JP4822555B2 - Non-woven nickel chrome current collector for capacitor, electrode and capacitor using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric double layer capacitor increased in capacitance, reduced in inner resistance with excellent durability. <P>SOLUTION: The collector for the capacitor is made of nonwoven fabric-like nickel-chromium obtained by chromizing nonwoven fabric-like nickel and having the chromium content of at least 25 wt.%. The collector is obtained by performing electro-conductive treatment on resin nonwoven fabric and electrically nickelizing the fabric to form a nickel-coated layer on the surface of the nonwoven fabric, removing the resin to form nonwoven fabric-like nickel and chromizing the nonwoven fabric-like nickel such that the chromium content is at least 25 wt.%. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、新規なキャパシタ用分極性電極及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a novel polarizable electrode for a capacitor and a method for producing the same.

電気二重層キャパシタは、各種キャパシタ中でも容量が大きいため、最近注目されてきている。例えば、キャパシタは電気機器のメモリーバックアップ用として幅広く使われており、近年この用途にも電気二重層キャパシタの利用が促進している。さらに近年では、ハイブリッド車、燃料自動車等の自動車用にも利用が期待されている。   The electric double layer capacitor has recently attracted attention because of its large capacitance among various capacitors. For example, capacitors are widely used for memory backup of electrical equipment, and in recent years, the use of electric double layer capacitors has been promoted for this purpose as well. Furthermore, in recent years, it is expected to be used for vehicles such as hybrid vehicles and fuel vehicles.

電気二重層キャパシタには、ボタン型、円筒型、角型等といった種類がある。ボタン型は、例えば、活性炭電極層を集電体上に設けた分極性電極を一対として、その電極間にセパレータを配置して電気二重層キャパシタ素子を横成し、電解質とともに金属ケース内に収納し、封口板と両者を絶縁するガスケットで密封することにより製造される。円筒型は、この一対の分極性電極とセパレータを重ね、捲回して電気二重層キャパシタ素子を構成し、この素子に電解液を含覆させてアルミニウムケース中に収納し、封口材を用いて密封することにより製造される。角型も、基本的横造はボタン型や円筒型と同様である。   There are various types of electric double layer capacitors such as a button type, a cylindrical type, and a square type. For example, the button type has a pair of polarizable electrodes with an activated carbon electrode layer on a current collector, and a separator is placed between the electrodes to lay the electric double layer capacitor element, and it is housed in a metal case together with the electrolyte. And it manufactures by sealing with a gasket which insulates a sealing plate and both. For the cylindrical type, this pair of polarizable electrodes and separators are stacked and rolled to form an electric double layer capacitor element. The element is covered with an electrolytic solution and stored in an aluminum case, and sealed with a sealing material. It is manufactured by doing. The square type is basically the same as the button type and cylindrical type.

この電気二重層キャパシタに用いる分極性電極は、一般的には、アルミニウム箔である集電体に、活性炭を塗布することにより製造される。その分極性電極を横成する集電体は、例えば、特許文献1〜3に非水電解質電気二重層キャパシタ用として種々のものが開示されている。特許文献1には、アルミニウム、ステンレス等の金属集電体が開示されている。
特許文献2には、ステンレス繊維のマットをステンレス箔に電気溶接した集電体が開示されている。特許文献3には、タンタル、アルミニウム及びチタニウムの少なくとも1種の金属からなる多孔質集電体が開示されている。
The polarizable electrode used for this electric double layer capacitor is generally manufactured by applying activated carbon to a current collector that is an aluminum foil. For example, Patent Documents 1 to 3 disclose various current collectors that cross the polarizable electrodes for non-aqueous electrolyte electric double layer capacitors. Patent Document 1 discloses a metal current collector such as aluminum or stainless steel.
Patent Document 2 discloses a current collector obtained by electrically welding a stainless fiber mat to a stainless steel foil. Patent Document 3 discloses a porous current collector made of at least one metal selected from tantalum, aluminum, and titanium.

ところで、メモリーバックアップ用、由動車用等の用途に用いられる電気二重層キャパシタは、より一層の高容量化等が求められている。つまり、静電容量の向上及び内部抵抗の低減が求められている。これを達成する手段として分極性電極中の活性炭にカーボンブラック、炭素繊維等の導電助剤を添加したり、集電体を金属箔に代えて多孔体(三次元構造)にすることが試みられている。   Incidentally, electric double layer capacitors used for applications such as memory backup and driving vehicles are required to have a higher capacity. That is, improvement in capacitance and reduction in internal resistance are required. In order to achieve this, attempts have been made to add a conductive agent such as carbon black or carbon fiber to the activated carbon in the polarizable electrode, or to replace the current collector with a metal foil to make a porous body (three-dimensional structure). ing.

しかしながら、導電助剤については、電気抵抗を下げるために多量の導電助剤を添加すると分極性電極中の活性炭の含有量が減少してしまい、逆にキャパシタの静電容量が小さくなる問題が生じる。
一方、集電体に関しては、多孔体としてスクリーン、パンチングメタル、ラスなどを用いることが試みられているが、構造上は実質的に二次元構造であり、大幅な静電容量の向上は期待できない。
However, with regard to the conductive auxiliary agent, if a large amount of conductive auxiliary agent is added to lower the electrical resistance, the content of activated carbon in the polarizable electrode decreases, and conversely, the capacitance of the capacitor decreases. .
On the other hand, regarding current collectors, attempts have been made to use screens, punching metals, laths and the like as porous bodies, but the structure is substantially a two-dimensional structure, and a significant improvement in capacitance cannot be expected. .

現在、量産可能な三次元構造集電体としては発泡状ニッケルがあり、アルカリ電解質二次電池用の集電体として普及している。しかし、非水電解質を用いる電気二重層キャパシタでは、ニッケルは非水電解質による酸化や腐食を受けるため使用に耐えない。
また、ニッケル以外のステンレススチール等では、多孔度が大きい三次元構造の集電体を量産することは現在のところ困難である。
Currently, foamed nickel is a three-dimensional structure current collector that can be mass-produced, and is widely used as a current collector for an alkaline electrolyte secondary battery. However, in an electric double layer capacitor using a non-aqueous electrolyte, nickel cannot be used because it is oxidized or corroded by the non-aqueous electrolyte.
In addition, it is difficult to mass-produce current collectors having a three-dimensional structure with high porosity using stainless steel other than nickel.

特開平11−274012号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-274012 特開平09−232190号公報JP 09-232190 A 特開平11−150042号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-150042

本発明は、静電容量が大きく、内部抵抗が小さく、かつ耐久性に優れたキャパシタを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a capacitor having a large capacitance, a small internal resistance, and excellent durability.

本発明者らは、上記問題点に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、集電体として、不織布状ニッケルをクロマイジング処理して得られたクロム含有率が25質量%以上である不織布状ニッケルクロムからなる集電体を用いることによって上記課題を解決することができることを見出して本発明に至った。
すなわち、本発明は、以下に記載するとおりのキャパシタ用不織布状ニッケルクロムからなる集電体、この集電体を用いた電極及びこの電極を用いたキャパシタに係るものである。
In view of the above problems, the present inventors have conducted extensive research and, as a result, non-woven nickel chrome having a chromium content of 25% by mass or more obtained by chromizing non-woven nickel as a current collector. The present invention has been found by using a current collector made of
That is, the present invention relates to a current collector made of non-woven nickel chrome for capacitors as described below, an electrode using this current collector, and a capacitor using this electrode.

