JP4034009B2 - 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、炭素微粉及び含フッ素樹脂からなる混和物をシート状に成形した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】
分極性電極と電解質界面で形成される電気二重層を利用した電気二重層コンデンサ（キャパシタ）は、小型大容量のコンデンサとして、大容量化、長寿命化の為、種々の改良がなされ、近年急速に需要が伸びている。この改良方法としては、耐亀裂性や破壊性を改良するために、活性炭とペーストの粘調度を与えるのに十分な量の電解質及び必要に応じてポリテトラフルオロエチレンのバインダーとの混合物よりなるカーボンペースト電極が提案されている（特公昭５３−７０２５号公報）。かかるカーボンペースト電極は、可撓性であり、耐亀裂性や耐破壊性は有するものの、形状保持性が小さく、その使用には強度を補うための特別な構造のセルを必要とし、電極の製造には複雑な工程を要した。
【０００３】
更に炭素質として、活性炭繊維を使用した機械的強度が大きい電極が知られている（特公昭６０−１５１３８号公報、特公昭６１−２６２０７号公報、特公昭６１−２６２０８号公報）。しかし、繊維状のものを扱うため、これも工程が複雑であった。
【０００４】
また、炭素微粉、含フッ素重合体樹脂及び液状潤滑剤からなる混和物をシート状の電極形状に成形した後、液状潤滑剤を除去し、次いで成形物を一軸又は多軸方向に延伸処理する方法によって製造する電極も提案されている（特公平７−１０５３１６号公報）。これも液状潤滑剤を除去したり、延伸をしたりとする工程が複雑であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の製造方法は、何れも工程が複雑であり、十分な強度を有するシート状電気二重層コンデンサ用分極性電極を簡単に製造することはできない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、厚さを薄くしても十分な強度を有し、可撓性である電気二重層コンデンサ用分極性電極を、簡単な工程により、製造する方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の態様は、炭素微粉及び含フッ素樹脂からなる混和物をシート状に成形する電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、圧延率が９０％以下となるように、液状潤滑剤を含まない前記混和物を、相対向するロールの周速が同一の第１のロールを用いて圧延した後、相対向するロールの周速の比が１：１．１〜１０である第２のロールを用いて圧延してシート状に成形する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にある。
【００１５】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、前記圧延工程の圧延率が５０％以下である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にある。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、前記混和物は、前記炭素微粉に対して前記含フッ素樹脂が１〜２０重量％混合されている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にある。
【００１７】
本発明は、炭素微粉及び含フッ素樹脂からなり、液状潤滑剤を含まない混和物をシート状に成形する際に、相対向するロールの周速が同一の第１のロールを用いて圧延した後、相対向するロールの周速が異なる第２のロールを用いて圧延することにより電気二重層コンデンサ用分極性電極を製造するものである。
【００１８】
ここで、ロールの周速の比が同一でない場合、その周速の比は、（ロール１）：（ロール２）＝１：１．０１〜１００である。より好ましくは（ロール１）：（ロール２）＝１：１．１〜１０である。また、使用するロールは１台であっても良いし、複数台であっても良い。さらに、ロールは、二軸ロール、又は三軸以上の多軸ロールであってもよい。
【００１９】
また、ロールを用いて圧延する圧延工程を１回以上、好ましくは繰り返してシート状にすることにより、同一のコンパウンド比であれば、従来方法より、より強度が大きく、薄いシートが形成でき、コンデンサの大容量化を図ることができる。また、かかる本発明方法によると、バインダー比率を下げても十分な強度を有するシートを成形でき、コンデンサとしての性能を向上することができる。
【００２０】
このように圧延工程を所定回数以上繰り返す場合、ロールの周速比は同一でもよい。また、前記圧延工程の圧延率は、例えば、９０％以下、好ましくは、７０％以下、特に好ましくは、５０％以下であるのがよい。
【００２１】
ここで、本発明で用いる炭素微粉体及び含フッ素樹脂を含む混和物の調製について説明する。
【００２２】
炭素微粉末は、分極性電極の材料となるもので、活性炭及びカーボンブラックからなる群から選択される少なくとも一種である。活性炭は、その種類は限定されず、その粒径が、一般的には、０．１〜２００μｍ、好ましくは１〜５０μｍのものを使用する。また、比表面積が１５００〜３５００ｍ2／ｇ、好ましくは、２０００〜３０００ｍ2／ｇのものが使用される。
【００２３】
