JP3500493B2 - Porous electrode and method for producing the same - Google Patents

Porous electrode and method for producing the same

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層コンデ
ンサ、電解コンデンサ、リチウムイオン二次電池用炭素
電極等として用いられる新規な多孔性電極及びその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel porous electrode used as an electric double layer capacitor, an electrolytic capacitor, a carbon electrode for a lithium ion secondary battery and the like and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来技術】一般に、電気二重層コンデンサの陽極・負
極、リチウムイオン二次電池の陰極等としては、活性炭
等を用いた炭素電極が幅広く使用されている。この炭素
電極は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のデ
ィスパージョンをバインダーとして用い、これに活性
炭、カーボンブラックあるいは導電性高分子を配合した
ものをアルミニウム箔等の基材上に塗布し、乾燥するこ
とによって製造されている。
2. Description of the Related Art Generally, carbon electrodes made of activated carbon are widely used as anodes / negative electrodes of electric double layer capacitors, cathodes of lithium ion secondary batteries, and the like. This carbon electrode uses a dispersion of polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder, and a mixture of activated carbon, carbon black or a conductive polymer is applied to a base material such as an aluminum foil and dried. Is manufactured by.

【0003】ところで、電気二重層コンデンサ、リチウ
ムイオン二次電池用炭素電極等における静電容量は、電
極箔の単位投影面積当たりの導電性微粒子と電解液との
接触面積(実効面積)に依存する。すなわち、静電容量
は、導電性微粒子自体の比表面積、電極箔の単位投影面
積当たりの導電性微粒子の充填密度等と密接な関係があ
る。
By the way, the electrostatic capacity of an electric double layer capacitor, a carbon electrode for a lithium ion secondary battery, etc. depends on the contact area (effective area) between the conductive fine particles and the electrolytic solution per unit projected area of the electrode foil. . That is, the capacitance is closely related to the specific surface area of the conductive fine particles themselves, the packing density of the conductive fine particles per unit projected area of the electrode foil, and the like.

【0004】しかし、導電性微粒子の比表面積を増大さ
せるには限界があり、比表面積の改良による静電容量の
飛躍的な増大はほとんど期待できない。従って、導電性
微粒子をいかに効率良く電極箔上に充填するかが大きな
課題となる。
However, there is a limit to increasing the specific surface area of the conductive fine particles, and it is almost impossible to expect a dramatic increase in capacitance due to the improvement of the specific surface area. Therefore, how to efficiently fill the electrode foil with the conductive fine particles is a major issue.

【0005】前記炭素電極においてバインダーとして用
いられるPTFEは接着性に乏しいことから、導電性微
粒子の充填性、導電性微粒子と基材の密着性等に劣る。
また、接着性の低さから、導電性微粒子が基材から剥離
しやすく、振動等に弱いという欠点もある。これらの問
題は、バインダーを多量に添加すれば改善することも可
能であるが、多量に添加すればそれだけ抵抗値が増大し
てしまい、いずれにしても十分な実用性を有する電極を
得ることはできない。
Since PTFE used as a binder in the carbon electrode is poor in adhesiveness, it is inferior in the filling property of the conductive fine particles and the adhesion between the conductive fine particles and the substrate.
Further, due to the low adhesiveness, the conductive fine particles are easily peeled off from the base material and have a drawback that they are susceptible to vibration and the like. These problems can be improved by adding a large amount of binder, but if added in a large amount, the resistance value increases, and in any case, it is impossible to obtain an electrode having sufficient practicality. Can not.

【0006】一方、導電性微粒子の充填率を向上するた
めに、PTFE以外のバインダーとしてスチレンブタジ
エンゴム及びアクリロニトリルブタジエンゴムの少なく
とも1種を用い、これに活性炭、カーボンブラック等を
練り混み、これをシート状に成形する方法も提案されて
いる(特開平8-250380号)。
On the other hand, in order to improve the filling rate of the conductive fine particles, at least one of styrene-butadiene rubber and acrylonitrile-butadiene rubber is used as a binder other than PTFE, and activated carbon, carbon black, etc. are kneaded and mixed into a sheet. A method of forming a sheet has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 8-250380).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術では、溶剤を蒸発させて得られた混合物をシート状に
成形するので、例えば図1(a)に示すように、バイン
ダーが導電性微粒子のまわりを完全に覆ってしまった
り、あるいは導電性微粒子の微細孔をも塞いでしまう。
その結果、電解液と導電性微粒子(電極)との十分な接
触状態を確保することができないだけでなく、これに伴
い抵抗値も上昇してしまうので、十分満足できる静電容
量が得られなくなる。
However, in the above technique, since the mixture obtained by evaporating the solvent is formed into a sheet, for example, as shown in FIG. Completely, or it also closes the fine pores of the conductive fine particles.
As a result, not only a sufficient contact state between the electrolytic solution and the conductive fine particles (electrode) cannot be ensured, but also the resistance value increases accordingly, so that a sufficiently satisfactory electrostatic capacitance cannot be obtained. .

【0008】しかも、上記の技術で用いられるバインダ
ーは、電解液の溶媒として用いられる炭酸プロピレン系
の有機溶剤に対して膨潤性を示す(すなわち、耐溶剤性
が低い)。このため、経時的にバインダーが変質するお
それがあり、その安定性・信頼性にも問題がある。
Moreover, the binder used in the above technique exhibits swelling property (that is, low solvent resistance) with respect to the propylene carbonate-based organic solvent used as the solvent of the electrolytic solution. Therefore, the binder may be deteriorated with time, and there is a problem in stability and reliability.

【0009】このように、上記技術においてさらに静電
容量を高めるためには、特に電解液と導電性微粒子との
接触状態という点においてなお改善すべき余地がある。
As described above, in order to further increase the capacitance in the above technique, there is still room for improvement, particularly in terms of the state of contact between the electrolytic solution and the conductive fine particles.