)不織布状ニッケルにクロマイジング処理を行ってクロム含有率を25質量%以上にすることを特徴とする不織布状ニッケル−クロムからなるキャパシタ用集電体の製造方法。
)前記不織布状ニッケルが、樹脂からなる不織布に導電処理及び電解ニッケルめっき処理をこの順に施して不織布表面にニッケル被覆層を形成したのち、樹脂を除去する処理を施すことによって得た不織布状ニッケルであることを特徴とする()記載のキャパシタ用の集電体の製造方法。
)前記不織布状ニッケルが、樹脂からなる不織布に導電処理及び電解ニッケルめっき処理をこの順に施して不織布表面にニッケル被覆層を形成したのち、樹脂を焼却除去し、次いで還元性雰囲気中で熱処理してニッケルを還元処理することによって得た不織布状ニッケルであることを特徴とする()記載の集電体の製造方法。
)()〜()のいずれかに記載の製造方法によって得たキャパシタ用集電体に活性炭を主成分とする電極材料を充填することを特徴とするキャパシタ用電極の製造方法。
( 1 ) A method for producing a current collector for a capacitor comprising non-woven fabric nickel-chromium, wherein the non-woven fabric nickel is subjected to chromizing treatment so that the chromium content is 25% by mass or more.
( 2 ) The non-woven fabric obtained by applying the conductive treatment and electrolytic nickel plating treatment to the non-woven fabric made of resin in this order to form a nickel coating layer on the surface of the non-woven fabric and then removing the resin. The method for producing a current collector for a capacitor according to ( 1 ), wherein the capacitor is nickel.
( 3 ) The nonwoven fabric-like nickel is subjected to conductive treatment and electrolytic nickel plating treatment in this order on the nonwoven fabric made of resin to form a nickel coating layer on the nonwoven fabric surface, and then the resin is incinerated and removed, followed by heat treatment in a reducing atmosphere. The method for producing a current collector according to ( 1 ), wherein the nickel is a non-woven nickel obtained by reducing nickel.
( 4 ) A method for producing a capacitor electrode, comprising filling a capacitor current collector obtained by the production method according to any one of ( 1 ) to ( 3 ) with an electrode material mainly composed of activated carbon.

本発明の集電体は、不織布状ニッケルをクロマイジング処理したことによってニッケルの耐食性が上がり、非水系キャパシタの電圧でもニッケルが酸化されることなく集電体として良好に使用することができ、また、多孔体構造であるため、この集電体に活性炭を充填してなるキャパシタ用電極を用いたキャパシタは高い容量密度を得ることができる。   The current collector of the present invention is improved in corrosion resistance of nickel by chromizing non-woven nickel, and can be used favorably as a current collector without being oxidized even at a non-aqueous capacitor voltage. Because of the porous structure, a capacitor using a capacitor electrode in which the current collector is filled with activated carbon can obtain a high capacity density.

本発明の集電体は次のようにして作製することができる。
樹脂不織布の表面にニッケル被覆層を形成したのち基材である樹脂を除去し、次いで必要に応じて還元性雰囲気中で加熱処理してニッケルを還元して不織布状のニッケルめっき多孔質構造体(以下、本願明細書ではこれを「不織布状ニッケル」という)を得て、この不織布状ニッケルをクロマイジング処理することにより不織布状のニッケルクロム多孔質構造体(以下、本願明細書ではこれを「不織布状ニッケルクロム」という)からなる集電体を得る。本発明におけるクロマイジング処理とはニッケルの表面にクロムを拡散浸透させる処理をいう。
The current collector of the present invention can be produced as follows.
After forming the nickel coating layer on the surface of the resin nonwoven fabric, the base resin is removed, and if necessary, heat treatment is performed in a reducing atmosphere to reduce the nickel and to form a nonwoven nickel-plated porous structure ( Hereinafter, in the present specification, this is referred to as “nonwoven fabric-like nickel”, and this nonwoven fabric-like nickel is subjected to chromizing treatment, thereby producing a nonwoven-like nickel-chrome porous structure (hereinafter referred to as “nonwoven fabric”). Current collector made of “nickel-like chromium”. The chromizing treatment in the present invention refers to a treatment for diffusing and infiltrating chromium on the surface of nickel.

樹脂不織布にニッケル被覆層を形成するには、公知のニッケル被覆方法を採用することができ、このような方法としては例えば、電解めっき法、無電解めっき法、スパッタリング法等が挙げられる。これらの被覆方法は単独で用いてもよく、複数の被覆方法を組み合わせて用いても良い。
生産性、コストの観点からは、まず、無電解めっき法又はスパッタリング法によって発泡状樹脂表面を導電処理し、次いで、これに電解めっき法によって所望の目付量までニッケルめっきする方法を採用することが好ましい。
In order to form the nickel coating layer on the resin nonwoven fabric, a known nickel coating method can be employed. Examples of such a method include an electrolytic plating method, an electroless plating method, and a sputtering method. These coating methods may be used alone, or a plurality of coating methods may be used in combination.
From the viewpoint of productivity and cost, it is possible to first apply a conductive treatment to the foamed resin surface by an electroless plating method or a sputtering method, and then apply a nickel plating method to the desired basis weight by an electrolytic plating method. preferable.

電解めっき法を採用して不織布状ニッケルクロムを形成するには、樹脂不織布に導電処理、電解ニッケルめっき処理を順次行った後、当該樹脂を除去し、次いで必要に応じて還元性雰囲気中で加熱処理してニッケルを還元して不織布状ニッケルを得て、これをクロマイジング処理することによって不織布状ニッケルクロムからなる集電体を得る。
また、本発明のキャパシタ様電極は、上記の本発明の集電体に、活性炭を主成分とする電極材料を充填することにより得られる。
以下、本発明についてより詳細に説明する。
In order to form non-woven nickel chrome using the electroplating method, the resin non-woven fabric is sequentially subjected to conductive treatment and electrolytic nickel plating treatment, then the resin is removed, and then heated in a reducing atmosphere as necessary. The nickel is reduced by treatment to obtain non-woven nickel, and this is chromized to obtain a current collector made of non-woven nickel chromium.
The capacitor-like electrode of the present invention can be obtained by filling the above-described current collector of the present invention with an electrode material mainly composed of activated carbon.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

[不織布]
本発明で用いる多孔質不織布は限定的でなく、公知又は市販のものを使用することができるが、熱可塑性樹脂であることが好ましく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のオレフィン単独重合体からなる繊維、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体等のオレフィン共重合体からなる織碓、これら繊維の混合物が挙げられる。また、融点の異なる2種の成分からなる芯鞘型繊維を用いても良い。
[Nonwoven fabric]
The porous nonwoven fabric used in the present invention is not limited, and known or commercially available ones can be used. However, a thermoplastic resin is preferable, and for example, the porous nonwoven fabric is composed of an olefin homopolymer such as polyethylene, polypropylene, and polybutene. Examples thereof include fibers, woven fabric made of an olefin copolymer such as an ethylene-propylene copolymer, an ethylene-butene copolymer, and a propylene-butene copolymer, and a mixture of these fibers. Moreover, you may use the core-sheath-type fiber which consists of two types of components from which melting | fusing point differs.

芯鞘型複合繊維の具体例としては、ポリプロピレンを芯成分に、ポリエチレンを鞘成分とした芯鞘型繊維を挙げることができる。この場合、ポリプロピレン樹脂:ポリエチレン樹脂の配合割合(質量比)は、通常20:80〜80:20程度であり、好ましくは40:60〜70:30程度である。   Specific examples of the core-sheath type composite fiber include a core-sheath type fiber having polypropylene as a core component and polyethylene as a sheath component. In this case, the blending ratio (mass ratio) of polypropylene resin: polyethylene resin is usually about 20:80 to 80:20, preferably about 40:60 to 70:30.