また、含フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、クロロトリフルオロエチレン重合体、フッ化ビニリデン重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体などからなる群から選択される。
【００２４】
本発明では、これらの混和物を調製する際に、必要に応じて、液状潤滑剤を適量添加してもよい。なお、液状潤滑剤としては、水、アルコール、石油、ソルベントナフサ、ホワイトオイル等の液状炭化水素の他、各種潤滑剤が使用できる。
【００２５】
液体潤滑剤を使用してシート状成形物を成形した場合には、成形物から液状潤滑剤を加熱、抽出等の手段により除去することはいうまでもない。
【００２６】
混和物の調製は、炭素微粉末１００重量部に対し、ポリテトラフルオロエチレンを１〜５０重量％、好ましくは１〜２０重量％添加し、適宜の手段により行う。すなわち、混和物は良好に混合して調製する必要があるが、混和物を製造するためには、対流混合、拡散混合、剪断混合などを行うことができる各種混合機を用いることができ、例えば、高性能流動式混合機、高速剪断混合機、万能混合機などを用いることができる。
【００２７】
なお、このように調製された混和物は上述したようにロールにより圧延して、シート状等の電極形状に成形される。この圧延成形物は、そのまま分極性電極として使用することもできるが、必要に応じてさらに焼成処理する。
【００２８】
かかる本発明方法で製造された電気二重層コンデンサ用分極性電極は、柔軟性、強度、加工精度、コスト等の数々の面で極めて優れた特長を有することが認められた。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、実施例および比較例をあげて本発明を更に詳しく説明するが、これらによって本発明の範囲が何ら限定されるものではない。
【００３０】
（参考例１）
炭素微粉として粉末ヤシガラ炭（３２５メッシュ）７０重量％、カーボンブラック（粒径４０〜８０μｍ、表面積６０〜１００ｍ2／ｇ）２０重量％、含フッ素樹脂としてポリテトラフルオロエチレン粉末（粒径０．２μｍ）１０重量％を万能混合機に投入し混合した。得られた混和物をロールの周速の比が同一でないロール〔周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：５〕により圧延し、シートを得た。
【００３１】
（参考例２）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、ロールの周速の比が同一でないロール［周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：５］により圧延し、シート化した。このシートを更に上記のロールの周速で圧延率５０％にし、圧延を１回行いシートを得た。
【００３２】
（参考例３）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、ロールの周速の比が同一でないロール［周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：５］により圧延し、シート化した。このシートを更にロールの周速の比が同一で圧延率５０％にし、圧延を１回行いシートを得た。
【００３３】
（参考例４）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、ロールの周速の比が同一のロール〔周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：１〕により圧延し、シートを得た。
【００３４】
（参考例５）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、ロールの周速の比が同一のロール〔周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：１〕により圧延し、シートを得た。このシートを更に上記のロールの周速で圧延率５０％にし、圧延を１回行いシートを得た。
【００３５】
（実施例１）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、ロールの周速の比が同一のロール〔周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：１〕により圧延し、シートを得た。このシートを更にロールの周速の比が同一でないロール〔周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：５〕の周速で、圧延率５０％にし、圧延を１回行いシートを得た。
【００３６】
（比較例１）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、シート化する際、混和物をプレス金型に入れ、１０ＭＰａの圧でプレスし、シートを得た。
【００３７】
（比較例２）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、ロールの周速の比が同一でないロール［周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：５］により圧延し、シート化した。このシートを更に上記のロール周速で、圧延率９５％にし、圧延を１回行いシートを得た。
【００３８】
（試験例）
実施例１、参考例１〜５及び比較例１〜２のシートを使用して以下の方法により強度、耐屈曲性、電極単位体積当たりの容量の高温下での長期信頼性を評価した。結果は表１に示す。
