JPH09306798A - 電気二重層コンデンサ用の一体型電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層型の電気二重層コンデンサの正極および
負極として用いられ、金属製集電極と分極性電極とを一
体化してなる一体型電極を、従来より少ない工程数にて
製造でき、これにより電気二重層コンデンサの生産性の
向上を図る。 【解決手段】 活性炭粉末に少なくとも結着剤を加えた
ものを混練して分極性電極形成用の混練物を用意し、金
型４内に前記混練物を所定量投入して第１の混練物層１
とし、次いでその上にメッシュ状をなす金属製集電極１
１を載置し、さらにその上に前記混練物を所定量投入し
て第２の混練物層２とする。しかる後、プレス機３にて
加圧成型を行うことにより、集電極リード部１１ａが外
部に引き出された状態で金属製集電極１１を分極性電極
の中に埋め込み、一体型電極を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電動自転車、電
動工具などの電源として利用できる静電容量１０００〜
１００００Ｆ程度の大容量の積層型電気二重層コンデン
サの構成部品であって、正極および負極として用いら
れ、金属製集電極と分極性電極とを一体化してなる一体
型電極を、従来より少ない工程数にて製造できるように
した、電気二重層コンデンサ用の一体型電極の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、一時的に大きなエネルギを供
給する電源として利用できる大容量の電気二重層コンデ
ンサとして、正極用の金属製集電極と正電荷蓄積用の分
極性電極とからなる正極と、負極用の金属製集電極と負
電荷蓄積用の分極性電極とからなる負極とをセパレータ
を間に介在させて交互に積層し、電解液と分極性電極と
の界面に形成される電気二重層に電荷を蓄積することを
利用する積層型の電気二重層コンデンサが提案されてい
る。図５は従来方法で作製された一体型電極である正極
を示す斜視図、図６は図５に示す一体型電極が組み込ま
れた積層型の電気二重層コンデンサの全体構成をその一
部を切り欠いて示す斜視図である。

【０００３】図５に示すように、平板状をなす正極５０
は、その一部に帯状のリード部５２ａが形成された矩形
をなす金属製集電極５２の両側に、活性炭粉末をシート
化してなる矩形の分極性電極５３，５３′を、導電性フ
ィルムを用いた熱融着などによって接着し、金属製集電
極５２と分極性電極５３，５３′とを一体化した一体型
電極として作製されている。ここで、各分極性電極５
３，５３′は、電荷を蓄積するための活性炭粉末と結着
剤（バインダ）としてのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロ
エチレン）を混練し、この混練物をプレス機あるいは圧
延ロール等を用いて成型し作製される。

【０００４】前記各分極性電極５３，５３′は、その厚
みが０．１〜２．０ｍｍ程度のものであり、この分極性
電極５３，５３′から電荷を集めるための金属製集電極
５２は、厚みが５〜３００μｍ程度であって、アルミニ
ウムあるいはステンレスよりなるものである。金属製集
電極５２のリード部５２ａは、外部端子との電気的導通
をとるためのものである。なお、負極５１も正極５０と
同一構造であって一体型電極として構成されている。

【０００５】この正極５０と負極５１とが、図６に示す
ように、分極性電極５３，５３′と同一外形寸法のセパ
レータ５４を間に介して交互に積層される。セパレータ
５４は、イオン透過性及び電気絶縁性を有する多孔質材
料よりなり、例えばポリプロピレン繊維不織布が用いら
れる。そして、図６に示すように、多数枚の正極用の各
リード部５２ａを、リード体５５を介して電気絶縁性の
蓋体５８に設けられた正極外部端子５６へ接続する。同
様にして、負極用の各リード部５２ａ′を負極外部端子
５６′へ接続する。次いで、電極５０，５１を重ね合わ
せた電極積層体を角形外装ケース５７内に収納し、しか
る後、前記蓋体５８を取り付けて密閉するようにしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし前述した従来
の、金属製集電極５２と分極性電極５３，５３′とを一
体化してなる一体型電極５０の製造方法では、予めプレ
ス機あるいはロール圧延などにより各分極性電極５３，
５３′を成型しておく工程と、金属製集電極５２に前記
得られた各分極性電極５３，５３′を固定一体化する工
程とが必要であり、金属製集電極との固定一体化と分極
性電極自体の成型とを同時になしうるようにすることに
より、製造工程数を減らし、これにより電気二重層コン
デンサの生産性を向上させる余地があった。

