JP2013159853A - 電子デバイス用電極箔とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極箔の剥離を低減することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するため本発明は、金属からなる微粒子が複数集まって形成されたベース層と、このベース層上に、金属からなる微粒子が複数集まって形成された第一の粗膜層と、を備え、前記ベース層は、前記第一の粗膜層より単位体積当たりの空隙率が小さく、芯材となる、電子デバイス用電極箔とした。
これにより本発明は、芯材（従来の電極箔１の場合は基材２）と粗膜層との間に酸化皮膜が介在するのを抑制し、剥離しにくい電極箔を形成することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子デバイスに用いられる電極箔とその製造方法に関するものである。

コンデンサや太陽電池などの電子デバイスに用いられる電極箔は、単位面積当たりの表面積の拡大を図り、高効率や大容量を行う開発が頻繁に行われている。代表的な電子デバイスの例として電解コンデンサがある。

従来の電解コンデンサの電極箔の表面積拡大の手法として、エッチングによる化学的方法や蒸着、エアロゾルなどの物理的手法が挙げられる。

弁金属からなる電極箔を化学エッチング加工により粗面化する方法は、エッチング技術ならびに電極箔の機械的強度から、表面積の更なる拡大には限界があり、この限界以上の表面積拡大を図ることは困難である。

これに対し例えば金属の基材に蒸着により金属の微粒子を積層させることで電極箔の表面を粗面化する方法は、エッチングと比べて空孔のアスペクト比を容易に大きくすることができ、電極箔の単位面積当たりの大表面積化を実現できる。また化学エッチングと異なり、蒸着法では大容量の溶液を用いることがない為に、生産コストが少なくなるとともに、廃液の低減にも寄与する。

図８は例えば蒸着により形成した従来コンデンサ用の電極箔１の模式図である。

図８において、電極箔１は、基材２と、この基材２の上面に配置された粗膜層３とを有する。基材２は電極箔１の芯材として用いられる。

粗膜層３は弁金属からなる微粒子４が積み重なり、内部に多数の空孔を有する粗な構造である。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１１−１２７１５４号公報

しかしながら、上記従来の構成は、微粒子４を積層する前に基材２の表面が酸化してしまい、微粒子４と基材３との間に酸化皮膜が介在することがあり、基材２と粗膜層３とが剥離しやすいという課題を有していた。

そこで本発明は、芯材（従来の電極箔１の場合は基材２）と粗膜層との間に酸化皮膜が介在するのを抑制し、剥離しにくい電極箔を形成することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の電子デバイス用電極箔は、金属からなる微粒子が複数集まって形成されたベース層と、このベース層上に、金属からなる微粒子が複数集まって形成された第一の粗膜層と、を備え、ベース層は、第一の粗膜層より単位体積当たりの空隙率が小さく、芯材となるものとした。

本発明の電子デバイス用電極箔は、芯材として金属箔からなる基材２の代わりに金属の微粒子からなるベース層（緻密な膜）を用いた為、粗膜層とベース層との間は、微粒子どうしの結合となる。微粒子どうしは活性な状態で結合し、金属結合することができる。したがって、粗膜層とベース層との間に酸化皮膜が介在するのを抑制し、密着性を向上させることができ、結果として粗膜層とベース層との剥離を抑制できる。

本発明の実施例１における固体電解コンデンサの斜視図 （ａ）本発明の実施例１における同コンデンサ素子の平面図、（ｂ）同コンデンサ素子の垂直断面図 本発明の実施例１における電極箔の製造工程を示す模式図 本発明の実施例１における電極箔の製造工程を示す模式図 本発明の実施例１における他のコンデンサの斜視図 本発明の実施例２における電極箔の製造工程を示す模式図 本発明の実施例３における太陽電池の模式図 従来の電極箔の模式図

（実施例１）
以下、本発明の実施例１における電極箔について説明する。

本実施例１では、電子デバイスの一例として、陰極材料に導電性高分子材料を用いた積層型の固体電解コンデンサを挙げる。

図１は本実施例の固体電解コンデンサ６の傾斜図であり、矩形状の複数枚のコンデンサ素子７を積層したものである。図２（ａ）、（ｂ）はコンデンサ素子７の平面図、及びＸ−Ｘ断面図である。

コンデンサ素子７は、電極箔８と、電極箔８の表面に形成された誘電膜９と、誘電膜９上に形成された固体電解質層１０と、固体電解質層１０上に形成された陰極層１１と、を有する。

電極箔８の一端は、固体電解質層１０や陰極層１１が形成されず、コンデンサ素子７の陽極電極部１２として用いられる。固体電解質層１０と陰極層１１とは、コンデンサ素子７の陰極電極部１３として用いられる。陽極電極部１２と陰極電極部１３との間には、絶縁樹脂からなる絶縁部１４を形成した。

