JP2016146481A - 電気二重層コンデンサの高密度電極及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウムシートの表面積の損失を防いでアルミニウムシートと活物質シートとの間の接触面積を増大させることにより、高密度電極が実現される電気二重層コンデンサの高密度電極及びその製造方法を提供する。
【解決手段】貫通型アルミニウムシート１０と、貫通型アルミニウムシート１０の一方の側に突出するように形成される多数の第１の中空状突出部材１１と、貫通型アルミニウムシート１０の他方の側に突出するように形成される多数の第２の中空状突出部材１２と、貫通型アルミニウムシート１０の一方の面に貼着される第１の活物質シート２０と、貫通型アルミニウムシートの他方の面に貼着される第２の活物質シート３０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気二重層コンデンサの高密度電極及びその製造方法に係り、特に、電気二重層コンデンサの電極に用いられるアルミニウムシートに多数の貫通ホールを形成するに当たって、アルミニウムシートの表面積の損失を防いでアルミニウムシートと活物質シートとの間の接触面積を増大させることにより、高密度電極が実現される電気二重層コンデンサの高密度電極及びその製造方法に関する。

電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）は、可逆性のある物理吸着現象により電気エネルギーを貯蔵することから、充放電を繰り返し行っても寿命に及ぼす影響が少なく、スマートフォン、ハイブリッド自動車、電気自動車や太陽光発電に適用されるエネルギー貯蔵装置の分野に適用されている。この種の電気二重層コンデンサは、パワー密度は良好であるとはいえ、エネルギー密度が低いため、これを改善するための電極材料の開発が求められる。

フォトリソグラフィを用いた立体パターン構造を有するアルミニウム集電体の製造方法が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。特許文献１に開示されているアルミニウム集電体の製造方法は、まず、アルミニウム箔集電体を洗浄した後に窒素雰囲気下で乾燥させる。乾燥が終わると、乾燥されたアルミニウム箔集電体表面の上に感光液を塗布した後に乾燥させ、感光液が選択的に露光されるように硬化させる。

硬化が終わると、現像液を露光されたアルミニウム集電体に振り撒いて露光されていない感光液を選択的に除去した後に、残留した感光液を完全に硬化させてアルミニウム集電体の上にパターンを形成する。パターンが形成され終わると、２枚の炭素板をそれぞれの対向電極とし、パターンが形成されたアルミニウム箔集電体を２枚の炭素板の間に配設して交流電源を印加し、電解液においてアルミニウム集電体を１次的にエッチングする。

１次エッチングが終わると、エッチングされたアルミニウム集電体を乾燥させる。アルミニウム集電体の乾燥が終わると、２枚の炭素板を対向電極とし、１次エッチング後に乾燥されたアルミニウム集電体を両対向電極の間に配設して２次エッチングを行う。２次エッチングが終わると、２次エッチング済みアルミニウム箔を洗浄した後に乾燥させる。

特許文献１に示すように、従来の電気二重層コンデンサの電極は、フォトリソグラフィ工程を用いてアルミニウム集電体にパターン、すなわち、多数の貫通ホールを形成してアルミニウム集電体と活物質との間の接触面積を増大させることにより、エネルギー密度を改善している。

特許文献１に示すように、従来の電気二重層コンデンサの電極に用いられるアルミニウム集電体に多数の貫通ホールを形成する場合、アルミニウム集電体の全体の面積のうち貫通ホールが占める面積に見合う分だけアルミニウム集電体の表面積の損失が生じるという問題がある。

大韓民国登録特許第1166148号公報（登録日：2012年7月10日）

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、電気二重層コンデンサの電極に用いられるアルミニウムシートに多数の貫通ホールを形成するに当たって、アルミニウムシートの表面積の損失を防いでアルミニウムシートと活物質シートとの間の接触面積を増大させることにより、高密度電極が実現される電気二重層コンデンサの高密度電極及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による電気二重層コンデンサの高密度電極は、互いに離隔するように多数の貫通ホールが形成される貫通型アルミニウムシートと、前記貫通ホールと連通されるように貫通型アルミニウムシートから延びて貫通型アルミニウムシートの一方の側に突出するように形成される多数の第１の中空状突出部材と、前記多数の第１の中空状突出部材とそれぞれ離隔するように形成され、前記貫通ホールと連通されるように貫通型アルミニウムシートから延びて貫通型アルミニウムシートの他方の側に突出するように形成される多数の第２の中空状突出部材と、前記多数の第１の中空状突出部材が埋め込まれるように貫通型アルミニウムシートの一方の面に貼着される第１の活物質シートと、前記多数の第２の中空状突出部材が埋め込まれ、多数の第１の中空状突出部材及び多数の第２の中空状突出部材を介して第１の活物質シートとつながるように貫通型アルミニウムシートの他方の面に貼着される第２の活物質シートと、を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による電気二重層コンデンサの高密度電極の製造方法は、一方の面及び他方の面にそれぞれ多数の第１の中空状突出部材及び多数の第２の中空状突出部材が形成された貫通型アルミニウムシートを第１のローラに巻き取って準備するステップと、第１の活物質シートを第２のローラに巻き取って準備するステップと、第２の活物質シートを第３のローラに巻き取って準備するステップと、前記貫通型アルミニウムシートの一方の面の上側に前記第１の活物質シートが位置するようにし、他方の面の下側に前記第２の活物質シートが位置するようにして貫通型アルミニウムシートと、第１の活物質シート及び第２の活物質シートをそれぞれプレス部に搬送するステップと、第１の活物質シート及び第２の活物質シートをそれぞれ貫通型アルミニウムシートの一方の面及び他方の面にそれぞれ貼着し、多数の第１の中空状突出部材及び多数の第２の中空状突出部材を介して互いにつながるように第１の活物質シート及び第２の活物質シートを同時にプレス部を用いて押し付けるステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の一態様による電気二重層コンデンサの高密度電極及びその製造方法は、電気二重層コンデンサの電極に用いられるアルミニウムシートに多数の貫通ホールを形成するに当たって、アルミニウムシートの表面積の損失を防いでアルミニウムシートと活物質シートとの間の接触面積を増大させることにより、高密度電極が実現されるというメリットがある。