【0010】従って、本発明は、特に、電解液と導電性
微粒子との良好な接触状態を確保し、より優れた静電容
量を発揮できる電極材料を提供することを主な目的とす
る。さらに、本発明は、優れた接着性、耐溶剤性、耐振
動性等にも優れた電極材料を提供することをも目的とす
る。
Accordingly, the main object of the present invention is to provide an electrode material which can secure a good contact state between the electrolytic solution and the conductive fine particles and exhibit a more excellent capacitance. Another object of the present invention is to provide an electrode material having excellent adhesiveness, solvent resistance, vibration resistance and the like.

【0011】[0011]

【問題を解決するための手段】本発明者は、従来技術の
問題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、従来とは異なる材
料をバインダーとして用い、特定の方法によって製造す
ることにより、特異な構造を有する電極材料が得られる
ことを見出し、ついに本発明を完成するに至った。
The present inventor has conducted extensive studies in view of the problems of the prior art, and as a result, uses a material different from the conventional one as a binder and manufactures it by a specific method to obtain a unique structure. It was found that an electrode material having the above can be obtained, and finally the present invention was completed.

【0012】すなわち、本発明は、下記に示す新規な多
孔性電極及びその製造方法に係るものである。
That is, the present invention relates to the following novel porous electrode and a method for producing the same.

【0013】1 導電性微粒子が多孔質ゴム中に分散し
ていることを特徴とする多孔性電極。
1. A porous electrode in which conductive fine particles are dispersed in a porous rubber.

【0014】2 導電性微粒子と、溶剤中にゴムが溶解
したゴム溶液とを含む混合物を調製し、次いで当該混合
物からなる被膜を導電性基材上に形成し、乾燥すること
を特徴とする多孔性電極の製造方法。
2. Pores characterized in that a mixture containing conductive fine particles and a rubber solution in which rubber is dissolved in a solvent is prepared, and then a coating film comprising the mixture is formed on a conductive substrate and dried. Of manufacturing a conductive electrode.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の多孔性電極は、導電性微
粒子が多孔質ゴム中に分散していることを特徴とする。
この多孔質ゴムは、例えば電極構造を示す図1(b)の
ように、間隙が多数形成されている(白い部分)。この
間隙は、例えば本発明電極表面(架橋によりゴム分子を
収縮させて多孔質化ほ促進したもの)の走査型電子顕微
鏡(100倍)による観察結果を示す図2のように、主
として三次元網状に形成された連続気孔から構成されて
いる。その多孔化度(多孔質性)は、最終製品の用途、
用いるゴム(バインダー)の種類等に応じて適宜調整す
れば良い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The porous electrode of the present invention is characterized in that conductive fine particles are dispersed in a porous rubber.
In this porous rubber, for example, as shown in FIG. 1B showing the electrode structure, a large number of gaps are formed (white portion). This gap is mainly a three-dimensional network as shown in FIG. 2, which shows the result of observation by a scanning electron microscope (100 times) of the electrode surface of the present invention (where rubber molecules are contracted by crosslinking to promote porosity). It is composed of continuous pores formed in. Its porosity (porosity) depends on the end product application,
It may be appropriately adjusted according to the type of rubber (binder) used.

【0016】多孔質ゴム(バインダーともいう)の種類
としては、上記のような多孔質化が実現できるものであ
れば特に制限されず、公知のゴムの中から採用すること
ができる。例えば、ブチルゴム、エチレンプロピレンジ
エンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム、フッ化シリ
コンゴム等の各種合成ゴムのほか、天然ゴムも用いるこ
とができる。これらゴムは、単独で又は2種以上で用い
ることができる。
The type of the porous rubber (also referred to as a binder) is not particularly limited as long as it can realize the above-described porosity, and any known rubber can be used. For example, various synthetic rubbers such as butyl rubber, ethylene propylene diene rubber, nitrile rubber, silicone rubber, and fluorosilicone rubber, as well as natural rubber can be used. These rubbers can be used alone or in combination of two or more.

【0017】ただし、用いる電解液とゴムとの組み合わ
せによってはゴムが膨潤する場合があり、このような場
合には膨潤によってゴムの多孔質性が損なわれる。従っ
て、本発明では、用いる電解液(溶媒)の種類等に応じ
て、実質的に電解液により膨潤しないゴムを適宜選択す
ることが必要である。すなわち、電解液に対して耐溶剤
性を有するゴムを用いることが好ましい。特に、電解液
の溶媒の少なくとも一部として炭酸プロピレンを用いる
場合には、この溶媒に対する耐溶剤性に優れているブチ
ルゴム、エチレンプロピレンジエンゴム等を選択するこ
とが好ましい。これらは炭酸プロピレンによって膨潤し
ないので、その多孔質ゴムを用いても優れた多孔質性を
安定して維持することができる結果、電解液と導電性微
粒子との良好な接触状態を確保でき、より優れた静電容
量を発揮する電極材料を与えることができる。
However, the rubber may swell depending on the combination of the electrolytic solution and the rubber used, and in such a case, the swelling impairs the porosity of the rubber. Therefore, in the present invention, it is necessary to appropriately select a rubber that does not substantially swell with the electrolytic solution, depending on the type of electrolytic solution (solvent) used. That is, it is preferable to use rubber having solvent resistance to the electrolytic solution. In particular, when propylene carbonate is used as at least a part of the solvent of the electrolytic solution, it is preferable to select butyl rubber, ethylene propylene diene rubber or the like which has excellent solvent resistance to this solvent. Since these do not swell with propylene carbonate, excellent porosity can be stably maintained even when using the porous rubber, and as a result, a good contact state between the electrolytic solution and the conductive fine particles can be secured, and It is possible to provide an electrode material that exhibits excellent capacitance.

