JP3470462B2 - 電気二重層キャパシタ用電極の製造方法 - Google Patents

電気二重層キャパシタ用電極の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層キャパ
シタに用いられる電極の製造方法に関する。 【0002】 【従来の技術】従来より電気エネルギの貯蔵用に電気二
重層キャパシタが使用されている。この電気二重層キャ
パシタは、通常集電体を兼ねるケースにセパレータで分
離され電解液が含浸された正負の電極が収納された構造
となっている。 【0003】電気二重層キャパシタに用いられる電極
は、通常活性炭とカーボンブラックとを結着材としての
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いて固化
し、プレス処理して製造される。 【0004】このような電気二重層キャパシタ用電極の
製造方法の例が、電気化学(1991年)No.7第6
07頁〜第613頁までに開示されている。 【0005】上記文献によれば、電極の実用的な強度を
保つことができるPTFEの最低含有量は10wt%程
度であることが示されている。またこの構成において、
活性炭の比表面積が2000m2 /g以上の場合には、
電極のみかけ密度は、0.5〜0.38g/cm3 程度
となっている。これは、活性炭の細孔容積が増大するこ
とにより、活性炭自体の密度が低下するためである。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】一般に、電気二重層キ
ャパシタの単位体積当りの容量を上げるためには、各電
極の単位体積当りの容量を上げる必要があるが、このた
めには電極を構成する活性炭の比表面積を上げると共
に、電極のみかけ密度を上げる必要がある。 【0007】上述の従来例において、2000m2 /g
以上の高い比表面積を維持した状態で電極のみかけ密度
を上げるためには、電極を製造する際のプレス処理のプ
レス圧を上げる必要がある。しかし、プレス圧を上げる
と、活性炭やカーボンブラックの粒子間あるいはそれら
と集電体間の結着力の弱さにより、電極にわれが生じた
り電極と集電体間の剥離等が生じるという問題があっ
た。 【0008】この結着力の弱さの原因は、図5に示され
るように、結着材として使用されるPTFE微粒子のう
ちその一部分しか活性炭粒子同士の結着に有効に使用さ
れない点にある。 【0009】すなわち、PTFE粒子の粒径は、約0.
3μm程度であり、活性炭の平均粒径である約5μmに
対し10分の1以下となっている。これらを混合し乾燥
した時点においては、図5(a)に示されるように、活
性炭粒子10とPTFE粒子12とが緩やかに結着した
状態となっている。この状態では、活性炭粒子10同士
を十分結着するには至っていないので、ホットプレスや
ロール圧延等によるプレス処理によって十分な結着性を
得る必要がある。 【0010】このプレス処理を行った後の様子が図5
(b)に示される。図5(b)においては、プレス処理
により活性炭粒子10同士の距離が小さくなり、活性炭
粒子10の間には、活性炭粒子10を結着させるための
PTFE粒子12aが存在している(図では黒くぬりつ
ぶして表示している)。一方、活性炭粒子10同士の隙
間には、活性炭粒子10の結着に有効に使用されないP
TFE粒子12bも存在する(図では黒くぬりつぶさず
に表示している)。 【0011】すなわち、活性炭粒子10の結着に用いら
れるPTFE粒子12aは、全PTFE粒子の一部であ
るということがわかる。このために、活性炭粒子10の
結着性が上がらないと考えられる。 【0012】従来は、以上のように活性炭粒子10の結
着性が十分でなかったので、プレス処理時のほか、電解
液に浸漬した時にも集電体から電極が剥離する等の問題
が生じていた。 【0013】活性炭粒子10の結着性を上げるために
は、PTFEの量を増加させることが考えられるが、そ
のようにすると、キャパシタの容量に無関係であるPT
FE重量が増加することになり、電極の重量当たりの静
電容量が低下するという問題が生ずる。 【0014】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、PTFE量を増加することなく
電極の高密度化を図れる電気二重層キャパシタ用電極の
製造方法を提供することにある。 【0015】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願の第1の発明は、活性炭等の導電性物質と、結
着剤であるポリテトラフルオロエチレンとを溶媒により
ペースト状とし、このペーストを集電体上に塗布しプレ
