JP2014022585A

JP2014022585A - エネルギーデバイス電極構造およびその製造方法、およびエネルギーデバイス

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Publication number: JP2014022585A
Application number: JP2012160291A
Authority: JP
Inventors: Hideki Sawada; 秀喜澤田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】内部抵抗を低減して、容量を大きくすることのできるエネルギーデバイス電極構造およびその製造方法を提供する。
【解決手段】集電極１０と、集電極上に配置されたアンダーコート層１２と、アンダーコート層上に配置され、２種類以上の粒径を有する活性炭を含む活物質電極層１４とを備えることにより、内部抵抗を低減して、容量を大きくすることができるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、エネルギーデバイス電極構造およびその製造方法、およびエネルギーデバイスに係り、特に内部抵抗を低減して、容量を大きくすることのできるエネルギーデバイス電極構造およびその製造方法、およびエネルギーデバイスに関する。

従来、エネルギーデバイスとしては、ラミネート型の蓄電デバイスや電気二重層キャパシタなどが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２０００−１２４０７号公報特開２００１−３３８８４８号公報特開２００３−２１７６４６号公報

従来の電気二重層キャパシタにおける正負極の活物質集電極は、電極箔の表面にエッチングによって凹凸を形成し、その上に、ゴム系のバインダに１種類の粒径の活性炭を混ぜた混合物を塗布して作製されていた。

この場合には、集電極箔表面の凹凸部の酸化被膜が比較的厚く形成されるため、内部抵抗が大きくなり易いという問題があった。

また、ゴム系のバインダは耐熱性が余り高くないため、活物質電極を作製する過程で高温乾燥による溶媒や水分等の除去が十分にできないという不都合もあった。

本発明の目的は、内部抵抗を低減して、容量を大きくすることのできるエネルギーデバイス電極構造およびその製造方法、およびエネルギーデバイスを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、集電極と、前記集電極上に配置されたアンダーコート層と、前記アンダーコート層上に配置され、２種類以上の粒径を有する活性炭を含む活物質電極層とを備えるエネルギーデバイス電極構造が提供される。

本発明の他の態様によれば、集電極上にアンダーコート層用塗布液を塗布する工程と、前記アンダーコート層用塗布液を乾燥させて、アンダーコート層を形成する工程と、前記アンダーコート層上に２種類以上の粒径を有する活性炭と２００℃以上の耐熱性を備えるバインダの混合物から成る活物質電極層用塗布液を塗布する工程と、前記活物質電極層用塗布液を２００℃以上の温度で乾燥させて、活物質電極層を形成する工程と、前記集電極、前記アンダーコート層および前記活物質電極層からなる積層構造をロールプレスする工程とを有するエネルギーデバイス電極構造の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、上記のエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備える電気二重層キャパシタが提供される。

本発明の他の態様によれば、上記のエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備えるリチウムイオンキャパシタが提供される。

本発明の他の態様によれば、上記のエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備えるリチウムイオン電池が提供される。

本発明によれば、内部抵抗を低減して、容量を大きくすることのできるエネルギーデバイス電極構造およびその製造方法、およびエネルギーデバイスを提供することができる。

実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の模式的断面構造図。実施の形態の変形例１に係るエネルギーデバイス電極構造の模式的断面構造図。比較例に係るエネルギーデバイス電極構造の模式的構造図。実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の模式的構造図。実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の実験結果を示す表。実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造に適用可能な電極シートの断面ＳＥＭ画像図。実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の活物質断面の１千倍に拡大された断面ＳＥＭ画像図。実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の活物質断面の３千倍に拡大されたＳＥＭ画像図。実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の活物質断面の１万倍に拡大されたＳＥＭ画像図。実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法であって、（ａ）製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図（その１）、（ｂ）製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図（その２）、（ｃ）製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図（その３）、（ｄ）製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図（その４）。実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法であって、（ａ）製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図（その５）、（ｂ）製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図（その６）。実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造であって、ロールプレス工程を説明する模式的断面構造図。他の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法であって、（ａ）製造方法の一工程を説明する模式的鳥瞰構造図（その１）、（ｂ）製造方法の一工程を説明する模式的鳥瞰構造図（その２）、（ｃ）製造方法の一工程を説明する模式的鳥瞰構造図（その３）、（ｄ）製造方法の一工程を説明する模式的鳥瞰構造図（その４）。実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用した電気二重層キャパシタの模式的断面構造図。実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオンキャパシタの模式的断面構造図。実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオン電池の模式的断面構造図。