【0018】導電性微粒子としては、公知の炭素電極等
で用いられるものと同様のものを使用できる。例えば、
炭素系粉末、導電性高分子粉末及び金属粉末の少なくと
も1種の導電性微粉末を使用することができる。具体的
には、活性炭、カーボンブラック(例えばアセチレンブ
ラック、ケッチェンブラック)等の炭素系粉末、ポリア
セチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレ
ン、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子粉
末、ニッケル、アルミニウム、タンタル、チタン、酸化
ルテニウム、酸化バナジウム、過マンガン酸リチウム等
の金属粉末を使用できる。これらも1種又は2種以上で
使用できる。
As the conductive fine particles, those similar to those used in known carbon electrodes and the like can be used. For example,
At least one kind of conductive fine powder selected from carbon-based powder, conductive polymer powder and metal powder can be used. Specifically, activated carbon, carbon-based powder such as carbon black (for example, acetylene black, Ketjen black), conductive polymer powder such as polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polypyrrole, polyaniline, nickel, aluminum, tantalum, Metal powders such as titanium, ruthenium oxide, vanadium oxide and lithium permanganate can be used. These may also be used alone or in combination of two or more.

【0019】導電性微粒子の平均粒径は、その種類等に
よって適宜調整すれば良い。例えば、導電性微粒子が炭
素系粉末であれば通常0.5〜20μm程度、好ましく
は1〜15μmとし、導電性高分子粉末であれば通常
0.05〜10μm程度、好ましくは0.1〜3μmと
し、金属粉末であれば通常0.01〜10μm程度、好
ましくは0.05〜1μmとすれば良い。
The average particle size of the conductive fine particles may be appropriately adjusted depending on the type and the like. For example, if the conductive fine particles are carbon-based powder, it is usually about 0.5 to 20 μm, preferably 1 to 15 μm, and if the conductive polymer powder is usually about 0.05 to 10 μm, preferably 0.1 to 3 μm. If it is a metal powder, it is usually about 0.01 to 10 μm, preferably 0.05 to 1 μm.

【0020】これらの両成分(ゴム・導電性微粒子)の
ほか、本発明の効果を損なわない範囲内で他の成分が含
まれていても良い。例えば、ゴム架橋剤、ゴム架橋促進
剤、接着増強剤、ゴム劣化防止剤等の各種添加剤が含有
されていても良い。
In addition to these two components (rubber and conductive fine particles), other components may be contained within a range not impairing the effects of the present invention. For example, various additives such as a rubber crosslinking agent, a rubber crosslinking accelerator, an adhesion enhancer, and a rubber deterioration inhibitor may be contained.

【0021】本発明の多孔性電極は、溶剤中にゴムが溶
解したゴム溶液と導電性微粒子を含む混合物を調製し、
次いで当該混合物からなる被膜を導電性基材上に形成
し、乾燥することによって製造することができる。
The porous electrode of the present invention is prepared by preparing a mixture containing a rubber solution in which rubber is dissolved in a solvent and conductive fine particles,
Then, a coating film made of the mixture is formed on a conductive substrate and dried to produce the film.

【0022】ゴムの種類は、前記で説明したものと同様
のものを本発明の製造方法で用いることができる。溶剤
としては、用いるゴムを溶解できるものであれば特に制
限されず、多孔質化するゴムの種類等に応じて公知の溶
剤の中から適宜選択して使用すれば良い。例えば、ブチ
ルゴム、エチレンプロピレンジエンゴム等の場合にはト
ルエン、天然ゴム、ニトリルゴム等の場合にはシクロヘ
キサン、シリコーンゴム、フッ化シリコンゴム等の場合
にはジメチルシロキサンをそれぞれ溶剤として用いるこ
とができる。
The same kind of rubber as described above can be used in the manufacturing method of the present invention. The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the rubber used, and may be appropriately selected from known solvents depending on the kind of rubber to be made porous and used. For example, in the case of butyl rubber, ethylene propylene diene rubber, etc., toluene, in the case of natural rubber, nitrile rubber, etc., cyclohexane, in the case of silicone rubber, fluorinated silicone rubber, etc., dimethylsiloxane can be used as a solvent.

【0023】ゴム溶液におけるゴム濃度(固形分)は、
混合物のゴム量を後記の所定量とすれば特に制限され
ず、用いるゴムの種類、溶剤の種類等に応じて適宜設定
すれば良い。通常は5〜30重量%程度とすれば良い。
The rubber concentration (solid content) in the rubber solution is
The amount of rubber in the mixture is not particularly limited as long as it is a predetermined amount described below, and may be appropriately set depending on the type of rubber used, the type of solvent, and the like. Usually, it may be about 5 to 30% by weight.

【0024】次いで、上記ゴム溶液と導電性微粒子とを
混合し、両成分を含む混合物を調製する。ここで用いる
導電性微粒子も、前記で示したものと同様のものを採用
することができる。バインダーの割合(固形分)は、最
終製品の用途、バインダーの種類等に応じて適宜設定で
きるが、通常は導電性微粒子100重量部に対して2〜
50重量部程度、好ましくは5〜20重量部となるよう
にすれば良い。2重量部未満の場合にはバインダーが導
電性微粒子を十分保持することができない。また、50
重量部を超える場合には、バインダーが電極である導電
性微粒子のまわりを覆いはじめるため、十分な静電容量
が得られない。
Next, the rubber solution and the conductive fine particles are mixed to prepare a mixture containing both components. The conductive fine particles used here may be the same as those described above. The proportion (solid content) of the binder can be appropriately set according to the use of the final product, the type of binder, etc., but is usually 2 to 100 parts by weight of the conductive fine particles.
The amount may be about 50 parts by weight, preferably 5 to 20 parts by weight. If the amount is less than 2 parts by weight, the binder cannot sufficiently hold the conductive fine particles. Also, 50
When the amount is more than the amount by weight, the binder begins to cover around the conductive fine particles which are the electrodes, so that sufficient electrostatic capacity cannot be obtained.

