JPH0936004A

JPH0936004A - 活性炭電極の製造方法および電気二重層コンデンサ

Info

Publication number: JPH0936004A
Application number: JP7179975A
Authority: JP
Inventors: Yukari Kibi; ゆかり吉備; Takayuki Saito; 貴之斉藤; Shinobu Takagi; 忍高木; Takasumi Shimizu; 孝純清水
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; NEC Corp
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; NEC Corp
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】高い比表面積を有する活性炭電極を高い生産
性で製造できる製造方法を提供する。また、十分に高い
静電容量を有して高い生産性で製造される電気二重層コ
ンデンサを提供する。【構成】活性炭粉末とフェノール樹脂との混合粉体
が、工程５において冷間加圧成形によって所定形状の成
形体に成形されるため、その成形体をそのまま工程６に
おいて熱処理することにより活性炭電極１０を得ること
ができる。すなわち、冷間加圧成形により成形体が得ら
れることから、所望の成形体形状を得るためにフェノー
ル樹脂を加熱硬化させるという工程が不要となる。その
ため、熱処理を行う前に加熱硬化を必要とした従来の製
造方法に比較して、加熱硬化時間或いは加熱加圧成形の
時間が短縮されて、高い生産性で活性炭電極１０を製造
できる。しかも、加圧成形されることから成形体の高い
密度が得られて、樹脂発泡体を炭化賦活した場合に比較
して高い比表面積を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層コンデ
ンサや電池等に用いられる活性炭電極の製造方法および
電気二重層コンデンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、電気二重層コンデンサはメモリ
バックアップ用部品として広く用いられている。電気二
重層コンデンサとは、電極を構成する導電体と電解質溶
液との界面にそれぞれ符号の異なる一対の電荷層（電気
二重層）が生じることを利用したものであり、充放電に
伴う寿命劣化が生じ得ないという特徴を有している。そ
のため、例えば、電池または商用交流電源を直流に変換
した電源と並列に電気二重層コンデンサを接続し、電源
の瞬断時に電気二重層コンデンサに蓄積された電荷によ
り種々の部品のバックアップをするという形で使用され
ている。

【０００３】従来、電気二重層コンデンサの電極として
は、活性炭粉末や活性炭繊維等が用いられていた。電気
二重層コンデンサの静電容量は電気二重層に蓄えられる
電荷量により決定されることから、電極の表面積が大き
いほど大きな静電容量を得ることができるため、高い導
電性と比表面積とを有する活性炭が電極材料として適し
ているのである。ところが、活性炭は一般に粉末或いは
繊維状であるため、電極として用いる場合には、例えば
金属ケース等に収納して加圧することにより粉末或いは
繊維間の電気的接触を確保していた。したがって、大き
な静電容量を得るためには、活性炭量を多くして表面積
を大きくすると共にその活性炭の電気的接触を一層確実
にするために加圧力を高くすることが必要となって金属
ケースが極めて大きくなるため、実用的な大きさの電気
二重層コンデンサとしてはせいぜい数Ｆ程度の静電容量
しか得られないという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、電気二重層コ
ンデンサの寸法を比較的小さく保ったまま高い静電容量
を得ることが可能な、高い比表面積を有し且つ加圧する
ことなく電気的接触が得られる活性炭電極として、熱硬
化性樹脂を利用して活性炭粉末を固形化した固体活性炭
電極が提案されている。例えば特公平４−４４０７号公
報に記載されている活性炭多孔体や、特開平４−２８８
３６１号公報或いはＮＥＣ技報Vol.46 No.10 p89〜95
（平成 5年発行）に記載されている固体活性炭等がそれ
である。このような固体活性炭電極を用いれば、例え
ば、Proceeding of the 41st Electronic Components a
nd Technology Conference p531〜536(1991) に記載さ
れている2.3Ｖ− 500Ｆの電気二重層コンデンサや、Ext
ended Abstract of the 180th Electrochemical Societ
y Meeting,Phoenix AZ No.80(1991) に記載されている
5.5Ｖ−1000Ｆの電気二重層コンデンサ等の、10Ｆ以上
の大容量をもつ電気二重層コンデンサが実現できるので
ある。これらの電気二重層コンデンサは、大容量且つ等
価直列抵抗が低いことから、電気自動車等のパルスパワ
ー用電源としても応用が可能である。

【０００５】上記特公平４−４４４０７号公報に記載さ
れている技術は、フェノール樹脂、ポリビニルアルコー
ルおよび澱粉の混合物にホルマリンおよび酸触媒（例え
ば硫酸等）を添加することにより、ポリビニルアルコー
ルのホルマール化反応を生じさせて発泡体を作製し、こ
の発泡体を例えば 150〜180 ℃程度で加熱処理して熱硬
化させた後、澱粉および酸触媒を水洗除去して連続気泡
を有するフェノール樹脂多孔体とし、このフェノール樹
脂多孔体を例えば窒素ガス、水蒸気雰囲気中 800〜1000
℃程度で加熱して炭化すると同時に賦活して活性炭多孔
体を得るものである。また、上記ＮＥＣ技報等に記載さ
れている技術は、活性炭粉末とフェノール樹脂粉末との
混合粉末を例えば 150℃程度の温度で加熱加圧成形（ホ
ットプレス）して成形すると同時に加熱硬化させ、更に
600〜1000℃で熱処理してフェノール樹脂を炭化して固
体活性炭を得るものである。

