JP4925199B2 - 電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造装置及び製造方法 - Google Patents

電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造装置及び製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、電気二重層コンデンサ用分極性電極を製造する際に用いられる電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造装置及び製造方法に関する。
例えば特許文献1には、電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法として、次のような技術が開示されている。すなわち、炭素質粉末、導電性助剤及びバインダを含む原料を混合、混練して混練物とし、この混練物を細粒化して成形材料を作成し、この成形材料をカレンダ成形機においてシート状に成形し、成形後のシートを圧延して電気二重層コンデンサ用の電極シートを製造するというものである。
この場合、カレンダ成形機にてシート状に成形する前の前処理工程において、混合機(ミキサ)の容器内に、細粒化した粒状の成形材料を収容すると共に、バインダ用助剤(IPA(イソプロピルアルコール))を添加して、これらを混合する。このとき、容器は円筒状をなすと共に密閉されるようになっていて、その容器を周方向へ回転させると共に、上下方向へ揺動させることで、それらを混合させるようにしている。このようにして粒状の成形材料とバインダ用助剤とを密閉された容器により混合することで、バインダ用助剤が外部に揮発せず、その含有率を変化させることなく取り扱えるため、これらを極力均一に混合させることが可能となる。これにより、成形材料の品質が安定し、シート状の分極性電極を良好に製造することが可能となるとしている。
特許第3776875号公報(段落[0012],[0016]参照)
上記した特許文献1に開示されたものでは、粒状の成形材料とバインダ用助剤とを密閉された容器により混合する際に、容器を周方向へ回転させたり、上下方向へ揺動させたりして混合するようにしているが、容器内において粒状の成形材料同士がくっつきあって塊状になってしまうことがある。このように粒状の成形材料同士がくっつきあって塊状になった成形材料を用いてカレンダ成形機にてシート状に成形すると、巣(空間部)や割れ、切れ、シートのうねり等を引き起こすという問題があった。
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、成形材料をシート状に成形した際に、巣や割れ、切れ等が発生することを極力防止でき、ひいては成形材料の歩留を向上させ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装置及び製造方法を提供することにある。
上記した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、混練して混練物とし、この混練物を細粒化して粒状の成形材料を作製し、この成形材料を成形機においてシート状に成形し、成形後のシートを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際に、前記粒状の成形材料を前記成形機に供給する前に用いられる装置であって、前記粒状の成形材料とバインダ用助剤を密閉状態で混合する混合容器を有する混合機と、この混合機に設けられ、前記混合容器内に収容された前記成形材料とバインダ用助剤を撹拌する撹拌手段と、前記混合容器から移される前記成形材料を受け入れて、振動を与えながら篩う振動ふるい機と、を備えたことを特徴とする。
粒状の成形材料とバインダ用助剤を密閉状態の混合容器内で混合する際に、それら成形材料とバインダ用助剤を撹拌手段にて撹拌する。撹拌することによって、塊状にならないように物理的にばらす処理をしている。このとき、仮に粒状の成形材料同士がくっつきあって塊状になったとしても、撹拌手段による撹拌によって塊状の成形材料がばらばらにばらされるようになる。よって、このようなばらばらの成形材料を用いて成形機によりシート状に成形した際には、巣や割れ、切れ等が発生することを極力防止でき、ひいては成形材料の歩留を向上させることが可能となる。また、粒状の成形材料とバインダ用助剤を密閉状態の混合容器内で混合することで、成形材料におけるバインダ用助剤の含有率が安定し、品質が一層安定する。
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。また、バインダ用助剤としては、IPA、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。