図１は、本発明の電気二重層コンデンサに適用される高密度電極の断面図である。 図２は、図１に示す貫通型アルミニウムシートに活物質シートを貼着する前の状態を示す断面図である。 図３は、図２に示す貫通型アルミニウムシートを他方の面から眺めた背面図である。 図４は、図２に示す第１の中空状突出部材の様々な実施形態を示す表である。 図５は、本発明の電気二重層コンデンサに適用される高密度電極の製造方法を示す工程フローチャートである。 図６は、本発明の電気二重層コンデンサに適用される高密度電極の製造に用いられる活性炭の特性を示す表である。 図７は、本発明の電気二重層コンデンサに適用される高密度電極を製造するための装置の構成を概略的に示す図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極及びその製造方法の実施形態について説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極は、貫通型アルミニウムシート１０と、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０を備える。

貫通型アルミニウムシート１０には、互いに離隔するように多数の貫通ホール１１ａ，１２ａが形成され、多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２が配設される。多数の第１の中空状突出部材１１は、それぞれ多数の貫通ホール１１ａと連通されるように貫通型アルミニウムシート１０から延びてアルミニウムシート１０の一方の側に突出するように形成され、多数の第２の中空状突出部材１２は、それぞれ多数の第１の中空状突出部材１１とそれぞれ離隔するように形成され、貫通ホール１２ａと連通されるように貫通型アルミニウムシート１０から延びてアルミニウムシート１０の他方の側に突出するように形成される。第１の活物質シート２０は、多数の第１の中空状突出部材１１が埋め込まれるように貫通型アルミニウムシート１０の一方の面１０ａに貼着され、第２の活物質シート３０は、多数の第２の中空状突出部材１２が埋め込まれ、多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２を介して第１の活物質シート２０とつながるように貫通型アルミニウムシート１０の他方の面１０ｂに貼着される。

このような構成を有する本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極の構成について詳細に説明すると、下記の通りである。

貫通型アルミニウムシート１０には、図１乃至図３に示すように、互いに離隔するように多数の貫通ホール１１ａ，１２ａが形成され、それぞれ貫通型アルミニウムシート１０の一方の面１０ａ及び他方の面１０ｂが貫通されるように形成される。これらの多数の貫通ホール１１ａ，１２ａの直径Ｄ１，Ｄ３は、５０〜１００μｍである。多数の貫通ホール１１ａ，１２ａが形成される貫通型アルミニウムシート１０の厚さＴ１は１０〜５０μｍであり、純度が９９．２０〜９９．９９％のものを用いて比抵抗特性を改善して本発明の電気二重層コンデンサに適用される高密度電極の電気的な特性を改善する。ここで、図１は、図７に示す「Ａａ」部分を拡大して示す断面図であり、図２は、貫通型アルミニウムシート１０を図３に示す「Ａ−Ａ」線に沿って切り取って示す断面図である。

多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２は、それぞれ図２及び図３に示すように、針や錐などの先端の尖った円筒柱部材（図示せず）と、楕円柱部材（図示せず）及び四角柱部材（図示せず）のうちのいずれか一つを用いて貫通型アルミニウムシート１０を一方の面１０ａや他方の面１０ｂから押し付けて突き抜くことにより、貫通型アルミニウムシート１０に多数の貫通ホール１１ａ，１２ａを形成し、多数の貫通ホール１１ａ，１２ａとそれぞれ連通されるように貫通型アルミニウムシート１０から延びて突出するように形成される。多数の貫通ホール１１ａ，１２ａは、それぞれ図４に示すように、円筒柱部材と、楕円柱部材及び四角柱部材のうちのいずれか一つにより円筒状と、楕円状及び四角形のうちのいずれか一つの形状に形成される。ここで、図４は、第１の中空状突出部材１１の様々な実施形態を示す表であり、第２の中空状突出部材１２は、図４に示す第１の中空状突出部材１１と同様に適用されるため、第２の中空状突出部材１２の様々な実施形態の図示及び説明を省略した。