それぞれのコンデンサ素子７の陽極電極部１２は図１の陽極端子１５と接続され、それぞれの陰極電極部１３は陰極端子１６と接続される。積層された複数のコンデンサ素子７は、陽極端子１５、陰極端子１６の一部が外部に露出するように外装体１７に収容される。

そして本実施例の電極箔８は、図３に示すように、芯材となるベース層１８とこのベース層１８上に形成された第一の粗膜層１９Ａと、ベース層１８の第一の粗膜層１９Ａが形成された面と反対側の面に形成された第二の粗膜層１９Ｂとを有している。

ベース層１８、第一の粗膜層１９Ａ、第二の粗膜層１９Ｂは、いずれも金属からなる微粒子２０が複数集まって形成されたものである。微粒子２０は、枝分かれしながら海ぶどう状に連なり、柱状体２０Ａとなる。この柱状体２０Ａが所定間隔をあけて複数並んで第一の粗膜層１９Ａ、第二の粗膜層１９Ｂとなる。

ベース層１８は、第一の粗膜層１９Ａ、第二の粗膜層１９Ｂより単位体積当たりの空隙率が小さく緻密な膜である。本実施例ではベース層１８の単位体積当たりの空隙率は、０％より大きく３０％以下程度とした。第一の粗膜層１９Ａ、第二の粗膜層１９Ｂの単位体積当たりの空隙率は５０％以上８０％以下とした。空隙率は、重量計と膜厚計により算出した。

本実施例のベース層１８は芯材となり、従来の基材（図８の図番２）の代わりに箔の機械的強度を保つ。ベース層１８と第一の粗膜層１９Ａとは金属結合している。ベース層１８と第二の粗膜層１９Ｂも金属結合している。

第一の粗膜層１９Ａ、第二の粗膜層１９Ｂの厚みは、１μｍ以上１００μｍ以下程度とした。

ベース層１８の厚みは、０．０１μｍ以上１００μｍ以下程度とした。巻取り易さや機械的強度の観点からこの厚みが好ましい。

微粒子２０は導電性材料、特に金属からなり、アルミニウムや、タンタル、チタンなどの弁金属が好ましい。第一の粗膜層１９Ａ、第二の粗膜層１９Ｂ、ベース層１８を構成する微粒子２０の組成は、それぞれバラバラにしてもよいが、同じ金属を用いる方が、結合強度が増し、より剥離を抑制できる。

以下に本実施例の電極箔８の製造方法を説明する。

本実施例の電極箔８は、蒸着により形成した。はじめに、蒸着装置内を１以上７０Ｐａ以下に調整し、図３に示すように、１００以上３００℃以下に加熱した基材２１上に微粒子２０を蒸着して第一の粗膜層１９Ａを形成する。次に、蒸着装置内を０．００１Ｐａ以下に真空度を上げ、微粒子２０を蒸着してベース層１８を形成する。その後蒸着装置内を１以上７０Ｐａ以下に調整し、ベース層１８の第一の粗膜層１９Ａと接する面と反対側の面に第二の粗膜層１９Ｂを形成する。次に基材２１と第一の粗膜層１９Ａの界面を切り離す。基材２１の表面には、基材２１の保管時や第一の粗膜層１９Ａ、第二の粗膜層１９Ｂの蒸着工程において酸化皮膜２２が形成されている。したがって、基材２１と第一の粗膜層１９Ａとの接合強度は弱く、剥離することができる。以上の工程により電極箔８を形成できる。

以下に本実施例の効果を説明する。

図８に示すような従来の電極箔１では、芯材として基材２を用いていたため、微粒子４を蒸着するまでの間に基材２の表面に酸化皮膜が形成されてしまい、基材２と粗膜層３とが剥離しやすいという課題があった。これに対し本実施例では、芯材として金属箔からなる基材２の代わりに金属の微粒子２０からなる緻密なベース層１８を用いた。したがって第一の粗膜層１９Ａや第二の粗膜層１９Ｂとベース層１８との間は、微粒子２０どうしの結合となる。微粒子２０どうしは蒸着工程において活性な状態で結合し、金属結合することができる。したがって、第一の粗膜層１９Ａや第二の粗膜層１９Ｂとベース層１８との間に酸化皮膜が介在するのを抑制し、密着性を向上させることができ、結果として第一の粗膜層１９Ａ、第二の粗膜層１９Ｂとベース層１８との剥離を抑制できる。

また第一の粗膜層１９Ａとベース層１８、第二の粗膜層１９Ｂとベース層１８がそれぞれ金属結合することで密着力が向上でき、基材２１をそのまま芯材として使った時と比較して容量低下も抑制できると考えられる。