請求項の発明は、混合容器から移される成形材料を受け入れて、振動を与えながら篩う振動ふるい機を備えたこと特徴とする。これによれば、混合容器内での混合時に、塊状となった成形材料がばらされずに残っていたとしても、その成形材料を振動ふるい機に移して、振動を与えながら篩うことにより、塊状の成形材料を良好にばらばらにばらすことができる。よって、成形材料を成形機によりシート状に成形した際には、巣や割れ、切れ等が発生することを一層防止できるようになる。
請求項の発明は、混合容器内の成形材料を振動ふるい機側へ移す部分に、成形材料が通る部分の周囲を覆う接続ダクトを備えたことを特徴とする。これによれば、混合容器内の成形材料を振動ふるい機に移す際に、成形材料に付着したバインダ用助剤が外部へ逃げることを極力防止することができるので、成形材料におけるバインダ用助剤の含有率が安定し、品質が一層安定するようになる。
請求項の発明は、振動ふるい機にて篩われた成形材料を成形機に向けて搬送する搬送路を有する振動フィーダを備えたことを特徴とする。これによれば、振動ふるい機にて篩われた成形材料を成形機に搬送する手段として、搬送物に振動を与えながら搬送する振動フィーダを用いているので、その搬送時においても、塊状の成形材料をばらすことができる。よって、成形材料を成形機によりシート状に成形した際には、巣や割れ、切れ等が発生することを一層防止できるようになる。
請求項の発明は、搬送路は周囲が囲まれた筒状をなしていて、振動ふるい機にて篩われた成形材料を前記搬送路へ移す部分に、成形材料が通る部分の周囲を覆う接続ダクトを備えたことを特徴とする。これによれば、振動ふるい機にて篩われた成形材料を搬送路へ移す部分および搬送路で搬送する際に、成形材料に付着したバインダ用助剤が外部へ逃げることを極力防止することができるので、成形材料におけるバインダ用助剤の含有率が安定し、品質が一層安定するようになる。
請求項の発明は、搬送路の成形材料を成形機へ移す部分に、成形材料が通る部分の周囲を覆う接続ダクトを備えたことを特徴とする。これによれば、振動フィーダの搬送路から成形材料を成形機へ移す際に、成形材料に付着したバインダ用助剤が外部へ逃げることを極力防止することができるので、これによっても成形材料におけるバインダ用助剤の含有率が安定し、品質が一層安定するようになる。
請求項の発明は、炭素質粉末、導電性助剤及びバインダを含む原料を混合、混練して混練物とし、この混練物を細粒化して粒状の成形材料を作製し、この成形材料をシート状に成形し、成形後のシートを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にあたって、前記粒状の成形材料をシート状に成形する前に用いられる方法であって、前記粒状の成形材料とバインダ用助剤とを密閉状態で混合し、かつ、撹拌した後、前記成形材料に振動を与えることを特徴とする。
粒状の成形材料とバインダ用助剤とを密閉状態で混合する際に、それら成形材料とバインダ用助剤とを撹拌する。撹拌することによって、塊状にならないように物理的にばらす処理をしている。このとき、仮に粒状の成形材料同士がくっつきあって塊状になったとしても、撹拌によって塊状の成形材料がばらばらにばらされるようになる。よって、このようなばらばらの成形材料を用いてシート状に成形した際には、巣や割れ、切れ等が発生することを極力防止でき、ひいては成形材料の歩留を向上させることが可能となる。また、粒状の成形材料とバインダ用助剤とを密閉状態で混合することで、成形材料におけるバインダ用助剤の含有率が安定し、品質が一層安定する。
請求項1からのいずれかの製造装置を用いると、特に良好に実施することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面も参照して説明する。
図3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。原料の配合割合は質量%(固形分を100質量%)で、活性炭を80%、カーボンブラックを10%、PTFEを10%とし、IPAは、PTFEと同質量とする。
まず、各原料の計量を行っておく。次に、上記原料(活性炭、カーボンブラック、PTFE、液体状のIPA)を、図4(a)に示す混合混練機51の容器52内に投入し、この混合混練機51において原料101の混合と混練を一括して行なう(混合・混練工程)。
具体的には、混合混練機51はプラネタリーミキサと呼ばれるもので、その容器52の内底面52aは凹状の球面状をなしている。そして、この容器52内には、例えば、J字形をなす2個の撹拌子53がそれぞれ同期して自転軸Dを中心に矢印E方向に自転しながら、容器52内を矢印F方向に公転するように配設されている。図4(b)には、撹拌子53の先端部54の軌道例Gと撹拌子53の自転軸Dの軌道例Hとが例示されている。
ここで、上記容器52内に原料101を投入すると共に、2個の撹拌子53を自転させながら公転させる。すると、各撹拌子53の自転及び公転により原料101が容器52内全体に分散されるようになって、極力均一に混合されると共に、その混合された原料101が撹拌子53の主に先端部54付近と容器52の内面との間ですり潰されるようにして混練されるようになる。これにより、PTFEの繊維化が促進されて、このPTFEにより活性炭及びカーボンブラックが絡められ、粘土状となる。このようにして、混合混練機51の容器52内で原料101の混合と混練を一括して行なうことができる。