例えば、多数の第１の中空状突出部材１１は、先端の尖った円筒柱部材と、楕円柱部材及び四角柱部材のうちのいずれか一つを貫通型アルミニウムシート１０の一方の面１０ａに向かって押し付けて突き抜くことにより、貫通型アルミニウムシート１０に多数の貫通ホール１１ａを形成するとともに、貫通型アルミニウムシート１０の軟性により貫通ホール１１ａから延びてアルミニウムシート１０の一方の側に突出するように形成される。ここで、多数の貫通ホール１１ａは、円筒柱部材と、楕円柱部材及び四角柱部材に応じて、図４に示すように、円筒状と、楕円状及び四角形のうちのいずれか一つの形状に形成される。

多数の貫通ホール１１ａは、円筒柱部材と、楕円柱部材及び四角柱部材に応じて、図４に示すように、円筒状と、楕円状及び四角形のうちのいずれか一つの形状に形成される。例えば、円筒柱部材を用いる場合、多数の貫通ホール１１ａは、Ｙ１行の各図に示すように、円筒状に形成され、楕円柱部材を用いる場合、多数の貫通ホール１１ａは、Ｙ３行の各図に示すように、楕円状に形成される。四角柱部材を用いて形成する場合、多数の貫通ホール１１ａは、Ｙ２行の各図に示すように、四角形に形成される。なお、図４において、Ｘ３列にそれぞれ記載の図面は、Ｘ２列にそれぞれ記載の図面の斜視図を示す。

多数の第２の中空状突出部材１２は、先端の尖った円筒柱部材と、楕円柱部材及び四角柱部材のうちのいずれか一つを用いて貫通型アルミニウムシート１０の他方の面１０ｂに向かって押し付けて突き抜くことにより、貫通型アルミニウムシート１０に多数の貫通ホール１２ａを形成するとともに、貫通型アルミニウムシート１０の軟性により貫通ホール１１ａから延びて貫通型アルミニウムシート１０の他方の側に突出するように形成される。ここで、多数の貫通ホール１２ａは、図４に示す貫通ホール１１ａと同様に、円筒柱部材と、楕円柱部材及び四角柱部材に応じて、図４に示すように、円筒状と、楕円状及び四角形のうちのいずれか一つの形状に形成される。

これらの多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２は、それぞれ先端の尖った円筒柱部材と、楕円柱部材及び四角柱部材のうちのいずれか一つにより一つ以上の突出バリ部材１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとして形成される。例えば、第１の中空状突出部材１１及び第２の中空状突出部材１２は、それぞれ図３に示すように、一つの突出バリ部材１１ｂ，１２ｂとして形成されるか、或いは、２以上の突出バリ部材１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとして形成される。すなわち、１枚の貫通型アルミニウムシート１０は、一つの突出バリ部材１１ｂ，１２ｂとして形成されるか、或いは、２以上の突出バリ部材１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとして形成される第１の中空状突出部材１１及び第２の中空状突出部材１２が混在されて形成される。第１の中空状突出部材１１は、図４に示す第１の中空状突出部材１１と同様に、貫通ホール１１ａが、Ｙ２行及びＹ３行の各図に示すように、四角形や楕円状に形成される場合、４つの突出バリ部材１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅとして形成され、第２の中空状突出部材１２もまた、第１の中空状突出部材１１と同様に適用される。ここで、図４に示す表において、Ｘ１列は、第１の中空状突出部材１１に２つの突出バリ部材１１ｂ，１１ｃが形成された実施形態を示し、Ｘ２列は、第１の中空状突出部材１１に３つや４つの突出バリ部材１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅが形成された実施形態を示し、Ｘ３列は、Ｘ１列に示す第１の中空状突出部材１１の斜視図を示す。なお、図１は、図４のＸ１列とＹ１行に示す２つの突出バリ部材１１ｂ，１１ｃ，１２ｂ，１２ｃを有する第１の中空状突出部材１１及び第２の中空状突出部材１２が形成された本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極の断面図を示す。

一つ以上の突出バリ部材１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、それぞれ貫通ホール１１ａ，１２ａから延びるように貫通型アルミニウムシート１０に互いに離隔して一体に形成され、それぞれの高さＴ２，Ｔ３は、２〜７０μｍになるように形成される。例えば、図２及び図４に示すように、突出バリ部材１１ｂ，１２ｂの高さＴ２，Ｔ３は、貫通型アルミニウムシート１０の一方の面１０ａや他方の面１０ｂを基準として最大の高さであり、多数の突出バリ部材１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、それぞれ貫通型アルミニウムシート１０の一方の面１０ａや他方の面１０ｂを基準として互いに分離された状態で高さが２μｍ以上になるように形成されることを示す。このように多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２は、一つ以上の突出バリ部材１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを有するように形成されることにより、貫通型アルミニウムシート１０の表面積をなお一層増大させて高密度を有する電極が実現される。例えば、第１の中空状突出部材１１及び第２の中空状突出部材１２は、円筒状柱部材を用いて形成するとき、直径Ｄ１，Ｄ３が互いに均一な円筒状貫通ホール１１ａ，１２ａを形成するとともに、第１の中空状突出部材１１及び第２の中空状突出部材１２の一方の側や他方の側の内径Ｄ２，Ｄ４が直径Ｄ１，Ｄ３に等しいかそれよりも小さくなるように形成される突出バリ部材１１ｂ，１２ｂとして形成されることにより、貫通型アルミニウムシート１０の表面積をなお一層増大させて高密度を有する電極が実現される。