【０００７】また、金属製集電極５２に分極性電極５
３，５３′を導電性フィルムによる熱融着などによって
接着して固定一体化するようにしたものであるから、電
極同士が確実かつ強固に固定されないことがあった。こ
のため、このような一体型電極が組み込まれた電気二重
層コンデンサは、その内部抵抗値が大きくなることで充
放電時の抵抗損失が大きくなり、また、電動自転車や電
気自動車などに搭載した場合、機械的振動や衝撃によっ
て一体型電極が剥がれやすいという不具合がある。

【０００８】そこでこの発明は、金属製集電極と分極性
電極とを一体化してなる積層型電気二重層コンデンサ用
の一体型電極を、従来より少ない工程数にて製造でき、
これにより電気二重層コンデンサの生産性の向上を図る
ことができ、さらに金属製集電極と分極性電極とを確実
で強固に密着一体化することができ、これにより電気二
重層コンデンサに組み込むことで、内部抵抗値が小さ
く、機械的振動や衝撃に強い電気二重層コンデンサを得
られるようにした、電気二重層コンデンサ用の一体型電
極の製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明による電気二重層コンデンサ用の一体型
電極の製造方法は、積層型の電気二重層コンデンサの正
極および負極として用いられ、金属製集電極と分極性電
極とを一体化してなる一体型電極を製造するに際し、活
性炭に少なくとも結着剤を加えたものを混練して分極性
電極形成用の混練物を用意し、金型内に前記混練物を所
定量投入して第１の混練物層とし、次いでその上にメッ
シュ状をなす金属製集電極を載置し、さらにその上に前
記混練物を所定量投入して第２の混練物層とし、しかる
後、加圧機にて加圧成型を行うことにより、集電極リー
ド部が外部に引き出された状態で金属製集電極を分極性
電極の中に埋め込み、金属製集電極と分極性電極とを一
体化するようにしたことを特徴とするものである。

【００１０】前記のように構成されるこの発明による製
造方法では、加圧機にて加圧成型を一回行うだけで、分
極性電極自体の成型と、その分極性電極と金属製集電極
との固定一体化とを同時になしえ、従来より製造工程数
を減らすことができる。

【００１１】また、金属製集電極として、アルミニウム
のネット箔、アルミニウム箔にパンチングメタルのよう
な孔あけ加工を施したアルミパンチング箔、アルミニウ
ム箔にエキスパンド加工を施したアルミエキスパンド箔
などのような、金属箔あるいは金属板に多数の小孔が形
成されたメッシュ状のものよりなる金属製集電極を用い
るようにしている。このため加圧成型を行うことで、メ
ッシュ状の金属製集電極の前記多数の小孔内に分極性電
極形成用の混練物が食い込み、金属製集電極と分極性電
極とを確実で強固に密着一体化することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。図１はこの発明方法
に係る加圧成型の様子をその説明のために模式的に示す
説明図、図２はこの発明方法に用いられるメッシュ状金
属製集電極の一例を模式的に示す正面図である。

【００１３】まず、メッシュ状金属製集電極（以下、メ
ッシュ状集電極という）を作製しておく。この例では正
極用のメッシュ状集電極１１は、図２に示すように、エ
キスパンド加工が施されて表面がささくれだった例えば
厚み５０μｍのアルミニウム箔を刃付きプレス機により
型抜きすることにより、矩形をなす集電極本体と幅が狭
く帯状をなすリード部１１ａとが一体成形されている。
このメッシュ状集電極１１の寸法は、この例では、集電
極本体：幅５０ｍｍ，長さ１００ｍｍ、リード部１１
ａ：幅１５ｍｍ，長さ１００ｍｍである。なお、後述の
負極用のメッシュ状集電極１４も前記集電極１１と同様
にして作製される。