【００３９】
なお、強度は、シートから幅１０ｍｍの短冊の試料片を打ち抜き、引張り試験機にて強度測定することにより求めた。引張り速度は１０ｃｍ／分とした。
【００４０】
耐屈曲性は、シートから幅１０ｍｍの短冊の試料片を打ち抜き、シートの両端をつかみ、１秒間に１回の割合で中央部分を９０度屈曲させ、短冊が切断する回数を測定することにより評価した。
【００４１】
長期信頼性は、コイン型の電気二重層コンデンサを作製し評価した。直径２０ｍｍの円盤をシートから２枚打ち抜き、これをポリプロピレン製のセパレーターを介して対向させ、ステンレス鋼製キャップ及びステンレス鋼製缶から成る外装容器中にポリプロピレン製絶縁パッキングを介して一体化後、かしめ封口した。なお、封口に際し、テトラエチルアンモニウムパークロレートの１モルプロピレンカーボネート溶液を注入した。このように作製した電気二重層コンデンサを用いて、７０℃の高温に於ける１０００時間１Ｖ連続印加時の容量変化を測定した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
＊７０℃、１Ｖ印加、１０００時間経過後
強度（ＭＰａ）＝最大引張力（Ｎ）／試験片の断面積（ｍｍ2）
容量劣化率（％）
＝［初期容量（Ｆ）−１０００時間後容量（Ｆ）］×１００／初期容量（Ｆ）
【００４４】
【発明の効果】
本発明による電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法によれば、十分な強度を有するシート状電極を簡便に製造することができ、このシート状電極を用いることで、機械的特性に優れ、かつ大容量、長寿命の電気二重層コンデンサを作製することが出来るという効果を奏する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素微粉及び含フッ素樹脂からなる混和物をシート状に成形した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】
分極性電極と電解質界面で形成される電気二重層を利用した電気二重層コンデンサ（キャパシタ）は、小型大容量のコンデンサとして、大容量化、長寿命化の為、種々の改良がなされ、近年急速に需要が伸びている。この改良方法としては、耐亀裂性や破壊性を改良するために、活性炭とペーストの粘調度を与えるのに十分な量の電解質及び必要に応じてポリテトラフルオロエチレンのバインダーとの混合物よりなるカーボンペースト電極が提案されている（特公昭５３−７０２５号公報）。かかるカーボンペースト電極は、可撓性であり、耐亀裂性や耐破壊性は有するものの、形状保持性が小さく、その使用には強度を補うための特別な構造のセルを必要とし、電極の製造には複雑な工程を要した。
【０００３】
更に炭素質として、活性炭繊維を使用した機械的強度が大きい電極が知られている（特公昭６０−１５１３８号公報、特公昭６１−２６２０７号公報、特公昭６１−２６２０８号公報）。しかし、繊維状のものを扱うため、これも工程が複雑であった。
【０００４】
また、炭素微粉、含フッ素重合体樹脂及び液状潤滑剤からなる混和物をシート状の電極形状に成形した後、液状潤滑剤を除去し、次いで成形物を一軸又は多軸方向に延伸処理する方法によって製造する電極も提案されている（特公平７−１０５３１６号公報）。これも液状潤滑剤を除去したり、延伸をしたりとする工程が複雑であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の製造方法は、何れも工程が複雑であり、十分な強度を有するシート状電気二重層コンデンサ用分極性電極を簡単に製造することはできない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、厚さを薄くしても十分な強度を有し、可撓性である電気二重層コンデンサ用分極性電極を、簡単な工程により、製造する方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の態様は、炭素微粉及び含フッ素樹脂からなる混和物をシート状に成形する電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、圧延率が９０％以下となるように、液状潤滑剤を含まない前記混和物を、相対向するロールの周速が同一の第１のロールを用いて圧延した後、相対向するロールの周速の比が１：１．１〜１０である第２のロールを用いて圧延してシート状に成形する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にある。
【００１５】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、前記圧延工程の圧延率が５０％以下である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にある。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、前記混和物は、前記炭素微粉に対して前記含フッ素樹脂が１〜２０重量％混合されている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にある。
【００１７】
本発明は、炭素微粉及び含フッ素樹脂からなり、液状潤滑剤を含まない混和物をシート状に成形する際に、相対向するロールの周速が同一の第１のロールを用いて圧延した後、相対向するロールの周速が異なる第２のロールを用いて圧延することにより電気二重層コンデンサ用分極性電極を製造するものである。