第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０は、それぞれ図１及び図２に示すように、ロールプレス法を２回以上繰り返し行って多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２を介して互いにつながるように貫通型アルミニウムシート１０の一方の面及び他方の面に同時に押し付けられて貼着され、ロールプレス法を２回以上繰り返し行うとき、最後に行われるロールプレス法により押し付けられた第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０の厚さＴ４，Ｔ５は、それぞれ最初に行われるロールプレス法により押し付けられた厚さ（図示せず）よりも２〜３０％薄く形成される。

第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０は、それぞれロールプレス法を２回以上繰り返し行って貫通型アルミニウムシート１０に同時に押し付けられて貼着されることにより、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０を貼着するための押付力により多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２の外形が変形されたり、これにより貫通ホール１１ａ，１２ａが閉塞されたりするなどの損傷を防ぐとともに、等価直列抵抗特性が低下することを防ぎ、高密度を有する電極が実現される。

例えば、本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極は、図７に示すプレス部１４０を用いてロールプレス法を２回繰り返し行って形成する。

最初に行われるロールプレス法は、最後に行われるロールプレス法よりも低い圧力で押し付けて貫通型アルミニウムシート１０の一方の面及び他方の面にそれぞれ第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０を貼着する。すなわち、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０は、それぞれ低い圧力で貫通型アルミニウムシート１０に貼着されることにより、圧力により多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２の外形が変形されることが防がれる。このように、最初に行われるロールプレス法は、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０をそれぞれ第１の中空状突出部材１１や第２の中空状突出部材１２に部分的に充填し、これにより、最初に行われるロールプレス法に用いられる圧力よりも高い圧力が加えられることにより生じる第１の中空状突出部材１１や第２の中空状突出部材１２の外形の変形が防がれる。

第二番目、すなわち、第二番目が最後である場合、最後に行われるロールプレス法は、最初に行われるロールプレス法よりも高い圧力で押し付けて貫通型アルミニウムシート１０の一方の面及び他方の面にそれぞれ第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０を貼着する。最後に行われるロールプレス法は、最初に行われるロールプレス法よりも高い圧力で押し付けても、既にある程度第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０がそれぞれ第１の中空状突出部材１１や第２の中空状突出部材１２に部分的に充填されることにより、第１の中空状突出部材１１や第２の中空状突出部材１２の外形が変形されることが防がれる。最後に行われるロールプレス法においては、最初に行われるロールプレス法よりも高い圧力で第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０を同時に押し付けることにより、多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２に充填された状態で多数の貫通ホール１１ａ，１２ａに充填されて互いにつながる。

最後に行われるロールプレス法により、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０は、多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２に充填されてそれぞれの内周面や外周面に貼着された状態で多数の貫通ホール１１ａ，１２ａに充填されることにより、単位体積当たりの重さの比を増大させて高密度を実現し、貫通型アルミニウムシート１０と接触される面積が増大されて等価直列抵抗特性の低下が防がれる。このような第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０は、それぞれ互いに同じ活物質材質からなり、厚さＴ４，Ｔ５が約２〜３０％薄くなるように押し付けて形成することにより、物理的な方法を用いて高密度を有する電極を製造することができ、それぞれの厚さＴ４，Ｔ５は、１００〜５００μｍである。ここで、活物質材質としては活性炭が用いられ、活性炭の平均粒径は１〜１０μｍであり、比表面積は１２００〜２２００ｍ^２／ｇである。

上述した構成を有する本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極の製造方法を添付図面を参照して説明すれば、下記の通りである。

本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極の製造方法は、図５及び図７に示すように、まず、一方の面１０ａ及び他方の面１０ｂにそれぞれ多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２が形成された貫通型アルミニウムシート１０を第１のローラ１１０に巻き取って準備する（Ｓ１０）。第１のローラ１１０の準備とともに、第１の活物質シート２０を第２のローラ１２０に巻き取って準備し（Ｓ２０）、第２の活物質シート３０を第３のローラ１３０に巻き取って準備する（Ｓ３０）。第１のローラ１１０と、第２のローラ１２０及び第３のローラ１３０がそれぞれ準備されると、貫通型アルミニウムシート１０の一方の面１０ａの上側に第１の活物質シート２０が位置するようにし、他方の面１０ｂの下側に第２の活物質シート３０が位置するようにして貫通型アルミニウムシート１０と、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０をそれぞれプレス部１４０に搬送する（Ｓ４０）。貫通型アルミニウムシート１０と、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０をそれぞれプレス部１４０に搬送されると、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０をそれぞれ貫通型アルミニウムシート１０の一方の面及び他方の面にそれぞれ貼着し、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０がそれぞれ多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２を介して互いにつながるように第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０を同時にプレス部１４０を用いて押し付けた（Ｓ５０）後に、公知の乾燥工程を用いて乾燥させて本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極を製造する。

