JP3693254B2 - 電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサ（キャパシタ）は、大容量を有し、充放電サイクル特性にも優れていることから、自動車をはじめ、各種のバックアップ電源として使用が検討されている。自動車などのバックアップ電源として使用する場合には静電容量の大きなものが必要となるため、このような電気二重層コンデンサに用いられる分極性電極としては、長尺なシート状のものが必要となる。そこで、この種のシート状の分極性電極の製造方法として種々の方法が提案されている。
【０００３】
例えば、次のような方法がある。活性炭に対して純水にイソプロピルアルコールを混合した水溶液を加え、ミキサを用いて混合し、この混合物にカーボンブラック及びフッ素樹脂を加え、ミキサを用いて混合することで混合物を得た。この混合物をニーダを用いて混練を行った。この混練物を乾燥させた後でミキサにより粒径２ｍｍ以下になるように粉砕し、この粉砕粒を調整された並行ロール間に供給する。得られたシート状成形体の平均厚みは約２００μｍ、密度は０．７０ｇ／ｃｍ３とするものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０７９６４号公報（段落番号［００３４］）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の方法によると、原料が均一に分散され難く、混合不良が発生し易いという問題がある。混合工程で混合不良となると、混練工程を経ても原料が均一に分散されず、シート状に成形、圧延した状態で偏析（偏り）が発生しやすく、特に電極の引張り強度が低下し、その後の工程での不良発生を招いていた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、原料の混合不良を極力防止でき、品質が安定したシート状の分極性電極を良好に製造することが可能な電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、炭素質粉末、導電性助剤及びバインダを含む原料を混合、混練する工程を経て成形材料を作成した後、この成形材料を成形、圧延してシート状の電気二重層コンデンサ用分極性電極を製造する方法であって、前記原料の混合時に、前記炭素質粉末と前記導電性助剤とを一次混合した後、この一次混合物に前記バインダを添加して二次混合するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
原料の混合時に、まず、炭素質粉末と導電性助剤のみで一次混合することで、炭素質粉末と導電性助剤とが極力均一に分散されて混合される。この一次混合物に、バインダを添加して二次混合することにより、三者が極力均一に分散されて混合されるようになる。これにより、原料の混合不良を極力防止できる。この混合工程で混合が良好に行われることで、これ以降の混練や、成形、圧延などの工程も行い易くなり、偏析などが少ない、品質が安定したシート状の分極性電極を製造することが可能となる。
【０００９】
ここで、分極性電極の原料のうち、炭素質粉末としては、主に活性炭が用いられるが、カーボンナノチューブ、繊維状炭素などを用いることもできる。導電性助剤としては、主にカーボンブラックが用いられる。バインダとしては、ＰＴＦＥをはじめとするフッ素樹脂が好ましい。
【００１０】
請求項２の発明は、二次混合する際に添加するバインダは、予めバインダ用助剤を添加して膨潤させたものを用いることを特徴とする。
これによれば、バインダは、予めバインダ用助剤を添加して優先的に膨潤させておくことにより繊維化しやすくなる。この状態のバインダを一次混合物に対して添加して二次混合することにより、バインダが繊維化し易くなるため、そのバインダにより、炭素質粉末と導電性助剤とが絡まり易くなり、混合を一層良好に行うことができる。
この場合、バインダ用助剤としては、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、エタノール、メタノールなどのアルコール類の他、エーテル類、ケトン類などが挙げられる。
【００１１】
請求項３の発明は、原料を混練する際に、混練物と接触する部分を温度制御するようにしたことを特徴とする。
これによれば、常に同じ温度条件で混練を行うことができるため、混練を良好に行うことができると共に、シート状にした電極の密度、強度等の品質を一層安定させることができる。
ちなみに、混練時の温度を制御しない場合、混練の開始時には混練物と接触する部分の温度が低く、混練に伴い摩擦熱が発生する。特に、連続的に行う場合には、温度が高くなり易い。このような状態では、混練物の温度が不安定となるため、バインダの結着能力が低下して混練物の品質が不安定となり、ひいてはシート状とした場合も、シートの強度が低下して破断を引き起こす場合や、シートの緻密化を妨げるため密度の低下を招く場合がある。この点、請求項３の発明によれば、そのような不具合を確実に防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面も参照して説明する。