【0025】上記ゴム溶液には、さらに必要に応じて、
接着増強剤、ゴム劣化防止剤、ゴム架橋剤、ゴム架橋促
進剤等の各種添加剤を配合しても良い。これらは公知の
ものを使用できる。例えば、接着増強剤としてステアリ
ン酸、ポリアクリル酸、酢酸ビニル、ポリビニルアルコ
ール等、ゴム劣化防止剤としてt−ブチルヘキサクロリ
ド(BHT)等、ゴム架橋剤として樹脂架橋剤、S架橋
剤等を使用することができる。
The rubber solution may further contain, if necessary,
You may mix | blend various additives, such as an adhesion enhancer, a rubber deterioration inhibitor, a rubber crosslinking agent, and a rubber crosslinking accelerator. Known materials can be used as these. For example, stearic acid, polyacrylic acid, vinyl acetate, polyvinyl alcohol or the like is used as an adhesion enhancer, t-butyl hexachloride (BHT) or the like is used as a rubber deterioration preventing agent, and a resin crosslinking agent, an S crosslinking agent or the like is used as a rubber crosslinking agent. be able to.

【0026】特に、本発明では、架橋剤を添加してゴム
を架橋させることによって、ゴム分子を収縮させ、ゴム
の多孔質化を促進することができる。同時に、架橋剤の
添加により、炭酸プロピレン系の溶媒に対する安定性も
さらに高めることができる。架橋剤の添加量は、架橋剤
の種類等によっても異なるが、通常はゴム量に対して1
〜10重量%程度とすれば良い。10重量%を超える量
を添加しても、それに見合う特性の向上は得られないの
で経済上好ましくないが、場合によっては10重量%を
超えても良い。
In particular, in the present invention, by adding a cross-linking agent to cross-link the rubber, it is possible to shrink the rubber molecules and promote the porosity of the rubber. At the same time, the stability of the propylene carbonate-based solvent can be further increased by adding the crosslinking agent. The addition amount of the cross-linking agent varies depending on the kind of the cross-linking agent and the like, but is usually 1 with respect to the rubber amount.
It should be about 10% by weight. Even if the amount added exceeds 10% by weight, it is economically unfavorable because the properties corresponding to it cannot be obtained, but it may exceed 10% by weight in some cases.

【0027】混合方法は、各成分を均一に混合できる限
りいずれの方法であっても良く、例えばニーダー、ミキ
サー、ホモジナイザー等の公知の攪拌機で均一に混合し
てスラリー化すれば良い。
Any mixing method may be used as long as each component can be uniformly mixed. For example, a known stirrer such as a kneader, a mixer or a homogenizer may be uniformly mixed to form a slurry.

【0028】次いで、得られた混合物を用いて、その被
膜を導電性基材上に形成し、乾燥する。導電性基材とし
ては、公知の炭素電極等で集電体として用いられている
ものと同様のものが使用できる。例えば、銅、アルミニ
ウム、チタン、タンタル、ニッケル等の導電性金属の表
面を腐食処理されたエッチド箔又は網を用いることがで
きる。本発明では、導電性金属の表面を予めシランカッ
プリング剤、チタンカップリング剤等で処理することに
よって、被膜との密着性をより高めることもできる。
Then, using the obtained mixture, the coating film is formed on the conductive substrate and dried. As the conductive base material, the same material as that used as a collector for a known carbon electrode or the like can be used. For example, it is possible to use an etched foil or net in which the surface of a conductive metal such as copper, aluminum, titanium, tantalum, or nickel is corroded. In the present invention, the surface of the conductive metal may be treated with a silane coupling agent, a titanium coupling agent, or the like in advance to further improve the adhesion to the coating film.

【0029】被膜の形成方法は、特に制限されず、例え
ば塗布(刷毛塗り、スプレー、ローラー等)、ドクター
ブレード法、ディッピング(浸漬)等の方法を適宜採用
することができる。形成する被膜の厚さは、最終製品の
用途、導電性基材の種類等に応じて適宜設定すれば良い
が、通常は25〜1000μm程度、好ましくは100
〜500μmとすれば良い。
The method for forming the coating is not particularly limited, and methods such as coating (brush coating, spraying, roller, etc.), doctor blade method, dipping (immersion) and the like can be appropriately adopted. The thickness of the film to be formed may be appropriately set depending on the use of the final product, the type of the conductive base material, etc., but is usually about 25 to 1000 μm, preferably 100.
˜500 μm.

【0030】本発明では、必要に応じて、被膜形成後に
乾燥に先立って、導電性基材上に形成された被膜をさら
にゴム成分を析出できる溶媒に接触させて、被膜中のゴ
ム成分を析出させることもできる。
In the present invention, if necessary, the coating formed on the conductive base material may be further contacted with a solvent capable of precipitating a rubber component prior to drying after the coating is formed, whereby the rubber component in the coating is deposited. You can also let it.

【0031】基本的には、本発明においてゴムを多孔質
化するためには、ゴムをいったん溶剤に溶かしてゴム溶
液をつくり、最終的にその被膜を乾燥すれば良い。これ
に対し、ゴム溶液で用いた溶剤と異なる溶解度(パラメ
ータ)を有する溶媒で置換することによって、ゴムの多
孔質化をさらに促進することができる。この場合、導電
性基材上に形成された被膜が完全に乾燥するまでに上記
溶媒と接触させることが好ましい。
Basically, in order to make the rubber porous in the present invention, the rubber may be once dissolved in a solvent to prepare a rubber solution, and finally the coating film may be dried. On the other hand, by substituting with a solvent having a solubility (parameter) different from that of the solvent used in the rubber solution, it is possible to further promote the porosity of the rubber. In this case, it is preferable that the coating formed on the conductive substrate is brought into contact with the solvent before it is completely dried.

【0032】上記で使用する溶媒としては、ゴム溶液で
用いた溶剤と異なる溶解度を有し、ゴム成分を析出でき
るものであれば特に制限されず、ゴム溶液中の溶剤の種
類等に応じて公知の溶剤の中から適宜選択すれば良い。
例えば、トルエンにブチルゴムを溶解して得たゴム溶液
を用いる場合には、被膜を形成した後にさらにメタノー
ル等の溶媒を接触させることにより、多孔質化の促進を
図ることができる。接触させる方法としては、特に限定
されず、例えばディッピング、スプレー塗布等により実
施することができる。
The solvent used in the above is not particularly limited as long as it has a solubility different from the solvent used in the rubber solution and can precipitate the rubber component, and it is known depending on the type of solvent in the rubber solution and the like. The solvent may be appropriately selected from the above solvents.
For example, when a rubber solution obtained by dissolving butyl rubber in toluene is used, it is possible to promote porosity by contacting a solvent such as methanol after forming the film. The method of contact is not particularly limited, and for example, dipping, spray coating or the like can be performed.