前記構成のうち、貫通型アルミニウムシート１０を第１のローラに巻き取って準備するステップ（Ｓ１０）において、貫通型アルミニウムシート１０は、先端の尖った円筒柱部材（図示せず）と、楕円柱部材（図示せず）及び四角柱部材（図示せず）のうちのいずれか一つを用いて貫通型アルミニウムシート１０を一方の面１０ａや他方の面１０ｂから押し付けて突き抜くことにより、貫通型アルミニウムシート１０に多数の貫通ホール１１ａ、１２ａを形成するとともに、多数の貫通ホール１１ａ，１２ａとそれぞれ連通されるように貫通型アルミニウムシート１０から延びて突出するように多数の第１の中空状突出部材１１や多数の第２の中空状突出部材１２が一体に形成される。

貫通型アルミニウムシート１０に形成される多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２は、それぞれ貫通型アルミニウムシート１０の一方の側や他方の側、すなわち、第１の方向や第２の方向に突出するように形成され、第１の方向は、貫通型アルミニウムシート１０の一方の面１０ａを向く方向であり、第２の方向は、第１の方向とは反対の方向に貫通型アルミニウムシート１０の他方の面１０ｂを向く方向である。

第１の活物質シート２０を第２のローラ１２０に巻き取って準備するステップ（Ｓ２０）及び第２の活物質シート３０を第３のローラ１３０に巻き取って準備するステップ（Ｓ３０）において、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０はそれぞれ互いに同じ活物質材質からなり、活物質材質は、電極材６０〜８０ｗｔ％及び粘度調節物２０〜４０ｗｔ％からなり、粘度を５，０００〜１０，０００ｃｐ（ｃｅｎｔｉｐｏｉｓｅ）にする。第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０は、それぞれ上述した粘度を維持し、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０がある程度粘度を有した状態で搬送されて貫通型アルミニウムシート１０に貼着されるため、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０の接着力が改善される。ここで、電極材は、活性炭８５〜９５ｗｔ％と、導電剤３〜８ｗｔ％及びバインダー２〜７ｗｔ％からなり、粘度調節物は、アルコール３０〜６０ｗｔ％及び純水４０〜７０ｗｔ％からなる。ここで、活性炭は、水熱合成方法を用いて製造した炭素粒子粉末を活性化処理して製造する。活性化処理は、炭素粒子粉末と混合アルカリを重量比（ｗｔ％）が１：２〜３になるように混合して乾燥させた後に、窒素雰囲気の管状炉において６００〜１０００℃で熱処理して行い、混合アルカリは、ＮａＯＨとＫＯＨを重量比（ｗｔ％）が１：９〜１２になるように混合する。

活性炭の製造方法について詳細に説明すると、まず、公知の水熱合成方法を用いて製造した炭素粒子粉末を製造する。炭素粒子粉末としては、公知の原料が用いられ、原料としては、ピッチコークス、椰子殻やバイオ物質が用いられ、バイオ物質としては、ジャガイモ澱粉、チョウセンマツ(朝鮮松)の実またはトウモロコシなどが用いられる。炭素粒子粉末が製造されると、炭素粒子粉末を活性化処理する。活性化処理に際しては、まず、炭素粒子粉末を混合アルカリ溶液に３０分間〜２時間真空含浸させた後、１０〜１５時間攪拌して炭素粒子粉末と混合アルカリを混合する。

炭素粒子粉末と混合アルカリが混合されると、公知のろ過機を用いてろ過した後に、１００〜１３０℃で１０〜１５時間真空乾燥させる。乾燥が終わると、窒素雰囲気の管状炉において６００〜１０００℃で３０分間〜１時間３０分間熱処理して活性化させる。活性化が終わると、混合アルカリが混合された炭素粒子粉末を蒸留水で１〜１０回繰り返し洗浄した後に乾燥させて活性炭を製造する。

活性炭の製造に際して、ＮａＯＨ及びＫＯＨからなる混合アルカリは、活性炭にＮａＯＨ及びＫＯＨによる２種類の大きさの気孔を形成する。すなわち、Ｋイオン及びＮａイオンは、互いに大きさが異なり、活性化動作の違いにより活性炭に互いに異なる大きさの気孔を形成する。例えば、Ｋイオンは、Ｎａイオンの活性化により形成された気孔に比べて狭くて深い気孔を形成し、Ｎａイオンは、Ｋイオンの活性化により形成された気孔に比べて広くて浅い気孔を形成する。