樹脂繊維の平均繊維径は限定的でなく、通常9μm〜70μm程度、好ましくは10μm〜50μm程度とすればよい。平均繊維長も限定的でなく、通常5mm〜100mm程度、好ましくは30mm〜70mm程度とすればよい。
ポリオレフィン系樹脂繊維を構成するポリオレフィン系樹脂の分子量及び密度は特に限定されず、ポリオレフィン系樹脂の種類等に応じて適宜決定すればよい。
The average fiber diameter of the resin fibers is not limited and is usually about 9 μm to 70 μm, preferably about 10 μm to 50 μm. The average fiber length is not limited and is usually about 5 mm to 100 mm, preferably about 30 mm to 70 mm.
The molecular weight and density of the polyolefin resin constituting the polyolefin resin fiber are not particularly limited, and may be appropriately determined according to the type of the polyolefin resin.

不織布の多孔度は限定的でなく、通常85〜98%軽度であり、好ましくは86〜96%程度である。この範囲にすることにより、分極性電極としての強度を保ちつつ不織布状集電体中に活性炭を多く充填することができ、キャパシタの高出力化及び高容量化が可能となる。   The porosity of the nonwoven fabric is not limited and is usually 85 to 98% mild, preferably about 86 to 96%. By setting this range, it is possible to fill the nonwoven fabric current collector with a large amount of activated carbon while maintaining the strength as a polarizable electrode, and it is possible to increase the output and capacity of the capacitor.

不織布の孔径は限定的でなく、通常10μm〜250μm程度、好ましくは15μm〜200μm程度である。本発明の孔径は、バブルポイント法により測定されるものである。
また、不織布の平均厚みは限定的でなく、製造する電気二重層キャパシタの用途、目的等に応じて適宜決定すればよいが、通常100μm〜1000μm程度、好ましくは150μm〜800μm程度とすればよい。
The pore diameter of the nonwoven fabric is not limited, and is usually about 10 μm to 250 μm, preferably about 15 μm to 200 μm. The pore diameter of the present invention is measured by the bubble point method.
The average thickness of the non-woven fabric is not limited, and may be appropriately determined according to the use and purpose of the electric double layer capacitor to be manufactured. Usually, it is about 100 μm to 1000 μm, preferably about 150 μm to 800 μm.

不織布は、後述するめっきに処理に先立って、ニードルパンチ法、水流交絡法等の交絡処理、樹脂繊維の軟化温度付近での熱処理などの前処理を行ってもよい。この前処理によって、繊維同士の結合が強固になり、不織布の強度を向上させることができる。その結果、活性炭を当該不織布に充填する際に必要な三次元構造を十分に保持することができる   Prior to the plating described below, the nonwoven fabric may be subjected to a pretreatment such as a confounding treatment such as a needle punch method or a hydroentanglement method, or a heat treatment near the softening temperature of the resin fiber. By this pretreatment, the bonds between the fibers are strengthened, and the strength of the nonwoven fabric can be improved. As a result, the three-dimensional structure necessary for filling the nonwoven fabric with activated carbon can be sufficiently retained.

不織布は、通常、公知の乾式法及び湿式法のいずれかで製造されるが、本発明ではいずれの方法で製造されたものでもかまわない。乾式法としては、例えば、カート法、エアレイ法、メルトブロー法、スパンボンド法等が挙げられる。湿式法としては、例えば、単繊維を水中に分散し網状ネット上に漉す方法等が挙げられる。本発明では、目付量及び厚みのばらつきが小さく、厚みが均一な集電体を製造できる覿点から、湿式法により得られた不織布を使用することが好ましい。   The nonwoven fabric is usually produced by any one of the known dry method and wet method, but may be produced by any method in the present invention. Examples of the dry method include a cart method, an air lay method, a melt blow method, and a spun bond method. Examples of the wet method include a method of dispersing single fibers in water and placing them on a net-like net. In this invention, it is preferable to use the nonwoven fabric obtained by the wet method from the saddle point which can manufacture the electrical power collector with a small areal weight and thickness variation, and uniform thickness.

[集電体]
以下では、樹脂不織布に導電処理、電解めっき処理及びクロマイジング処理を順次施すことによって集電体を作製する方法について述べる。
(導電処理)
導電処理は、樹脂不織布の表面に導電性を有する層を設けることができる処理である限り特に制限はない。導電性を有する層(導電被覆層)を構成する材料としては、例えば、ニッケル、チタン、ステンレススチール等の金属の他、黒鉛等が挙げられる。これらの中でも特にニッケルが好ましい。
導電処理の具体例としては、例えば、ニッケルを用いる場合は、無電解めっき処理、スパッタリング処理等が好ましく挙げられる。また、チタン、ステンレススチール等の金属、黒鉛などの材料を用いる場合は、これら材料の微粉末にバインダを加えて得られる混合物を、発泡状樹脂に塗着する処理が好ましく挙げられる。この場合のバインダとしては、後述する活物質ペーストと同じものが採用できる。
[Current collector]
Hereinafter, a method for producing a current collector by sequentially conducting conductive treatment, electrolytic plating treatment, and chromizing treatment on a resin nonwoven fabric will be described.
(Conductive treatment)
The conductive treatment is not particularly limited as long as it is a treatment that can provide a conductive layer on the surface of the resin nonwoven fabric. Examples of the material constituting the conductive layer (conductive coating layer) include graphite, in addition to metals such as nickel, titanium, and stainless steel. Among these, nickel is particularly preferable.
As specific examples of the conductive treatment, for example, when nickel is used, electroless plating treatment, sputtering treatment, and the like are preferably exemplified. Moreover, when using materials, such as metals, such as titanium and stainless steel, and graphite, the process which coats the foamed resin with the mixture obtained by adding a binder to the fine powder of these materials is mentioned preferably. As the binder in this case, the same material as the active material paste described later can be used.

ニッケルを用いた無電解めっき処理としては、例えば、還元剤として次亜リン骸ナトリウムを含有した硫酸ニッケル水溶液等の公知の無電解ニッケルめっき浴に発泡状樹脂を浸漬すればよい。必要に応じて、めっき浴浸漬前に、発泡状樹脂を微量のパラジウムイオンを含む活性化液(カニゼン社製)等に浸漬し洗浄してもよい。   As the electroless plating treatment using nickel, for example, the foamed resin may be immersed in a known electroless nickel plating bath such as a nickel sulfate aqueous solution containing sodium hypophosphite as a reducing agent. If necessary, before immersion in the plating bath, the foamed resin may be washed by immersing it in an activation liquid containing a small amount of palladium ions (manufactured by Kanigen Co., Ltd.).

ニッケルを用いたスパッタリング処理(ニッケルスバッタリング処理)としては、ニッケルをターゲットとする限り限定的でなく、常法に従って行えばよい。具体的には、基板ホルダーに樹脂不織布を取り付けた後、不活性ガス(アルゴン等)を導入しながら当該ホルダーとターゲット(ニッケル)との間に直流電圧を印加することにより、イオン化した不活性ガスをニッケルに衝突させ、はじき飛ばされたニッケルを当該不織布表面に堆積させることにより行われる。なお、本発明では、スバッタリング処理は、不織布が溶解しない温度下で行うことが好ましく、具体的には、100〜200℃程度、好ましくは120〜180℃程度で行えばよい。
導電性被覆層の目付量は不織布に導電性を付与できる限り限定的でなく、例えば、5g/m〜15g/m程度、7g/m〜10g/m程度とすればよい。
The sputtering process using nickel (nickel sputtering process) is not limited as long as nickel is used as a target, and may be performed according to a conventional method. Specifically, after attaching a resin nonwoven fabric to the substrate holder, an inert gas (such as argon) is introduced and a DC voltage is applied between the holder and the target (nickel) to ionize the inert gas. Is caused to collide with nickel, and the nickel that is repelled is deposited on the surface of the nonwoven fabric. In the present invention, the sputtering process is preferably performed at a temperature at which the nonwoven fabric does not dissolve, and specifically, it may be performed at about 100 to 200 ° C, preferably about 120 to 180 ° C.
Basis weight of the conductive coating layer is not limited as long as capable of imparting conductivity to the nonwoven fabric, for example, 5g / m 2 ~15g / m 2 about, may be set to 7g / m 2 ~10g / m 2 approximately.

