure with a metal containing at least tin;
Then, a step of performing a heat treatment to diffuse tin into the nickel porous body,
A method for producing a current collector for a capacitor comprising an alloy containing at least nickel and tin.
(11) The nickel porous body having the three-dimensional network structure is subjected to conductive treatment and electrolytic nickel plating treatment in this order on the foamed resin to form a nickel coating layer on the surface of the foamed resin. The method for producing a current collector for a capacitor as described in (10) above, which is a nickel porous body having a three-dimensional network structure obtained by performing the removal treatment.
(12) After the nickel porous body having the three-dimensional network structure is subjected to conductive treatment and electrolytic nickel plating treatment in this order on the foamed resin to form a nickel coating layer on the foamed resin surface, the foamed resin is Capacitor collection according to (10) above, characterized in that it is a nickel porous body having a three-dimensional network structure obtained by incineration removal and subsequent heat treatment in a reducing atmosphere to reduce nickel. A method of manufacturing an electric body.
(13) A method for producing a capacitor electrode, wherein the capacitor current collector obtained by the production method according to any one of (10) to (12) is filled with an electrode material mainly composed of activated carbon. .
(14) A capacitor using the capacitor electrode according to (8) or (9).
(15) The capacitor as described in (14) above, wherein a non-aqueous electrolyte is used as the electrolyte.

本発明の集電体は、三次元網目状構造を有する金属多孔体が、少なくともニッケルとスズとを含む合金からなることによって金属多孔体の耐食性が上がり、非水系キャパシタの電圧でも金属多孔体が酸化されることなく集電体として良好に使用することができ、また、三次元網目状構造を有する多孔体構造であるため高い容量密度を得ることができる。   In the current collector of the present invention, the metal porous body having a three-dimensional network structure is made of an alloy containing at least nickel and tin, so that the corrosion resistance of the metal porous body is improved, and the metal porous body can be formed even with a non-aqueous capacitor voltage. It can be used favorably as a current collector without being oxidized, and a high capacity density can be obtained because it is a porous structure having a three-dimensional network structure.

本発明のキャパシタ用集電体の表面外観の一例を示す写真である。It is a photograph which shows an example of the surface external appearance of the electrical power collector for capacitors of this invention. 図1の拡大写真である。It is an enlarged photograph of FIG. 本発明のキャパシタ用集電体の骨格中にスズが均一に拡散していることを確認したデータを示すグラフである。It is a graph which shows the data which confirmed that tin was spreading | diffusion uniformly in frame | skeleton of the electrical power collector for capacitors of this invention.

本発明に係るキャパシタ用集電体は、三次元網目状構造を有する金属多孔体からなるキャパシタ用集電体であって、該金属多孔体が、少なくともニッケルとスズとを含む合金からなることを特徴とする。金属多孔体が少なくともニッケルとスズとを含む合金であることにより、本発明のキャパシタ用集電体は耐電解性、耐食性に優れるようになる。更に、ニッケルとスズとを含む合金は電気抵抗が小さいため、集電性能に優れたキャパシタ用集電体を提供することができる。   The capacitor current collector according to the present invention is a capacitor current collector made of a porous metal body having a three-dimensional network structure, and the porous metal body is made of an alloy containing at least nickel and tin. Features. Since the metal porous body is an alloy containing at least nickel and tin, the current collector for a capacitor of the present invention is excellent in electrolytic resistance and corrosion resistance. Furthermore, since the alloy containing nickel and tin has a small electric resistance, it is possible to provide a current collector for a capacitor excellent in current collecting performance.

また、一般に、金属多孔体の表面には、金属多孔体の骨格の断面等による微小な硬い突起が存在するため、集電体や電極として使用した場合に、該微小突起がセパレータと密に接触した際にセパレータを突き破って短絡するという問題が生じる場合がある。しかしながら本発明のキャパシタ用集電体は、ニッケルとスズとを含む合金からなるため、従来の金属多孔体に比べて圧縮強度が比較的小さい。このため、キャパシタ用集電体、キャパシタ用電極を作製する際の圧縮工程を経ることにより、集電体や電極の表面上の微小突起が押しつぶされ、短絡を抑制することができるという効果がある。   In general, since the surface of the porous metal body has minute hard protrusions due to the cross section of the skeleton of the porous metal body, when used as a current collector or electrode, the minute protrusions are in close contact with the separator. When this occurs, there may be a problem that a short circuit occurs through the separator. However, since the current collector for a capacitor of the present invention is made of an alloy containing nickel and tin, the compressive strength is relatively small as compared with a conventional metal porous body. For this reason, by passing through the compression process when producing the capacitor current collector and the capacitor electrode, the microprotrusions on the surface of the current collector and the electrode are crushed and the short circuit can be suppressed. .

更に、上記の少なくともニッケルとスズとを含む合金からなる金属多孔体は、後述するようにめっき法によって作製することができる。このため、製造コストを抑えることができ、安価に提供することができる。   Furthermore, the metal porous body made of an alloy containing at least nickel and tin can be produced by a plating method as described later. For this reason, manufacturing cost can be suppressed and it can provide at low cost.

上記金属多孔体におけるスズの含有率は、1質量%以上であることにより、耐電解性、耐食性の効果が充分に発揮されるが、金属多孔体中にニッケルとスズとの金属間化合物が生成しない範囲であることが好ましい。具体的には、上記金属多孔体におけるスズの含有率は、1質量%以上、40質量%以下であるか、43質量%以上、56質量%以下であるか、61質量%以上、72%質量以下であるか、73質量%以上、99質量%以下であることが好ましい。該スズの含有率は15質量%以上、25質量%以下であることが更に好ましい。これにより、ニッケルとスズを含む合金からなる金属多孔体の、耐電解性、耐食性、耐熱性、及び強度を向上させることができる。   When the content of tin in the metal porous body is 1% by mass or more, the effects of electrolytic resistance and corrosion resistance are sufficiently exhibited, but an intermetallic compound of nickel and tin is generated in the metal porous body. It is preferable that the range is not. Specifically, the content of tin in the porous metal body is 1% by mass or more and 40% by mass or less, 43% by mass or more and 56% by mass or less, 61% by mass or more, and 72% by mass. Or less than or equal to 73 mass% and less than or equal to 99 mass%. The tin content is more preferably 15% by mass or more and 25% by mass or less. Thereby, the electrolysis resistance, corrosion resistance, heat resistance, and strength of the porous metal body made of an alloy containing nickel and tin can be improved.

また、上記の金属多孔体は、成分として10質量%以下のリンを更に含むことが好ましい。これにより、金属多孔体の耐電解性、耐食性がより向上する。しかしながらリンを多量に含み過ぎると耐熱性が低下するため、前記金属多孔体におけるリンの含有率は10質量%以下であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that said metal porous body further contains 10 mass% or less phosphorus as a component. Thereby, the electrolytic resistance and corrosion resistance of the metal porous body are further improved. However, since heat resistance will fall when phosphorus is included too much, it is preferable that the content rate of phosphorus in the said metal porous body is 10 mass% or less.

また、上記金属多孔体は、液中で電解酸化処理することにより耐食性を向上させたものであることが好ましい。これにより更に耐電解性、耐食性が向上した金属多孔を得ることができる。
該電解酸化処理は、例えば、リニアスイープボルタンメトリー法により行うことができる。すなわち、サンプルに対して一度広い範囲で電位をかけて電流値が高い電位を調べ、その後、電流の高かった電位を電流が充分小さくなるまで印加していくことにより処理することができる。
Moreover, it is preferable that the said metal porous body is what improved corrosion resistance by carrying out the electrolytic oxidation process in the liquid. As a result, it is possible to obtain a metal porous with further improved electrolytic resistance and corrosion resistance.
The electrolytic oxidation treatment can be performed by, for example, a linear sweep voltammetry method. That is, the sample can be processed by applying a potential once over a wide range to examine a potential having a high current value and then applying a potential having a high current until the current becomes sufficiently small.

本発明のキャパシタ用集電体の製造方法は、三次元網目状構造を有するニッケル多孔体に、少なくともスズを含む金属を被覆する工程と、その後に熱処理を行ってスズを前記ニッケル多孔体中にまで拡散させる工程と、を有することを特徴とする。
例えば、次のようにして本発明のキャパシタ用集電体を作製することができる。
まず、発泡状樹脂の表面にニッケル被覆層を形成したのち、基材である樹脂を除去し、次いで必要に応じて還元性雰囲気中で加熱処理してニッケルを還元して発泡状ニッケルを得る。次いで該発泡状ニッケルに少なくともスズを含む金属を被覆し、その後に加熱処理を行ってスズを発泡状ニッケル中にまで拡散させることにより少なくともニッケルとスズとを含む合金からなるキャパシタ用集電体を得ることができる。
The method for producing a current collector for a capacitor according to the present invention includes a step of coating a nickel porous body having a three-dimensional network structure with a metal containing at least tin, and then performing a heat treatment to put tin into the nickel porous body. And a step of diffusing up to.
For example, the capacitor current collector of the present invention can be produced as follows.
First, after forming a nickel coating layer on the surface of the foamed resin, the resin as the base material is removed, and then heat treatment is performed in a reducing atmosphere as necessary to reduce nickel to obtain foamed nickel. Next, the foamed nickel is coated with a metal containing at least tin, and then heat-treated to diffuse the tin into the foamed nickel, whereby a capacitor current collector made of an alloy containing at least nickel and tin is obtained. Obtainable.