活性炭の比表面積は、図６に示すように、ＮａＯＨ及びＫＯＨの重量比（ｗｔ％）を１：９に固定した状態で炭化物及び混合アルカリの重量比を１：２、１：２．３、１：２．６及び１：３に変えながら実験するときに増大される。このような実験の実施形態でのように、混合アルカリにおけるＫＯＨの重量比（ｗｔ％）が増加される場合、活性炭の比表面積は、図６に示すように、１２００ｍ^２／ｇから２２００ｍ^２／ｇに増大されるため、平均粒径１〜１０μｍの活性炭が使用可能になる。すなわち、活性炭は、平均粒径が小さいにも拘わらず、比表面積が増大されるので、活性炭の体積当たりの容量を増加させて高密度の電極を実現する。

活性炭に残存する金属不純物は、図６に示すように、ＮａＯＨ及びＫＯＨの重量比（ｗｔ％）を１：９に固定した状態で炭化物及び混合アルカリの重量比（ｗｔ％）を１：３、１：２．６、１：２．３及び１：２に変えながら実験するときに減少される。例えば、Ｎａイオンにより形成された気孔を用いて活性炭を洗浄するとき、図６に示すように、金属不純物の除去効果が改善される。ここで、活性炭の洗浄後に残存する金属不純物としては、ＮｉやＫなどが挙げられる。

このように、活性炭は、炭化物及び混合アルカリの割合に応じて、比表面積の増加と金属不純物の減少が互いに相反する状態を示しているが、活性炭の使用目的に応じて最適な炭化物及び混合アルカリの割合を選択する場合、体積当たりの容量を増加させながらも金属不純物の残存量を減少させることができる。

第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０を同時にプレス部１４０を用いて押し付けるステップ（Ｓ５０）は、図７に示すように、まず、第１の活物質シート２０と、第２の活物質シート３０及び貫通型アルミニウムシート１０が一対の第１のプレスローラ１４１に搬送されると、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０がそれぞれ貫通型アルミニウムシート１０の一方の面及び他方の面に貼着されるように一対の第１のプレスローラ１４１を用いて第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０を同時に第１の圧力で１次的に押し付ける（Ｓ５１）。

第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０の１次押し付けが終わった貫通型アルミニウムシート１０が一対の第２のプレスローラ１４２に搬送されると、１次的に押し付けられた第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０がそれぞれ多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２を介して互いにつながるように、一対の第２のプレスローラ１４２を用いて第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０を同時に第１の圧力よりも高い第２の圧力で２次的に押し付ける（Ｓ５２）。ここで、第２の圧力は、貫通型アルミニウムシート１０の一方の面及び他方の面に貼着された第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０の厚さＴ４，Ｔ５が、第１の圧力により押し付けられて貫通型アルミニウムシート１０の一方の面及び他方の面に貼着された第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０の厚さ（図示せず）よりも２〜３０％薄く形成されるように設定される。

上述した第１の圧力は、図７に示すように、一対の第１のプレスローラ１４１との離隔距離である間隔Ｍ１により設定され、第２の圧力は、それぞれ図７に示すように、一対の第２のプレスローラ１４２との離隔距離である間隔Ｍ２により設定される。すなわち、一対の第１のプレスローラ１４１は、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０にそれぞれ第１の圧力が加えられるように間隔Ｍ１を隔てて隔設されて第１の活物質シート２０を厚さＴ６に形成するとともに、第２の活物質シート３０を厚さＴ７に形成する。一対の第２のプレスローラ１４２は、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０にそれぞれ第２の圧力が加えられるように間隔Ｍ２を隔てて隔設されて第１の活物質シート２０を厚さＴ４に形成するとともに、第２の活物質シート３０を厚さＴ５に形成して、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０の厚さＴ４，Ｔ５が厚さＴ６，Ｔ７よりも２〜３０％薄くなるように形成する。ここで、厚さＴ６，Ｔ７は互いに同じ厚さを有し、厚さＴ４，Ｔ５もまた互いに同じ厚さを有する。

第１の圧力で１次的に押し付けた第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０の厚さＴ６，Ｔ７よりも２〜３０％薄くなるように第２の圧力で２次的に押し付けた第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０の厚さＴ４，Ｔ５は、一対の第１のプレスローラ１４１の離隔距離Ｍ１と、一対の第２のプレスローラ１４２の離隔距離Ｍ２との間の差分（Ｍ３＋Ｍ４）により生じる。すなわち、第１の圧力及び第２の圧力は、プレス部１４０に配設される一対の第１のプレスローラ１４１の離隔距離Ｍ１及び一対の第２のプレスローラ１４２の離隔距離Ｍ２により設定され、第１の圧力と第２の圧力との間の差分は、一対の第１のプレスローラ１４１の離隔距離Ｍ１と、一対の第２のプレスローラ１４２の離隔距離Ｍ２との間の差分（Ｍ３＋Ｍ４）により生じる。例えば、離隔距離Ｍ１は、間隔（Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４）に等しくなるように設定されることにより、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０の厚さＴ４，Ｔ５は、厚さＴ６，Ｔ７よりも２〜３０％薄くなるように形成して高密度を有する電極が実現し易い。ここで、離隔距離Ｍ１，Ｍ２は、それぞれ一対の第１のプレスローラ１４１や一対の第２のプレスローラ１４２の配置間隔を示す。