(電解めっき処理)
次いで導電被覆層を形成した樹脂不織布に電解ニッケルめっき処理を施す。
電解ニッケルめっき処理は、常法に従って行えばよい。電解ニッケルめっき処理に用いるめっき浴としては、公知又は市販のものを使用することができ、例えば、ワット浴、塩化浴、スルフアミン酸浴等が挙げられる。
上記のめっき浴中に前記の導電処理を施した樹脂不織布をメッキ浴に浸し、樹脂不織布を陰極に、ニッケル対極板を陽極に接続して直流或いはパルス断続電流を通電させることにより、導電層上に、さらにニッケルの被覆を形成することができる。
(Electrolytic plating treatment)
Next, electrolytic nickel plating is applied to the resin nonwoven fabric on which the conductive coating layer is formed.
What is necessary is just to perform an electrolytic nickel plating process in accordance with a conventional method. As the plating bath used for the electrolytic nickel plating treatment, a known or commercially available bath can be used, and examples thereof include a watt bath, a chloride bath, a sulfamic acid bath, and the like.
By immersing the resin nonwoven fabric subjected to the above-mentioned conductive treatment in the above plating bath in the plating bath, connecting the resin nonwoven fabric to the cathode and the nickel counter electrode to the anode, and applying a direct current or pulse intermittent current on the conductive layer, Further, a nickel coating can be formed.

ニッケル被覆層の目付量(付着量)は限定的でないが、導電性、多孔質、強度、経済性、耐食性等の観点から、不織布に対してニッケル被覆層の目付量は200g/m以上500g/m以下とすることが好ましい(複数のニッケル被覆層を形成した場合は、合計量を示す)。合計量がこの範囲を下回ると、集電体の強度が衰えるおそれがある。また、合計量がこの範囲を上回ると、分極性材料の充填量が減少したり、コスト的に不利となる。 The basis weight (attachment amount) of the nickel coating layer is not limited, but the basis weight of the nickel coating layer with respect to the nonwoven fabric is 200 g / m 2 or more and 500 g from the viewpoint of conductivity, porosity, strength, economy, corrosion resistance, and the like. / M 2 or less (when a plurality of nickel coating layers are formed, the total amount is indicated). When the total amount is below this range, the strength of the current collector may be reduced. On the other hand, if the total amount exceeds this range, the filling amount of the polarizable material is reduced or the cost is disadvantageous.

(樹脂不織布除去処理)
次いで、上記により得られた導電被覆層/ニッケルめっき層形成不織布中の樹脂成分を除去する。除去方法は限定的でないが、焼却により除去することが好ましい。具体的には、例えば600℃程度以上の大気等の酸化性雰囲気下で加熱すればよい。また、水素等の還元性雰囲気中750℃程度以上で加熱してもよい。これにより、導電被覆層、電解ニッケルめっき層からなる多孔体が得られる。得られた多孔体を還元性雰囲気下で加熱処理してニッケルを還元することにより不織布状ニッケルが得られる。
(Resin non-woven fabric removal treatment)
Next, the resin component in the conductive coating layer / nickel plating layer-formed nonwoven fabric obtained as described above is removed. Although the removal method is not limited, it is preferably removed by incineration. Specifically, the heating may be performed in an oxidizing atmosphere such as air of about 600 ° C. or higher. Moreover, you may heat at about 750 degreeC or more in reducing atmosphere, such as hydrogen. Thereby, the porous body which consists of a conductive coating layer and an electrolytic nickel plating layer is obtained. The obtained porous body is heat-treated in a reducing atmosphere to reduce the nickel, thereby obtaining a non-woven nickel.

(クロマイジング処理)
上記で得たニッケルめっき不織布をクロマイジング処理することにより本発明の不織布状ニッケルクロムからなる集電体を得ることができる。
クロマイジング処理は、ニッケル基材にクロムを拡散浸透させる処理である。クロマイジング処理の方法としては公知のものが採用でき、例えば、不織布状ニッケルにクロム粉末、ハロゲン化物、アルミナ粉末を混合した浸透材を充填して還元性雰囲気で加熱する粉末パック法を採用することができる。また、浸透材と不織布状ニッケルとを離間して配置し、還元性雰囲気中で加熱し、浸透材のガスを形成して不織布状ニッケル表面に浸透材を浸透させることもできる。
ニッケルクロム中のクロムの含有量はクロマイズ処理の加熱時間によって調整することができる。本発明においてはクロマイジング処理によってクロムの含有率を25質量%以上とすることが必要である。クロムの含有率は25〜50質量%であり、好ましくは30〜40質量%である。25質量%未満であると耐酸化性が不足し、50質量%を超えると電気抵抗が増加して集電性が下がる。
(Chromizing treatment)
The current collector made of the non-woven nickel chrome of the present invention can be obtained by chromizing the nickel-plated non-woven fabric obtained above.
The chromizing treatment is a treatment for diffusing and infiltrating chromium into the nickel base material. Known methods can be used as the chromizing treatment method. For example, a powder pack method in which a non-woven nickel is mixed with a penetrating material in which chromium powder, halide, and alumina powder are mixed and heated in a reducing atmosphere. Can do. It is also possible to dispose the penetrating material and the non-woven nickel so that they are heated in a reducing atmosphere to form a gas for the penetrating material and to penetrate the non-woven nickel surface.
The content of chromium in nickel chromium can be adjusted by the heating time of the chromization treatment. In the present invention, the chromium content must be 25% by mass or more by chromizing treatment. The chromium content is 25-50% by mass, preferably 30-40% by mass. If it is less than 25% by mass, the oxidation resistance is insufficient, and if it exceeds 50% by mass, the electrical resistance increases and the current collecting performance decreases.

不織布状ニッケルクロムを構成する繊維の太さは12〜90μmであることが好ましい。繊維の太さが12μmより細いと集電体の目が細かくなりすぎて活物質の充填性が悪くなって静電容量が小さくなり、90μmより太いと活物質ペーストの保持性が悪くなって充填量が減り静電容量が小さくなり、さらに目が大きいことで集電性も悪くなる。
また、不織布状ニッケルクロムの多孔度は80〜98%であることが好ましい。この範囲とすることにより、分極性電極としての強度を保ちつつ不織布状集電体中に活性炭を多く充填することができ、キャパシタの高出力化及び高容量化が可能となる。
The thickness of the fibers constituting the non-woven nickel chrome is preferably 12 to 90 μm. If the thickness of the fiber is thinner than 12 μm, the current collector becomes too fine and the filling capacity of the active material is deteriorated and the electrostatic capacity is reduced. The amount is reduced, the capacitance is reduced, and the current is also deteriorated due to the larger eyes.
Moreover, it is preferable that the porosity of nonwoven fabric-like nickel chromium is 80 to 98%. By setting it as this range, it is possible to fill the nonwoven fabric current collector with a large amount of activated carbon while maintaining the strength as a polarizable electrode, and it becomes possible to increase the output and capacity of the capacitor.