この混合・混練工程において、必要に応じて、予め混練された混練物を容器52内に投入した状態で、原料101の混合、混練を行なうことができる。予め混練された混練物を投入した場合、撹拌子53の回転に伴い、予め混練された混練物が他の原料101を抱きかかえるようになり、その混練物を基点として原料101が混合及び混練されやすくなる。これにより、原料101の混合、混練の時間を短くすることが可能になる。この場合、投入する混練物は、原料全体に対して5〜30質量%の範囲が好ましい。
上記混合・混練工程が終了したら、混練物102を、図5に示す粉砕分級機55のガイド56内に投入し、この粉砕分級機55において混練物102の粉砕と分級を一括して行なう(粉砕・分級工程)。
具体的には、粉砕分級機55のガイド56は、容器状をなし、下端部に開口部56aが形成されている。このガイド56内の底部には、メッシュ57が、開口部56aの上方に位置させて配設されている。この場合、メッシュ57の孔57aの大きさは、1.0mmに設定されている。そして、前記ガイド56の内部に位置させて、撹拌子59が軸60を中心に矢印I方向に回転可能に配設されている。
ここで、粉砕分級機55内に混練物102を投入すると共に、撹拌子59を回転させると、その撹拌子59の回転により混練物102が砕かれるようにして粉砕されて細粒化され、細粒化された粉砕物がメッシュ57の孔57aを通過し、ガイド56の開口部56aから落下して、下方に設けられた図示しない容器に受けられ貯留される。この容器に貯留されたものを成形材料として利用する。
次に、カレンダ成形前処理工程を行う。このカレンダ成形前処理工程について、図1および図2も参照して説明する。このカレンダ成形前処理工程に用いられる装置が、本発明が対象とする製造装置である。
まず、本発明が対象とする装置は、成形材料とバインダ用助剤とを混合するための混合機1と、この混合機1で混合された成形材料を篩うための振動ふるい機2と、この振動ふるい機2で篩われた成形材料をカレンダ成形機(成形機)3へ搬送するための振動フィーダ4とを備えている。
このうち、混合機1は、支持台6と、この支持台6の上部に揺動中心7を中心に揺動可能に支持された揺動台8と、この揺動台8に設けられたほぼ円筒状をなす混合容器9とを備えている。混合容器9の一端部は端板9aにより閉鎖され、他端部には、図示しない出入口を開閉する蓋10が設けられていて、密閉状態とすることが可能な構成となっている。混合容器9内には、端板9a寄りに位置させて、撹拌手段を構成する撹拌翼11が配置されている。この撹拌翼11は、混合容器9の外側に配置された撹拌用モータ12により回転されるようになっている。撹拌用モータ12は、揺動台8上に取り付けられている。混合容器9は、揺動台8に設けられたローラ13(図2(b)参照)により、円周方向に回転されるようになっている。
振動ふるい機2は、ベースフレーム15と、このベースフレーム15の上にスプリング16を介して弾性的に支持されたふるい枠17と、このふるい枠17の下部に設けられた振動発生機構18とを備えている。振動発生機構18は、回転軸が上下両方向に突出した振動用モータ19と、この振動用モータ19の上側の回転軸に取着された上部アンバランスウエイト20と、振動用モータ19の下側の回転軸に取着された下部アンバランスウエイト21とを備えている。上部および下部アンバランスウエイト20,21は、回転中心に対して重量がアンバランスな構成となっている。振動用モータ19によりこれら上部および下部アンバランスウエイト20,21が回転されると、振動が発生し、その振動がふるい枠17に伝えられる構成となっている。
ふるい枠17の上部には、投入口22を有する上蓋23が装着されている。ふるい枠17内には、ふるい網24が配設されていると共に、そのふるい網24の下方に位置させて円錐状をなす受け部25が設けられている。ふるい枠17の外周部には、受け部25の側方に位置させて排出口26が設けられている。上記投入口22には、接続ダクト27が取り付けられている。
振動フィーダ4は、搬送路30と、電磁式の振動発生部31とを備えている。搬送路30は、図1の左右方向に延びていて、断面が矩形の矩形筒状にて構成されている。搬送路30の一端部である左端部には、上向きの入口30aが設けられ、他端部である右端部には、下向きの出口30bが設けられている。搬送路30の入口30aは、前記振動ふるい機2の排出口26の下方に位置されている。排出口26と入口30aの回りには、これらの周囲を覆うようにして接続ダクト32が設けられている。搬送路30の出口30bは、カレンダ成形機3のホッパ33に上方から臨むように配置されている。ホッパ33内には、搬送路30の出口30bの周囲を覆うようにして接続ダクト34が設けられている。
カレンダ成形機3は、2本のローラ35,35を備えていて、成形材料をこれらローラ35,35間に通すことにより、シート状に成形する構成となっている。