第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０の厚さＴ４，Ｔ５が２〜３０％薄くなるように同時に押し付けられて第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０が多数の第１の中空状突出部材１１及び多数の第２の中空状突出部材１２を介して互いにつながるように形成されると、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０は、公知の乾燥工程により乾燥されて本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極が製造される。

本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極は、貫通型アルミニウムシート１０と、第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０の接着力をなお一層改善するために導電性接着剤が用いられる。導電性接着剤としては、公知の材質が用いられ、貫通型アルミニウムシート１０の一方の面１０ａや他方の面１０ｂにそれぞれ振り撒かれた状態で塗布した後に、一対のプレスローラ１４０を用いて第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０を押し付けて第１の活物質シート２０及び第２の活物質シート３０を導電性接着剤により貫通型アルミニウムシート１０になお一層強固に貼着して本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極を製造する。

上述したように、本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極及びその製造方法によれば、電気二重層コンデンサの電極に用いられるアルミニウムシートに多数の貫通ホールを形成するに当たって、アルミニウムシートの表面積の損失を防いでアルミニウムシートと活物質シートとの間の接触面積を増大させることにより、高密度電極が実現される。

本発明の電気二重層コンデンサの高密度電極及びその製造方法は、電気二重層コンデンサの製造産業分野に適用可能である。

10…貫通型アルミニウムシート、11…第１の中空状突出部材、12…第２の中空状突出部材、20…第１の活物質シート、30…第２の活物質シート、110…第１のローラ、120…第２のローラ、130…第３のローラ、140…プレス部、141…第１のプレスローラ、142…第２のプレスローラ。

Claims (16)