次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

[実施の形態]
実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造２は、図１に示すように、集電極１０と、集電極１０上に配置されたアンダーコート層１２と、アンダーコート層１２上に配置され、２種類以上の粒径を有する活性炭２００・２０１を含む活物質電極層１４を備える。

実施の形態の変形例１に係るエネルギーデバイス電極構造２は、図２に示すように、集電極１０と、集電極１０上に配置されたアンダーコート層１２と、アンダーコート層１２上に配置され、アンダーコート層１２上に配置され、２種類以上の粒径を有する活性炭２００、２０１を含む活物質電極層１４とを備え、アンダーコート層１２は、第２バインダ２４を含み、第１バインダ２２ａと第２バインダ２４は、融点が異なっている。図１および図２に示すように、アンダーコート層１２と活物質電極層１４の積層構造により、活物質電極構造１６が形成されている。

（比較例）
比較例に係るエネルギーデバイス電極構造２は、図３に示すように、ゴム系のバインダ２２に１種類の粒径の活性炭１００と、導電補助材１０１としてのカーボンを混ぜた混合物を塗布して作製されている。この場合には、集電極箔表面の酸化被膜が比較的厚く形成されるため、内部抵抗が大きくなり易い。

特に、活物質を比較的厚く塗布した場合には、微粒子の活性炭だけでは表面積が大きくなり過ぎるため、バインダ２２の混合比を大きくする必要がある。そのため、内部抵抗が大きくなり、容量の低下を招いてしまう。

また、ゴム系のバインダ２２は耐熱性が余り高くないため、活物質電極を作製する過程で高温乾燥による溶媒や水分等の除去が十分にできない。

そのため、比較例に係るエネルギーデバイス電極構造２は、剥がれ易く耐久性が低い。

（エネルギーデバイス電極構造）
実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造２は、図４に示すように、２種類の粒径を有する活性炭２００・２０１と、２００℃以上の耐熱性を備えるバインダ２２ａと、導電補助材１０１としてのカーボンを混ぜた混合物を塗布して作製されている。

なお、バインダ２２ａは、アラミド系またはポリイミド系の樹脂で構成可能である。

アラミド系のバインダとしてはたとえばアミド結合の６０％以上が芳香環に直接結合した線状高分子化合物が包含され、具体的には、例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミド及びその共重合体、ポリパラフェニレンテレフタルアミド及びその共重合体、ポリ（パラフェニレン）−コポリ（３，４−ジフェニルエーテル）テレフタールアミドなどが挙げられる。これらのアラミドは、例えば、イソフタル酸塩化物及びメタフェニレンジアミンを用いたそれ自体既知の界面重合法、溶液重合法等により工業的に製造されており、市販品として入手することができるが、これに限定されるものではない。これらのアラミドの中で、特に、ポリメタフェニレンイソフタルアミド（ＭＰＩＡ）が、良好な成型加工性、熱接着性、難燃性、耐熱性などの特性を備えている点で好ましく用いられる。また、本発明において、溶剤としては、アラミドを溶解することができるものであれば特に制限なく使用することができるが、なかでも、良溶媒であるＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）のいずれかまたはその混合物が特に好ましい。

また、本実施の形態では、２種類の粒径を有する活性炭２００・２０１としたが、２種類以上の粒径を有する活性炭を用いても良い。

２種類以上の粒径を有する活性炭は、球状の活性炭２００と、球状以外の形状を呈する活性炭２０１との組み合わせとすることができる。

なお、球状以外の形状を呈する活性炭２０１は、その表面に破断面を有するようにできる。即ち、球状以外の形状を呈する活性炭２０１は、例えばミルなどによって粉砕されて形成されるため、その表面には球状の活性炭の表面とは異なる破断面が生じる。