また、他にも、発泡状樹脂の表面を導電化処理した後に、ニッケル被覆層を形成し、続けてスズめっきを行い、最後に熱処理を行って発泡状樹脂の除去とスズの拡散を行うことによっても本発明のキャパシタ用集電体を得ることができる。
更に、発泡状樹脂を導電化処理した後にスズをめっきし、続いてニッケルをめっきし、そして再度スズをめっきするという方法も可能である。その後に、樹脂の除去工程、スズの拡散工程、還元工程を経ることにより本発明のキャパシタ用集電体を得ることができる。
更に別の方法では、本発明のキャパシタ用集電体は、発泡状樹脂を導電化処理し、該多孔体にニッケル−スズ合金めっきをすることによっても作製することができる。
In addition, after conducting the conductive treatment on the surface of the foam resin, a nickel coating layer is formed, followed by tin plating, and finally heat treatment to remove the foam resin and diffuse tin. Thus, the capacitor current collector of the present invention can be obtained.
Further, a method of conducting a conductive treatment on the foamed resin, plating with tin, subsequently plating with nickel, and then plating with tin again is possible. Thereafter, the capacitor current collector of the present invention can be obtained through a resin removal step, a tin diffusion step, and a reduction step.
In yet another method, a capacitor current collector of the present invention, foamed resin was electroconductive treatment, nickel porous body - can also be produced by the tin alloy plating.

発泡状樹脂の表面にニッケル被覆層を形成するには、公知のニッケル被覆方法を採用することができ、このような方法としては例えば、電解めっき法、無電解めっき法、スパッタリング法等が挙げられる。これらの被覆方法は単独で用いてもよく、複数の被覆方法を組み合わせて用いても良い。
生産性、コストの観点からは、まず、無電解めっき法又はスパッタリング法によって発泡状樹脂表面を導電処理し、次いで、これに電解めっき法によって所望の目付量までニッケルめっきする方法を採用することが好ましい。
In order to form the nickel coating layer on the surface of the foamed resin, a known nickel coating method can be employed. Examples of such a method include an electrolytic plating method, an electroless plating method, and a sputtering method. . These coating methods may be used alone, or a plurality of coating methods may be used in combination.
From the viewpoint of productivity and cost, it is possible to first apply a conductive treatment to the foamed resin surface by an electroless plating method or a sputtering method, and then apply a nickel plating method to the desired basis weight by an electrolytic plating method. preferable.

例えば、ニッケル被覆層を形成する方法として電解めっき法を採用する場合には、発泡状樹脂表面に導電処理、電解ニッケルめっき処理を順次行った後、当該樹脂を除去し、次いで必要に応じて還元性雰囲気中で加熱処理してニッケルを還元することにより発泡状ニッケルを得ることができる。そして、続いて、該発泡状ニッケルに少なくともスズを含む金属を被覆し、その後に加熱処理を行ってスズを発泡状ニッケル中にまで拡散させることによりニッケルとスズとを含む合金からなる集電体を得る。   For example, when the electrolytic plating method is adopted as a method for forming the nickel coating layer, the conductive resin and electrolytic nickel plating treatment are sequentially performed on the foamed resin surface, and then the resin is removed, and then reduced if necessary. Foamed nickel can be obtained by reducing the nickel by heat treatment in a neutral atmosphere. Then, a current collector made of an alloy containing nickel and tin is formed by coating the foamed nickel with a metal containing at least tin and then performing heat treatment to diffuse the tin into the foamed nickel. Get.

また、本発明のキャパシタ用電極は、上記で得た集電体に活性炭を主成分とする電極材料を充填することにより得られる。
以下、本発明についてより詳細に説明する。
The capacitor electrode of the present invention can be obtained by filling the current collector obtained above with an electrode material mainly composed of activated carbon.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

[発泡状樹脂]
発泡状樹脂は、多孔性のものであればよく公知又は市販のものを使用でき、例えば、発泡ウレタン、発泡スチレン等が挙げられる。これらの中でも、特に多孔度が大きい観点から、発泡ウレタンが好ましい。
発泡状樹脂の多孔度は限定的でなく、通常80%以上、97%以下程度であり、好ましくは90%以上、96%以下程度である。
また、発泡状樹脂の平均孔径は、通常20μm以上、900μm以下程度であり、好ましくは30μm以上、700μm程度であり、より好ましくは100μm以上、500μm以下程度である。なお、本発明における平均孔径は、バブルポイント法で測定することにより求められる。
発泡状樹脂の厚みは限定的でなく、キャパシタの用途等に応じて適宜決定されるが、通常200μm以上、5000μm以下程度であり、好ましくは300μm以上、3000μm以下程度、より好ましくは400μm以上、2000μm以下程度とすればよい。
[Foamed resin]
As the foamed resin, any known or commercially available one can be used as long as it is porous, and examples thereof include foamed urethane and foamed styrene. Among these, urethane foam is preferable from the viewpoint of particularly high porosity.
The porosity of the foamed resin is not limited and is usually about 80% to 97%, preferably about 90% to 96%.
The average pore diameter of the foamed resin is usually about 20 μm to 900 μm, preferably about 30 μm to 700 μm, more preferably about 100 μm to 500 μm. In addition, the average hole diameter in this invention is calculated | required by measuring by the bubble point method.
The thickness of the foamed resin is not limited and is appropriately determined according to the use of the capacitor, etc., but is usually about 200 μm or more and 5000 μm or less, preferably about 300 μm or more and 3000 μm or less, more preferably 400 μm or more, 2000 μm What is necessary is just below.

[集電体]
以下では、発泡状樹脂に導電処理、電解めっき処理、発泡状樹脂の除去処理、還元処理、スズめっき処理、熱処理を順次施すことによって本発明の集電体を作製する方法について詳述する。
[Current collector]
Hereinafter, a method for producing the current collector of the present invention by sequentially conducting conductive treatment, electrolytic plating treatment, removal treatment of foamed resin, reduction treatment, tin plating treatment, and heat treatment on the foamed resin will be described in detail.

(導電処理)
導電処理は、発泡状樹脂の表面に導電性を有する層を設けることができる限り限定的でない。導電性を有する層(導電被覆層)を構成する材料としては、例えば、ニッケル、チタン、ステンレススチール等の金属の他、黒鉛等が挙げられる。これらの中でも特にニッケルが好ましい。
導電処理の具体例としては、例えば、ニッケルを用いる場合は、無電解めっき処理、スパッタリング処理等が好ましく挙げられる。また、チタン、ステンレススチール等の金属、黒鉛などの材料を用いる場合は、これら材料の微粉末にバインダを加えて得られる混合物を、発泡状樹脂に塗着する処理が好ましく挙げられる。
(Conductive treatment)
The conductive treatment is not limited as long as a conductive layer can be provided on the surface of the foamed resin. Examples of the material constituting the conductive layer (conductive coating layer) include graphite, in addition to metals such as nickel, titanium, and stainless steel. Among these, nickel is particularly preferable.
As specific examples of the conductive treatment, for example, when nickel is used, electroless plating treatment, sputtering treatment, and the like are preferably exemplified. Moreover, when using materials, such as metals, such as titanium and stainless steel, and graphite, the process which coats the foamed resin with the mixture obtained by adding a binder to the fine powder of these materials is mentioned preferably.

ニッケルを用いた無電解めっき処理としては、例えば、還元剤として次亜リン骸ナトリウムを含有した硫酸ニッケル水溶液等の公知の無電解ニッケルめっき浴に発泡状樹脂を浸漬すればよい。必要に応じて、めっき浴浸漬前に、発泡状樹脂を微量のパラジウムイオンを含む活性化液(カニゼン社製の洗浄液)等に浸漬してもよい。
ニッケルを用いたスパッタリング処理としては、例えば、基板ホルダーに発泡状樹脂を取り付けた後、不活性ガスを導入しながら、ホルダーとターゲット(ニッケル)との問に直流電圧を印加することにより、イオン化した不活性ガスをニッケルに衝突させて、吹き飛ばしたニッケル粒子を発泡状樹脂表面に堆積すればよい。
As the electroless plating treatment using nickel, for example, the foamed resin may be immersed in a known electroless nickel plating bath such as a nickel sulfate aqueous solution containing sodium hypophosphite as a reducing agent. If necessary, the foamed resin may be immersed in an activation liquid containing a trace amount of palladium ions (cleaning liquid manufactured by Kanigen Co., Ltd.) or the like before immersion in the plating bath.
As a sputtering process using nickel, for example, after attaching a foamed resin to a substrate holder, ionization is performed by applying a DC voltage between the holder and the target (nickel) while introducing an inert gas. The nickel particles blown off may be deposited on the foamed resin surface by colliding the inert gas with nickel.

