JP5363818B2 - 塗布電極及び有機電解質キャパシタ - Google Patents
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Description
前記正極は、上記の塗布電極よりなり、
前記負極は、負極活物質として、リチウムイオンを可逆的に担持可能な物質を含有し、表裏面を貫通する多数の貫通孔を有する集電体と、この集電体上に形成された負極活物質層とを有し、当該負極にリチウムを電気化学的に担持させていることを特徴とする。
2 負極
3 正極
4,5,6 セパレータ
7 リチウム箔
8 負極集電体
9 正極集電体
20,21 ラミネートフィルム
22,23 端子
30 正極
31 負極
32 セパレータ
33 ユニット
本発明に係る塗布電極は、厚さが20〜45μm 、見掛密度が2. 00〜2. 54g/cm3 、透気度20〜120sの表裏面を貫通する多数の貫通孔を有するアルミニウムエッチング箔よりなる集電体と、その表面または表裏面上に形成された電極層とからなるものであり、電極層は、活物質としてリチウムイオン及びアニオンを可逆的に担持可能な物質を含有する塗料を塗布することによって形成される。
また、エッチング箔の引っ張り強度は、20〜250N/mm2 、好ましくは40〜200N/mm2 、より好ましくは60〜200N/mm2 である。
エッチング箔の厚さが過大である場合には、電極全体の厚さが大きくなり、電極全体に占める活物質の量が低下するので、得られるキャパシタのエネルギー密度またはパワー密度が低下するばかりか、塗工工程での作業性も低下する。一方、エッチング箔の厚さが過小である場合には、電極の強度が低下し、基材切れの原因となるため、塗工工程における歩留まりが低下する。従って、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、上記最適値を得るに至った。
エッチング箔の見掛密度が過大である場合には、貫通孔を通過するリチウムイオンの移動速度が遅くなり、好ましくない。一方、エッチング箔の見掛密度が過小である場合には、エッチング箔の強度が低下し、好ましくない。
また、エッチング箔の透気度は、20〜120sであり、好ましくは20〜60sである。
エッチング箔の透気度が過大である場合には、エッチング箔の強度が低下し、好ましくない。また、塗工時に液成分だけが貫通孔を通過し、相分離が起きて作業性が低下する場合がある。一方、エッチング箔の透気度が過小である場合には、貫通孔を通過するリチウムイオンの移動速度が遅くなり、好ましくない。
また、エッチング箔の貫通孔のうち、1〜30μmの孔径を有するものの割合が全貫通孔の80%以上であることが好ましく、より好ましくは85%以上である。
この割合が80%未満である場合には、貫通孔を通過するリチウムイオンの移動速度が遅くなり、好ましくない。
導電材の混合比は、上記活物質の電気伝導度、電極形状等により異なるが、活物質に対して2〜20wt%が好ましい。
本発明に係る塗布電極は、多数の貫通孔を有するアルミニウムエッチング箔からなる集電体上に、活物質としてリチウムイオン及び/またはアニオンを可逆的に担持可能な物質を含有する塗料を塗布することによって得られ、より詳細には、アルミニウム原箔を電解エッチングすることにより、集電体を製造する工程と、得られた集電体の表面に、活物質としてリチウムイオン及びアニオンを可逆的に担持可能な物質を含有する塗料を直接塗布することにより、電極層を形成する工程とによって得られる。
本発明に係る有機電解質キャパシタは、例えば、上記の塗布電極からなる正極と、表裏面を貫通する貫通孔を有する銅、ステンレス、ニッケル等の箔よりなる集電体の表面または表裏面上に、活物質としてリチウムイオンを可逆的に担持可能な物質を含有する塗料を塗布することによって電極層が形成されてなる負極と、正極及び負極が互いに直接接触しないようにするためのセパレータとからなり、キャパシタ内部はリチウムイオンを移送可能な電解液で満たされる。
また、溶媒としては、例えば、これに限定されないが、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、スルホラン等の非プロトン性有機溶媒またはこれらの二種以上の混合液を用いることが好ましい。
電解質及び溶媒は、充分に脱水した状態で混合して電解液とする。電解液中の電解質の濃度は、電解液の内部抵抗を小さくするために、少なくとも0. 1モル/l以上とし、好ましくは0. 5〜1. 5モル/lの範囲とする。
アルミニウムエキスパンドメタル、アルミニウムパンチングメタル及びアルミニウム電解エッチング箔を集電体として用いて塗布電極を製造し、各塗布電極の特性を調べる実験を行った。
アルミニウムエキスパンドメタル
製法:硬質アルミニウム箔に、ブレードで切れ目を入れた後、延伸し、圧延することにより作製した。
厚さ:40μm
線径:0. 2mm
口径:長径1. 8mm、短径0. 9mm
基材幅:500mm
塗布厚:151μm
比較例2
アルミパンチングメタル
製法:硬質のアルミニウム箔にパンチングダイにより機械的に孔を開けた後、プレス加工することにより作製した。
厚さ:40μm
孔径:1mm
基材幅:500mm
塗布厚:151μm
比較例3
アルミニウム電解エッチング箔
製法:アルミニウム軟質箔を塩酸エッチング浴で電解エッチングすることにより作製した。
厚さ:100μmの軟質箔
基材幅:500mm
塗布厚:150μm
実施例1
アルミニウム電解エッチング箔
製法:アルミニウム硬質箔を塩酸エッチング浴で電解エッチングすることにより作製した。
厚さ:40μmの硬質箔
基材幅:500mm
塗布厚:152μm
実施例2
アルミニウム電解エッチング箔