また、球状以外の形状を呈する活性炭２０１は、最小外形寸法Ａと、最大外形寸法ａの比であるＡ／ａが０．０１〜０．８とされるようにできる。

また、球状以外の形状を呈する活性炭２０１の形状は、例えば、多面体、多面形状、鱗状、扁平状、不定形状などの非球形状に形成されることができ、望ましくは粉砕によってこれらの形状に成形される。

そして、このような非球形状に成形することによって比表面積を大きくすることができ、アンカー効果を得ることができる。

但し、粒子の最小外形寸法Ａと、最大外形寸法ａとの比Ａ／ａが大きいと、球形に近くなるため好ましくない。また一方、Ａ／ａが極端に小さいと活物質電極層用塗布液の流動性が極端に低下してしまうため、加工上好ましくない。そこで、Ａ／ａの好ましい範囲は、例えば０．０１〜０．８程度であって、より好ましくは０．０５〜０．５である。

また、球状以外の形状を呈する活性炭２０１は、所定の活性炭（例えば、粒径１０μｍの活性炭など）を粉砕したもので構成可能である。なお、所定の活性炭の粉砕は、ミルなどを用いて行われる。

また、球状の活性炭２００の平均粒径は、例えば、約５μｍ以上とする。また、球状以外の形状を呈する活性炭２０１の平均粒径は、例えば、約１μｍ以上とする。

なお、このときの平均粒子径は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察された粒子径を平均したものである。粒子が扁平である場合には長軸と短軸の平均値より粒子径として採用する。

このように、２種類の粒径を有する活性炭２００・２０１を用いることにより、平均粒径の大きな球状の活性炭２００の隙間に、平均粒径の小さな活性炭２０１が入り込むため、バインダ２２ａの混合比を大きくすることなく、導電パスを形成することができる。

また、２００℃以上の耐熱性を備えるバインダ２２ａを用いているため、２００℃以上の高温で乾燥させることができ、溶媒や残留水分等を十分に除去することができる。

これにより、実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造２は、内部抵抗を下げることができ、容量が低下することを防止することができる。

また、２種類の粒径を有する活性炭２００・２０１を混合したことにより、アンカー効果を得ることができ、比較例に比べて剥がれ難く、耐久性を向上可能である。

（実験結果）
図５は、実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の実験結果を示す表である。

ここで、内部抵抗は直流内部抵抗（Ｒｄｃ）に対応する。ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance：等価直列抵抗）は１ｋＨｚの時の内部抵抗であり、交流インピーダンスに相当する。なお、条件Ａ，Ｂ、Ｃの各サンプルによって容量値が異なるため、１Ｆあたりの抵抗値として比較するために、直流内部抵抗とＥＳＲ（１ｋＨｚ）の時定数で比較している。

条件Ａでは、活性炭（粉砕）２０１が７５％、活性炭（微粒子）２００が２５％とした。この場合の容量は１７．９６（Ｆ）、内部抵抗は４１．０（ｍΩ）、ＥＳＲ（１ｋＨｚ）は２４．０（ｍΩ）、時定数Ｒｄｃは０．７３６（Ω・Ｆ）、時定数ＥＳＲは０．４３１（Ω・Ｆ）であった。

条件Ｂでは、活性炭（粉砕）２０１が５０％、活性炭（微粒子）２００が５０％とした。この場合の容量は１７．６８（Ｆ）、内部抵抗は１７．０（ｍΩ）、ＥＳＲ（１ｋＨｚ）は１６．０（ｍΩ）、時定数Ｒｄｃは０．３０１（Ω・Ｆ）、時定数ＥＳＲは０．２８３（Ω・Ｆ）であった。

条件Ｃでは、活性炭（粉砕）２０１が２５％、活性炭（微粒子）２００が７５％とした。この場合の容量は１５．４７（Ｆ）、内部抵抗は２７．０（ｍΩ）、ＥＳＲ（１ｋＨｚ）は１８．０（ｍΩ）、時定数Ｒｄｃは０．４１８（Ω・Ｆ）、時定数ＥＳＲは０．２７８（Ω・Ｆ）であった。