【０００６】しかしながら、上記特公平４−４４４０７
号公報に示される技術では、樹脂発泡体を炭化賦活する
ことから、活性炭多孔体を成形するに際して何等加圧さ
れないため、密度が低く比表面積が比較的小さいという
問題がある。また、前記ＮＥＣ技報等に示される技術で
は、活性炭粉末とフェノール樹脂との混合物を 150℃程
度の温度で加熱加圧成形するが、フェノール樹脂を加熱
硬化させるためには例えば10分程度の時間が必要である
ことから成形時間が長くなるため、成形効率が低くなっ
て生産性が悪いという問題がある。このため、これらの
技術により製造される活性炭電極を用いた電気二重層コ
ンデンサは、十分に高い静電容量が得られないか、或い
は生産性が悪いこととなるのである。

【０００７】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであって、その第１の目的とするところは、高い
比表面積を有する活性炭電極を高い生産性で製造できる
製造方法を提供することにある。また、第２の目的とす
るところは、十分に高い静電容量を有して高い生産性で
製造される電気二重層コンデンサを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための第１の手段】上記第１の目的を
達成するため、第１発明の要旨とするところは、活性炭
粉末と熱硬化性樹脂とを混合して混合粉体を得る混合工
程と、その混合粉体から所定形状の成形体を得る成形工
程と、その成形体を非酸化性雰囲気中で熱処理すること
により前記熱硬化性樹脂を炭化して活性炭電極を得る熱
処理工程とを含む活性炭電極の製造方法であって、(a)
前記成形工程が冷間加圧成形で行われることにある。

【０００９】

【第１発明の効果】このようにすれば、活性炭粉末と熱
硬化性樹脂との混合粉体が、成形工程において冷間加圧
成形によって所定形状の成形体に成形されるため、その
成形体をそのまま熱処理工程において熱処理することに
より活性炭電極を得ることができる。すなわち、冷間加
圧成形により成形体が得られることから、所望の成形体
形状を得るために熱硬化性樹脂を加熱硬化させるという
工程が不要となるのである。そのため、熱処理を行う前
に加熱硬化を必要とした従来の製造方法に比較して、加
熱硬化時間或いは加熱加圧成形の時間が短縮されて、高
い生産性で活性炭電極を製造できる。しかも、加圧成形
されることから成形体の高い密度が得られて、樹脂発泡
体を炭化賦活した場合に比較して高い比表面積を得るこ
とができるのである。

【００１０】

【課題を解決するための第２の手段】また、前記第１の
目的を達成するための第２発明の要旨とするところは、
活性炭粉末と熱硬化性樹脂とを混合して混合粉体を得る
混合工程と、その混合粉体から所定形状の成形体を得る
成形工程と、その成形体を非酸化性雰囲気中で熱処理す
ることにより前記熱硬化性樹脂を炭化して活性炭電極を
得る熱処理工程とを含む活性炭電極の製造方法であっ
て、前記混合工程が、(b) 前記活性炭粉末および前記熱
硬化性樹脂に所定の溶剤を添加して混練する混練工程
と、(c) 所定の平均粒径に造粒された前記混合粉体を得
る造粒工程とを、含むことにある。

【００１１】

【第２発明の効果】このようにすれば、混合工程は、活
性炭粉末および熱硬化性樹脂に所定の溶剤を添加して混
練する混練工程と、所定の平均粒径に造粒された混合粉
体を得る造粒工程とを含んで構成される。そのため、混
合工程において得られる混合粉体は、混練工程において
溶剤に溶解させられた熱硬化性樹脂により個々の粒子の
表面を覆われた活性炭粉末が、造粒工程において所定の
平均粒径に造粒されたものとなり、成形工程において
は、熱硬化性樹脂によって粘結力を与えられた所定の平
均粒径の混合粉体が用いられることとなる。これによ
り、成形工程において加熱加圧成形を行ったり、成形後
に熱硬化性樹脂を加熱硬化させることなく、単に冷間加
圧成形をするのみで混合粉体の粘結力に基づき保形性を
有する成形体を得ることが可能である。したがって、熱
処理を行う前に加熱硬化を必要とした従来の製造方法に
比較して、加熱硬化時間或いは加熱加圧成形の時間が短
縮されて、高い生産性で活性炭電極を製造できる。しか
も、加圧成形が可能であることから成形体の高い密度が
得られて、樹脂発泡体を炭化賦活した場合に比較して高
い比表面積を得ることができるのである。

【００１２】

【第１および第２発明の他の態様】ここで、前記第１お
よび第２発明において、好適には、(d) 前記活性炭粉末
は、比表面積が1000〜3000m²/gの範囲にあるものであ
る。このようにすれば、比表面積が十分に大きいため得
られる活性炭電極の比表面積が十分に大きくなることと
なる。なお、活性炭粉末の比表面積が3000m²/gを越える
と、十分に高い成形密度を得ることができる比較的大き
い平均粒径の混合粉末を得ることが困難であるため、比
表面積は3000m²/g以下であることが望ましい。