(電解めっき処理)
上記した無電解めっき処理及び/又はスパッタリング処理によってニッケルめっき膜の厚みを増していけば電解めっき処理の必要性はないが、生産性、コストの観点から、上記したような、まず発泡樹脂を導電化処理し、次いで電解めっき法によりニッケルめっき層を形成する方法を採用することが好ましい。
電解ニッケルめっき処理は、常法に従って行えばよい。電解ニッケルめっき処理に用いるめっき浴としては、公知又は市販のものを使用することができ、例えば、ワット浴、塩化浴、スルファミン酸浴等が挙げられる。
前記の無電解メッキやスパッタリングにより表面に導電層を形成された発泡樹脂をメッキ浴に浸し、発泡樹脂を陰極に、ニッケル対極板を陽極に接続して直流或いはパルス断続電流を通電させることにより、導電層上に、さらにニッケルの被覆を形成することができる。
(Electrolytic plating treatment)
If the thickness of the nickel plating film is increased by the above-described electroless plating treatment and / or sputtering treatment, there is no need for the electrolytic plating treatment. However, from the viewpoint of productivity and cost, the foamed resin is first conductive as described above. It is preferable to employ a method in which a nickel plating layer is formed by an electrolytic plating method and then by an electrolytic plating method.
What is necessary is just to perform an electrolytic nickel plating process in accordance with a conventional method. As the plating bath used for the electrolytic nickel plating treatment, a known or commercially available bath can be used, and examples thereof include a watt bath, a chloride bath, a sulfamic acid bath, and the like.
By immersing the foamed resin having a conductive layer formed on the surface by electroless plating or sputtering in a plating bath, connecting the foamed resin to the cathode, and connecting the nickel counter electrode to the anode, and applying a direct current or pulsed intermittent current, A nickel coating can be further formed on the conductive layer.

導電被覆層及び電解めっき層の目付量(付着量)は特に制限されない。導電被覆層は発泡状樹脂表面に連続的に形成されていればよく、電解ニッケルめっき層は導電被覆層が露出しない程度に当該導電被覆層上に形成されていればよい。
導電被覆層の目付量は限定的でなく、通常5g/m2以上、15g/m2以下程度、好ましくは7g/m2以上、10g/m2以下程度とすればよい。
電解ニッケルめっき層の目付量は限定的でなく、好ましくは200g/m2以上、1000g/m2以下程度であり、より好ましくは250g/m2以上、700g/m2以下程度とすればよい。
これら導電被覆層、電解ニッケルめっき層の目付量の合計量としては、好ましくは200g/m2以上、1000g/m2以下であり、より好ましくは250g/m2以上、700g/m2以下である。合計量がこの寵囲を下回ると、集電体の強度が衰えるおそれがある。また、合計量がこの範囲を上回ると、分極性材料の充填量が減少し、またコスト的にも不利となる。
The basis weight (attachment amount) of the conductive coating layer and the electrolytic plating layer is not particularly limited. The conductive coating layer only needs to be formed continuously on the foamed resin surface, and the electrolytic nickel plating layer only needs to be formed on the conductive coating layer to the extent that the conductive coating layer is not exposed.
Basis weight of the conductive coating layer is not limited, usually 5 g / m 2 or more, 15 g / m 2 degree or less, preferably 7 g / m 2 or more, may be set to the degree 10 g / m 2 or less.
The basis weight of the electrolytic nickel plating layer is not limited and is preferably about 200 g / m 2 or more and 1000 g / m 2 or less, more preferably about 250 g / m 2 or more and 700 g / m 2 or less.
The total weight of the conductive coating layer and the electrolytic nickel plating layer is preferably 200 g / m 2 or more and 1000 g / m 2 or less, more preferably 250 g / m 2 or more and 700 g / m 2 or less. . If the total amount is less than this range, the strength of the current collector may decline. On the other hand, if the total amount exceeds this range, the filling amount of the polarizable material is reduced, which is disadvantageous in terms of cost.

(発泡状樹脂除去処理、還元処理)
次いで、上記により得られた導電被覆層/ニッケルめっき層形成発泡状樹脂中の発泡状樹脂成分を除去する。除去方法は限定的でないが、焼却により除去することが好ましい。具体的には、例えば600℃程度以上の大気等の酸化性雰囲気下で加熱すればよい。
また、水素等の還元性雰囲気中750℃程度以上で加熱してもよい。これにより、導電被覆層、電解ニッケルめっき層からなる多孔体が得られる。得られた多孔体を還元性雰囲気下で加熱処理してニッケルを還元することにより発泡状ニッケルが得られる。
(Foamed resin removal treatment, reduction treatment)
Next, the foamed resin component in the conductive coating layer / nickel plating layer-formed foamed resin obtained as described above is removed. Although the removal method is not limited, it is preferably removed by incineration. Specifically, the heating may be performed in an oxidizing atmosphere such as air of about 600 ° C. or higher.
Moreover, you may heat at about 750 degreeC or more in reducing atmosphere, such as hydrogen. Thereby, the porous body which consists of a conductive coating layer and an electrolytic nickel plating layer is obtained. Foamed nickel is obtained by heat-treating the obtained porous body in a reducing atmosphere to reduce nickel.

(スズめっき工程)
上記で得た発泡状ニッケルに、少なくともスズを含む合金を被覆する工程は、例えば、次のようにして行うことができる。すなわち、硫酸浴としてを、硫酸第一スズ 55g/L、硫酸 100g/L、クレゾールスルホン酸 100g/L、ゼラチン 2g/L、βナフトール 1g/Lの組成のめっき浴を用意し、陰極電流密度を2A/dm2、陽極電流密度を1A/dm2以下とし、温度を20℃、攪拌(陰極揺動)を2m/分とすることでスズめっきを行うことができる。
(Tin plating process)
The step of coating the foamed nickel obtained above with an alloy containing at least tin can be performed, for example, as follows. That is, as a sulfuric acid bath, a plating bath having a composition of stannous sulfate 55 g / L, sulfuric acid 100 g / L, cresol sulfonic acid 100 g / L, gelatin 2 g / L, β naphthol 1 g / L is prepared, and the cathode current density is set. Tin plating can be performed at 2 A / dm 2 , an anode current density of 1 A / dm 2 or less, a temperature of 20 ° C., and stirring (cathode oscillation) of 2 m / min.

スズめっきの目付量は、金属多孔体の最終的な金属組成において、ニッケルの含有率が60質量%以上、99質量%以下、スズの含有率が1質量%以上、40質量%以下となるように調整することが好ましい。また、スズの含有率が、43質量%以上、56質量%以下となるか、61質量%以上、72%質量以下となるか、73質量%以上、99質量%以下となるように調整することも好ましい。更に、スズの含有率が15質量%以上、25質量%以下となるように調整することが最も好ましい。これにより、ニッケルとスズを含む合金からなる金属多孔体の、耐電解性、耐食性、耐熱性、及び強度を向上させることができる。   The amount of tin plating is such that the final metal composition of the metal porous body has a nickel content of 60% by mass to 99% by mass and a tin content of 1% by mass to 40% by mass. It is preferable to adjust to. Moreover, it adjusts so that the content rate of tin may be 43 mass% or more and 56 mass% or less, or 61 mass% or more and 72% mass or less, or 73 mass% or more and 99 mass% or less. Is also preferable. Furthermore, it is most preferable to adjust so that the content rate of tin may be 15 mass% or more and 25 mass% or less. Thereby, the electrolysis resistance, corrosion resistance, heat resistance, and strength of the porous metal body made of an alloy containing nickel and tin can be improved.

また、スズめっきの密着性を向上させるため、直前にストライクニッケルめっきを行って、金属多孔体を洗浄し、乾燥させずに濡れたままスズめっき液に投入することが望ましい。これによりめっき層の密着性を高めることができる。
ストライクニッケルめっきの条件は、例えば、次のようにすることができる。すなわち、ウッドストライクニッケル浴として、塩化ニッケル 240g/L、塩酸(比重1.18程度のもの)125ml/Lの組成のものを用意し、温度を室温にして、陽極にニッケルまたはカーボンを用いることで行うことができる。
Further, in order to improve the adhesion of tin plating, it is desirable to perform strike nickel plating immediately before, wash the metal porous body, and put it into the tin plating solution without getting dried. Thereby, the adhesiveness of a plating layer can be improved.
The conditions for strike nickel plating can be as follows, for example. That is, a wood strike nickel bath having a composition of nickel chloride 240 g / L, hydrochloric acid (having a specific gravity of about 1.18) 125 ml / L is prepared, the temperature is set to room temperature, and nickel or carbon is used for the anode. It can be carried out.