時定数で比較した結果、図５から明らかなように、直流内部抵抗（Ｒｄｃ）については条件Ｂが、ＥＳＲ（１ｋＨｚ）については条件Ｃが、抵抗値が小さいという結果を示している。また、総合的には条件Ｂが良い結果を示している。

（ＳＥＭ画像）
図６〜図９に、実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造に関するＳＥＭ画像を示す。

図６は、実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造に適用可能な電極シート断面に関するＳＥＭ画像である。図６によれば、集電極を構成するアルミ箔の表裏に活物質が高密度に塗布されている状態が分かる。アルミ箔の表面側の活物質の厚さは、約６０．０μｍ、アルミ箔の裏面側の活物質の厚さは、約５８．０μｍである。

図７〜図９は、実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造に適用可能な活物質断面のＳＥＭ画像である。図７は１０³倍、図８は３×１０³倍、図９は１０⁴倍の拡大図である。図７〜図９によれば、活物質において、２種類の粒径を有する活性炭２００、２０１やバインダ２２ａ等が高密度に混合されている状態が分かる。

（製造方法）
実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法は、
（ａ）集電極１０上にアンダーコート層用塗布液１２０を塗布する工程と、
（ｂ）アンダーコート層用塗布液１２０を乾燥させて、アンダーコート層１２を形成する工程と、
（ｃ）アンダーコート層１２上に２種類以上の粒径を有する活性炭と２００℃以上の耐熱性を備えるバインダの混合物から成る活物質電極層用塗布液１４０を塗布する工程と、
（ｄ）活物質電極層用塗布液１４０を２００℃以上の温度で乾燥させて、活物質電極層１４を形成する工程と、
（ｅ）集電極、アンダーコート層および活物質電極層からなる積層構造をロールプレスする工程とを有する。

即ち、図１０に示すように、まず、集電極１０を用意（図１０（ａ））し、次いで、集電極１０上にアンダーコート層用塗布液１２０を塗布する（図１０（ｂ））。

なお、図１０（ｂ）においてアンダーコート層用塗布液１２０には、残留水分３４が存在する。

次いで、アンダーコート層用塗布液１２０を乾燥させ、残留水分３４を除去してアンダーコート層１２を形成する（図１０（ｃ））。

次に、アンダーコート層１２上に２種類の粒径を有する活性炭２００・２０１と２００℃以上の耐熱性を備えるバインダ２２ａの混合物から成る活物質電極層用塗布液１４０を塗布する（図１０（ｄ））。

なお、バインダ２２ａは、アラミド系またはポリイミド系の樹脂で構成することができる。

２種類の粒径を有する活性炭２００・２０１は、球状の活性炭と、球状以外の形状を呈する活性炭との組み合わせとすることができる。

また、球状以外の形状を呈する活性炭２０１は、所定の活性炭（例えば、粒径１０μｍの活性炭など）を粉砕したもので構成されるようにできる。所定の活性炭の粉砕は、ミルなどを用いて行われる。

また、球状の活性炭２００の平均粒径は、例えば、約５μｍ以上、球状以外の形状を呈する活性炭２０１の平均粒径は、例えば、約１μｍ以上とすることができる。

次に、図１１（ａ）に示すように、活物質電極層用塗布液１４０を２００℃以上の温度で乾燥させて、図１１（ｂ）に示すように、集電極１０上のアンダーコート層１２上に活物質電極層１４を形成する。図１１（ｂ）に示すように、アンダーコート層１２と活物質電極層１４の積層構造により、活物質電極構造１６が形成されている。

ここで、２種類の粒径を有する活性炭２００・２０１を用いることにより、平均粒径の大きな球状の活性炭２００の隙間に、平均粒径の小さな活性炭２０１が入り込むので、バインダ２２ａの混合比を大きくすることなく、導電パスを形成することができる。