【００１４】次に、分極性電極形成用の混練物を用意す
る。すなわち、活性炭粉末８０重量％、結着剤としてフ
ッ素樹脂系のＰＴＦＥ１０重量％、および電導性改善用
のカーボンブラック１０重量％に、混練助剤として水あ
るいはアルコールを加え（例えばアルコールの場合、活
性炭粉末１ｇに対して１．５ｃｃを加える）、ニーダー
（kneader ）等によりゴム状につながった状態まで混練
する。そして、この混練物を温度１００℃程度に設定さ
れた乾燥器内に収容して前記混練助剤を除去し、しかる
後に、塊状のものは成型しやすい大きさである粒度０．
５ｍｍ以下の大きさに粉砕して、分極性電極形成用混練
物を得る。

【００１５】次いで、図１に示すように、所定寸法にて
平面視矩形をなす凹部が形成された金型４内に、前記分
極性電極形成用混練物を仕上がり時の分極性電極の半分
の重量分投入し、厚みがほぼ均一になるようにならして
第１の混練物層１とする。次に、この混練物層１上に、
そのリード部１１ａが金型４の凹部の外に引き出された
状態で前記メッシュ状集電極１１を載置し、さらにその
上に、第１の混練物層１と同様にして、分極性電極形成
用混練物を仕上がり時の分極性電極の半分の重量分投入
し、厚みがほぼ均一になるようにならして第２の混練物
層２とする。

【００１６】しかる後、プレス機３にて加圧成型を行う
ことにより、図３に示すように、リード部１１ａが外部
に引き出された状態でメッシュ状集電極１１を分極性電
極１２の中に埋め込み、この例では厚み１．０ｍｍの分
極性電極１２とメッシュ状集電極１１とを一体化してな
る正極用の一体型電極１０を作製する。なおプレス機３
による加圧条件は、例えば、加圧力：５００ｋｇｆ／ｃ
ｍ² 、加圧時間：１ｍｉｎである。

【００１７】このようにして加圧成型を一回行うだけ
で、分極性電極１２自体の成型と、その分極性電極１２
とメッシュ状集電極１１との固定一体化とを同時になし
え、しかもメッシュ状集電極１１に形成された多数の小
孔内に分極性電極形成用の混練物が食い込み、メッシュ
状集電極１１と分極性電極１２とを確実で強固に密着一
体化することができる。なお同様の製造手順にて、図３
に示すように、リード部１４ａが外部に引き出された状
態でメッシュ状集電極１４を分極性電極１５の中に埋め
込み、メッシュ状集電極１４と分極性電極１５とを一体
化してなる負極用の一体型電極１３が得られる。

【００１８】図４は図３に示す一体型電極が組み込まれ
た積層型の電気二重層コンデンサの全体構成例をその一
部を切り欠いて示す斜視図である。

【００１９】図４に示すように、正極用の一体型電極１
０と負極用の一体型電極１３とを、この例では厚み２５
μｍ程度のポリプロピレン繊維不織布よりなるセパレー
タ１６を間に介在させて交互に多数枚積層する。そし
て、この電極積層体を、締めつけ用の板１７を両側の最
外部に配してその上に締めつけ用ベルト１８を巻き付け
ることで積層方向に締めつけた状態で、角形外装ケース
１９に収納する。次いで有機系電解液を含浸させ、ケー
ス上蓋２０に固定される正極外部端子２１に、正極用の
各一体型電極１０のメッシュ状集電極１１のリード部１
１ａをそれぞれ接続し、同様して負極外部端子２２に、
負極用の各一体型電極１３のメッシュ状集電極１４のリ
ード部１４ａをそれぞれ接続する。しかる後、ケース１
９の開口部にケース上蓋２０を取り付けて密閉する。