以上のめっき手順をまとめると、エースクリーンによる脱脂(陰極電解脱脂5ASD×1分)、湯洗、水洗、酸活性(塩酸浸漬1分)、ウッドストライクニッケルめっき処理(5〜10ASD×1分)、洗浄して乾燥させずにスズめっきへ処理、水洗・乾燥、となる。   Summarizing the above plating procedures, degreasing by an A-screen (cathodic electrolytic degreasing 5 ASD × 1 minute), hot water washing, water washing, acid activity (hydrochloric acid immersion 1 minute), wood strike nickel plating treatment (5-10 ASD × 1 minute), It is processed to tin plating without washing and drying, washing with water and drying.

(めっき時のめっき液の循環)
発泡状樹脂のような多孔体基材へのめっきは、一般的に内部へ均一にめっきすることが難しい。内部の未着を防いだり、内部と外部のめっき付着量の差を低減したりするために、めっき液を循環させることが好ましい。循環の方法としては、ポンプを使用したり、めっき槽内部にファンを設置したりするなどの方法がある。また、これらの方法を用いて基材にめっき液を吹き付けたり、吸引口に基材を隣接させたりすると、基材内部にめっき液の流れができやすくなって効果的である。
(Plating solution circulation during plating)
In general, it is difficult to uniformly plate the inside of a porous substrate such as a foamed resin. It is preferable to circulate the plating solution in order to prevent non-attachment of the inside or to reduce the difference in the amount of plating adhesion between the inside and the outside. As a circulation method, there are methods such as using a pump and installing a fan inside the plating tank. Moreover, if a plating solution is sprayed on a base material using these methods, or a base material is made to adjoin a suction port, the plating solution can easily flow inside the base material, which is effective.

(熱処理)
スズめっき後、そのままでは金属多孔体の表面に耐食性の低いニッケルが露出していることがあるため、熱処理を行ってスズ成分を拡散させることが必要である。スズの拡散は不活性雰囲気(減圧や、窒素・アルゴンなど)あるいは還元雰囲気(水素)で行うことができる。
この熱処理工程ではスズ成分をニッケルめっき層中に充分に拡散させて、金属多孔体骨格の表側と内側のスズの濃度比が、表側濃度/内側濃度が2/1以上、1/2以下の範囲になるようにすることが好ましい。より好ましくは3/2以上、2/3以下であり、更に好ましくは4/3以上、3/4以下であり、最も好ましくは均一に拡散させることである。
(Heat treatment)
After tin plating, nickel with low corrosion resistance may be exposed on the surface of the metal porous body as it is, so it is necessary to perform a heat treatment to diffuse the tin component. Tin can be diffused in an inert atmosphere (reduced pressure, nitrogen, argon, etc.) or in a reducing atmosphere (hydrogen).
In this heat treatment step, the tin component is sufficiently diffused in the nickel plating layer, and the concentration ratio between the front side and the inner side tin of the metal porous body skeleton is a range where the front side concentration / inner concentration is 2/1 or more and 1/2 or less. It is preferable that More preferably, it is 3/2 or more and 2/3 or less, still more preferably 4/3 or more and 3/4 or less, and most preferably, it is uniformly diffused.

熱処理温度は、低すぎると拡散に時間がかかり、高すぎると軟化して自重で多孔体構造を損なう可能性があるため、300℃以上、1100℃以下の範囲で行うことが好ましい。但し、スズ濃度が40質量%以上のときは850℃を上限とする必要がある。より好ましくは400℃以上、800℃以下であり、更に好ましくは500℃以上、700℃以下である。   If the heat treatment temperature is too low, it takes time for diffusion, and if it is too high, the heat treatment temperature may soften and damage the porous structure by its own weight. However, when the tin concentration is 40% by mass or more, it is necessary to set the upper limit to 850 ° C. More preferably, it is 400 degreeC or more and 800 degrees C or less, More preferably, it is 500 degreeC or more and 700 degrees C or less.

(ニッケル−スズ合金めっき)
上記では多孔体基材にニッケルめっきを施し、その後にスズめっきをして熱処理により合金化する手法について説明したが、上記多孔体基材に導電化処理を施した後に、ニッケル−スズ合金めっきを施すことも可能である。この場合のニッケル−スズ合金めっき液の組成は、金属多孔体の最終的な金属組成において、ニッケルの含有率が60質量%以上、99質量%以下、スズの含有率が1質量%以上、40質量%以下となるように調整することが好ましい。また、スズの含有率が、43質量%以上、56質量%以下となるか、61質量%以上、72%質量以下となるか、73質量%以上、99質量%以下となるように調整することも好ましい。更に、スズの含有率が15質量%以上、25質量%以下となるように調整することが最も好ましい。これにより、ニッケルとスズを含む合金からなる金属多孔体の、耐電解性、耐食性、耐熱性、及び強度を向上させることができる。
そして、ニッケル−スズ合金めっきを形成した後に、多孔体基材の除去し、次いで還元性雰囲気下で加熱処理して金属を還元することにより、金属多孔体が得られる。
(Nickel-tin alloy plating)
In the above description, the method of performing nickel plating on the porous substrate, then tin-plating, and alloying by heat treatment has been described, but after conducting the conductive treatment on the porous substrate, the nickel-tin alloy plating is performed. It is also possible to apply. The composition of the nickel-tin alloy plating solution in this case is such that the final metal composition of the metal porous body has a nickel content of 60% by mass or more and 99% by mass or less, and a tin content of 1% by mass or more, 40 It is preferable to adjust so that it may become mass% or less. Moreover, it adjusts so that the content rate of tin may be 43 mass% or more and 56 mass% or less, or 61 mass% or more and 72% mass or less, or 73 mass% or more and 99 mass% or less. Is also preferable. Furthermore, it is most preferable to adjust so that the content rate of tin may be 15 mass% or more and 25 mass% or less. Thereby, the electrolysis resistance, corrosion resistance, heat resistance, and strength of the porous metal body made of an alloy containing nickel and tin can be improved.
And after forming nickel-tin alloy plating, a porous metal base material is obtained by removing a porous body base material and then heat-processing in a reducing atmosphere and reducing a metal.

(金属目付量)
最終的な金属多孔体における導電被覆層、ニッケル、スズの合計の金属目付量としては、好ましくは200g/m2以上、1000g/m2以下である。より好ましくは250g/m2以上、700g/m2以下であり、更に好ましくは300g/m2以上、500g/m2以下である。合計量が200g/m2を下回ると、集電体の強度が衰えるおそれがある。また、合計量が1000g/m2を上回ると、分極性材料の充填量が減少し、またコスト的にも不利となる。
(Metal weight)
The total metal basis weight of the conductive coating layer, nickel, and tin in the final porous metal body is preferably 200 g / m 2 or more and 1000 g / m 2 or less. More preferably, they are 250 g / m < 2 > or more and 700 g / m < 2 > or less, More preferably, they are 300 g / m < 2 > or more and 500 g / m < 2 > or less. If the total amount is less than 200 g / m 2 , the strength of the current collector may be reduced. On the other hand, if the total amount exceeds 1000 g / m 2 , the filling amount of the polarizable material is reduced, and the cost is disadvantageous.

(平均孔径)
本発明のキャパシタ用集電体は、平均孔径が通常20μm以上、900μm以下程度であり、好ましくは30μm以上、700μm以下程度、より好ましくは100μm以上、500μm以下程度である。
(多孔度)
本発明のキャパシタ用集電体は、多孔度が80%以上、97%以下であることが好ましく、90%以上、96%以下であることがより好ましい。
(Average pore diameter)
The capacitor current collector of the present invention has an average pore size of usually about 20 μm to 900 μm, preferably about 30 μm to about 700 μm, more preferably about 100 μm to about 500 μm.
(Porosity)
The capacitor current collector of the present invention preferably has a porosity of 80% or more and 97% or less, and more preferably 90% or more and 96% or less.

(金属多孔体の組成の確認)
誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)を利用した定量測定を行い、含有元素の質量%を求めることができる。
(Confirmation of metal porous body composition)
Quantitative measurement using inductively coupled plasma (ICP) can be performed to determine the mass% of the contained element.

(スズの拡散確認)
金属多孔体について、断面からのエネルギー分散型X線分析(Energy DispersiveX-ray spectroscopy:EDX)測定を行い、骨格表側と骨格内側のスペクトルを比較することにより、スズの拡散状態を確認することができる。
(Diffusion confirmation of tin)
By conducting energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) measurement from a cross section of a porous metal body and comparing the spectrum of the skeleton front side and the skeleton inner side, the diffusion state of tin can be confirmed. .