本発明の集電体は、ニッケルをクロマイジング処理された被覆層からなる構造を有するためニッケルの耐食性が上がり、非水系キャパシタの電圧でもニッケルが酸化されずに集電体として使用できる。さらに、本発明の集電体は不織布状の多孔体構造であるため、より多くの活性炭を充填することができ、静電容量を向上させることができる。また、多孔体中の空隙に活性炭が包まれる横造であるため、活性炭と集電体とを結合させるためのバインダ等(絶縁体)の含量を少なくすることができ、内部抵抗を低くすることができる。また、集電体の耐酸化性に優れるため、キャパシタを長寿命化させることもできる。
集電体の平均厚みは限定的でなく、通常100μm〜1000μm程度、好ましくは150μm〜800μm程度とすればよい。
Since the current collector of the present invention has a structure composed of a coating layer obtained by chromizing nickel, the corrosion resistance of nickel is improved, and nickel can be used as a current collector without being oxidized even at a voltage of a nonaqueous capacitor. Furthermore, since the current collector of the present invention has a non-woven porous structure, it can be filled with more activated carbon, and the capacitance can be improved. In addition, since the activated carbon is encased in the voids in the porous body, the content of the binder (insulator) for binding the activated carbon and the current collector can be reduced, and the internal resistance can be lowered. Can do. Further, since the current collector is excellent in oxidation resistance, the life of the capacitor can be extended.
The average thickness of the current collector is not limited, and is usually about 100 μm to 1000 μm, preferably about 150 μm to 800 μm.

[キャパシタ用電極]
本発明のキャパシタ用電極は、上記集電体に、活性炭を主成分とする電極材料をすることにより得られる。本発明でいう活性炭を主成分とする電極材料とは活性炭の他に必要に応じて導電助剤及び又はバインダを含むものをいい、活性炭の含有量が60質量%以上のものをいう。本発明の電極は、不織布状のニッケルクロム多孔質構造体からなる集電体を支持体としているため、高強度性及び多孔性を有し、より多くの活性炭を充填することが可縫となる。これにより、キャパシタを高容量化させることができる。
[Capacitor electrode]
The capacitor electrode of the present invention can be obtained by using an electrode material containing activated carbon as a main component for the current collector. The electrode material mainly composed of activated carbon as used in the present invention refers to a material containing a conductive additive and / or a binder as necessary in addition to activated carbon, and refers to a material having a content of activated carbon of 60% by mass or more. Since the electrode of the present invention uses a current collector made of a non-woven nickel-chrome porous structure as a support, it has high strength and porosity and can be filled with more activated carbon. . Thereby, the capacity of the capacitor can be increased.

活性炭は、電気二重層キャパシタ用に一般的に市販されているものを使用することができる。
活性炭の原料としては、例えば、木材、ヤシ殻、パルプ廃液、石炭、石油重質油、又はそれらを熱分解した石炭・石油系ピッチのほか、フェノール樹脂などの樹脂などが挙げられる。炭化後に賦活するのが一般的であり、賦活法は、ガス賦活法及び薬品賦活法が挙げられる。ガス賦活法は、高温下で水蒸気、炭酸ガス、酸素等と接触反応させることにより活性炭を得る方法である。薬品賦活法は、上記原料に全知の賦活薬品を含浸させ、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより、賦活薬品の脱水及び酸化反応を生じさせて活性炭を得る方法である。賦活薬品としては、例えば、塩化亜鉛、水酸化ナトリウム等が挙げられる。
The activated carbon can use what is generally marketed for electric double layer capacitors.
Examples of the raw material for the activated carbon include wood, coconut shell, pulp waste liquid, coal, heavy petroleum oil, coal / petroleum pitch obtained by pyrolyzing them, and resins such as phenol resins. The activation is generally performed after carbonization, and examples of the activation method include a gas activation method and a chemical activation method. The gas activation method is a method in which activated carbon is obtained by contact reaction with water vapor, carbon dioxide gas, oxygen or the like at a high temperature. The chemical activation method is a method in which activated carbon is obtained by impregnating the above raw material with a known activation chemical and heating it in an inert gas atmosphere to cause dehydration and oxidation reaction of the activation chemical. Examples of the activation chemical include zinc chloride and sodium hydroxide.

活性炭の粒径は限定的でないが、20μm程度以下が好ましい。比表面積も限定的でなく、800〜3000m/g程度が好ましい。この範囲とすることにより、キャパシタの容量を大きくでき、内部抵抗を小さくできる。
また、必要に応じて、導電助剤、バインダ等の各種添加剤を添加してもよい。
The particle size of the activated carbon is not limited, but is preferably about 20 μm or less. The specific surface area is not limited, and is preferably about 800 to 3000 m 2 / g. By setting this range, the capacitance of the capacitor can be increased and the internal resistance can be reduced.
Moreover, you may add various additives, such as a conductive support agent and a binder, as needed.

導電助剤の種類には特に制限はなく、公知又は市販のものが使用できる。例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、天然黒鉛(鱗片状黒鉛、土状黒鉛等)、人造黒鉛、酸化ルテニウム等が挙げられる。これらの中でも、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維等が好ましい。これにより、キャパシタの導電性を向上させることができる。導電助剤の含有量は限定的でないが、活性炭100質量部に対して0.1〜10質量部程度が好ましく、より好ましくは0.2〜5質量部である。10質量部を超えると静電容量が低下するおそれがある。   There is no restriction | limiting in particular in the kind of conductive support agent, A well-known or commercially available thing can be used. Examples thereof include acetylene black, ketjen black, carbon fiber, natural graphite (scaly graphite, earthy graphite, etc.), artificial graphite, ruthenium oxide and the like. Among these, acetylene black, ketjen black, carbon fiber and the like are preferable. Thereby, the electrical conductivity of the capacitor can be improved. Although content of a conductive support agent is not limited, about 0.1-10 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of activated carbon, More preferably, it is 0.2-5 mass parts. If it exceeds 10 parts by mass, the capacitance may decrease.

バインダの種類には特に制限はなく、公知又は市販のものが使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルクロリド、ポリオレフィン、スチレンブタジェンゴム、ポリビニルアルコール、カルポキシメチルセルロース等が挙げられる。
バインダの含有量は特に制限されないが、活性炭100質量部に対して好ましくは0.2〜10質量部、より好ましくは0.5〜5質量部である。この範囲とすることにより、電気抵抗の増加及び放電容量の低下を防ぎながら、結着強度を向上させることができる。
There is no restriction | limiting in particular in the kind of binder, A well-known or commercially available thing can be used. Examples thereof include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl chloride, polyolefin, styrene butadiene rubber, polyvinyl alcohol, and carboxymethyl cellulose.
The binder content is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 10 parts by mass, more preferably 0.5 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the activated carbon. By setting it as this range, it is possible to improve the binding strength while preventing an increase in electrical resistance and a decrease in discharge capacity.

集電体に活性炭を充填する場合の充填量(含有量)は特に制限されず、集電体の厚み、キャパシタの形状等に応じて適宜決定すればよいが、例えば、充填量は、通常13〜40mg/cm程度であり、好ましくは16〜32mg/cm程度である。
活性炭等を本発明の集電体に充填する方法としては、例えば、活性炭ペーストを圧入法などの公知の方法などを使用すればよい。
圧入法としては、例えば、活性炭ペースト中に集電体を浸漬し、必要に応じて減圧する方法、活性炭ペーストを集電体の一方面からポンプ等で加圧しながら充填する方法等が挙げられる。
The filling amount (content) when the current collector is filled with activated carbon is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the thickness of the current collector, the shape of the capacitor, and the like. It is about -40 mg / cm < 2 >, Preferably it is about 16-32 mg / cm < 2 >.
As a method for filling the current collector of the present invention with activated carbon or the like, for example, a known method such as press-fitting activated carbon paste may be used.
Examples of the press-fitting method include a method of immersing the current collector in activated carbon paste and reducing the pressure as necessary, and a method of filling the activated carbon paste while applying pressure from one side of the current collector with a pump or the like.