【0033】また、本発明では、混合物からなる被膜を
導電性基材上に形成した後、必要に応じて、さらに導電
性微粒子と電解液との接触性を極端に損なわない限りに
おいて被膜に加圧処理を施しても良い。例えば、プレス
ローラー、油圧プレス等によって加圧することができ
る。被膜を加圧することによって、導電性微粒子の充填
性等を向上させることができる。
Further, in the present invention, after forming a coating film of a mixture on a conductive substrate, it is added to the coating film as needed unless the contact between the conductive fine particles and the electrolytic solution is extremely impaired. Pressure treatment may be applied. For example, it can be pressed by a press roller, a hydraulic press or the like. By pressurizing the coating, the filling property of the conductive fine particles and the like can be improved.

【0034】最後に、形成された被膜の乾燥を行う。す
なわち、溶剤を蒸発させることによってゴムの多孔質化
を図る。乾燥方法は、自然乾燥、加熱乾燥、熱風乾燥等
のいずれの公知の方法であっても良いが、多孔質化を図
るためにできるだけ急速に乾燥することが好ましい。
Finally, the formed film is dried. That is, the solvent is evaporated to make the rubber porous. The drying method may be any known method such as natural drying, heat drying, hot air drying, etc., but it is preferable to dry as quickly as possible in order to achieve porosity.

【0035】なお、混合物中に架橋剤を添加して架橋さ
せる場合には、加熱乾燥したり、あるいはいったん乾燥
した後に熱処理すれば良い。架橋させる場合の熱処理温
度は、通常125〜145℃程度とすれば良い。加熱時
間は、加熱温度等に応じて適宜定めれば良い。
When a cross-linking agent is added to the mixture for cross-linking, it may be dried by heating or once dried and then heat-treated. The heat treatment temperature for cross-linking may be usually about 125 to 145 ° C. The heating time may be appropriately determined according to the heating temperature and the like.

【0036】また、本発明では、ゴム溶液と導電性微粒
子とを含む混合物中に予め発泡剤を添加し、上記の乾燥
時又は架橋時の加熱処理によって自己発泡させることも
できる。これにより、さらなる多孔質化を図ることがで
きる。発泡剤としては、公知の樹脂等に配合されている
ものが使用でき、例えばベンゼンスルホニルヒドラジ
ド、パラトルエンスルホニルヒドラジド等が挙げられ
る。発泡剤の添加量は、通常3重量%を超えない範囲
(好ましくは0.1〜3重量%)とすれば良い。3重量
%を超える場合には、厚みの制御等が困難になるので好
ましくない。
Further, in the present invention, a foaming agent may be added in advance to a mixture containing a rubber solution and conductive fine particles, and self-foaming may be carried out by the above-mentioned heat treatment during drying or crosslinking. As a result, it is possible to achieve further porosity. As the foaming agent, those blended with known resins can be used, and examples thereof include benzenesulfonyl hydrazide and paratoluenesulfonyl hydrazide. The amount of the foaming agent added may be in the range of usually not exceeding 3% by weight (preferably 0.1 to 3% by weight). When it exceeds 3% by weight, it becomes difficult to control the thickness and the like, which is not preferable.

【0037】[0037]

【作用】本発明の多孔性電極は、そのバインダー自身が
多孔質構造を有するため、バインダーが電極である導電
性微粒子のまわりを覆ってしまうことなく、電解液が導
電性微粒子と十分接触できることから、優れた静電容量
と低い抵抗性とを達成できる。さらには、接着性、ある
いは耐振動性、耐溶剤性等にも優れ、また従来技術では
得られなかった柔軟性をも発揮することができる。
In the porous electrode of the present invention, since the binder itself has a porous structure, the electrolytic solution can sufficiently contact the conductive fine particles without the binder covering the conductive fine particles as the electrode. Excellent capacitance and low resistance can be achieved. Furthermore, it has excellent adhesiveness, vibration resistance, solvent resistance, and the like, and can exhibit flexibility not obtained by conventional techniques.

【0038】従来技術のように、ゴムに活性炭とカーボ
ンブラックを混合し、溶剤を蒸発させて得られた混合物
をシート状に成形したのでは、図1(a)に示すよう
に、電極材料が導電性微粒子のまわりをゴムが覆う構造
となり、十分な静電容量を達成することができない。
As in the prior art, when rubber is mixed with activated carbon and carbon black and the mixture obtained by evaporating the solvent is molded into a sheet shape, the electrode material is changed as shown in FIG. 1 (a). Since the conductive fine particles are covered with rubber, a sufficient capacitance cannot be achieved.

【0039】これに対し、本発明のように、ゴムをいっ
たん溶媒に溶かし、導電性微粒子を混合した後、そのま
ま混合物を用いて被膜形成し、さらに被膜に対して必要
に応じてゴムを析出できる溶媒に接触させた後に、被膜
を乾燥することによって、図1(b)あるいは図2に示
すように多孔質化を有効に進行させることができる。さ
らには、ゴムを架橋させることによって、ゴム分子を収
縮させれば、電解液が浸透する領域(導電性微粒子との
接触面積)をさらに拡大することもできる。
On the other hand, as in the present invention, the rubber is once dissolved in a solvent, the conductive fine particles are mixed, and then the mixture is used as it is to form a film, and the rubber can be further deposited on the film as necessary. By drying the film after contact with the solvent, it is possible to effectively promote the porosity as shown in FIG. 1 (b) or FIG. Furthermore, if the rubber molecules are contracted by cross-linking the rubber, the region (contact area with the conductive fine particles) where the electrolytic solution permeates can be further expanded.