[電極]
本発明の電極は、本発明のキャパシタ用集電体に活性炭を主成分とする電極材料を充填することにより得られる。本発明でいう活性炭を主成分とする電極材料とは活性炭の他に必要に応じて導電助剤及び又はバインダを含むものをいい、活性炭の含有量が60質量%以上のものをいう。活性炭としては、キャパシタ用に一般的に市販されているものを使用することができる。
活性炭の原料としては、例えば、木材、ヤシ殻、パルプ廃液、石炭、石油重質油、又はそれらを熱分解した石炭・石油系ピッチのほか、フェノール樹脂などの樹脂などが挙げられる。炭化後に賦活するのが一般的であり、賦活法は、ガス賦活法及び薬品賦活法が挙げられる。ガス賦活法は、高温下で水蒸気、炭酸ガス、酸素等と接触反応させることにより活性炭を得る方法である。薬品賦活法は、上記原料に公知の賦活薬品を含浸させ、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより、賦活薬品の脱水及び酸化反応を生じさせて活性炭を得る方法である。賦活薬品としては、例えば、塩化亜鉛、水酸化ナトリウム等が挙げられる。
活性炭の粒径は限定的でないが、20μm以下であることが好ましい。比表面積も限定的でなく、800m2/g以上、3000m2/g以下程度が好ましい。この範囲とすることにより、キャパシタの静電容量を大きくすることができ、また、内部抵抗を小さくすることできる。
[electrode]
The electrode of the present invention is obtained by filling the capacitor current collector of the present invention with an electrode material mainly composed of activated carbon. The electrode material mainly composed of activated carbon as used in the present invention refers to a material containing a conductive additive and / or a binder as necessary in addition to activated carbon, and refers to a material having a content of activated carbon of 60% by mass or more. As activated carbon, what is generally marketed for capacitors can be used.
Examples of the raw material for the activated carbon include wood, coconut shell, pulp waste liquid, coal, heavy petroleum oil, coal / petroleum pitch obtained by pyrolyzing them, and resins such as phenol resins. The activation is generally performed after carbonization, and examples of the activation method include a gas activation method and a chemical activation method. The gas activation method is a method in which activated carbon is obtained by contact reaction with water vapor, carbon dioxide gas, oxygen or the like at a high temperature. The chemical activation method is a method in which activated carbon is obtained by impregnating the above-mentioned raw material with a known activation chemical and heating it in an inert gas atmosphere to cause dehydration and oxidation reaction of the activation chemical. Examples of the activation chemical include zinc chloride and sodium hydroxide.
The particle size of the activated carbon is not limited, but is preferably 20 μm or less. The specific surface area is not limited and is preferably about 800 m 2 / g or more and 3000 m 2 / g or less. By setting this range, the capacitance of the capacitor can be increased, and the internal resistance can be reduced.

また、必要に応じて、導電助剤、バインダ等の添加剤を含有させていてもよい。
導電助剤の種類には特に制限はなく、公知又は市販のものが使用できる。例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、天然黒鉛(鱗片状黒鉛、土状黒鉛等)、人造黒鉛、酸化ルテニウム等が挙げられる。これらの中でも、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維等が好ましい。これにより、キャパシタの導電性を向上させることができる。導電助剤の含量は限定的でないが、活性炭100質量部に対して0.1質量部以上、10質量部以下程度が好ましい。10質量部を超えると静電容量が低下するおそれがある。
Moreover, you may contain additives, such as a conductive support agent and a binder, as needed.
There is no restriction | limiting in particular in the kind of conductive support agent, A well-known or commercially available thing can be used. Examples thereof include acetylene black, ketjen black, carbon fiber, natural graphite (scaly graphite, earthy graphite, etc.), artificial graphite, ruthenium oxide and the like. Among these, acetylene black, ketjen black, carbon fiber and the like are preferable. Thereby, the electrical conductivity of the capacitor can be improved. Although the content of the conductive auxiliary agent is not limited, it is preferably about 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the activated carbon. If it exceeds 10 parts by mass, the capacitance may decrease.

バインダの種類には特に制限はなく、公知又は市販のものが使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルクロリド、ポリオレフイン、スチレンブタジエンゴム、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。
バインダの含有量についても特に制限はないが、活性炭100質量部に対して好ましくは0.5質量部以上、5質量部以下である。この範囲とすることにより、電気抵抗の増加及び静電容量の低下を抑制しながら、結着強度を向上させることができる。
There is no restriction | limiting in particular in the kind of binder, A well-known or commercially available thing can be used. Examples thereof include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl chloride, polyolefin, styrene butadiene rubber, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose and the like.
Although there is no restriction | limiting in particular also about content of a binder, Preferably it is 0.5 mass part or more and 5 mass parts or less with respect to 100 mass parts of activated carbon. By setting this range, the binding strength can be improved while suppressing an increase in electrical resistance and a decrease in capacitance.

集電体に活性炭を充填する場合の充填量(含有量)は特に制限されず、集電体の厚み、キャパシタの形状等に応じて適宜決定すればよいが、例えば、充填量は、13mg/cm2以上、40mg/cm2以下程度、好ましく16mg/cm2以上、32mg/cm2以下程度とすればよい。
活性炭等を本発明の集電体に充填する方法としては、例えば、活性炭ペーストを圧入法などの公知の方法などを使用すればよい。
圧入法としては、例えば、活性炭ペースト中に集電体を浸漬し、必要に応じて減圧する方法、活性炭ペーストを集電体の一方面からポンプ等で加圧しながら充填する方法等が挙げられる。
The filling amount (content) when the current collector is filled with activated carbon is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the thickness of the current collector, the shape of the capacitor, and the like. cm 2 or more, 40 mg / cm 2 degrees or less, preferably 16 mg / cm 2 or more, may be set to the degree 32 mg / cm 2 or less.
As a method for filling the current collector of the present invention with activated carbon or the like, for example, a known method such as press-fitting activated carbon paste may be used.
Examples of the press-fitting method include a method of immersing the current collector in activated carbon paste and reducing the pressure as necessary, and a method of filling the activated carbon paste while applying pressure from one side of the current collector with a pump or the like.

活性炭ペーストは、活性炭及び溶媒を含有していればよく、その配合割合は限定的でない。溶媒としては限定的でなく、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、水等が挙げられる。特に、バインダとしてポリフッ化ビニリデンを用いる場合は溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを用いればよく、バインダとしてポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、カルポキシメチルセルロース等を用いる場合は溶蝶として水を用いればよい。また、必要に応じて、上記電導助剤、バインダ等の添加剤を含有していてもよい。   The activated carbon paste should just contain activated carbon and a solvent, and the mixture ratio is not limited. The solvent is not limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone and water. In particular, when polyvinylidene fluoride is used as a binder, N-methyl-2-pyrrolidone may be used as a solvent. When polytetrafluoroethylene, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, or the like is used as a binder, water is used as a butterfly. Good. Moreover, you may contain additives, such as the said conductive support agent and a binder, as needed.

本発明の電極は、活性炭ペーストを充填した後、必要に応じて乾燥処理を施すことにより、ペースト中の溶媒が除去されてもよい。さらに必要に応じて、活性炭ペーストを充填した後、ローラプレス機等により加圧することにより、圧縮成形されていてもよい。
圧縮前後の厚さは限定的でないが、圧縮前の厚さは通常200μm以上、5000μm以下程度であり、好ましくは300μm以上、3000μm以下程度、より好ましくは400μm以上、2000μm以下程度とすればよい。また、圧縮成形後の厚みは通常100μm以上、3000μm以下程度、好ましくは150μm以上、2000μm以下程度、より好ましくは200μm以上、1000μm以下程度とすればよい。
また、電極には、リード端子が具備されていてもよい。リード端子は、溶接を行ったり、接着剤を塗布したりすることにより、取り付ければよい。
The electrode of the present invention may be subjected to a drying treatment as necessary after the activated carbon paste is filled, thereby removing the solvent in the paste. Further, if necessary, after the activated carbon paste is filled, it may be compression-molded by pressurizing with a roller press or the like.
The thickness before and after compression is not limited, but the thickness before compression is usually about 200 μm to 5000 μm, preferably about 300 μm to 3000 μm, more preferably about 400 μm to 2000 μm. The thickness after compression molding is usually about 100 μm to 3000 μm, preferably about 150 μm to 2000 μm, more preferably about 200 μm to 1000 μm.
The electrode may be provided with a lead terminal. The lead terminal may be attached by welding or applying an adhesive.

[キャパシタ]
本発明のキャパシタは、本発明のキャパシタ用電極2枚を一対とし、これらの電極の間にセパレータを配置し、さらにセパレータに電解質液を含浸させたものである。
セパレータとしては、公知又は市販のものを使用できる。例えば、ポリオレフイン、ポリエチレンレテフタラート、ポリアミド、ポリイミド、セルロ}ス、ガラス繊維等からなる絶縁性膜が好ましい。セパレータの平均孔径は特に限定されず、通常0.01μm以上、5μm以下程度であり、厚さは、通常10μm以上、100μm以下程度である。
[Capacitor]
The capacitor of the present invention comprises a pair of two capacitor electrodes of the present invention, a separator disposed between these electrodes, and a separator impregnated with an electrolyte solution.
A known or commercially available separator can be used. For example, an insulating film made of polyolefin, polyethylene terephthalate, polyamide, polyimide, cellulose, glass fiber or the like is preferable. The average pore diameter of the separator is not particularly limited, and is usually about 0.01 μm or more and 5 μm or less, and the thickness is usually about 10 μm or more and 100 μm or less.