【００１８】
ここで、ロールの周速の比が同一でない場合、その周速の比は、（ロール１）：（ロール２）＝１：１．０１〜１００である。より好ましくは（ロール１）：（ロール２）＝１：１．１〜１０である。また、使用するロールは１台であっても良いし、複数台であっても良い。さらに、ロールは、二軸ロール、又は三軸以上の多軸ロールであってもよい。
【００１９】
また、ロールを用いて圧延する圧延工程を１回以上、好ましくは繰り返してシート状にすることにより、同一のコンパウンド比であれば、従来方法より、より強度が大きく、薄いシートが形成でき、コンデンサの大容量化を図ることができる。また、かかる本発明方法によると、バインダー比率を下げても十分な強度を有するシートを成形でき、コンデンサとしての性能を向上することができる。
【００２０】
このように圧延工程を所定回数以上繰り返す場合、ロールの周速比は同一でもよい。また、前記圧延工程の圧延率は、例えば、９０％以下、好ましくは、７０％以下、特に好ましくは、５０％以下であるのがよい。
【００２１】
ここで、本発明で用いる炭素微粉体及び含フッ素樹脂を含む混和物の調製について説明する。
【００２２】
炭素微粉末は、分極性電極の材料となるもので、活性炭及びカーボンブラックからなる群から選択される少なくとも一種である。活性炭は、その種類は限定されず、その粒径が、一般的には、０．１〜２００μｍ、好ましくは１〜５０μｍのものを使用する。また、比表面積が１５００〜３５００ｍ2／ｇ、好ましくは、２０００〜３０００ｍ2／ｇのものが使用される。
【００２３】
また、含フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、クロロトリフルオロエチレン重合体、フッ化ビニリデン重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体などからなる群から選択される。
【００２４】
本発明では、これらの混和物を調製する際に、必要に応じて、液状潤滑剤を適量添加してもよい。なお、液状潤滑剤としては、水、アルコール、石油、ソルベントナフサ、ホワイトオイル等の液状炭化水素の他、各種潤滑剤が使用できる。
【００２５】
液体潤滑剤を使用してシート状成形物を成形した場合には、成形物から液状潤滑剤を加熱、抽出等の手段により除去することはいうまでもない。
【００２６】
混和物の調製は、炭素微粉末１００重量部に対し、ポリテトラフルオロエチレンを１〜５０重量％、好ましくは１〜２０重量％添加し、適宜の手段により行う。すなわち、混和物は良好に混合して調製する必要があるが、混和物を製造するためには、対流混合、拡散混合、剪断混合などを行うことができる各種混合機を用いることができ、例えば、高性能流動式混合機、高速剪断混合機、万能混合機などを用いることができる。
【００２７】
なお、このように調製された混和物は上述したようにロールにより圧延して、シート状等の電極形状に成形される。この圧延成形物は、そのまま分極性電極として使用することもできるが、必要に応じてさらに焼成処理する。
【００２８】
かかる本発明方法で製造された電気二重層コンデンサ用分極性電極は、柔軟性、強度、加工精度、コスト等の数々の面で極めて優れた特長を有することが認められた。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、実施例および比較例をあげて本発明を更に詳しく説明するが、これらによって本発明の範囲が何ら限定されるものではない。
【００３０】
（参考例１）
炭素微粉として粉末ヤシガラ炭（３２５メッシュ）７０重量％、カーボンブラック（粒径４０〜８０μｍ、表面積６０〜１００ｍ2／ｇ）２０重量％、含フッ素樹脂としてポリテトラフルオロエチレン粉末（粒径０．２μｍ）１０重量％を万能混合機に投入し混合した。得られた混和物をロールの周速の比が同一でないロール〔周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：５〕により圧延し、シートを得た。
【００３１】
（参考例２）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、ロールの周速の比が同一でないロール［周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：５］により圧延し、シート化した。このシートを更に上記のロールの周速で圧延率５０％にし、圧延を１回行いシートを得た。
【００３２】
（参考例３）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、ロールの周速の比が同一でないロール［周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：５］により圧延し、シート化した。このシートを更にロールの周速の比が同一で圧延率５０％にし、圧延を１回行いシートを得た。
【００３３】
（参考例４）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、ロールの周速の比が同一のロール〔周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：１〕により圧延し、シートを得た。
【００３４】
（参考例５）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、ロールの周速の比が同一のロール〔周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：１〕により圧延し、シートを得た。このシートを更に上記のロールの周速で圧延率５０％にし、圧延を１回行いシートを得た。