活性炭ペーストは、活性炭及び溶媒を含有していればよく、その配合割合は限定的でない。溶媒としては限定的でなく、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、水等が挙げられる。特に、バインダとしてポリフッ化ビニリデンを用いる場合は溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを用いればよく、バインダとしてポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、カルポキシメチルセルロース等を用いる場合は溶蝶として水を用いればよい。また、必要に応じて、上記電導助剤、バインダ等の添加剤を含有していてもよい。   The activated carbon paste should just contain activated carbon and a solvent, and the mixture ratio is not limited. The solvent is not limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone and water. In particular, when polyvinylidene fluoride is used as a binder, N-methyl-2-pyrrolidone may be used as a solvent. When polytetrafluoroethylene, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, or the like is used as a binder, water is used as a butterfly. Good. Moreover, you may contain additives, such as the said conductive support agent and a binder, as needed.

本発明の電極は、活性炭ペーストを充填した後、必要に応じて乾燥処理を施すことにより、ペースト中の溶媒が除去されてもよい。さらに必要に応じて、活性炭ペーストを充填した後、ローラプレス機等により加圧することにより、圧縮成形されていてもよい。圧縮前後の厚さは限定的でないが、圧縮前の厚さは通常300μm〜1500μm、好ましくは400μm〜1200μmとすればよく、圧縮成形後の厚みは通常150μm〜700μm程度、好ましくは200μm〜600μm程度とすればよい。
また、電極には、リード端子が具備されていてもよい。リード端子は、溶接を行ったり、接着剤を塗布したりすることにより、取り付ければよい。
The electrode of the present invention may be subjected to a drying treatment as necessary after the activated carbon paste is filled, thereby removing the solvent in the paste. Further, if necessary, after the activated carbon paste is filled, it may be compression-molded by pressurizing with a roller press or the like. The thickness before and after compression is not limited, but the thickness before compression is usually 300 μm to 1500 μm, preferably 400 μm to 1200 μm, and the thickness after compression molding is usually about 150 μm to 700 μm, preferably about 200 μm to 600 μm. And it is sufficient.
The electrode may be provided with a lead terminal. The lead terminal may be attached by welding or applying an adhesive.

[キャパシタ]
本発明のキャパシタは、本発明の電極2枚を一対とし、これらの電極の間にセパレータを配置し、さらにセパレータに電解液を含浸して得られる。
セパレータとしては、公知又は市販のものを使用できる。例えば、ポリオレフィン、ポリエチレンレテフタラート、ポリアミド、ポリイミド、セルロース、ガラス繊維等からなる絶縁性膜が好ましい。セパレータの平均孔径は特に限定されず、通常0.01μm〜5μm程度であり、平均厚さは通常10μm〜100μm程度である。
[Capacitor]
The capacitor of the present invention is obtained by pairing two electrodes of the present invention, placing a separator between these electrodes, and further impregnating the separator with an electrolytic solution.
A known or commercially available separator can be used. For example, an insulating film made of polyolefin, polyethylene terephthalate, polyamide, polyimide, cellulose, glass fiber or the like is preferable. The average pore diameter of the separator is not particularly limited, and is usually about 0.01 μm to 5 μm, and the average thickness is usually about 10 μm to 100 μm.

電解液としては、公知又は市販のものを使用でき、水系電解液及び非水電解液のいずれも使用することができる。水系電解液としては、例えば、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ性水溶液が挙げられる。非水系電解液としては、例えば、テトラアルキルホスホニウムテトラフルオロボレートを溶解したプロピレンカーボネート溶液、テトラアルキルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解したプロピレンカーボネート溶液又はスルホラン溶液、トリエチルメチルアンモニウム・テトラフルオロボレートを溶解したプロピレンカーボネート溶液などが挙げられる。これらの中でも、本発明では、非水系電解液が好ましい。これにより静電容量を向上させることができる。   As the electrolytic solution, a known or commercially available one can be used, and either an aqueous electrolytic solution or a nonaqueous electrolytic solution can be used. Examples of the aqueous electrolyte include alkaline aqueous solutions such as an aqueous potassium hydroxide solution and an aqueous sodium hydroxide solution. Non-aqueous electrolytes include, for example, propylene carbonate solution in which tetraalkylphosphonium tetrafluoroborate is dissolved, propylene carbonate solution or sulfolane solution in which tetraalkylammonium tetrafluoroborate is dissolved, and propylene carbonate in which triethylmethylammonium tetrafluoroborate is dissolved Examples include solutions. Among these, a nonaqueous electrolytic solution is preferable in the present invention. Thereby, an electrostatic capacitance can be improved.

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより一層詳述する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to the following examples.

[実施例1、2]
(不織布の作製)
不織布の材料として、ポリプロピレン繊維を芯成分とし、ポリエチレンを鞘成分とした芯鞘型繊維(繊維の平均径は17μm、平均繊維長50mm、ポリプロピレン成分は50質量%、ポリエチレン成分50質量%)を用いた。この芯鞘型繊維を用いて、湿式法により、目付量40g/m、平均厚さ1.5mmとなるように、多孔質不織布を作製した。作製した多孔質不織布の多孔度は97%程度、孔径は15μm〜200μmであった。
[Examples 1 and 2]
(Production of nonwoven fabric)
As a nonwoven fabric material, a core-sheath fiber having a polypropylene fiber as a core component and polyethylene as a sheath component (average fiber diameter is 17 μm, average fiber length is 50 mm, polypropylene component is 50% by mass, polyethylene component is 50% by mass) is used. It was. Using this core-sheath fiber, a porous nonwoven fabric was prepared by a wet method so that the basis weight was 40 g / m 2 and the average thickness was 1.5 mm. The produced porous nonwoven fabric had a porosity of about 97% and a pore size of 15 μm to 200 μm.

(集電体の作製)
上記で得た不織布(厚さ1.5mm、多孔度97%)にスパックリング装置(アルバック社製)を用い、アルゴン雰囲気下、150℃でスパッタリング処理を行うことにより、目付量10g/mの導電被覆層(ニッケル層)を形成して導電処理を施した不織布を得た。
次いで、得られた不織布に電解ニッケルめっきを施して、導電被覆層と合計して目付量250g/mのニッケル被覆層を形成した。この不織布は、厚さ1.7mm、多孔度98%となった。
電解ニッケルめっき浴は、ワット浴(硫酸ニッケル330g/1、塩化ニツケ50g/1、棚酸40g/1)を使用し、電着条件としては浴温60℃、電流密度30A/dmで行った。対極には、ニッケル片を入れたチタンバスケットを使用した。
(Preparation of current collector)
Obtained above nonwoven fabric (thickness 1.5 mm, porosity 97%) spackling apparatus (manufactured by ULVAC, Inc.) used, under argon, by performing the sputtering process at 0.99 ° C., the basis weight of 10 g / m 2 A conductive coating layer (nickel layer) was formed to obtain a nonwoven fabric subjected to a conductive treatment.
Next, electrolytic nickel plating was applied to the obtained nonwoven fabric to form a nickel coating layer having a basis weight of 250 g / m 2 in total with the conductive coating layer. This nonwoven fabric had a thickness of 1.7 mm and a porosity of 98%.
The electrolytic nickel plating bath was a Watt bath (nickel sulfate 330 g / 1, nickel chloride 50 g / 1, shelf acid 40 g / 1), and the electrodeposition conditions were a bath temperature of 60 ° C. and a current density of 30 A / dm 2 . . A titanium basket containing nickel pieces was used as the counter electrode.

上記で得られたニッケルめっきを施した不織布を大気中800℃で加熱して樹脂不織布を焼却除去した後に、水素ガス雰囲気中で1000℃に加熱して、ニッケルを還元して不織布状ニッケルを得た。   The nickel-plated non-woven fabric obtained above is heated at 800 ° C. in the atmosphere to incinerate and remove the resin non-woven fabric, and then heated to 1000 ° C. in a hydrogen gas atmosphere to reduce nickel to obtain non-woven nickel. It was.