電解液は、公知又は市販のものを使用でキャルカリ性水溶液及び非水系電解液のいずれも使用することができる。アルカリ性電解液としては、例えば、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ性水溶液が挙げられる。非水系電解蔽としては、例えば、テトラアルキルホスホニウムテトラフルオロボレートを溶解したプロピレンカーボネート溶液、テトラアルキルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解したプロピレンカーボネート溶液又はスルホラン溶液、トリエチルメチルアンモニウム・テトラフルオロボーレイト溶解したプロピレンカーボネート溶液などが挙げられる。
これらの中でも、本発明では、非水系電解液が好ましい。このような非水系電解液を用いることにより、静電容量を向上させることができる。
As the electrolytic solution, a known or commercially available electrolytic solution can be used, and any of a calcareous aqueous solution and a nonaqueous electrolytic solution can be used. Examples of the alkaline electrolyte include alkaline aqueous solutions such as an aqueous potassium hydroxide solution and an aqueous sodium hydroxide solution. Examples of non-aqueous electrolytic shielding include propylene carbonate solution in which tetraalkylphosphonium tetrafluoroborate is dissolved, propylene carbonate solution or sulfolane solution in which tetraalkylammonium tetrafluoroborate is dissolved, and propylene carbonate solution in which triethylmethylammonium tetrafluoroborate is dissolved. Etc.
Among these, a nonaqueous electrolytic solution is preferable in the present invention. By using such a non-aqueous electrolyte, the capacitance can be improved.

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を詳述する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
(集電体の作製)
発泡状樹脂として、発泡ウレタン樹脂シート(市販品、平均孔径90μm、厚さ1.4mm、多孔度96%)を用いた。
この発泡ウレタン樹脂シートにターゲットとしてニッケルを用いてスパッタリング処理を行うことにより、発泡ウレタン樹脂シートの表面に導電被覆層(ニッケル層)を形成させた。導電被覆層の目付量は10g/m2であった。
次いで、得られた導電被覆層を形成した発泡ウレタン樹脂シートに電解めっき処理を施した。電解ニッケルめっき浴としては、ワット浴(硫酸ニッケル330g/l、塩化ニッケル50g/l、硼酸40g/1)を用いた。対極には、ニッケル片を入れたチタンバスケットを使用した。電着条件は浴温60℃、電流密度30A/dm2とした。
電解ニッケルめっき層の目付量は導電被覆層の分も合計して200g/m2となるようにした。
[Example 1]
(Preparation of current collector)
As the foamed resin, a foamed urethane resin sheet (commercially available product, average pore diameter 90 μm, thickness 1.4 mm, porosity 96%) was used.
A sputtering treatment was performed on the foamed urethane resin sheet using nickel as a target, thereby forming a conductive coating layer (nickel layer) on the surface of the foamed urethane resin sheet. The basis weight of the conductive coating layer was 10 g / m 2 .
Next, the obtained urethane foam resin sheet on which the conductive coating layer was formed was subjected to electrolytic plating. As an electrolytic nickel plating bath, a Watt bath (nickel sulfate 330 g / l, nickel chloride 50 g / l, boric acid 40 g / 1) was used. A titanium basket containing nickel pieces was used as the counter electrode. The electrodeposition conditions were a bath temperature of 60 ° C. and a current density of 30 A / dm 2 .
The basis weight of the electrolytic nickel plating layer was set to 200 g / m 2 in total for the conductive coating layer.

電解めっき後の発泡構造体を大気中800℃で加熱処理してウレタン樹脂を焼却除去し、次いで水素ガス雰囲気中で1000℃に加熱してニッケルを還元処理することによりニッケル多孔体を得た。   The foamed structure after electrolytic plating was heat-treated at 800 ° C. in the atmosphere to incinerate and remove the urethane resin, and then heated to 1000 ° C. in a hydrogen gas atmosphere to reduce nickel to obtain a nickel porous body.

上記で作製した目付け200g/m2のニッケル多孔体に、目付け2g/m2のスズめっきを施し、熱処理によってスズを拡散させ、ニッケル99質量%、スズ1質量%の組成のキャパシタ用集電体Aを得た。
図1及び図2にキャパシタ用集電体の外観写真を示す。なお、図2は電子顕微鏡により300倍に拡大して観察した写真である。
A nickel porous body having a basis weight of 200 g / m 2 prepared in the above was subjected to tin plating of basis weight 2 g / m 2, it is diffused tin by heat treatment, nickel 99 wt%, the capacitor current collector tin 1% by weight of the composition A was obtained.
FIG. 1 and FIG. 2 show external appearance photographs of the capacitor current collector. In addition, FIG. 2 is the photograph observed by magnifying 300 times with an electron microscope.

スズめっきのめっき液としては、水1000gに対し、硫酸第一スズ55g/L、硫酸100g/L、クレゾールスルホン酸100g/L、ゼラチン2g/L、βナフトール1g/Lの組成としたものを使用した。また、めっき浴の浴温は20℃とし、陽極電流密度は1A/dm2とした。めっき液は陰極揺動により2m/分となるように攪拌した。
熱処理工程では、還元(水素)雰囲気で、550℃、10分の熱処理を行った。
EDXスペクトル比較では、集電体の表側・内側に差異はなく、スズは満遍なく拡散していることが確かめられた。
As a plating solution for tin plating, a composition of 55 g / L of stannous sulfate, 100 g / L of sulfuric acid, 100 g / L of cresolsulfonic acid, 2 g / L of gelatin, and 1 g / L of β-naphthol is used for 1000 g of water did. The bath temperature of the plating bath was 20 ° C., and the anode current density was 1 A / dm 2 . The plating solution was agitated so as to be 2 m / min by the cathode oscillation.
In the heat treatment step, heat treatment was performed at 550 ° C. for 10 minutes in a reducing (hydrogen) atmosphere.
In the EDX spectrum comparison, there was no difference between the front side and the inside of the current collector, and it was confirmed that tin was evenly diffused.

[実施例2]
ニッケル多孔体へのスズめっきの目付けを59.7g/m2となるようにした以外は実施例1と同様にしてキャパシタ用集電体を作製した。これにより、Snの含有量が23質量%のニッケルスズ合金のキャパシタ用集電体Bが得られた。
EDXスペクトル比較では図3に示すように、集電体の表側・内側に差異はなく、スズは満遍なく拡散していることが確かめられた。
[Example 2]
A current collector for a capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the basis weight of tin plating on the nickel porous body was 59.7 g / m 2 . As a result, a nickel-tin alloy capacitor current collector B having a Sn content of 23% by mass was obtained.
In the EDX spectrum comparison, as shown in FIG. 3, there was no difference between the front side and the inner side of the current collector, and it was confirmed that tin was evenly diffused.

[実施例3]
ニッケル多孔体へのスズめっきの目付けを133g/m2となるようにした以外は実施例1と同様にしてキャパシタ用集電体を作製した。これにより、Snの含有量が40質量%のニッケルスズ合金のキャパシタ用集電体Cが得られた。
EDXスペクトル比較では、集電体の表側・内側に差異はなく、スズは満遍なく拡散していることが確かめられた。
[Example 3]
A current collector for a capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the basis weight of tin plating on the nickel porous body was 133 g / m 2 . As a result, a nickel tin alloy capacitor current collector C having a Sn content of 40% by mass was obtained.
In the EDX spectrum comparison, there was no difference between the front side and the inside of the current collector, and it was confirmed that tin was evenly diffused.

[実施例4]
ニッケル多孔体へのスズめっきの目付けを216.7g/m2となるようにした以外は実施例1と同様にしてキャパシタ用集電体を作製した。これにより、Snの含有量が52質量%のニッケルスズ合金のキャパシタ用集電体Dが得られた。
EDXスペクトル比較では表側・内側に差異はなく、スズは満遍なく拡散していることが確かめられた。
[Example 4]
A current collector for a capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the basis weight of tin plating on the nickel porous body was 216.7 g / m 2 . As a result, a nickel-tin alloy capacitor current collector D having a Sn content of 52 mass% was obtained.
In the EDX spectrum comparison, there was no difference between the front side and the inner side, and it was confirmed that tin was evenly diffused.

[実施例5]
実施例2と同様に、スズめっきの目付けを59.7g/m2となるようにして、Snの含有量が23質量%のニッケルスズ合金の集電体を作製した。さらに、濃度1mol/Lの硫酸ナトリウム水溶液中で0.2V vs SHEの電位を15分間印加することによりキャパシタ用集電体Eを得た。
EDXスペクトル比較では表側・内側に差異はなく、スズは満遍なく拡散していることが確かめられた。
[Example 5]
In the same manner as in Example 2, a nickel-tin alloy current collector having a Sn content of 23% by mass was prepared with a tin plating basis weight of 59.7 g / m 2 . Further, a capacitor current collector E was obtained by applying a potential of 0.2 V vs. SHE for 15 minutes in an aqueous sodium sulfate solution having a concentration of 1 mol / L.
In the EDX spectrum comparison, there was no difference between the front side and the inner side, and it was confirmed that tin was evenly diffused.