なお、本実施例では、ベース層１８の両面に粗膜層１９（第一の粗膜層１９Ａと第二の粗膜層１９Ｂ）を形成したが、例えば図４に示すように、片面に第一の粗膜層１９Ａのみ形成して電極箔８として用いてもよい。この場合も、ベース層１８は従来の基材（図８の図番２）の代わりに芯材として機能し、第一の粗膜層１９Ａと合わせて密着性に優れた電極箔となる。

また本実施例では、電子デバイスとして積層型の固体電解コンデンサ６を例に挙げたが、その他、図５に示すような巻回型のコンデンサ２３の電極箔としても用いることができる。

コンデンサ２３は、それぞれ陽極、陰極となる電極箔２４、２５を、セパレータ２６を介して巻回したコンデンサ素子２７と、電極箔２４、２５と接続された陽極リード端子２８、陰極リード端子２９と、コンデンサ素子２７を収容するケース３０と、陽極リード端子２８、陰極リード端子２９が外部に露出するようにケース３０を封止する封止部材３１とを備えている。コンデンサ素子２７には導電性ポリマーや電解液を含浸させ、陰極材料とすることができる。電極箔２４、２５としては、少なくともいずれか一方に図３の電極箔８を用いることができる。

更に本実施例では、微粒子２０を蒸着により積層したが、その他エアロゾルやディップコート、スラリーの焼結などにより微粒子を凝集させることも出来る。

（実施例２）
本実施例では、図６を用いてコンデンサ用の電極箔１０８について説明する。

本実施例の電極箔１０８と実施例１との違いは、第一の粗膜層１１９Ａが、第二の粗膜層１１９Ｂよりも薄い点である。

本実施例では、第一の粗膜層１１９Ａの厚みは１μｍ以下、第二の粗膜層１１９Ｂは４０μｍとした。第二の粗膜層をより厚くしてもよく、１００μｍ以下程度であれば実施例１の方法で容易に形成できる。

本実施例の電極箔１０８の製造方法を以下に説明する。

基材１２１の表面に金属からなる微粒子１２０を複数付着させて、第一の粗膜層１１９Ａを形成する工程と、この第一の粗膜層１１９Ａ上に、金属からなる微粒子１２０を複数付着させ、第一の粗膜層１１９Ａよりも単位体積あたりの空隙率が小さく、芯材となるベース層１１８を形成する工程と、ベース層１１８上に金属からなる微粒子１２０を複数付着させ、第二の粗膜層１１９Ｂを形成する工程と、基材１２１と前記第一の粗膜層１１９Ａとを切り離す工程と、を備えている。ベース層１１８は第二の粗膜層１１９Ｂより単位体積当たりの空隙率が小さいものとした。

第一の粗膜層１１９Ａ、第二の粗膜層１１９Ｂの単位体積あたりの空隙率は、５０％以上８０％以下である。

ベース層１１８の単位体積当たりの空隙率は、０％より大きく３０％以下である。

第一の粗膜層１１９Ａ、第二の粗膜層１１９Ｂを形成する工程の蒸着条件（温度、圧力）は、実施例１の第一の粗膜層１９Ａ、第二の粗膜層１９Ｂの条件と同じである。

ベース層１１８を形成する工程の蒸着条件は、実施例１のベース層１８の条件と同じである。

本実施例では、第一の粗膜層１１９Ａが薄く、電極箔８としては主に第二の粗膜層１１９Ｂ側を用いるため、切り離す工程で欠損が出ても電極箔１０８としての特性に与える影響が小さい。

なお、第一の粗膜層１１９Ａの空隙率は、第二の粗膜層１１９Ｂよりも大きくすることがより好ましい。空隙が多い方が、機械的強度が小さく、基材１２１から切り離しやすいからである。基材１２１の表面には酸化皮膜１２２が形成されるため、より容易に切り離しできる。

その他の構成および効果は実施例１と同様のため説明を省略する。

（実施例３）
本実施例では、電子デバイスとして図７に示す太陽電池３２を例に説明する。

太陽電池は、樹脂フィルムやガラスからなる基材３３と、基材３３上に形成された透明電極層３４と、透明電極層３４上に形成された半導体層３５と、半導体層３５上に形成された電極箔３６とがある。

電極箔３６は、金属からなる微粒子２２０が複数集まって形成されたベース層２１８と、このベース層２１８上に、金属からなる微粒子２２０が複数集まって形成された第一の粗膜層２１９Ａと、を備えている。ベース層２１８は、第一の粗膜層２１９Ａより単位体積当たりの空隙率が小さい。ベース層２１８と第一の粗膜層２１９Ａとは金属結合している。