次いで、この不織布状ニッケルにクロマイジング処理を施して不織布状ニッケルクロムを作製した。
クロマイジング処理は、クロム粉末、塩化アンモニウム、アルミナ粉末を混合してなる浸透材(クロム:90質量%、NHCl:1質量%、Al:9質量%)をニッケルめっき不織布に充填し、水素ガス雰囲気中、800℃で加熱することによって行った。
不織布状ニッケルクロム中のクロムの含有量はクロマイジング処理の加熱時間で調整し、クロム含有量は実施例1では25質量%とし、実施例2では30質量%とした。実施例1及び実施例2の集電体をそれぞれ集電体a及び集電体bとした。作製した集電体の厚さは1.2mmであった。
Next, the nonwoven nickel was subjected to chromizing treatment to produce a nonwoven nickel chromium.
Chromizing treatment, chromium powder, ammonium chloride, infiltrating material obtained by mixing alumina powder (chromium: 90 mass%, NH 4 Cl: 1 wt%, Al 2 O 3: 9 wt%) was filled into a nickel-plated non-woven fabric Then, heating was performed at 800 ° C. in a hydrogen gas atmosphere.
The chromium content in the non-woven nickel chrome was adjusted by the heating time of the chromizing treatment, and the chromium content was 25% by mass in Example 1 and 30% by mass in Example 2. The current collectors of Example 1 and Example 2 were designated as current collector a and current collector b, respectively. The thickness of the produced current collector was 1.2 mm.

(電極の作製)
活性炭粉末(比表面積2500m/g、平均粒径約5μm)100質量部に、導電助剤としてケッチェンブラック2質量部、バインダとしてポリフッ化ビニリデン粉末4質量部、溶媒としてN−メチルピロリドン15質量部を添加し、混合機で攪拌することにより、活性炭ペーストを調製した。
この活性炭ペーストを上記集電体に、活性炭の含量が30mg/cmとなるように充填した。実際の充填量は実施例1が32mg/cmであり,実施例2が31mg/cmであった。次に、乾燥機で100℃、1時間乾燥させて溶媒を除去した後、直径500ミリのローラプレス機(スリット:50μm)で加圧して実施例1の電極A、電極Bを得た。加圧後の厚さはそれぞれ490μm、484μmであった。
(Production of electrodes)
100 parts by mass of activated carbon powder (specific surface area 2500 m 2 / g, average particle size of about 5 μm), 2 parts by mass of ketjen black as a conductive additive, 4 parts by mass of polyvinylidene fluoride powder as a binder, and 15 parts of N-methylpyrrolidone as a solvent The activated carbon paste was prepared by adding a part and stirring with a mixer.
This activated carbon paste was filled in the current collector so that the activated carbon content was 30 mg / cm 2 . The actual filling amount was 32 mg / cm 2 in Example 1 and 31 mg / cm 2 in Example 2. Next, after drying with a dryer at 100 ° C. for 1 hour to remove the solvent, pressure was applied with a roller press having a diameter of 500 mm (slit: 50 μm) to obtain electrode A and electrode B of Example 1. The thickness after pressing was 490 μm and 484 μm, respectively.

[比較例1]
クロム含有量が20質量%になるように加熱時間を調整した以外は、実施例1と全く同じ方法で電極Cを作製した。活性炭の充填量は30mg/cm、加圧後の厚さは486μmであった。
[Comparative Example 1]
An electrode C was produced in exactly the same manner as in Example 1, except that the heating time was adjusted so that the chromium content was 20% by mass. The filling amount of activated carbon was 30 mg / cm 2 , and the thickness after pressurization was 486 μm.

[比較例2]
集電体として、アルミニウム箔(市販品、厚さ20μm)を用いた。実施例1で作製した活性炭ペーストをドクターブレード法により両面合計が8mg/cmとなるように塗着したが、接着強度が不十分であるため、活性炭が十分にアルミニウム箔に接着できなかった。
そこで、ポリフッ化ビニリデンを8質量部にした以外は実施例1で作製したのと同様の活性炭ペーストを作製した。このペーストをドクターブレード法により、アルミニウム箔の両面に塗着し、乾燥及び加圧することにより、比較例2の電極Dを作製した。活性炭の塗着量は8mg/cm、電極の厚みは、174μmであった。
[Comparative Example 2]
An aluminum foil (commercial product, thickness 20 μm) was used as a current collector. The activated carbon paste produced in Example 1 was applied by a doctor blade method so that the total on both sides was 8 mg / cm 2 , but the activated carbon could not be sufficiently bonded to the aluminum foil because of insufficient adhesive strength.
Therefore, an activated carbon paste similar to that produced in Example 1 was produced except that the amount of polyvinylidene fluoride was changed to 8 parts by mass. This paste was applied to both surfaces of an aluminum foil by a doctor blade method, dried and pressed to produce an electrode D of Comparative Example 2. The amount of activated carbon applied was 8 mg / cm 2 , and the electrode thickness was 174 μm.

[比較例3]
集電体として、発泡状ニッケル(市販品、ニッケル目付400g/m、多孔度96%、平均孔径150μm、厚さ550μm)を用いた。これに実施例1で作製した活性炭ペーストを実施例1と同様にして充填した後、さらに加圧及び乾燥することにより、比較例3の電極Eを作製した。活性炭の充填量は31mg/cm、加圧後の厚さは480μmとなった。
[Comparative Example 3]
As the current collector, foamed nickel (commercial product, nickel basis weight 400 g / m 2 , porosity 96%, average pore diameter 150 μm, thickness 550 μm) was used. This was filled with the activated carbon paste produced in Example 1 in the same manner as in Example 1, and then further pressurized and dried to produce Electrode E of Comparative Example 3. The filling amount of activated carbon was 31 mg / cm 2 , and the thickness after pressurization was 480 μm.

[キャパシタの作製及び試験]
上記で得られた電極A〜Eを直径14mmに打ち抜き(2枚)、セルロース繊維製セパレータ(厚さ60μm、密度450mg/cm、多孔度70%)を挟み、これら電極を対向させた。この状態で180℃、5時間減圧下で乾燥した。その後、ステンレススチール製スペーサを用いてR2032サイズのコインセルケースに収納し、非水電解液にテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを1mol/Lとなるように溶解したプロピレンカーボネート溶液を、電極及びセパレータに含浸した。さらに、プロピレン製の絶縁ガスケットを介してケース蓋を締めて封口して、コイン形の試験用電気二重層キャパシタAA〜EE(それぞれ電極A〜Eに対応)を作製した。定格電圧は2.8Vとした。
[Production and testing of capacitors]
The electrodes A to E obtained above were punched into a diameter of 14 mm (2 sheets), a cellulose fiber separator (thickness 60 μm, density 450 mg / cm 3 , porosity 70%) was sandwiched between these electrodes. In this state, it was dried under reduced pressure at 180 ° C. for 5 hours. Thereafter, the electrode and the separator were impregnated with a propylene carbonate solution in which tetraethylammonium tetrafluoroborate was dissolved in a non-aqueous electrolyte so as to have a concentration of 1 mol / L using a stainless steel spacer. Further, the case lid was tightened and sealed through an insulating gasket made of propylene to produce coin-shaped test electric double layer capacitors AA to EE (corresponding to electrodes A to E, respectively). The rated voltage was 2.8V.