図１には、電気二重層コンデンサ用の電極シートを製造する際の製造工程が示されている。分極性電極を製造する際に使用する原料は、炭素質粉末として活性炭、導電性助剤としてカーボンブラック、バインダとしてＰＴＦＥの粉末、バインダ用助剤として液体状のＩＰＡ（イソプロピルアルコール）である。原料の配合割合は重量％で、活性炭を８０％、カーボンブラックを１０％、ＰＴＦＥを１０％とし、ＩＰＡは、ＰＴＦＥと同重量の１０％とする。
【００１３】
まず、各原料の計量を行う。次に、活性炭とカーボンブラックをミキサの容器内に投入し、回転する撹拌羽根によりこれらを混合する一次混合を行う。これにより、活性炭とカーボンブラックとが極力均一に混合される。これを一次混合物という。この一次混合物の混合状態の模式図を、図２（ａ）に示す。同図中、塊状のものが活性炭１、この活性炭１より小さな粒状のものがカーボンブラック２である。
そして、予めＰＴＦＥとＩＰＡとを混合してＰＴＦＥを膨潤させたものを、上記ミキサの容器内に投入し、これと上記一次混合物とを混合する二次混合を行う。これにより、図２（ｂ）の模式図に示すように、活性炭１とカーボンブラック２とＰＴＦＥ３とが混合されると共に、ＰＴＦＥ３が繊維化して活性炭１とカーボンブラック２とが絡められる。
【００１４】
次に、二次混合された混合物を、図３に示す混練機（ニーダ）４の容器５内に収容し、蓋６をして加圧しながら、ブレード７を回転させることにより混練を行う。混練機４の容器５は、周囲部に空間部を形成するように二重壁となっていて、その二重壁の内側の壁に加熱用のヒータが設けられた構成となっている。容器５には、複数の温度センサ８が設けられている。
そして、混練機４が備えた制御装置により、上記温度センサ８の検出温度に基づき、混練物と接触する容器５及び蓋６、ブレード７の熱バインダを循環させることにより温度を制御する構成となっている。このとき、制御装置は、例えば９０℃で一定となるように温度制御する。このような構成の混練機４により混練されると、混合物は粘土状に混練されると共に、ＰＴＦＥが一層繊維化して活性炭とカーボンブラックとが絡められるようになる。
【００１５】
次に、上記混練機４で混練された混練物をキザミ機によりきざんで細かい粒にする。次に、このきざまれた粒を分級する。これにより得られた粒が成形材料となる。
次に、カレンダ成形前処理工程において、ミキサの密閉された容器内に、上記成形材料を収容すると共に、原料（活性炭とカーボンブラックとＰＴＦＥ）の合計重量に対して７０％のＩＰＡを添加して、これらを混合する。ミキサの容器は、ほぼ円筒状をなしていて、円周方向に回転されると共に、上下方向へ揺動されるようになっている。このミキサによる混合により、容器内に収容された粒状の成形材料と液体状のＩＰＡとが極力均一となるように混合される。
【００１６】
次に、カレンダ成形工程において、上記ミキサにより混合された成形材料の混合物を、カレンダ成形機のホッパに投入し、この混合物を２本のローラ間に通してシート状に成形する。成形されたシート状成形体は、巻取りローラにより巻き取る。このとき、シート状成形体の厚さは例えば２００μｍとする。
次に、ロール圧延工程において、上記シート状成形体を、２本のローラ間を通して圧延する。このロール圧延工程を複数回行うことにより、所定の厚さ例えば１６０μｍのシート状電極が形成され、このシート状電極が分極性電極となる。
このロール圧延の最終工程において、シート状電極の幅方向の両端部をカッタにより切断する。
【００１７】
次に、ラミネート工程において、圧延された上記シート状電極を、集電極となるアルミ箔に貼り合わせる。貼り合わせられた電極シートは、巻取りローラに巻き取る。
次に、乾燥工程において、シート状電極に含まれていた水分及びＩＰＡの残り分が除去される。尚、必要により真空乾燥を行うこともできる。
【００１８】
上記した実施例においては、原料の混合時に、まず、炭素質粉末としての活性炭１と導電性助剤となるカーボンブラック２のみで一次混合することで、これら活性炭１とカーボンブラック２とを極力均一に混合することができる。そして、この一次混合物に、予めバインダ用助剤となるＩＰＡを添加して膨潤させた、バインダとなるＰＴＦＥ３を添加して二次混合することにより、活性炭１とカーボンブラック２とＰＴＦＥ３の三者が極力均一に分散されて混合が良好に行われるようになる。これにより、原料の混合不良を極力防止できるようになる。この混合工程で混合が良好に行われることで、これ以降の混練や、成形、圧延などの工程における加工性も向上し、偏析などが少なく強度、密度が安定したシート状電極を製造することが可能となる。
【００１９】
しかも、このとき添加するＰＴＦＥ３は、予めＩＰＡを添加して優先的に膨潤させておくことにより繊維化し易くなるため、このＰＴＦＥ３により活性炭１とカーボンブラック１とが絡まり易くなり、混合を一層良好に行うことができる。
【００２０】