製法:アルミニウム硬質箔を塩酸エッチング浴で電解エッチングすることにより作製した。
厚さ:45μmの硬質箔
基材幅:500mm
塗布厚:150μm
上記の塗布電極を正極として用い、以下の方法により有機電解質キャパシタを作製し、その特性を調べる実験を行った。
負極集電体として、幅300mm、厚さ20μm、開口率45%、孔径2. 0mm×0. 9mm、目付け量110mg/m2 の銅エキスパンドメタルを用い、その上に、比表面積16m2 /g、平均粒径4μmのカーボン粉末87重量部、アセチレンブラック粉体4重量部、SBR系バインダー6重量部、カルボキシメチルセルロース3重量部にイオン交換水を加えて混合し調製した固形分濃度35%のスラリーを、縦型ダイ方式の両面塗工機を用いて、塗工速度2m/minで両面同時塗工を行い、200℃で、24時間減圧乾燥することにより、負極用の電極を製造した。
正極として、実験1で得られた塗布電極を、塗工部が98×128mm、未塗工部が98×15mmとなるよう切断して得られた、98×143mmの電極を用い、負極として、上記の負極用の電極を、塗工部が100×130mm、未塗工部が100×15mmとなるよう切断して得られた、100×145mmの電極を用い、それらを、正極集電体の接続端子の溶接部と、負極集電体の接続端子の溶接部とが、反対側になるように配置し、厚さ50μmのセパレータを介して、セパレータ−負極−セパレータ−正極の順番で積層(セパレータ22枚、負極11枚、正極10枚)し、4辺をテープ止めして電極ユニットを作製した。この電極ユニットの最外層は、両側とも負極となり、その更に外側にセパレータが配置されている。
次いで、1Aの定電流でセル電圧が2. 2Vになるまで放電した。この3. 8V−2. 2Vのサイクルを繰り返し、3回目の放電において、セル容量及びエネルギー密度を評価した。その結果を表2に示す。
アルミニウムエキスパンドメタル及びアルミニウム電解エッチング箔のそれぞれに、電極層用の塗料を、直接塗布した場合及び導電塗料を下塗りしてから塗布した場合の電極の特性の差を調べる実験を行った。
アルミニウムエキスパンドメタル
製法:硬質アルミニウム箔に、ブレードで切れ目を入れた後、延伸し、圧延することにより作製した。
厚さ:30μm
線径:0. 2mm
開口率:46%
基材幅:500mm
導電塗料の下塗り:無し
電極層塗布厚:150μm
比較例8
アルミニウムエキスパンドメタル
製法:硬質アルミニウム箔に、ブレードで切れ目を入れた後、延伸し、圧延することにより作製した。
厚さ:30μm
線径:0. 2mm
開口率:46%
基材幅:500mm
導電塗料の下塗り塗布厚:20μm
電極層塗布厚:151μm
実施例5
アルミニウム電解エッチング箔
製法:アルミニウム硬質箔を塩酸エッチング浴で電解エッチングすることにより製作した。
厚さ:30μmの硬質エッチング箔
孔径:貫通孔の80%以上が1〜30μm
基材幅:500mm
導電塗料の下塗り:無し
電極層塗布厚:152μm
実施例6
アルミニウム電解エッチング箔
製法:アルミニウム硬質箔を塩酸エッチング浴で電解エッチングすることにより製作した。
厚さ:30μmの硬質エッチング箔
孔径:貫通孔の80%以上が1〜30μm
基材幅:500mm
導電塗料の下塗り塗布厚:20μm
電極層塗布厚:150μm
図3に示す構成に従って巻回円筒型のキャパシタを作製し、そのセル容量及びエネルギー密度を評価する実験を行った。
また、本発明に係る有機電解質キャパシタは、高エネルギー密度を保持すると同時に、高出力、低内部抵抗、高信頼性を有するものであり、また、製造工程を簡略化することができるので、高い生産性が得られるものである。
Claims (7)
- 厚さが20〜45μm及び見掛密度が2. 00〜2. 54g/cm3 で、透気度20〜120sの表裏面を貫通する多数の貫通孔を有し、当該貫通孔の80%以上が孔径1〜30μmであるアルミニウム電解エッチング箔よりなる集電体と、この集電体上に、活物質として、リチウムイオン及びアニオンを可逆的に担持可能な物質を含有する塗料が塗布されることによって形成された電極層とを有することを特徴とする塗布電極。
- 前記電極層は、その厚さが20〜200μmで、前記集電体の片面または両面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の塗布電極。
- 前記塗料が、水系バインダーを含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の塗布電極。
- 正極、負極及びリチウムイオンを移送可能な電解質を備えた有機電解質キャパシタであって、
前記正極は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の塗布電極よりなり、
前記負極は、負極活物質として、リチウムイオンを可逆的に担持可能な物質を含有し、表裏面を貫通する多数の貫通孔を有する集電体と、この集電体上に形成された負極活物質層とを有し、当該負極にリチウムを電気化学的に担持させていることを特徴とする有機電解質キャパシタ。 - 前記電解質を含む電解液が、リチウム塩の非プロトン性有機溶媒溶液であることを特徴とする請求項4に記載の有機電解質キャパシタ。
- 正極及び負極からなる電極対を積層することにより構成されていることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の有機電解質キャパシタ。
- 正極及び負極からなる電極対を巻回することにより構成されていることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の有機電解質キャパシタ。
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