【００３５】
（実施例１）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、ロールの周速の比が同一のロール〔周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：１〕により圧延し、シートを得た。このシートを更にロールの周速の比が同一でないロール〔周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：５〕の周速で、圧延率５０％にし、圧延を１回行いシートを得た。
【００３６】
（比較例１）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、シート化する際、混和物をプレス金型に入れ、１０ＭＰａの圧でプレスし、シートを得た。
【００３７】
（比較例２）
参考例１において万能混合機から得られた混和物を、ロールの周速の比が同一でないロール［周速の比（ロール１）：（ロール２）＝１：５］により圧延し、シート化した。このシートを更に上記のロール周速で、圧延率９５％にし、圧延を１回行いシートを得た。
【００３８】
（試験例）
実施例１、参考例１〜５及び比較例１〜２のシートを使用して以下の方法により強度、耐屈曲性、電極単位体積当たりの容量の高温下での長期信頼性を評価した。結果は表１に示す。
【００３９】
なお、強度は、シートから幅１０ｍｍの短冊の試料片を打ち抜き、引張り試験機にて強度測定することにより求めた。引張り速度は１０ｃｍ／分とした。
【００４０】
耐屈曲性は、シートから幅１０ｍｍの短冊の試料片を打ち抜き、シートの両端をつかみ、１秒間に１回の割合で中央部分を９０度屈曲させ、短冊が切断する回数を測定することにより評価した。
【００４１】
長期信頼性は、コイン型の電気二重層コンデンサを作製し評価した。直径２０ｍｍの円盤をシートから２枚打ち抜き、これをポリプロピレン製のセパレーターを介して対向させ、ステンレス鋼製キャップ及びステンレス鋼製缶から成る外装容器中にポリプロピレン製絶縁パッキングを介して一体化後、かしめ封口した。なお、封口に際し、テトラエチルアンモニウムパークロレートの１モルプロピレンカーボネート溶液を注入した。このように作製した電気二重層コンデンサを用いて、７０℃の高温に於ける１０００時間１Ｖ連続印加時の容量変化を測定した。
【００４２】
【表１】
＊７０℃、１Ｖ印加、１０００時間経過後
強度（ＭＰａ）＝最大引張力（Ｎ）／試験片の断面積（ｍｍ2）
容量劣化率（％）
＝［初期容量（Ｆ）−１０００時間後容量（Ｆ）］×１００／初期容量（Ｆ）
【００４４】
【発明の効果】
本発明による電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法によれば、十分な強度を有するシート状電極を簡便に製造することができ、このシート状電極を用いることで、機械的特性に優れ、かつ大容量、長寿命の電気二重層コンデンサを作製することが出来るという効果を奏する。
Claims (3)
- 炭素微粉及び含フッ素樹脂からなる混和物をシート状に成形する電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、圧延率が９０％以下となるように、液状潤滑剤を含まない前記混和物を、相対向するロールの周速が同一の第１のロールを用いて圧延した後、相対向するロールの周速の比が１：１．１〜１０である第２のロールを用いて圧延してシート状に成形する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。
- 請求項１に記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、前記圧延工程の圧延率が５０％以下である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。
- 請求項１又は２に記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、前記混和物は、前記炭素微粉に対して前記含フッ素樹脂が１〜２０重量％混合されている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。
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|---|---|---|---|
| JP19989199A JP4034009B2 (ja) | 1998-08-31 | 1999-07-14 | 電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP25856298 | 1998-09-11 | ||
| JP10-245967 | 1998-09-11 | ||
| JP10-258562 | 1998-09-11 | ||
| JP19989199A JP4034009B2 (ja) | 1998-08-31 | 1999-07-14 | 電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=27327719
Family Applications (1)
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