微粒子２２０は金、銀以外にも、アルミニウムも用いることができる。

第一の粗膜層２１９Ａの厚みは０．１以上１０μｍ以下とした。第一の粗膜層２１９Ａの単位体積あたりの空隙率は５０％以上８０％以下とした。

ベース層２１８の厚みは０．０１以上０．３μｍ以下とした。ベース層２１８の単位体積あたりの空隙率は０％より大きく３０％以下とした。

本実施例の製造方法を以下に説明する。

最初に基材上に第一の粗膜層２１９Ａを形成し、次にベース層２１８を形成し、基材と第一の粗膜層２１９Ａとを切り離して電極箔３６を形成する。その後この電極箔３６の第一の粗膜層２１９Ａ上に半導体層３５を形成する。形成方法は、塗布法、スパッタ法、電解重合法と様々である。本実施例では有機半導体を電解重合法により形成した。

その後、透明電極層３４を半導体層３５上に形成する。形成方法は塗布法、スパッタ法、電解重合法と様々であるが、本実施例では透明電極のフィルムを半導体層３５上に乗せ、全体を真空パックにて密閉、あるいは加圧して一体化し、形成した。

本実施例では、透明電極層３４として酸化インジウムスズを用いた。

以上より本実施例の太陽電池３２を形成できる。

本実施例の効果を以下に説明する。

本実施例では、粗膜状の電極（第一の粗膜層２１９Ａ）を用いることで、電極の表面積が拡大し、変換効率と電荷収集能力とが向上する。すなわち陰極としての特性が向上する。ここで一般的には、電極の表面積を拡大する手法として、透明電極層３４側を粗面化するため、透明電極層３４を陰極としている。それに伴い、電極箔３６に相当する対向電極は電位を考慮し、銀や金が用いられる。これに対し本実施例では、陰極としてアルミを用いることができ、低コスト化も実現できる。

本発明の電極箔は、コンデンサや太陽電池など、表面積の拡大が求められる種々の電子デバイスの電極として有用である。

６ 固体電解コンデンサ
７ コンデンサ素子
８、１０８ 電極箔
９ 誘電膜
１０ 固体電解質層
１１ 陰極層
１２ 陽極電極部
１３ 陰極電極部
１４ 絶縁部
１５ 陽極端子
１６ 陰極端子
１７ 外装体
１８、１１８、２１８ ベース層
１９Ａ、１１９Ａ、２１９Ａ 第一の粗膜層
１９Ｂ、１１９Ｂ 第二の粗膜層
２０、１２０、２２０ 微粒子
２０Ａ 柱状体
２１、１２１ 基材
２２、１２２ 酸化皮膜
２３ コンデンサ
２４ 電極箔
２５ 電極箔
２６ セパレータ
２７ コンデンサ素子
２８ 陽極リード端子
２９ 陰極リード端子
３０ ケース
３１ 封止部材
３２ 太陽電池
３３ 基材
３４ 透明電極層
３５ 半導体層
３６ 電極箔

Claims (10)

1. 金属からなる微粒子が複数集まって形成されたベース層と、
   このベース層上に、金属からなる微粒子が複数集まって形成された第一の粗膜層と、を備え、
   前記ベース層は、前記第一の粗膜層より単位体積当たりの空隙率が小さく、芯材となる、電子デバイス用電極箔。
2. 前記ベース層と前記第一の粗膜層とは金属結合している、請求項１に記載の電子デバイス用電極箔。
3. 前記ベース層の前記第一の粗膜層と接する面と反対側の面には、金属からなる微粒子が複数集まって形成された第二の粗膜層が設けられ、
   前記ベース層は、前記第二の粗膜層より単位体積当たりの空隙率が小さい、請求項１に記載の電子デバイス用電極箔。
4. 前記ベース層と前記第二の粗膜層とは金属結合している、請求項３に記載の電子デバイス用電極箔。
5. 前記第一の粗膜層は、前記第二の粗膜層より薄い、請求項３に記載の電子デバイス用電極箔。
6. 前記第一の粗膜層は、前記第二の粗膜層より単位体積あたりの空隙率が大きい、請求項３に記載の電子デバイス用電極箔。
7. 基材の表面に金属からなる微粒子を複数付着させて、第一の粗膜層を形成する工程と、
   この第一の粗膜層上に、金属からなる微粒子を複数付着させ、前記第一の粗膜層よりも単位体積あたりの空隙率が小さく、芯材となるベース層を形成する工程と、
   前記基材と前記第一の粗膜層とを切り離す工程と、を備えた電子デバイス用電極箔の製造方法。
8. 前記ベース層を形成する工程の後、前記ベース層上に金属からなる微粒子を複数付着させて、前記ベース層より単位体積当たりの空隙率が大きい第二の粗膜層を形成する工程と、をさらに備えた、請求項７に記載の電子デバイス用電極箔の製造方法。
9. 前記第一の粗膜層は、前記第二の粗膜層より薄い、請求項８に記載の電子デバイス用電極箔の製造方法。
10. 前記第一の粗膜層は、前記第二の粗膜層より単位体積あたりの空隙率が大きい、請求項８に記載の電子デバイス用電極箔の製造方法。

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