【0040】このように、本発明では、電極材料のバイ
ンダー部分を、三次元網状に形成された連続気孔を有す
る多孔質構造とすることにより、電解液と電極である導
電性微粒子との良好な接触状態を実現できる結果、優れ
た静電容量と低い抵抗性とを一挙に達成することができ
る。それに加えて、かかる多孔質ゴムは、接着性等にも
優れることから、従来技術では困難とされていた静電容
量の向上と導電性微粒子の充填性、耐溶剤性、耐振動性
等の向上とを同時に達成することもできる。
As described above, in the present invention, the binder portion of the electrode material has a porous structure having continuous pores formed in a three-dimensional network, so that the electrolytic solution and the conductive fine particles which are the electrodes are well satisfactorily formed. As a result of being able to realize the contact state, excellent capacitance and low resistance can be achieved all at once. In addition, since such a porous rubber is also excellent in adhesiveness, etc., it is difficult to improve the electrostatic capacity and the filling property of conductive fine particles, solvent resistance, vibration resistance, etc. And can be achieved at the same time.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明の多孔性電極は、多孔質ゴムに導
電性微粒子を分散させているという特異な構造を有する
ため、電解液と導電性微粒子との良好な接触状態を達成
することができる。
The porous electrode of the present invention has a peculiar structure in which the conductive fine particles are dispersed in the porous rubber, so that a good contact state between the electrolytic solution and the conductive fine particles can be achieved. it can.

【0042】しかも、この多孔質ゴムは、接着性に優れ
るため、電極となる導電性微粒子の充填性、耐振動性等
にも優れている。また、ゴムを架橋することによって、
多孔質化を促進すると同時に、耐溶剤性を高めることも
でき、広範な種類の溶剤(特に電解液で使用する溶媒)
に対して優れた安定性を得ることができる。
Moreover, since this porous rubber is excellent in adhesiveness, it is also excellent in filling property of conductive fine particles to be electrodes and vibration resistance. Also, by crosslinking the rubber,
A wide range of solvents (especially solvents used in electrolytes) can be used to promote porosity and at the same time improve solvent resistance.
It is possible to obtain excellent stability.

【0043】さらには、電解液との組み合わせで耐溶剤
性を示すゴムを選択すれば、より一層優れた効果を得る
ことができる。特に、炭酸プロピレンを溶媒として含む
電解液において、その溶媒に対して優れた耐溶剤性を発
現するブチルゴム、エチレンプロピレンジエンゴム等を
使用すれば、多孔質性を安定して維持できるので、より
優れた上記接触状態を確保でき、安定性・信頼性に優れ
た電極を得ることができる。
Further, by selecting a rubber having solvent resistance in combination with the electrolytic solution, a further excellent effect can be obtained. In particular, in an electrolytic solution containing propylene carbonate as a solvent, if butyl rubber, which exhibits excellent solvent resistance to the solvent, or ethylene propylene diene rubber is used, the porosity can be stably maintained, Moreover, the above contact state can be secured, and an electrode having excellent stability and reliability can be obtained.

【0044】さらに、本発明では、PTFEを採用する
場合とは異なり、接着増強剤、ゴム安定化剤、電解液の
安定化剤、界面活性剤等の様々な添加剤を容易に使用す
ることができるので、バインダーの分散性を高めたり、
混合物を調合した後のポットライフを長くする等の種々
の特性を付与することが可能である。
Further, in the present invention, unlike the case where PTFE is used, various additives such as an adhesion enhancer, a rubber stabilizer, a stabilizer for an electrolytic solution, and a surfactant can be easily used. As it is possible to improve the dispersibility of the binder,
It is possible to impart various properties such as prolonging the pot life after blending the mixture.

【0045】このような本発明の多孔性電極は、電気二
重層コンデンサ、アルミニウム電解コンデンサ、タンタ
ル電解コンデンサ、チタン電解コンデンサ、リチウムイ
オン二次電池用電極等の様々な用途に幅広く利用するこ
とができる。
The porous electrode of the present invention as described above can be widely used in various applications such as an electric double layer capacitor, an aluminum electrolytic capacitor, a tantalum electrolytic capacitor, a titanium electrolytic capacitor, and an electrode for a lithium ion secondary battery. .

【0046】[0046]

【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明に係
る多孔性電極の特徴とするところをより明確にする。
EXAMPLES Examples and comparative examples will be shown below to further clarify the characteristics of the porous electrode according to the present invention.

【0047】実施例1 ブチルゴムをトルエンに溶解してゴム溶液(固形分濃
度:約10重量%)を調製した。次いで、このゴム溶液
に対し、フェノール樹脂を賦活化して得た活性炭(BE
T比表面積2000m2/g、平均粒径10μm)及び
アセチレンブラック(平均粒径0.8μm)を表1に示
す割合(固形分)で混合し、スラリーとした。このスラ
リーに網状のアルミニウム基材をディッピングした後、
速乾し、電極箔を得た。
Example 1 Butyl rubber was dissolved in toluene to prepare a rubber solution (solid content concentration: about 10% by weight). Then, activated carbon (BE
T specific surface area of 2000 m 2 / g, average particle size of 10 μm) and acetylene black (average particle size of 0.8 μm) were mixed at a ratio (solid content) shown in Table 1 to prepare a slurry. After dipping a reticulated aluminum substrate into this slurry,
It was dried quickly to obtain an electrode foil.

【0048】実施例2 実施例1と同様にして、活性炭、アセチレンブラック及
びBHTを表1の割合で混合してスラリーを調製し、こ
のスラリーに網状のアルミニウム基材をディッピングし
た後に速乾し、電極箔を得た。
Example 2 In the same manner as in Example 1, activated carbon, acetylene black and BHT were mixed in the proportions shown in Table 1 to prepare a slurry, which was dipped with a reticulated aluminum base material and then quickly dried. An electrode foil was obtained.