ス処理する電気二重層キャパシタ用電極の製造方法であ
って、前記集電体上に塗布されたペーストを、ポリテト
ラフルオロエチレンの融解温度以上でかつ分解温度未満
320℃から400℃までの温度で加熱することによ
り乾燥し、前記乾燥されたペーストを、温度が23℃以
下でプレス圧が300kg/cm 2 から400kg/c
2 プレス処理することを特徴とする。 【0016】 【0017】 【0018】上記構成によれば、集電体上に塗布された
ペーストを、ポリテトラフルオロエチレンの融解温度以
上でかつ分解温度未満の温度で加熱するので、ポリテト
ラフルオロエチレンの粒子は、融解され互いに融合しな
がら緩く接触している活性炭粒子の間に毛管現象により
侵入する。このため、活性炭粒子10の結着に有効に使
用されないPTFEがほとんど存在しなくなる。 【0019】 【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。 【0020】本発明に係る電気二重層キャパシタ用電極
の製造方法においては、活性炭と導電化材としてのカー
ボンブラックと結着材としてのPTFEと所定の溶媒と
からなるペーストを、アルミ箔等の集電体表面に塗布し
これを乾燥しさらにロール圧延等によりプレス処理して
高密度の電極を形成するものである。 【0021】図1には、本発明に係る製造方法におい
て、活性炭粒子10がPTFE14の粒子により結着さ
れる様子が示される。 【0022】図1(a)においては、上述のペーストが
集電体表面に塗布された後、PTFEの融解温度以上で
あってかつPTFEの分解温度以下の温度で加熱された
後の様子が示されている。この温度としては、例えば3
20℃から400℃の温度が考えられる。集電体表面に
塗布されたペーストを上述の320℃から400℃の間
の温度で加熱すると、図1(a)に示されるように、P
TFE14の粒子は、融解され互いに融合しながら緩く
接触している活性炭粒子10の間に毛管現象により侵入
する。このため、活性炭粒子10の間の隙間に存在する
活性炭粒子10の結着に有効に使用されないPTFEが
ほとんど存在しなくなる。 【0023】活性炭粒子10の間には、上述の通り、P
TFE14が十分に存在するので、活性炭粒子10同士
の結着性が向上し、ロール圧延等によりプレス処理を行
なう場合に高いプレス圧を使用しても電極にわれが生じ
たり電極と集電体間の剥離等が生じることがない。 【0024】この時に使用されるプレス圧は、300k
g/cm2 から400kg/cm2程度の高圧が使用さ
れる。従って、図1(b)に示されるように、PTFE
14のプレス処理時における変形や流動によって活性炭
粒子10のつまりがよくなり、電極の高密度化を図るこ
とができる。この電極の高密度化により、電極の体積当
たりのエネルギ密度を向上することができる。 【0025】電極を高密度化するためには、プレス処理
の圧力を高くすることのほかに、プレス処理時の温度を
高くすることも有効である。ただしこの場合には、活性
炭粒子10の結着性がやや低下するので、結着材として
のPTFE14の量を若干増加させる必要がある。 【0026】一方、活性炭粒子10の結着性を高めるた
めには、上述のプレス処理時の温度として23℃以下か
ら0℃の範囲が特に好ましい。これは、PTFEが23
℃付近において転移点を有し、この温度付近における体
積変化が著しいために、23℃を越える温度でプレス処
理をすると、冷却時に電極と集電体との間で内部応力が
生じ、集電体から電極が剥離しやすくなるためである。 【0027】次に、プレス処理の温度を20℃とした場
合の、プレス圧力と電極密度との関係の例を実施例1
に、プレス温度と電極密度との関係の例を実施例2に、
プレス処理の温度を20℃とした場合の電極の剥離の生
じ易さと使用するPTFEの重量との関係の例を実施例
3にそれぞれ示す。 【0028】実施例1 平均粒径約0.3μmのPTFE粒子を、エチルカルビ
トール溶媒に分散させた溶液と、中心粒径10μmの活
性炭と、導電化材としてカーボンブラックとを混合し、
所定の粘度となるようにエチルカルビトール溶媒の量を
調節してペーストを作製した。 【0029】この場合の重量比は、乾燥後において活性
炭:カーボンブラック:PTFE=8:1:1とした。 【0030】以上のように作製したペーストを、20μ
mの厚さのアルミ箔の表面にコーティングし、340℃
で10分間乾燥、焼成した。その後、アルミ箔とペース
トを冷却し、20℃の温度にて圧力を変えてプレス処理
を行ない、電極としてのペースト膜を得た。次に、この
ようにして得られた各電極の密度を測定した。 【0031】以上の実験の結果が図2に示される。図2
に示されるように、プレス処理の圧力を上げていくと、