上記構成において、混合機1は、分級された上記成形材料と、バインダ用助剤としてのIPAとを混合するために用いられる。具体的には、混合容器9内に、粒状の成形材料を収容すると共に、バインダ用助剤として液体状のIPAを添加し、混合容器9を密閉状態とする。このとき、IPAの添加量は、例えば原料(活性炭とカーボンブラックとPTFE)の合計質量に対して70%とする。そして、混合容器9をローラ13により、図2(b)の矢印A1方向に回転させると共に、図2(a)に示すように、図示しない駆動手段により揺動中心7を中心に上下方向に揺動させることにより、混合容器9内の成形材料とIPAとを混合させる。また、撹拌用モータ12により、撹拌翼11を、図2(b)の矢印A2方向(混合容器9の回転方向とは反対の方向)に回転させる。この撹拌翼11により、混合容器9内の成形材料とIPAとが撹拌される。
ここで、混合容器9内での混合において、粒状の成形材料同士がくっついて塊状になった部分が発生しても、撹拌翼11の撹拌によりその塊がばらされ、成形材料はばらばらにされるようになる。この混合機1による混合と撹拌翼11の撹拌により、密閉された混合容器9内に収容された粒状の成形材料とIPAとの分布が極力均一となるように混合される。
混合機1による混合が所定時間行われたら、混合容器9の回転および揺動を停止させると共に、撹拌翼11の回転を停止させる。この後、混合容器9内の成形材料を、振動ふるい機2に移す。この場合、混合容器9の蓋10を開放させると共に混合容器9を傾け、当該混合容器9の出入口を接続ダクト27に接続した状態で、混合容器9内の成形材料を、投入口22から振動ふるい機2のふるい枠17内に投入する。
振動ふるい機2においては、振動用モータ19により上部および下部アンバランスウエイト20,21を回転させることにより振動を発生させる。ふるい枠17内に移された成形材料は、ふるい網24において振動を受けて篩われ、ふるい網24の網目を通過して受け部25にて受けられる。このとき、ふるい枠17内に移された成形材料が、仮に成形材料同士がくっついていて塊状になっていたとしても、その成形材料は、ふるい網24にて篩われることで、ばらばらの状態にされる。受け部25に受けられた成形材料は、順次排出口26から、振動フィーダ4における搬送路30の入口30aに落下する。
搬送路30の入口30aに落下した成形材料は、振動発生部31が発生する振動を受けながら搬送路30を矢印B方向に搬送され、出口30bからカレンダ成形機3のホッパ33内に投入される。ホッパ33に投入された成形材料は、カレンダ成形機3によりシート状に成形される。成形されたシート状成形体は、図示しない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(図3参照)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。
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の残り分を除去する。尚、必要により真空乾燥を行うこともできる。このようにして、電気二重層コンデンサ用分極性電極が製造される。
上記した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
カレンダ成形前処理工程において、粒状の成形材料と、バインダ用助剤であるIPAを密閉状態の混合容器9内で混合する際に、それら成形材料とIPAを撹拌翼11にて撹拌する構成とした。これによれば、混合容器9内において、仮に粒状の成形材料同士がくっつきあって塊状になったとしても、撹拌翼11による撹拌によって塊状の成形材料がばらばらにばらされるようになる。よって、このようなばらばらの成形材料を用いてカレンダ成形機3によりシート状に成形した際には、巣や割れ、切れ等が発生することを極力防止でき、ひいては成形材料の歩留を向上させることが可能となる。また、粒状の成形材料とIPAを密閉状態の混合容器9内で混合することで、成形材料におけるIPAの含有率が安定し、品質が一層安定する。
混合機1の混合容器9にて混合された粒状の成形材料を振動ふるい機2に移し、振動ふるい機2において、成形材料を、これに振動を与えながら篩う構成とした。これによれば、混合容器9内での混合時に、塊状となった成形材料がばらされずに残っていたとしても、その成形材料を振動ふるい機2において振動を与えながら篩うことにより、塊状の成形材料を良好にばらばらにばらすことができる。よって、成形材料をカレンダ成形機3によりシート状に成形した際には、巣や割れ、切れ等が発生することを一層防止できるようになる。
混合容器9内の成形材料を振動ふるい機2側へ移す部分に、成形材料が通る部分の周囲を覆う接続ダクト27を備えた構成とした。これによれば、混合容器9内の成形材料を振動ふるい機2に移す際に、成形材料に付着したIPAが外部へ逃げることを極力防止することができるので、成形材料におけるIPAの含有率が安定し、品質が一層安定するようになる。