また、二次混合した混合物を混練機４により混練する際に、その混練物と接触する部分である、容器５、蓋６、並びにブレード７を温度制御するようにしたので、常に同じ温度条件で混練を行うことができ、混練を良好に行うことができると共に、バインダの結着性、均一性を一層高めることができ、ひいては、一層強度、密度が安定したシート状電極を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示すもので、電気二重層コンデンサ用の電極シートを製造する際の製造工程を説明する図
【図２】 （ａ）は一次混合した後の状態での模式図、（ｂ）は二次混合した後の状態での模式図
【図３】 混練機の断面図
【符号の説明】
１は活性炭（炭素質粉末）、２はカーボンブラック（導電性助剤）、３はＰＴＦＥ（バインダ）、４は混練機、５は容器、６は蓋、７はブレード、８は温度センサを示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサ（キャパシタ）は、大容量を有し、充放電サイクル特性にも優れていることから、自動車をはじめ、各種のバックアップ電源として使用が検討されている。自動車などのバックアップ電源として使用する場合には静電容量の大きなものが必要となるため、このような電気二重層コンデンサに用いられる分極性電極としては、長尺なシート状のものが必要となる。そこで、この種のシート状の分極性電極の製造方法として種々の方法が提案されている。
【０００３】
例えば、次のような方法がある。活性炭に対して純水にイソプロピルアルコールを混合した水溶液を加え、ミキサを用いて混合し、この混合物にカーボンブラック及びフッ素樹脂を加え、ミキサを用いて混合することで混合物を得た。この混合物をニーダを用いて混練を行った。この混練物を乾燥させた後でミキサにより粒径２ｍｍ以下になるように粉砕し、この粉砕粒を調整された並行ロール間に供給する。得られたシート状成形体の平均厚みは約２００μｍ、密度は０．７０ｇ／ｃｍ３とするものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０７９６４号公報（段落番号［００３４］）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の方法によると、原料が均一に分散され難く、混合不良が発生し易いという問題がある。混合工程で混合不良となると、混練工程を経ても原料が均一に分散されず、シート状に成形、圧延した状態で偏析（偏り）が発生しやすく、特に電極の引張り強度が低下し、その後の工程での不良発生を招いていた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、原料の混合不良を極力防止でき、品質が安定したシート状の分極性電極を良好に製造することが可能な電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、炭素質粉末、導電性助剤及びバインダを含む原料を混合、混練する工程を経て成形材料を作成した後、この成形材料を成形、圧延してシート状の電気二重層コンデンサ用分極性電極を製造する方法であって、前記原料の混合時に、前記炭素質粉末と前記導電性助剤とを一次混合した後、この一次混合物に前記バインダを添加して二次混合するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
原料の混合時に、まず、炭素質粉末と導電性助剤のみで一次混合することで、炭素質粉末と導電性助剤とが極力均一に分散されて混合される。この一次混合物に、バインダを添加して二次混合することにより、三者が極力均一に分散されて混合されるようになる。これにより、原料の混合不良を極力防止できる。この混合工程で混合が良好に行われることで、これ以降の混練や、成形、圧延などの工程も行い易くなり、偏析などが少ない、品質が安定したシート状の分極性電極を製造することが可能となる。
【０００９】
ここで、分極性電極の原料のうち、炭素質粉末としては、主に活性炭が用いられるが、カーボンナノチューブ、繊維状炭素などを用いることもできる。導電性助剤としては、主にカーボンブラックが用いられる。バインダとしては、ＰＴＦＥをはじめとするフッ素樹脂が好ましい。
【００１０】
請求項２の発明は、二次混合する際に添加するバインダは、予めバインダ用助剤を添加して膨潤させたものを用いることを特徴とする。
これによれば、バインダは、予めバインダ用助剤を添加して優先的に膨潤させておくことにより繊維化しやすくなる。この状態のバインダを一次混合物に対して添加して二次混合することにより、バインダが繊維化し易くなるため、そのバインダにより、炭素質粉末と導電性助剤とが絡まり易くなり、混合を一層良好に行うことができる。
この場合、バインダ用助剤としては、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、エタノール、メタノールなどのアルコール類の他、エーテル類、ケトン類などが挙げられる。
【００１１】
請求項３の発明は、原料を混練する際に、混練物と接触する部分を温度制御するようにしたことを特徴とする。