また、２００℃以上の耐熱性を備えるバインダ２２ａを用いているので、２００℃以上の高温で乾燥させることができ、溶媒や残留水分等を十分に除去することができる。

これにより、内部抵抗を下げることができ、容量が低下することを防止することができる。

また、２種類の粒径を有する活性炭２００・２０１を混合したことにより、アンカー効果を得ることができ、比較例に比べて剥がれ難く、耐久性を向上させることができる。

なお、乾燥後の活物質電極層１４の厚さはｄ２、乾燥後のアンダーコート層１２の厚さはｄ１となる。ここで、具体的な数値例としては、乾燥前の活物質電極層１４の厚さＤ２は、例えば、約５０μｍに対して、乾燥後の活物質電極層１４の厚さｄ２は、例えば、約３５μｍである。

次に、図１２に示すように、集電極１０、アンダーコート層１２および活物質電極層１４からなる積層構造をロールプレス機１８のロール１８ｕ・１８ｄを用いてロールプレスする。ロールプレス機１８は、作業台２０上に配置され、下ロール１８ｄに対して上ロール１８ｕの高さを調節することによって、ロール１８ｕ・１８ｄ間の幅を調整可能である。なお、このロールプレス工程は、ヒータなどを用いた加熱工程を併用しても良い。

図１３には、他の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法を示す。

図１３に示すエネルギーデバイス電極構造の製造方法においては、集電極１０上にアンダーコート層１２ｕ・１２ｄを形成する工程は、集電極１０の表裏両面に実施する。

また、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄ上に第１バインダを含む活物質電極層１４ｕ・１４ｄを形成する工程は、集電極１０の表裏両面に形成されたアンダーコート層１２ｕ・１２ｄ上に実施する。

以下、図１３を参照して他の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法の各工程を説明する。

まず、図１３（ａ）に示すように、集電極１０を準備する。集電極１０は、例えば、アルミ箔、銅箔などを用いて形成することができる。

次に、図１３（ｂ）に示すように、集電極１０の表裏両面上の一部分にアンダーコート層用塗布液１２０ｕ・１２０ｄを塗布する。アンダーコート層用塗布液１２０ｕ・１２０ｄの成分は、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどの導電助剤と、アラミドバインダ等のバインダと、これらの溶剤とを含む。図１３（ｂ）から明らかなように、集電極１０上のアンダーコート層用塗布液１２０ｕ・１２０ｄの未塗布部分は、集電極１０が露出している。アンダーコート層用塗布液１２０ｕ・１２０ｄには、図１３（ｂ）に示すように、残留水分３４が含まれている。

次に、図１３（ｃ）に示すように、アンダーコート層用塗布液１２０ｕ・１２０ｄを乾燥させて、集電極１０上にアンダーコート層１２ｕ・１２ｄを形成する。図１３（ｃ）に示す乾燥工程では、上記の溶剤の除去と残留水分３４の低減化が実施される。

次に、図１３（ｄ）に示すように、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄ上に、活物質電極層用塗布液１４０ｕ・１４０ｄを塗布する。

活物質電極層用塗布液１４０ｕ・１４０ｄは、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどの導電助剤と、２種類の粒径を有する活性炭２００・２０１と２００℃以上の耐熱性を備えるバインダ２２ａとの混合物から成る。

次いで、図示は省略するが、活物質電極層用塗布液１４０を２００℃以上の温度で乾燥させて、集電極１０上のアンダーコート層１２ｕ・１２ｄ上に活物質電極層１４ｕ・１４ｄを形成する。

次に、図１２の場合と同様に、集電極１０、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄおよび活物質電極層１４ｕ・１４ｄからなる積層構造をロールプレス機を用いてロールプレスする。

また、熱を加えながらロールプレスすることで、より残留水分量を低減化可能である。

（エネルギーデバイス）
実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用した電気二重層キャパシタ４の模式的断面構造は、図１４に示すように表される。

実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオンキャパシタ６の模式的断面構造は、図１５に示すように表される。

実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオン電池８の模式的断面構造は、図１６に示すように表される。

図１４〜図１６を参照して、実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したエネルギーデバイス（例えば、蓄電デバイス）の基本構造を説明する。