振動ふるい機2にて篩われた成形材料を、振動フィーダ4によりカレンダ成形機3に搬送する構成とした。これによれば、振動ふるい機2からカレンダ成形機3への搬送時においても、塊状の成形材料をばらすことができる。よって、成形材料をカレンダ成形機3によりシート状に成形した際には、巣や割れ、切れ等が発生することを一層防止できるようになる。
振動フィーダ4における搬送路30は周囲が囲まれた筒状をなしていて、振動ふるい機2にて篩われた成形材料を前記搬送路30へ移す部分に、成形材料が通る部分の周囲を覆う接続ダクト32を備えた構成とした。これによれば、振動ふるい機2にて篩われた成形材料を搬送路30へ移す部分および搬送路30で搬送する際に、成形材料に付着したIPAが外部へ逃げることを極力防止することができるので、成形材料におけるIPAの含有率が安定し、品質が一層安定するようになる。
搬送路30の成形材料をカレンダ成形機3へ移す部分に、成形材料が通る部分の周囲を覆う接続ダクト34を備えた構成とした。これによれば、振動フィーダ4の搬送路30から成形材料をカレンダ成形機3へ移す際に、成形材料に付着したIPAが外部へ逃げることを極力防止することができるので、これによっても成形材料におけるIPAの含有率が安定し、品質が一層安定するようになる。
本発明の一実施形態を示す破断正面図 (a)は混合容器の揺動動作を説明するための正面図、(b)は混合容器と撹拌翼の回転方向を説明するための縦断側面図 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 混合混練機の概略構成を示すもので、(a)は縦断面図、(b)は撹拌子の軌道例を示す平面図 粉砕分級機の概略構成を示すもので、(a)は縦断面図、(b)は平面図
符号の説明
図面中、1は混合機、2は振動ふるい機、3はカレンダ成形機(成形機)、4は振動フィーダ、9は混合容器、11は撹拌翼(撹拌手段)、12は撹拌用モータ、18は振動発生機構、19は振動用モータ、20は上部アンバランスウエイト、21は下部アンバランスウエイト、24はふるい網、26は排出口、27は接続ダクト、30は搬送路、31は振動発生部、32,34は接続ダクトを示す。

Claims (7)

  1. 炭素質粉末、導電性助剤及びバインダを含む原料を混合、混練して混練物とし、この混練物を細粒化して粒状の成形材料を作製し、この成形材料を成形機においてシート状に成形し、成形後のシートを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際に、前記粒状の成形材料を前記成形機に供給する前に用いられる装置であって、
    前記粒状の成形材料とバインダ用助剤を密閉状態で混合する混合容器を有する混合機と、
    この混合機に設けられ、前記混合容器内に収容された前記成形材料とバインダ用助剤を撹拌する撹拌手段と
    前記混合容器から移される前記成形材料を受け入れて、振動を与えながら篩う振動ふるい機と、を備え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装置。
  2. 前記混合容器内の成形材料を前記振動ふるい機側へ移す部分に、前記成形材料が通る部分の周囲を覆う接続ダクトを備えた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装置。
  3. 前記振動ふるい機にて篩われた前記成形材料を前記成形機に向けて搬送する搬送路を有する振動フィーダを備え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装置。
  4. 前記搬送路は周囲が囲まれた筒状をなしていて、前記振動ふるい機にて篩われた成形材料を前記搬送路へ移す部分に、前記成形材料が通る部分の周囲を覆う接続ダクトを備えたことを特徴とする請求項記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造装置。
  5. 前記搬送路の成形材料を前記成形機へ移す部分に、前記成形材料が通る部分の周囲を覆う接続ダクトを備えたことを特徴とする請求項3または4に記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造装置。
  6. 炭素質粉末、導電性助剤及びバインダを含む原料を混合、混練して混練物とし、この混練物を細粒化して粒状の成形材料を作製し、この成形材料をシート状に成形し、成形後のシートを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にあたって、前記粒状の成形材料をシート状に成形する前に用いられる方法であって、
    前記粒状の成形材料とバインダ用助剤とを密閉状態で混合し、かつ、撹拌した後、前記成形材料に振動を与え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。
  7. 請求項1から5のいずれかに記載の製造装置を用いて、粒状の成形材料を作製することを特徴とする製造方法。
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