【００２０】このように、この発明による一体型電極の
製造方法によると、プレス機にて加圧成型を一回行うだ
けで、分極性電極自体の成型と、その分極性電極とメッ
シュ状金属製集電極との固定一体化とを同時になしえ、
従来より少ない製造工程数にて一体型電極１０，１３を
得ることができ、これにより電気二重層コンデンサの生
産性の向上を図ることができる。しかも、金属製集電極
として、アルミエキスパンド箔などのような多数の小孔
が形成されたメッシュ状のものよりなる金属製集電極１
１，１４を用いるようにしているので、加圧成型を行う
ことで、メッシュ状金属製集電極に形成された多数の小
孔内に分極性電極形成用の混練物が食い込み、金属製集
電極と分極性電極とが確実で強固に密着一体化された一
体型電極１０，１３を製造することができる。これによ
り電気二重層コンデンサに組み込むことで、内部抵抗値
が小さく、また、機械的振動や衝撃に強い電気二重層コ
ンデンサを得ることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、この発明による電気
二重層コンデンサ用の一体型電極の製造方法によると、
金属製集電極と分極性電極とを一体化してなる一体型電
極を、従来より少ない工程数にて製造でき、これにより
電気二重層コンデンサの生産性の向上を図ることがで
き、さらに金属製集電極と分極性電極とが確実で強固に
密着一体化された一体型電極を製造することができ、こ
の一体型電極を電気二重層コンデンサに組み込むことに
より、内部抵抗値が小さくて大電流を流す大容量に適し
た、また、機械的振動や衝撃に強くて電動自転車や電気
自動車への搭載に適した電気二重層コンデンサを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明方法に係る加圧成型の様子をその説明
のために模式的に示す説明図である。

【図２】この発明方法に用いられるメッシュ状金属製集
電極の一例を模式的に示す正面図である。

【図３】この発明に係る一体型電極を模式的に示す斜視
図である。

【図４】図３に示す一体型電極が組み込まれた積層型の
電気二重層コンデンサの全体構成例をその一部を切り欠
いて示す斜視図である。

【図５】従来方法で作製された一体型電極である正極を
示す斜視図である。

【図６】図５に示す一体型電極が組み込まれた積層型の
電気二重層コンデンサの全体構成をその一部を切り欠い
て示す斜視図である。

【符号の説明】

１…第１の混練物層 ２…第２の混練物層 ３…プレス
機 ４…金型 １０…正極用の一体型電極 １１…正極
用のメッシュ状金属製集電極 １１ａ…リード部 １２
…分極性電極 １３…負極用の一体型電極 １４…負極
用のメッシュ状集電極 １４ａ…リード部 １５…分極
性電極 １６…セパレータ １９…角形外装ケース ２
０…ケース上蓋 ２１…正極外部端子 ２２…負極外部
端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 出原 久嗣 大阪府和泉市池上町685−１ (72)発明者 山岸 政章 神奈川県横浜市神奈川区台町２番地５ 株 式会社パワーシステム内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層型の電気二重層コンデンサの正極お
   よび負極として用いられ、金属製集電極と分極性電極と
   を一体化してなる一体型電極を製造するに際し、活性炭
   に少なくとも結着剤を加えたものを混練して分極性電極
   形成用の混練物を用意し、金型内に前記混練物を所定量
   投入して第１の混練物層とし、次いでその上にメッシュ
   状をなす金属製集電極を載置し、さらにその上に前記混
   練物を所定量投入して第２の混練物層とし、しかる後、
   加圧機にて加圧成型を行うことにより、集電極リード部
   が外部に引き出された状態で金属製集電極を分極性電極
   の中に埋め込み、金属製集電極と分極性電極とを一体化
   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
   用の一体型電極の製造方法。