図１４〜図１６においては、電解液が浸漬され、セパレータ３０を通じてイオンが充放電移動するが、電解液については、図示を省略している。

実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備える電気二重層キャパシタ４は、活物質電極層１４ａと活物質電極層１４ｂとの間に、電解液とイオンが通過可能なセパレータ３０を介在させている。集電極１０ａ・１０ｂ上には、アンダーコート層１２ａ・１２ｂを介して活物質電極層１４ａ・１４ｂが配置されている。集電極１０ａ・１０ｂは電源電圧Ｖに接続されている。図１４においては、アンダーコート層１２ａと活物質電極層１４ａの積層構造、およびアンダーコート層１２ｂと活物質電極層１４ｂの積層構造により、それぞれ活物質電極構造が形成される。

活物質電極層１４ａ・１４ｂは、上述のように２種類の粒径を有する活性炭２００・２０１と２００℃以上の耐熱性を備えるバインダ２２ａとを有している。

セパレータ３０は、耐熱性が必要ない場合にはポリプロピレン等を、耐熱性が必要な場合にはセルロース系のものを用いることができる。

実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用した電気二重層キャパシタ４は、電解液が含侵されており、セパレータ３０を通して、電解液のイオンが充放電時に移動する。

実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用した電気二重層キャパシタは、ＬＥＤフラッシュ、モータ駆動用パワー電源（例えば、玩具向け）、電気自動車用蓄電素子（例えば、回生、スタータ用として）、太陽電池や振動発電からのエネルギー蓄電素子、高出力通信向けパワー蓄電素子、耐環境性蓄電素子（例えば、道路、鉄道、自転車用ライトの蓄電素子）などに適用できる。

実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオンキャパシタ６は、活物質電極層３６と活物質電極層１４ｂ間に、電解液とイオンが通過可能なセパレータ３０を介在させている。集電極１１ａ・１０ｂ上には、アンダーコート層１２ａ・１２ｂを介して活物質電極層３６・１４ｂが配置されている。集電極１０ａ・１０ｂは電源電圧Ｖに接続されている。ここで、集電極１１ａは、例えば、銅箔から形成され、集電極１０ｂは、例えば、アルミ箔から形成される。図１５においては、アンダーコート層１２ａと活物質電極層３６の積層構造およびアンダーコート層１２ｂと活物質電極層１４ｂの積層構造により、それぞれ活物質電極構造が形成される。

活物質電極層１４ｂは、例えば、２種類の粒径を有する活性炭２００・２０１および２００℃以上の耐熱性を備えるバインダ２２ａ等から形成される。

負極側の活物質電極層３６は、例えば、アラミドバインダ等のバインダ２２を含有するＬｉドープカーボン（活性炭）から形成される。

リチウムイオンキャパシタ６には、電解液が含侵されており、セパレータ３０を通して、電解液のイオンが充放電時に移動する。

実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオンキャパシタは、太陽電池や風力発電からのエネルギー蓄電素子、モータ駆動用パワー電源などに適用できる。

実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオン電池８は、活物質電極層３６と活物質電極層３８間に、電解液とイオンが通過可能なセパレータ３０を介在させている。集電極１１ａ・１０ｂ上には、アンダーコート層１２ａ・１２ｂを介して活物質電極層３６・３８が配置されている。集電極１１ａ・１０ｂは電源電圧Ｖに接続されている。ここで、集電極１１ａは、例えば、銅箔から形成され、集電極１０ｂは、例えば、アルミ箔から形成される。

図１６においては、アンダーコート層１２ａと活物質電極層３６の積層構造およびアンダーコート層１２ｂと活物質電極層３８の積層構造により、それぞれ活物質電極構造が形成される。

正極側の活物質電極層３８は、例えば、アラミドバインダ等のバインダ２２を含有するＬｉＣｏＯ_２から形成される。

負極側の活物質電極層３６は、例えば、２種類の粒径を有する活性炭２００・２０１および２００℃以上の耐熱性を備えるバインダ２２ａ等から形成される。

リチウムイオン電池８には、電解液が含侵されており、セパレータ３０を通して、電解液のイオンが充放電時に移動する。

実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオン電池は、携帯機器用のバッテリー、電気自動車用蓄電素子（定常運転時）、大規模蓄電素子（一般家庭向け）などに適用できる。