[静電容量の評価]
実施例1〜比較例3と同様のキャパシタをそれぞれ10個作製し、65℃で2.8Vの電圧を6時間印加してエージングを行った後、25℃にして3.0Vを開始電圧として1mAの電流で放電にて行い、初期静電容量及び内部抵抗を調べた。単位面積当たりの静電容量、単位堆積あたりの静電容量および内部抵抗の平均値を表1に示す。比較例1及び比較例3のキャパシタは、10セル全数でエージングの電圧が2.8Vまで達せず、放電もわずかな時間しかできなかったため、静電容量や内部抵抗を求めることができなかった。電圧が上がらないことから、電池反応以外に電流が使われており、集電体の酸化が疑われる。
[Evaluation of capacitance]
Ten capacitors similar to those of Example 1 to Comparative Example 3 were respectively produced and subjected to aging by applying a voltage of 2.8 V at 65 ° C. for 6 hours, then 25 ° C. and 3.0 mA as a starting voltage of 1 mA. The initial electrostatic capacity and the internal resistance were examined. Table 1 shows the average value of capacitance per unit area, capacitance per unit deposition, and internal resistance. In the capacitors of Comparative Example 1 and Comparative Example 3, the aging voltage did not reach 2.8 V in all 10 cells, and the discharge could be performed for only a short time, so the capacitance and internal resistance could not be obtained. Since the voltage does not increase, current is used in addition to the battery reaction, and oxidation of the current collector is suspected.

Figure 0004822555
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表1から明らかなように、実施例1、2のキャパシタは、比較例2のAl箔を使用したキャパシタよりも、単位体積当たりの容量が大きく、内部抵抗を減少している。特に、静電容量を見ると、実施例1、2のキャパシタは、比較例2のキャパシタの3倍以上の静電容量を発揮している。このことから、比較例2で示した従来のキャパシタと同等の静電容量を得るには、本発明のキャパシタ(特に分極性電極部分)では1/3以下の長さで達成することができることが分かる。
また、本発明は、静電容量に寄与しない材料(バインダ)の添加量を減少させることができるため、エネルギー密度を向上させることができることが分かる。
一方、比較例1および比較例3の結果から、多孔構造の集電体であってもクロム含有量が小さければ耐酸化性が不足し、集電体として不適であることが分かる。
As is apparent from Table 1, the capacitors of Examples 1 and 2 have a larger capacity per unit volume and a lower internal resistance than the capacitors using the Al foil of Comparative Example 2. In particular, in terms of capacitance, the capacitors of Examples 1 and 2 exhibit a capacitance that is three times or more that of the capacitor of Comparative Example 2. From this, in order to obtain a capacitance equivalent to that of the conventional capacitor shown in Comparative Example 2, the capacitor of the present invention (particularly the polarizable electrode portion) can be achieved with a length of 1/3 or less. I understand.
Further, it can be seen that the present invention can improve the energy density because the amount of the material (binder) that does not contribute to the capacitance can be reduced.
On the other hand, it can be seen from the results of Comparative Examples 1 and 3 that even if the current collector has a porous structure, if the chromium content is small, the oxidation resistance is insufficient and it is not suitable as a current collector.

[耐久性評価]
次にキャパシタ特性として重要な高電圧で保持されたときの耐久性及び充放電サイクル特性を調べた。なお、比較例1および比較例3については以降の試験は実施していない。
(耐久性試験1)
高電圧で保持されたときの耐久性は、バックアップ用などの用途で重要である。
実施例1、2及び比較例2のキャパシタを65℃で2.8Vの電圧を印加しながら2000時間保持した。その後25℃にして静電容量と内部抵抗を測定し、初期からの静電容量と内部抵抗の変化率を調べた。結果を表2に示す。
[Durability evaluation]
Next, durability and charge / discharge cycle characteristics when the capacitor was held at a high voltage, which is important as capacitor characteristics, were examined. In addition, about the comparative example 1 and the comparative example 3, the subsequent test is not implemented.
(Durability test 1)
Durability when held at a high voltage is important in applications such as backup.
The capacitors of Examples 1 and 2 and Comparative Example 2 were held for 2000 hours while applying a voltage of 2.8 V at 65 ° C. Thereafter, the capacitance and internal resistance were measured at 25 ° C., and the rate of change in capacitance and internal resistance from the beginning was examined. The results are shown in Table 2.

Figure 0004822555
Figure 0004822555

表2から明らかなように、実施例は比較例に比べて2000時間経過後も静電容量及び内部抵抗の変化は小さかった。したがって、本発明の電気二重層キャパシタは、高い静電容量が得られるとともに、耐久性に優れていることが分かった。   As is clear from Table 2, the change in capacitance and internal resistance of the example was small after 2000 hours as compared with the comparative example. Therefore, it was found that the electric double layer capacitor of the present invention has a high capacitance and is excellent in durability.

(耐久性試験2)
別の耐久性評価法として充放電サイクル特性を調べた。サイクル特性はセルの寿命を現す重要な指標である。条件として、雰囲気温度45℃で0.5〜3.0Vの間で1mAの定電流による充放電サイクルを1万回繰り返し、1万サイクル後の放電容量及び内部抵抗を測定し、初期特性と比較して評価を行った。その結果を表3に示す。
(Durability test 2)
The charge / discharge cycle characteristics were examined as another durability evaluation method. Cycle characteristics are an important indicator of cell life. As conditions, charge and discharge cycles with a constant current of 1 mA at an ambient temperature of 45 ° C. between 0.5 and 3.0 V were repeated 10,000 times, and the discharge capacity and internal resistance after 10,000 cycles were measured and compared with the initial characteristics. And evaluated. The results are shown in Table 3.

Figure 0004822555
Figure 0004822555

以上の結果から、本発明の集電体をキャパシタ用の電極に用いた場合、従来のキャパシタに比べて容量・耐久性に優れたキャパシタを提供できることが分かった。   From the above results, it has been found that when the current collector of the present invention is used as an electrode for a capacitor, a capacitor superior in capacity and durability compared to a conventional capacitor can be provided.

本発明の集電体は耐酸化性、耐電解液性、多孔性を有し、さらに高強度であるため、これに活性炭を充填して得られる電極は耐久性及び容量密度において優れるため、キャパシタ用電極として好適に用いることができる。   Since the current collector of the present invention has oxidation resistance, electrolytic solution resistance, porosity, and high strength, the electrode obtained by filling it with activated carbon is excellent in durability and capacity density. It can be suitably used as a working electrode.

Claims (4)

不織布状ニッケルにクロマイジング処理を行ってクロム含有率を25質量%以上にすることを特徴とする不織布状ニッケル−クロムからなるキャパシタ用集電体の製造方法。   A method for producing a current collector for a capacitor comprising a non-woven fabric nickel-chromium, wherein the non-woven fabric nickel is subjected to chromizing treatment so that the chromium content is 25% by mass or more. 不織布状ニッケルが、樹脂からなる不織布に導電処理及び電解ニッケルめっき処理をこの順に施して不織布表面にニッケル被覆層を形成したのち、樹脂を除去する処理を施すことによって得た不織布状ニッケルであることを特徴とする請求項記載のキャパシタ用の集電体の製造方法。 The non-woven nickel is a non-woven nickel obtained by applying a conductive treatment and an electrolytic nickel plating treatment to a non-woven fabric made of resin in this order to form a nickel coating layer on the non-woven fabric surface and then performing a treatment for removing the resin. The method for producing a current collector for a capacitor according to claim 1 . 不織布状ニッケルが、樹脂からなる不織布に導電処理及び電解ニッケルめっき処理をこの順に施して不織布表面にニッケル被覆層を形成したのち、樹脂を焼却除去し、次いで還元性雰囲気中で熱処理してニッケルを還元処理することによって得た不織布状ニッケルであることを特徴とする請求項記載の集電体の製造方法。 After the non-woven nickel is subjected to conductive treatment and electrolytic nickel plating treatment in this order on the non-woven fabric made of resin to form a nickel coating layer on the non-woven fabric surface, the resin is incinerated and removed, and then heat treated in a reducing atmosphere to remove the nickel. The method for producing a current collector according to claim 1 , wherein the current collector is non-woven nickel obtained by reduction treatment. 請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法によって得たキャパシタ用集電体に活性炭を主成分とする電極材料を充填することを特徴とするキャパシタ用電極の製造方法。 Method for manufacturing a capacitor electrode, which comprises filling an electrode material composed mainly of activated carbon collector capacitor obtained by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 3.
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