【0049】実施例3 実施例1と同様にして、活性炭、アセチレンブラック、
アルミニウム粉末及びBHTを表1の割合で混合してス
ラリーを調製し、このスラリーに網状のアルミニウム基
材をディッピングした後に速乾し、電極箔を得た。
Example 3 In the same manner as in Example 1, activated carbon, acetylene black,
Aluminum powder and BHT were mixed in the proportions shown in Table 1 to prepare a slurry, and a drip-like aluminum base material was dipped in the slurry and then quickly dried to obtain an electrode foil.

【0050】実施例4 実施例3の導電性微粒子スラリーに、網状のアルミニウ
ム基材をディッピング後、140℃で10分間焼成し、
電極箔を得た。
Example 4 A conductive aluminum fine particle slurry of Example 3 was dipped on a reticulated aluminum base material and then baked at 140 ° C. for 10 minutes,
An electrode foil was obtained.

【0051】実施例5 実施例3の導電性微粒子スラリーに、網状のアルミニウ
ム基材をディッピング後、素早くメタノールに浸し、多
孔質化を促進した。メタノールを乾燥後、140℃で1
0分間熱処理し、電極箔を得た。 実施例6 ブチルゴムの代わりにエチレンプロピレンジエンゴムを
原料に用いた以外は、実施例5と同様にして電極箔を得
た。
Example 5 A reticulated aluminum base material was dipped in the conductive fine particle slurry of Example 3 and then rapidly dipped in methanol to promote porosity. After drying methanol, 1 at 140 ℃
Heat treatment was performed for 0 minutes to obtain an electrode foil. Example 6 An electrode foil was obtained in the same manner as in Example 5 except that ethylene propylene diene rubber was used as a raw material instead of butyl rubber.

【0052】比較例1 表1に示す割合で、活性炭微粒子及びアセチレンブラッ
ク及びポリテトラフルオロエチレンディスパージョンを
配合し、ミキサーで混合後スラリーとした。これをアル
ミニウム箔上に塗布し、105℃のヒーターで60分乾
燥させた。
Comparative Example 1 Activated carbon fine particles, acetylene black and polytetrafluoroethylene dispersion were mixed in the proportions shown in Table 1, mixed with a mixer and made into a slurry. This was applied onto an aluminum foil and dried with a heater at 105 ° C. for 60 minutes.

【0053】[0053]

【表1】 試験例1 各実施例及び比較例で得られた電極箔に粘着テープを貼
り、ゆっくりと垂直に引き剥がし、その時の剥離の状態
により機械的強度を評価した。その結果を表2に示す。
また、図3に示すように、これら電極箔を2cm×5c
mに切り抜き、テトラエチルアンモニウム過塩素酸塩
0.8モル/リットルの炭酸プロピレン溶液を染み込ま
せた紙を間に挟み、さらにガラス板で両側から挟んで固
定し、試験用の電気二重層コンデンサセルとした。この
セルに2.8Vの直流電流をかけて5分間充電し、10
0Ωの抵抗を介して放電させ、流れた電流値と時間から
容量を算出した。その結果を表2に示す。
[Table 1] Test Example 1 An adhesive tape was attached to the electrode foils obtained in each of the Examples and Comparative Examples and slowly peeled vertically. The mechanical strength was evaluated based on the peeling state at that time. The results are shown in Table 2.
Also, as shown in FIG. 3, these electrode foils are 2 cm × 5 c
Cut out to m, sandwich paper with a propylene carbonate solution of tetraethylammonium perchlorate impregnated with 0.8 mol / l, and sandwich it with glass plates from both sides to fix it. did. Apply a DC current of 2.8 V to this cell for 5 minutes to charge it for 10 minutes.
It was discharged through a 0Ω resistance, and the capacity was calculated from the flowing current value and time. The results are shown in Table 2.

【0054】なお、比較のため、上記のように電解液の
溶媒として用いた炭酸プロピレンに対して耐溶剤性のな
いゴムを用いて同様の試験を行った。ブチルゴムの代わ
りにSBRを原料に用いたほかは実施例5と同様に作製
した電極箔(比較例2)、及びブチルゴムの代わりにN
BRを原料に用いたほかは実施例5と同様に作製した電
極箔(比較例3)の結果も表2に併せて示す。
For comparison, a similar test was conducted using a rubber having no solvent resistance to the propylene carbonate used as the solvent of the electrolytic solution as described above. An electrode foil (Comparative Example 2) prepared in the same manner as in Example 5 except that SBR was used as a raw material instead of butyl rubber, and N was used instead of butyl rubber.
Table 2 also shows the results of the electrode foil (Comparative Example 3) produced in the same manner as in Example 5 except that BR was used as the raw material.

【0055】一方、電気二重層コンデンサセルをポリプ
ロピレンの袋に入れ、これを湯煎で100℃に1時間保
持後の静電容量を測定し、耐溶剤性を評価した。さら
に、家庭用電気あんま機に電気二重層 コンデンサセル
を取り付け、3時間振動後の静電容量を測定し、耐振動
性を評価した。これらの結果も併せて表2に示す。
On the other hand, the electric double layer capacitor cell was put in a polypropylene bag, and the capacitance was measured after it was kept in hot water at 100 ° C. for 1 hour to evaluate the solvent resistance. Furthermore, an electric double layer capacitor cell was attached to a household electric stove and the electrostatic capacity after 3 hours of vibration was measured to evaluate the vibration resistance. The results are also shown in Table 2.

【0056】[0056]

【表2】 表2の結果からも明らかなように、本発明の多孔性電極
は、静電容量が4F/cm2以上と高く、直流放電抵抗
も40mΩ以下と低く、しかも機械的強度、耐溶剤性、
耐振動性等にも優れていることがわかる。
[Table 2] As is clear from the results shown in Table 2, the porous electrode of the present invention has a high capacitance of 4 F / cm 2 or more, a low DC discharge resistance of 40 mΩ or less, mechanical strength, solvent resistance, and
It can be seen that it has excellent vibration resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来技術における電極(a)及び本発明の電極
(b)の各構造をそれぞれ模式化した図である。
FIG. 1 is a schematic view of each structure of an electrode (a) in the related art and an electrode (b) of the present invention.