本発明によれば、内部抵抗を低減して、容量を大きくすることのできるエネルギーデバイス電極構造およびその製造方法を提供することができる。

また、このエネルギーデバイス電極構造を適用したエネルギーデバイスを提供することができる。

[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明のエネルギーデバイスは、ＬＥＤ−フラッシュモジュール、通信（高出力）モジュール、太陽電池モジュール、電源モジュール、玩具等のバックアップ用電源などとして適用可能である。また、ＬＳＩ、時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、パソコン、携帯電話、玩具等のバックアップ用電源として、太陽光発電、ダイナモ発電、振動発電、熱電素子や発電等からの低出力エネルギーを蓄えるマイクロエナジー用蓄電素子として、カップリング用コンデンサとして、または平滑用コンデンサなどとして適用可能である。

２…エネルギーデバイス電極構造
４…電気二重層キャパシタ
６…リチウムイオンキャパシタ
８…リチウムイオン電池
１０、１０ａ、１０ｂ、１１ａ…集電極
１２、１２ｕ、１２ｄ、１２ａ、１２ｂ…アンダーコート層
１４、１４ｕ、１４ｄ、１４ａ、１４ｂ、３６、３８…活物質電極層
１６…活物質電極構造
１８…ロールプレス機
１８ｕ、１８ｄ…ロール
２０…作業台
２２、２２ａ、２４、２６、２８、３０、３２…バインダ
３４…残留水分
４０…電解液
１２０、１２０ｕ、１２０ｄ…アンダーコート層用塗布液
１４０、１４０ｕ、１４０ｄ…活物質電極層用塗布液
２００、２０１…活性炭

Claims

集電極と、
前記集電極上に配置されたアンダーコート層と、
前記アンダーコート層上に配置され、２種類以上の粒径を有する活性炭を含む活物質電極層と
を備えることを特徴とするエネルギーデバイス電極構造。
前記活物質は、２００℃以上の耐熱性を備えるバインダが混合されることを特徴とする請求項１に記載のエネルギーデバイス電極構造。
前記バインダは、アラミド系またはポリイミド系の樹脂で構成されることを特徴とする請求項２に記載のエネルギーデバイス電極構造。
前記２種類以上の粒径を有する活性炭は、球状の活性炭と、球状以外の形状を呈する活性炭との組み合わせであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエネルギーデバイス電極構造。
前記球状以外の形状を呈する活性炭は、その表面に破断面を有することを特徴とする請求項４に記載のエネルギーデバイス電極構造。
前記球状以外の形状を呈する活性炭は、最小外形寸法Ａと、最大外形寸法ａの比であるＡ／ａが０．０１〜０．８とされることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のエネルギーデバイス電極構造。
前記球状以外の形状を呈する活性炭は、所定の活性炭を粉砕したもので構成されることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のエネルギーデバイス電極構造。
前記球状の活性炭の平均粒径は５μｍ以上であることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のエネルギーデバイス電極構造。
前記球状以外の形状を呈する活性炭の平均粒径は１μｍ以上であることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載のエネルギーデバイス電極構造。
集電極上にアンダーコート層用塗布液を塗布する工程と、
前記アンダーコート層用塗布液を乾燥させて、アンダーコート層を形成する工程と、
前記アンダーコート層上に２種類以上の粒径を有する活性炭と２００℃以上の耐熱性を備えるバインダの混合物から成る活物質電極層用塗布液を塗布する工程と、
前記活物質電極層用塗布液を２００℃以上の温度で乾燥させて、活物質電極層を形成する工程と、
前記集電極、前記アンダーコート層および前記活物質電極層からなる積層構造をロールプレスする工程と
を有することを特徴とするエネルギーデバイス電極構造の製造方法。
請求項１〜９のいずれか１項に記載のエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備えることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
請求項１〜９のいずれか１項に記載のエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備えることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
請求項１〜９のいずれか１項に記載のエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備えることを特徴とするリチウムイオン電池。