(電極の作製)
活性炭粉末(比表面積2500m/g、平均粒径約5μm)100質量部に、導電助剤としてケッチェンブラック2質量部、バインダとしてポリフッ化ビニリデン粉末4質量部、溶媒としてN−メチルピロリドン15質量部を添加し、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。
この活性炭ペーストを上記キャパシタ用集電体A〜Eに、活性炭の含量が30mg/cmとなるように充填した。実際の充填量は集電体Aが30mg/cm2であり、集電体Bが31mg/cm2であり、集電体Cが31mg/cm2であり、集電体Dが31mg/cm2であり、集電体Eが30mg/cm2であった。
(Production of electrodes)
100 parts by mass of activated carbon powder (specific surface area 2500 m 2 / g, average particle size of about 5 μm), 2 parts by mass of ketjen black as a conductive additive, 4 parts by mass of polyvinylidene fluoride powder as a binder, and 15 parts of N-methylpyrrolidone as a solvent The activated carbon paste was prepared by adding a part and stirring with a mixer.
The activated carbon paste was filled into the capacitor current collectors A to E so that the activated carbon content was 30 mg / cm 2 . The actual loading of the current collector A is 30 mg / cm 2, current collectors B is is 31 mg / cm 2, a collector C is 31 mg / cm 2, the current collector D is 31 mg / cm 2 And current collector E was 30 mg / cm 2 .

次に、乾燥機で100℃、1時間乾燥させて溶媒を除去した後、直径500ミリのローラプレス機(スリット:50μm)で加圧して実施例1〜5のキャパシタ用電極A〜Eを得た。
加圧後の厚さは電極Aが483μmであり、電極Bが485μmであり、集電体Cが485μmであり、電極Dが484μmであり、電極Eが484μmであった。
Next, 100 ° C. in a dryer, after removal of the 1 hour dried the solvent, diameter 500 mm roller press: give (slit 50 [mu] m) and pressurized capacitor electrode A~E of Examples 1 to 5 It was.
The thickness after pressing was 483 μm for electrode A, 485 μm for electrode B, 485 μm for current collector C, 484 μm for electrode D, and 484 μm for electrode E.

[比較例1]
実施例1と同様に導電処理後の発泡ウレタンにニッケルめっきを施し、熱処理によってウレタンを除去して、ニッケル多孔体からなるキャパシタ用集電体Fを作製した。
そして、実施例1と同様に活性炭ペーストを31mg/cm2充填し、加圧後の厚さが482μmとなるようにして電極Fを作製した。
[Comparative Example 1]
In the same manner as in Example 1, the urethane foam after the conductive treatment was subjected to nickel plating, and the urethane was removed by heat treatment to produce a current collector F for a capacitor made of a nickel porous body.
Then, in the same manner as in Example 1, 31 mg / cm 2 of activated carbon paste was filled, and an electrode F was produced so that the thickness after pressurization was 482 μm.

[比較例2]
集電体Gとして、アルミニウム箔(市販品、厚さ20μm)を用いた。
実施例1で作製した活性炭ペーストをドクターブレード法により両面合計が8mg/cm2となるように塗着したが、接着強度が不十分であるため、活性炭ペーストが十分にアルミニウム箔に接着できなかった。
そこで、ポリフッ化ビニリデンを8質量部にした以外は実施例で作製したのと同様の正極活物質ペーストを作製した。このペーストをドクターブレード法により、アルミニウム箔の両面に塗着し、乾燥及び加圧することにより、比較例2の電極Gを作製した。活性炭の塗着量は8mg/cm2、電極の厚みは、176μmであった。
[Comparative Example 2]
As the current collector G, an aluminum foil (commercial product, thickness 20 μm) was used.
The activated carbon paste produced in Example 1 was applied by the doctor blade method so that the total on both sides was 8 mg / cm 2 , but because the adhesive strength was insufficient, the activated carbon paste could not be sufficiently adhered to the aluminum foil. .
Therefore, a positive electrode active material paste similar to that produced in the example was produced except that the amount of polyvinylidene fluoride was changed to 8 parts by mass. The paste G was applied to both surfaces of an aluminum foil by a doctor blade method, dried and pressed to produce an electrode G of Comparative Example 2. The amount of activated carbon applied was 8 mg / cm 2 , and the electrode thickness was 176 μm.

[比較例3]
実施例1と同様に導電処理後の発泡ウレタンにニッケル電気めっきを施し、熱処理によってウレタンを除去したのち、スズめっきを行った。実施例1とは異なり、スズめっき後の熱処理工程を行わずにキャパシタ用集電体Hを得た。
そして、実施例1と同様に活性炭ペーストを29mg/cm2充填し、加圧後の厚さが479μmとなるようにして電極Hを作製した。
[Comparative Example 3]
In the same manner as in Example 1, the electrofoamed urethane foam was subjected to nickel electroplating, the urethane was removed by heat treatment, and then tin plating was performed. Unlike Example 1, a current collector H for a capacitor was obtained without performing a heat treatment step after tin plating.
Then, in the same manner as in Example 1, 29 mg / cm 2 of activated carbon paste was filled, and an electrode H was produced so that the thickness after pressurization was 479 μm.

[キャパシタの作製及び試験]
得られた電極A〜H直径14mmに打ち抜き(2枚)、セルロース繊維製セパレータ(厚さ60μm、密度450mg/cm3、多孔度70%)を挟み、これら電極を対向させた。この状態で180℃、5時間減圧下で乾燥した。その後、ステンレススチール製スペーサを用いてR2032サイズのコインセルケースに収納し、非水電解液にテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを1mol/Lとなるように溶解したプロピレンカーボネート溶液を、電極及びセパレータに含浸した。さらに、プロピレン製の絶縁ガスケットを介してケース蓋を締めて封口して、コイン形の試験用電気二重層キャパシタAA〜HH(それぞれ電極A〜Hに対応)を作製した。定格電圧は2.5Vとした。
[Production and testing of capacitors]
The obtained electrodes A to H were punched into two diameters of 14 mm (two sheets), a cellulose fiber separator (thickness 60 μm, density 450 mg / cm 3 , porosity 70%) was sandwiched between these electrodes. In this state, it was dried under reduced pressure at 180 ° C. for 5 hours. Thereafter, the electrode and the separator were impregnated with a propylene carbonate solution in which tetraethylammonium tetrafluoroborate was dissolved in a non-aqueous electrolyte so as to have a concentration of 1 mol / L using a stainless steel spacer. Further, the case lid was tightened and sealed through an insulating gasket made of propylene to produce coin-shaped test electric double layer capacitors AA to HH (corresponding to electrodes A to H, respectively). The rated voltage was 2.5V.

[静電容量の評価]
実施例1〜5、比較例1〜3と同様のキャパシタをそれぞれ10個作製し、65℃で2.5Vの電圧を6時間印加してエージングを行った後、25℃にして2.5Vを開始電圧として1mAの電流で放電を行い、初期静電容量及び内部抵抗を調べた。
単位面積当たりの静電容量、単位堆積あたりの静電容量および内部抵抗の平均値を表1に示す。比較例1及び比較例3のキャパシタは、10セル全数でエージングの電圧が2.5Vまで達せず、放電もわずかな時間しかできなかったため、静電容量や内部抵抗を求めることができなかった。電圧が上がらないことから、電池反応以外に電流が使われており、集電体のニッケルの溶出や酸化が疑われる。
[Evaluation of capacitance]
Ten capacitors similar to those in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were respectively produced, and after aging by applying a voltage of 2.5 V at 65 ° C. for 6 hours, the temperature was set to 25 ° C. and 2.5 V was applied. Discharging was performed at a current of 1 mA as the starting voltage, and the initial capacitance and internal resistance were examined.
Table 1 shows the average value of capacitance per unit area, capacitance per unit deposition, and internal resistance. Capacitor of Comparative Example 1 and Comparative Example 3, the voltage of the aging at 10 cell total number does not reach up to 2.5V, because discharge also could only little time, could not ask for capacitance and internal resistance. Since the voltage does not increase, current is used in addition to the battery reaction, and nickel elution and oxidation of the current collector are suspected.

表1から明らかなように、実施例1〜5のキャパシタは、比較例2のAl箔を使用したキャパシタよりも、単位体積当たりの容量が大きく、内部抵抗を減少している。特に、静電容量を見ると、実施例1〜5のキャパシタは、比較例2のキャパシタの3倍以上の静電容量を発揮している。よって、比較例2で示した従来のキャパシタと同等の静電容量を得るには、本発明のキャパシタ(特に分極性電極部分)では1/3以下の長さで達成することができることが分かる。
また、本発明は、静電容量に寄与しない材料(バインダ)の添加量を減少させることができるため、エネルギー密度を向上させることができることが分かる。
一方、比較例1および比較例3の結果から、多孔構造の集電体であってもスズを含有していなかったり、合金化されていなかったりすると、耐酸化性が不足し、集電体として不適であることが分かる。
As is apparent from Table 1, the capacitors of Examples 1 to 5 have a larger capacity per unit volume and a lower internal resistance than the capacitors using the Al foil of Comparative Example 2. In particular, in terms of capacitance, the capacitors of Examples 1 to 5 exhibit a capacitance that is three times or more that of the capacitor of Comparative Example 2. Therefore, it can be seen that in order to obtain a capacitance equivalent to that of the conventional capacitor shown in Comparative Example 2, the capacitor of the present invention (particularly the polarizable electrode portion) can be achieved with a length of 1/3 or less.
Further, it can be seen that the present invention can improve the energy density because the amount of the material (binder) that does not contribute to the capacitance can be reduced.
On the other hand, from the results of Comparative Example 1 and Comparative Example 3, even if the current collector has a porous structure, it does not contain tin or is not alloyed. It turns out that it is unsuitable.