【図2】架橋によりゴム分子を収縮させて多孔質化をさ
らに促進した本発明電極において、基材上に形成された
微細なパターンを表わす図である。
FIG. 2 is a diagram showing a fine pattern formed on a base material in the electrode of the present invention in which rubber molecules are contracted by crosslinking to further promote porosity.

【図3】試験例1で作製した電気二重層コンデンサセル
の組立て状態を示す図である。
FIG. 3 is a view showing an assembled state of the electric double layer capacitor cell produced in Test Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 活性炭粒子 2 カーボンブラックあるいは金属粉末 3 バインダー 4 基材 5 電極 6 ガラス板 7 紙 1 Activated carbon particles 2 Carbon black or metal powder 3 binders 4 base material 5 electrodes 6 glass plates 7 paper

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 9/058 H01B 1/24 H01M 4/02 H01M 4/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01G 9/058 H01B 1/24 H01M 4/02 H01M 4/04

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】活性炭を含む導電性微粒子が多孔質ゴム中
に分散している多孔性電極であって、 (1)多孔質ゴムの一部又は全部が、ブチルゴム及びエ
チレンプロピレンジエンゴムの少なくとも1種であり、 (2)導電性微粒子と多孔質ゴムの重量比が、導電性微
粒子100重量部に対して多孔質ゴム2〜50重量部で
あり、且つ、 (3)炭酸プロピレンを溶媒として含む電解液を組み合
わせて用いる電気二重層コンデンサ用であることを特徴
とする多孔性電極
1. A porous electrode in which conductive fine particles containing activated carbon are dispersed in a porous rubber , wherein (1) part or all of the porous rubber is butyl rubber and
(2) the weight ratio of the conductive fine particles to the porous rubber is at least one of the conductive fine particles.
2 to 50 parts by weight of porous rubber to 100 parts by weight of particles
Yes, and (3) combining an electrolytic solution containing propylene carbonate as a solvent
Characterized by being used for electric double layer capacitors used together
And a porous electrode .
【請求項2】導電性微粒子が、活性炭を含み、且つ、
素系粉末、導電性高分子粉末及び金属粉末の少なくとも
1種を含む請求項1記載の多孔性電極。
2. The porous electrode according to claim 1, wherein the conductive fine particles contain activated carbon and at least one of carbon-based powder, conductive polymer powder and metal powder.
【請求項3】導電性微粒子が、活性炭を含み、且つ、
性炭、カーボンブラック、ポリアセチレン、ポリパラフ
ェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロール、ポ
リアニリン、アルミニウム、タンタル、チタン、ニッケ
ル、酸化バナジウム、酸化ルテニウム、窒化チタン及び
過マンガン酸リチウムの粉末の少なくとも1種を含む請
求項1記載の多孔性電極。
3. The conductive fine particles contain activated carbon , and activated carbon, carbon black, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polypyrrole, polyaniline, aluminum, tantalum, titanium, nickel, vanadium oxide, ruthenium oxide, titanium nitride. The porous electrode according to claim 1, comprising at least one of lithium and permanganate powder.
【請求項4】導電性微粒子と、溶剤中にゴムが溶解した
ゴム溶液とを含む混合物を調製し、次いで当該混合物か
らなる被膜を導電性基材上に形成し、乾燥する多孔性電
極の製造方法であって、乾燥に先立って、導電性基材上
に塗付された混合物からなる被膜を、当該被膜中のゴム
成分を析出できる溶媒に接触させることを特徴とする製
造方法
4. Production of a porous electrode in which a mixture containing conductive fine particles and a rubber solution in which rubber is dissolved in a solvent is prepared, and then a coating film comprising the mixture is formed on a conductive substrate and dried. A method on a conductive substrate prior to drying.
The coating consisting of the mixture applied to the
A product characterized by contacting with a solvent capable of precipitating components
Build method .
【請求項5】導電性微粒子と、溶剤中にゴムが溶解した
ゴム溶液とを含む混合物を調製し、次いで当該混合物か
らなる被膜を導電性基材上に形成し、乾燥する多孔性電
極の製造方法であって、乾燥に先立って、導電性基材上
に塗付された混合物からなる被膜を、ゴム溶液で用いた
溶剤と異なる溶解度(パラメータ)を有し、且つ、ゴム
成分を析出できる溶媒に接触させることを特徴とする製
造方法
5. Production of a porous electrode in which a mixture containing conductive fine particles and a rubber solution in which rubber is dissolved in a solvent is prepared, and then a coating film comprising the mixture is formed on a conductive substrate and dried. A method on a conductive substrate prior to drying.
A coating consisting of the mixture applied to was used in the rubber solution.
Rubber that has different solubility (parameter) from solvent and
A product characterized by contacting with a solvent capable of precipitating components
Build method .
【請求項6】混合物中にさらに架橋剤を添加し、当該混
合物からなる被膜を導電性基材上に形成し、次いで加熱
乾燥し又は乾燥後に熱処理する請求項4又は5に記載の
製造方法。
6. further adding a crosslinking agent in the mixture, A process according to claim 4 or 5 to form a coating of the mixture on a conductive substrate, followed by heat treatment after heat-dried or dried.
【請求項7】請求項4〜6のいずれかに記載の製造方法
であって、 (1)導電性微粒子が活性炭を含み、 (2)ゴムの一部又は全部が、ブチルゴム及びエチレン
プロピレンジエンゴムの少なくとも1種であり、且つ、 (3)導電性微粒子とゴムの重量比(固形分)が、導電
性微粒子100重量部に対してゴム2〜50重量部であ
る請求項1記載の多孔性電極の製造方法。
7. The manufacturing method according to claim 4.
A is, (1) a conductive fine particles of activated carbon, (2) a portion of the rubber or all, butyl rubber and ethylene
At least one kind of propylene diene rubber, and (3) the weight ratio (solid content) of the conductive fine particles and the rubber is
2 to 50 parts by weight of rubber based on 100 parts by weight of the functional fine particles.
The method for producing a porous electrode according to claim 1, wherein
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