電極密度は上昇し、400kg/cm2 にて0.75g
/cm3 となった。ただし、それ以上の圧力をかけた場
合には、電極としてのペースト膜のアルミ箔からの剥離
が生じた。 【0032】 【0033】 【0034】実施例2 実施例1と同様のPTFE粒子、活性炭及びカーボンブ
ラックを使用して、ペーストを作製する際に、活性炭:
カーボンブラック:PTFE=3:1:xとし、このx
の値を種々変えて、実施例1と同様にプレス処理まで行
ない、電極であるペースト膜のアルミ箔からの剥離のし
やすさを測定した。 【0035】また、比較例として、乾燥温度を、340
℃ではなく200℃としたものについても実験を行なっ
た。 【0036】なお、膜の剥離の生じ易さのテストは、ア
ルミ箔上に形成されたペーストの膜上に粘着テープを貼
り付け、これを引き剥がすときに膜の剥離が生ずるか否
かによって判定した。 【0037】図4に示されるように、本実施例の場合に
は、比較例に比べて半分以下のPTFEの量によって耐
剥離性の良好な電極が得られることがわかった。これ
は、図1に示されるように、PTFEの融解温度である
320℃を越える温度で乾燥を行なった場合に、PTF
Eが融解し活性炭粒子の間に毛管現象によって入り込む
ために、PTFE粒子の大部分が、活性炭粒子の結着に
有効に使用されるようになるためであると考えられる。
これに対して、320℃以下の温度で乾燥した場合に
は、上記のように、活性炭粒子の結着に有効に使用され
るPTFEの粒子の割合が低下し、結果として耐剥離性
を向上することができなかったと考えられる。 【0038】 【発明の効果】以上説明したように、乾燥工程において
PTFEを溶融させ活性炭粒子間になじませた後にプレ
ス処理を行なうので、プレス圧力を増加させても電極と
集電体間の剥離が生じにくくなる。この結果、PTFE
の量を増加させずに高密度の電気二重層キャパシタ用電
極を製造することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明に係る電気二重層キャパシタ用電極の
製造方法において、活性炭粒子が結着する様子を示す図
である。 【図2】 本発明に係る電気二重層キャパシタ用電極の
製造方法におけるプレス処理の圧力と電極密度との関係
を示す図である。 【図3】 本発明に係る電気二重層キャパシタ用電極の
製造方法により製造した電極の耐剥離性の試験結果を示
す図である。 【図4】 従来の電気二重層キャパシタ用電極の製造方
法において、活性炭粒子が結着する様子を示す図であ
る。 【符号の説明】 10 活性炭粒子、12 PTFE粒子、14 PTF
E。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−196364(JP,A) 特開 平2−235320(JP,A) 特開 昭63−107011(JP,A) 特開 平6−140284(JP,A) 特開 平6−302473(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 9/058

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 活性炭等の導電性物質と、結着剤である
    ポリテトラフルオロエチレンとを溶媒によりペースト状
    とし、このペーストを集電体上に塗布しプレス処理する
    電気二重層キャパシタ用電極の製造方法であって、 前記集電体上に塗布されたペーストを、ポリテトラフル
    オロエチレンの融解温度以上でかつ分解温度未満の32
    0℃から400℃までの温度で加熱することにより乾燥
    し、 前記乾燥されたペーストを、温度が23℃以下でプレス
    圧が300kg/cm 2 から400kg/cm 2 プレス
    処理することを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極
    の製造方法。
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JP4276063B2 (ja) 2003-12-26 2009-06-10 Tdk株式会社 電気化学キャパシタ用電極の製造方法及び電気化学キャパシタの製造方法
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KR101243296B1 (ko) * 2011-10-14 2013-03-13 한국전기연구원 그래핀을 포함하는 전기이중층 커패시터용 시트 전극 및 그 제조방법

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