[耐久性評価]
次にキャパシタ特性とし重要な高電圧で保持されたときの耐久性及び充放電サイクル特性を調べた。なお、比較例1および比較例3については以降の試験は実施していない。
(耐久性試験1)
高電圧で保持されたときの耐久性は、バックアップ用などの用途で重要である。
実施例1〜5及び比較例2のキャパシタを65℃で2.5Vの電圧を印加しながら2000時間保持した。その後25℃にして静電容量と内部抵抗を測定し、初期からの静電容量と内部抵抗の変化率を調べた。結果を表2に示す。
[Durability evaluation]
Next, the durability and charge / discharge cycle characteristics when the capacitor characteristics were maintained at an important high voltage were investigated. In addition, about the comparative example 1 and the comparative example 3, the subsequent test is not implemented.
(Durability test 1)
Durability when held at a high voltage is important in applications such as backup.
The capacitors of Examples 1 to 5 and Comparative Example 2 were held for 2000 hours while applying a voltage of 2.5 V at 65 ° C. Thereafter, the capacitance and internal resistance were measured at 25 ° C., and the rate of change in capacitance and internal resistance from the beginning was examined. The results are shown in Table 2.

表2から明らかなように、実施例のキャパシタは比較例のキャパシタに比べて2000時間経過後も静電容量及び内部抵抗の変化は小さかった。したがって、本発明のキャパシタは、高い静電容量が得られるとともに、耐久性に優れていることが分かった。   As can be seen from Table 2, the capacitance of the capacitor of the example and the internal resistance were small after 2000 hours as compared with the capacitor of the comparative example. Therefore, it was found that the capacitor of the present invention has a high capacitance and is excellent in durability.

(耐久性試験2)
充放電サイクル特性はセルの寿命を現す重要な指標である。試験条件として、雰囲気温度45℃で0.5〜2.5Vの間で1mAの定電流による充放電サイクルを1万回繰り返し、1万サイクル後の放電容量及び内部抵抗を測定し、初期特性と比較して評価を行った。結果を表3に示す。
(Durability test 2)
Charging / discharging cycle characteristics are important indicators of cell life. As test conditions, charge and discharge cycles with a constant current of 1 mA at an ambient temperature of 45 ° C. between 0.5 and 2.5 V were repeated 10,000 times, and the discharge capacity and internal resistance after 10,000 cycles were measured. Evaluation was made in comparison. The results are shown in Table 3.

以上により、本発明の集電体をキャパシタ用の電極に用いた場合、従来のキャパシタに比べて容量・耐久性に優れたキャパシタを提供できることが分かった。
なお、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
From the above, it has been found that when the current collector of the present invention is used as an electrode for a capacitor, a capacitor superior in capacity and durability compared to a conventional capacitor can be provided.
Although the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments. Various modifications can be made to the above-described embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.

本発明の集電体は耐酸化性、耐電解液性、多孔性を有し、これに活性炭を充填して得られる電極は耐久性及び容量密度において優れるため、キャパシタ用電極として好適に用いることができる。   The current collector of the present invention has oxidation resistance, electrolytic solution resistance, and porosity, and an electrode obtained by filling activated carbon with the current collector is excellent in durability and capacity density. Can do.

Claims (15)

三次元網目状構造を有する金属多孔体からなるキャパシタ用集電体であって、
該金属多孔体が、少なくともニッケルとスズとを含む合金からなることを特徴とするキャパシタ用集電体。
A current collector for a capacitor comprising a porous metal body having a three-dimensional network structure,
A current collector for a capacitor, wherein the porous metal body is made of an alloy containing at least nickel and tin.
前記スズの含有率が1質量%以上、40質量%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集電体。   The current collector for capacitors according to claim 1, wherein the tin content is 1% by mass or more and 40% by mass or less. 前記金属多孔体が、成分として10質量%以下のリンを更に含む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集電体。   The current collector for capacitors according to claim 1 or 2, wherein the porous metal body further contains 10 mass% or less of phosphorus as a component. 前記金属多孔体を、液中で電解酸化処理することにより耐食性を向上させたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のキャパシタ用集電体。   The current collector for a capacitor according to claim 1, wherein the metal porous body is subjected to electrolytic oxidation treatment in a liquid to improve corrosion resistance. 前記金属多孔体の平均孔径が20μm以上、900μm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のキャパシタ用集電体。   5. The capacitor current collector according to claim 1, wherein an average pore diameter of the metal porous body is 20 μm or more and 900 μm or less. 前記金属多孔体の多孔度が80%以上、97%以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のキャパシタ用集電体。   The current collector for a capacitor according to any one of claims 1 to 5, wherein the porosity of the metal porous body is 80% or more and 97% or less. 前記金属多孔体の金属目付量が200g/m2以上、1000g/m2以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のキャパシタ用集電体。 7. The capacitor current collector according to claim 1, wherein the metal basis weight of the metal porous body is 200 g / m 2 or more and 1000 g / m 2 or less. 請求項1〜7のいずれかに記載のキャパシタ用集電体に活性炭を主成分とする電極材料を充填してなることを特徴とするキャパシタ用電極。   8. A capacitor electrode, wherein the capacitor current collector according to claim 1 is filled with an electrode material mainly composed of activated carbon. 前記活性炭を主成分としてなる電極材料に、活性炭を100質量部として導電助剤が0.1質量部以上、10質量部以下含まれていることを特徴とする請求項8に記載のキャパシタ用電極。   9. The electrode for a capacitor according to claim 8, wherein the electrode material mainly composed of activated carbon contains 0.1 part by mass or more and 10 parts by mass or less of a conductive additive with 100 parts by mass of activated carbon. . 三次元網目状構造を有するニッケル多孔体に、少なくともスズを含む金属を被覆する工程と、
その後に熱処理を行ってスズを前記ニッケル多孔体中にまで拡散させる工程と、
を有することを特徴とする、少なくともニッケルとスズを含む合金からなるキャパシタ用集電体の製造方法。
Coating a nickel porous body having a three-dimensional network structure with a metal containing at least tin;
Then, a step of performing a heat treatment to diffuse tin into the nickel porous body,
A method for producing a current collector for a capacitor comprising an alloy containing at least nickel and tin.
前記三次元網目状構造を有するニッケル多孔体が、発泡状樹脂に導電処理、電解ニッケルめっき処理をこの順に施して発泡状樹脂表面にニッケル被覆層を形成したのち、該発泡状樹脂を除去する処理を施すことによって得られた三次元網目状構造を有するニッケル多孔体であることを特徴とする請求項10に記載のキャパシタ用集電体の製造方法。   The nickel porous body having the three-dimensional network structure is formed by subjecting the foamed resin to a conductive treatment and an electrolytic nickel plating treatment in this order to form a nickel coating layer on the foamed resin surface, and then removing the foamed resin. The method for producing a current collector for a capacitor according to claim 10, wherein the method is a nickel porous body having a three-dimensional network structure obtained by applying the step. 前記三次元網目状構造を有するニッケル多孔体が、発泡状樹脂に導電処理、電解ニッケルめっき処理をこの順に施して発泡状樹脂表面にニッケル被覆層を形成したのち、該発泡状樹脂を焼却除去し、次いで還元性雰囲気中で熱処理してニッケルを還元処理することによって得られた三次元網目状構造を有するニッケル多孔体であることを特徴とする請求項10に記載のキャパシタ用集電体の製造方法。   After the nickel porous body having the three-dimensional network structure is subjected to conductive treatment and electrolytic nickel plating treatment in this order on the foamed resin to form a nickel coating layer on the foamed resin surface, the foamed resin is incinerated and removed. The manufacturing method of a current collector for a capacitor according to claim 10, which is a nickel porous body having a three-dimensional network structure obtained by subsequently performing a heat treatment in a reducing atmosphere to reduce nickel. Method. 請求項10〜12のいずれかに記載の製造方法によって得たキャパシタ用集電体に活性炭を主成分とする電極材を充填することを特徴とするキャパシタ用電極の製造方法。   A method for producing a capacitor electrode, comprising filling a current collector for a capacitor obtained by the production method according to claim 10 with an electrode material mainly composed of activated carbon. 請求項8又は9に記載のキャパシタ用電極を使用することを特徴とするキャパシタ。   A capacitor using the capacitor electrode according to claim 8. 電解液として非水系の電解液を用いることを特徴とする請求項14に記載のキャパシタ。   The capacitor according to claim 14, wherein a nonaqueous electrolytic solution is used as the electrolytic solution.
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