これによれば、常に同じ温度条件で混練を行うことができるため、混練を良好に行うことができると共に、シート状にした電極の密度、強度等の品質を一層安定させることができる。
ちなみに、混練時の温度を制御しない場合、混練の開始時には混練物と接触する部分の温度が低く、混練に伴い摩擦熱が発生する。特に、連続的に行う場合には、温度が高くなり易い。このような状態では、混練物の温度が不安定となるため、バインダの結着能力が低下して混練物の品質が不安定となり、ひいてはシート状とした場合も、シートの強度が低下して破断を引き起こす場合や、シートの緻密化を妨げるため密度の低下を招く場合がある。この点、請求項３の発明によれば、そのような不具合を確実に防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面も参照して説明する。
図１には、電気二重層コンデンサ用の電極シートを製造する際の製造工程が示されている。分極性電極を製造する際に使用する原料は、炭素質粉末として活性炭、導電性助剤としてカーボンブラック、バインダとしてＰＴＦＥの粉末、バインダ用助剤として液体状のＩＰＡ（イソプロピルアルコール）である。原料の配合割合は重量％で、活性炭を８０％、カーボンブラックを１０％、ＰＴＦＥを１０％とし、ＩＰＡは、ＰＴＦＥと同重量の１０％とする。
【００１３】
まず、各原料の計量を行う。次に、活性炭とカーボンブラックをミキサの容器内に投入し、回転する撹拌羽根によりこれらを混合する一次混合を行う。これにより、活性炭とカーボンブラックとが極力均一に混合される。これを一次混合物という。この一次混合物の混合状態の模式図を、図２（ａ）に示す。同図中、塊状のものが活性炭１、この活性炭１より小さな粒状のものがカーボンブラック２である。
そして、予めＰＴＦＥとＩＰＡとを混合してＰＴＦＥを膨潤させたものを、上記ミキサの容器内に投入し、これと上記一次混合物とを混合する二次混合を行う。これにより、図２（ｂ）の模式図に示すように、活性炭１とカーボンブラック２とＰＴＦＥ３とが混合されると共に、ＰＴＦＥ３が繊維化して活性炭１とカーボンブラック２とが絡められる。
【００１４】
次に、二次混合された混合物を、図３に示す混練機（ニーダ）４の容器５内に収容し、蓋６をして加圧しながら、ブレード７を回転させることにより混練を行う。混練機４の容器５は、周囲部に空間部を形成するように二重壁となっていて、その二重壁の内側の壁に加熱用のヒータが設けられた構成となっている。容器５には、複数の温度センサ８が設けられている。
そして、混練機４が備えた制御装置により、上記温度センサ８の検出温度に基づき、混練物と接触する容器５及び蓋６、ブレード７の熱バインダを循環させることにより温度を制御する構成となっている。このとき、制御装置は、例えば９０℃で一定となるように温度制御する。このような構成の混練機４により混練されると、混合物は粘土状に混練されると共に、ＰＴＦＥが一層繊維化して活性炭とカーボンブラックとが絡められるようになる。
【００１５】
次に、上記混練機４で混練された混練物をキザミ機によりきざんで細かい粒にする。次に、このきざまれた粒を分級する。これにより得られた粒が成形材料となる。
次に、カレンダ成形前処理工程において、ミキサの密閉された容器内に、上記成形材料を収容すると共に、原料（活性炭とカーボンブラックとＰＴＦＥ）の合計重量に対して７０％のＩＰＡを添加して、これらを混合する。ミキサの容器は、ほぼ円筒状をなしていて、円周方向に回転されると共に、上下方向へ揺動されるようになっている。このミキサによる混合により、容器内に収容された粒状の成形材料と液体状のＩＰＡとが極力均一となるように混合される。
【００１６】
次に、カレンダ成形工程において、上記ミキサにより混合された成形材料の混合物を、カレンダ成形機のホッパに投入し、この混合物を２本のローラ間に通してシート状に成形する。成形されたシート状成形体は、巻取りローラにより巻き取る。このとき、シート状成形体の厚さは例えば２００μｍとする。
次に、ロール圧延工程において、上記シート状成形体を、２本のローラ間を通して圧延する。このロール圧延工程を複数回行うことにより、所定の厚さ例えば１６０μｍのシート状電極が形成され、このシート状電極が分極性電極となる。
このロール圧延の最終工程において、シート状電極の幅方向の両端部をカッタにより切断する。
【００１７】
次に、ラミネート工程において、圧延された上記シート状電極を、集電極となるアルミ箔に貼り合わせる。貼り合わせられた電極シートは、巻取りローラに巻き取る。
次に、乾燥工程において、シート状電極に含まれていた水分及びＩＰＡの残り分が除去される。尚、必要により真空乾燥を行うこともできる。
【００１８】
上記した実施例においては、原料の混合時に、まず、炭素質粉末としての活性炭１と導電性助剤となるカーボンブラック２のみで一次混合することで、これら活性炭１とカーボンブラック２とを極力均一に混合することができる。そして、この一次混合物に、予めバインダ用助剤となるＩＰＡを添加して膨潤させた、バインダとなるＰＴＦＥ３を添加して二次混合することにより、活性炭１とカーボンブラック２とＰＴＦＥ３の三者が極力均一に分散されて混合が良好に行われるようになる。これにより、原料の混合不良を極力防止できるようになる。この混合工程で混合が良好に行われることで、これ以降の混練や、成形、圧延などの工程における加工性も向上し、偏析などが少なく強度、密度が安定したシート状電極を製造することが可能となる。