1. 互いに離隔するように多数の貫通ホールが形成される貫通型アルミニウムシートと、
   前記貫通ホールと連通されるように貫通型アルミニウムシートから延びて貫通型アルミニウムシートの一方の側に突出するように形成される多数の第１の中空状突出部材と、
   前記多数の第１の中空状突出部材とそれぞれ離隔するように形成され、前記貫通ホールと連通されるように貫通型アルミニウムシートから延びて貫通型アルミニウムシートの他方の側に突出するように形成される多数の第２の中空状突出部材と、
   前記多数の第１の中空状突出部材が埋め込まれるように貫通型アルミニウムシートの一方の面に貼着される第１の活物質シートと、
   前記多数の第２の中空状突出部材が埋め込まれ、多数の第１の中空状突出部材及び多数の第２の中空状突出部材を介して第１の活物質シートとつながるように貫通型アルミニウムシートの他方の面に貼着される第２の活物質シートと、
   を備えることを特徴とする電気二重層コンデンサの高密度電極。
2. 前記貫通型アルミニウムシートには、互いに離隔するように多数の貫通ホールが形成され、前記多数の貫通ホールは、それぞれアルミニウムシートの一方の面及び他方の面が貫通されるように形成され、それぞれの直径は５０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極。
3. 前記貫通型アルミニウムシートの厚さは、１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極。
4. 前記多数の第１の中空状突出部材及び前記多数の第２の中空状突出部材は、それぞれ先端の尖った円筒柱部材と、楕円柱部材及び四角柱部材のうちのいずれか一つを用いて貫通型アルミニウムシートを一方の面や他方の面から押し付けて突き抜くことにより、貫通型アルミニウムシートに多数の貫通ホールを形成するとともに、多数の貫通ホールとそれぞれ連通されるように貫通型アルミニウムシートから延びて突出するように形成され、前記貫通ホールは、円筒柱部材と、楕円柱部材及び四角柱部材のうちのいずれか一つにより円筒状と、楕円状及び四角形のうちのいずれか一つの形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極。
5. 前記多数の第１の中空状突出部材及び前記多数の第２の中空状突出部材は、それぞれ先端の尖った円筒柱部材と、楕円柱部材及び四角柱部材のうちのいずれか一つにより一つ以上の突出バリ部材として形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極。
6. 前記一つ以上の突出バリ部材は、それぞれ貫通ホールから延びるように貫通型アルミニウムシートに互いに離隔して一体に形成され、それぞれの高さは、２〜７０μｍであることを特徴とする請求項５に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極。
7. 前記第１の活物質シート及び前記第２の活物質シートは、それぞれロールプレス法を２回以上繰り返し行って多数の第１の中空状突出部材及び多数の第２の中空状突出部材を介して互いにつながるように貫通型アルミニウムシートの一方の面及び他方の面に同時に押し付けられて貼着され、ロールプレス法を２回以上繰り返し行う際に、最後に行われるロールプレス法により押し付けられた第１の活物質シートの厚さ及び第２の活物質シートの厚さは、それぞれ最初に行われるロールプレス法により押し付けられた厚さよりも２〜３０％薄く形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極。
8. 前記第１の活物質シート及び前記第２の活物質シートは、それぞれ互いに同じ活物質材質からなり、厚さは、１００〜５００μｍであり、前記活物質材質としては、活性炭が用いられ、前記活性炭は、平均粒径が３〜５μｍであり、比表面積は、１２００〜２２００ｍ^２／ｇであることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極。
9. 一方の面及び他方の面にそれぞれ多数の第１の中空状突出部材及び多数の第２の中空状突出部材が形成された貫通型アルミニウムシートを第１のローラに巻き取って準備するステップと、
   第１の活物質シートを第２のローラに巻き取って準備するステップと、
   第２の活物質シートを第３のローラに巻き取って準備するステップと、
   前記貫通型アルミニウムシートの一方の面の上側に前記第１の活物質シートが位置するようにし、他方の面の下側に前記第２の活物質シートが位置するようにして貫通型アルミニウムシートと、第１の活物質シート及び第２の活物質シートをそれぞれプレス部に搬送するステップと、
   第１の活物質シート及び第２の活物質シートをそれぞれ貫通型アルミニウムシートの一方の面及び他方の面にそれぞれ貼着し、多数の第１の中空状突出部材及び多数の第２の中空状突出部材を介して互いにつながるように第１の活物質シート及び第２の活物質シートを同時にプレス部を用いて押し付けるステップと、
   を含むことを特徴とする電気二重層コンデンサの高密度電極の製造方法。
10. 前記貫通型アルミニウムシートを第１のローラに巻き取って準備するステップにおいて、貫通型アルミニウムシートは、先端の尖った円筒柱部材と、楕円柱部材及び四角柱部材のうちのいずれか一つを用いて一方の面や他方の面から押し付けて突き抜くことにより多数の貫通ホールを形成するとともに、多数の貫通ホールとそれぞれ連通されるように貫通型アルミニウムシートから延びて突出するように多数の第１の中空状突出部材や多数の第２の中空状突出部材が一体に形成されることを特徴とする請求項９に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極の製造方法。
11. 前記多数の第１の中空状突出部材及び前記多数の第２の中空状突出部材は、それぞれ貫通型アルミニウムシートの一方の側や他方の側に突出するように形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極の製造方法。
12. 前記第１の活物質シートを第２のローラに巻き取って準備するステップ及び前記第２の活物質シートを第３のローラに巻き取って準備するステップにおいて、前記第１の活物質シート及び前記第２の活物質シートは、それぞれ互いに同じ活物質材質からなり、前記活物質材質は、電極材６０〜８０ｗｔ％及び粘度調節物２０〜４０ｗｔ％からなり、粘度は、５，０００〜１０，０００ｃｐ（センチポイズ）であることを特徴とする請求項９に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極の製造方法。
13. 前記電極材は、活性炭８５〜９５ｗｔ％と、導電剤３〜８ｗｔ％及びバインダー２〜７ｗｔ％からなり、前記活性炭は、水熱合成方法により製造された炭素粒子粉末を活性化処理して製造し、前記活性化処理は、炭素粒子粉末と混合アルカリを重量比（ｗｔ％）が１：２〜３になるように混合して乾燥させた後に、窒素雰囲気の管状炉において６００〜１０００℃で熱処理して行い、前記混合アルカリは、ＮａＯＨ及びＫＯＨの重量比（ｗｔ％）が１：９〜１２になるように混合されることを特徴とする請求項１２に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極の製造方法。
14. 前記粘度調節物は、アルコール３０〜６０ｗｔ％及び純水４０〜７０ｗｔ％からなることを特徴とする請求項１２に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極の製造方法。
15. 前記第１の活物質シート及び第２の活物質シートを同時にプレス部を用いて押し付けるステップは、第１の活物質シート及び第２の活物質シートがそれぞれ貫通型アルミニウムシートの一方の面及び他方の面に貼着されるように一対の第１のプレスローラを用いて第１の活物質シート及び第２の活物質シートを同時に第１の圧力で１次的に押し付けるステップと、
    前記１次的に押し付けられた第１の活物質シート及び第２の活物質シートがそれぞれ多数の第１の中空状突出部材及び多数の第２の中空状突出部材を介して互いにつながるように一対の第２のプレスローラを用いて第１の活物質シート及び第２の活物質シートを同時に第１の圧力よりも高い第２の圧力で２次的に押し付けるステップと、
    を含み、
    前記第１の圧力は、一対の第１のプレスローラの離隔距離により設定され、前記第２の圧力は、一対の第２のプレスローラの離隔距離により設定されることを特徴とする請求項９に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極の製造方法。
16. 前記２次的に押し付けるステップにおいて、第２の圧力は、貫通型アルミニウムシートの一方の面及び他方の面に貼着された第１の活物質シート及び第２の活物質シートの厚さが、第１の圧力により押し付けられて貫通型アルミニウムシートの一方の面及び他方の面に貼着された第１の活物質シート及び第２の活物質シートの厚さよりも２〜３０％薄く形成されるように設定されることを特徴とする請求項１５に記載の電気二重層コンデンサの高密度電極の製造方法。

Images