【００１９】
しかも、このとき添加するＰＴＦＥ３は、予めＩＰＡを添加して優先的に膨潤させておくことにより繊維化し易くなるため、このＰＴＦＥ３により活性炭１とカーボンブラック１とが絡まり易くなり、混合を一層良好に行うことができる。
【００２０】
また、二次混合した混合物を混練機４により混練する際に、その混練物と接触する部分である、容器５、蓋６、並びにブレード７を温度制御するようにしたので、常に同じ温度条件で混練を行うことができ、混練を良好に行うことができると共に、バインダの結着性、均一性を一層高めることができ、ひいては、一層強度、密度が安定したシート状電極を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示すもので、電気二重層コンデンサ用の電極シートを製造する際の製造工程を説明する図
【図２】 （ａ）は一次混合した後の状態での模式図、（ｂ）は二次混合した後の状態での模式図
【図３】 混練機の断面図
【符号の説明】
１は活性炭（炭素質粉末）、２はカーボンブラック（導電性助剤）、３はＰＴＦＥ（バインダ）、４は混練機、５は容器、６は蓋、７はブレード、８は温度センサを示す。
Claims (3)
- 炭素質粉末、導電性助剤及びバインダを含む原料を混合、混練する工程を経て成形材料を作成した後、この成形材料を成形、圧延してシート状の電気二重層コンデンサ用分極性電極を製造する方法であって、
前記原料の混合時に、前記炭素質粉末と前記導電性助剤とを一次混合した後、この一次混合物に前記バインダを添加して二次混合するようにしたことを特徴とする電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。 - 前記二次混合する際に添加するバインダは、予めバインダ用助剤を添加して膨潤させたものを用いることを特徴とする請求項1記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。
- 前記原料を混練する際に、混練物と接触する部分を温度制御するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。
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| JP2002347938A JP3693254B2 (ja) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | 電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法 |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2004186191A JP2004186191A (ja) | 2004-07-02 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| US7706130B2 (en) | 2006-03-24 | 2010-04-27 | Asahi Glass Company, Limited | Process for producing electrode for electric double layer capacitor and process for producing electric double layer capacitor employing the electrode |
| US11616218B2 (en) | 2019-06-04 | 2023-03-28 | Licap Technologies, Inc. | Dry electrode manufacture by temperature activation method |
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| JP6312378B2 (ja) * | 2013-07-16 | 2018-04-18 | 大同メタル工業株式会社 | 電極シート及びその製造方法 |
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2002
- 2002-11-29 JP JP2002347938A patent/JP3693254B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
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| JP2004186191A (ja) | 2004-07-02 |
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