【００１３】また、好適には、(e) 前記熱硬化性樹脂
は、前記熱処理工程において熱処理した後の残炭率が 5
wt％以上となるように添加されたものである。このよう
にすれば、残炭率が十分に大きくされているため、熱処
理工程において活性炭電極の高い保形性および機械的強
度が得られると共に、残炭率は熱硬化性樹脂の添加量に
対応して大きくなるものであるため、熱硬化性樹脂の添
加量が十分に大きくされて、すなわち十分な量の結合剤
（成形助剤）が存在することとなって、成形工程におい
て活性炭粉末が十分に結合させられて高い成形性が得ら
れることとなる。なお、本願において残炭率とは、活性
炭電極中に残存する熱硬化性樹脂の炭素量を成形体に対
する重量比で表したものをいう。

【００１４】また、前記第２発明において、好適には、
(f) 前記溶剤が、水、ケトン、アルコール、エーテル、
エステル、炭化水素、芳香族、テトラヒドロフラン、ジ
オキサン、およびシクロヘキサノンのうち少なくとも１
種類以上から成るものである。これらの溶剤を用いれ
ば、前記混練工程において熱硬化性樹脂が十分に溶解さ
れて良好な分散性が得られるため、活性炭粉末の表面に
必要且つ十分な厚みの熱硬化性樹脂の皮膜が形成される
こととなって、高い成形性を有して高い比表面積の活性
炭電極を製造することが可能な混合粉体を得ることがで
きる。

【００１５】また、前記第２発明において、好適には、
(g) 前記造粒工程により得られる混合粉体は、見掛け密
度が0.21(g/cm³) 以上0.60(g/cm³) 以下の範囲にあるも
のである。造粒された混合粉体は、見掛け密度が小さく
なり過ぎる場合も、反対に大きくなり過ぎる場合も良好
な成形性を得ることができないことから、高い成形性を
得るためには、上記の範囲にあることが好ましいのであ
る。したがって、このようにすれば、混合粉体の成形性
が良好となって、比表面積が大きい活性炭電極を高い生
産性で得ることが可能となる。なお、本願において見掛
け密度とは、JIS Z 2504に準拠して測定されるものであ
って、所定容積の容器中に粉体を静かに容器の上端一杯
まで流し入れたときに、〔粉体重量／容器容積(g/cc)〕
として算出されるものをいう。

【００１６】

【課題を解決するための第３の手段】また、前記第２の
目的を達成するための第３発明の要旨とするところは、
電気二重層コンデンサにおいて、前記第１および第２発
明の何れかの活性炭電極の製造方法により製造された活
性炭電極を用いたことにある。

【００１７】

【第３発明の効果】このようにすれば、前記第１および
第２発明の製造方法によって製造される活性炭電極は、
高い生産性と高い比表面積とを有するため、その活性炭
電極を用いた電気二重層コンデンサは十分に高い静電容
量を有して高い生産性で製造されることとなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明の一実施例の製造方法で製
造された活性炭電極１０を用いた電気二重層コンデンサ
１２の断面構造を模式的に示す図である。このコンデン
サ１２は、全体が箱型を成して、平板状の一対の活性炭
電極１０，１０、それら一対の活性炭電極１０，１０を
挟まれたセパレータ１４、活性炭電極１０，１０の外側
に順に設けられた一対の集電体１６，１６、一対の端子
板１８，１８、一対の固定板２０，２０と、活性炭電極
１０，１０の側面側に備えられて集電体１６，１６を支
持するガスケット２２、およびガスケット２２の両面に
備えられて固定板２０，２０を支持する一対の支持体２
４，２４を備えたものであり、集電体１６，１６および
ガスケット２２により囲まれた内部には、例えば、電解
液として30wt％の硫酸水溶液が注入されている。

【００２０】上記一対の活性炭電極１０，１０は、例え
ば厚みが 2mm程度とされたものであり、活性炭が炭素組
織により結合させられた多孔質の活性炭−炭素複合体で
ある。また、上記セパレータ１４は、例えば厚みが 0.3
mm程度で活性炭電極１０よりもやや大面積とされたポリ
プロピレン不織布であり、活性炭電極１０，１０相互の
接触による電気的短絡を防止すると共に、前記電解液が
自由に流通可能となるように多孔質に形成されている。
すなわち、セパレータ１４は活性炭電極１０を構成する
粒子は通さず、電解液のみを通すように構成されてい
る。

【００２１】また、前記集電体１６，１６は、例えばブ
チルゴムから成る例えば厚み 0.3mm程度の導電性シート
であり、活性炭電極１０，１０に通電するために設けら
れている。この集電体１６，１６は、活性炭電極１０，
１０よりも大面積に形成されており、その活性炭電極１
０，１０からはみ出した周縁部は前記ガスケット２２お
よび支持体２４，２４に挟まれることによって、セパレ
ータ１４を挟んで反対側に設けられている活性炭電極１
０或いは集電体１６との接触を防止されている。

【００２２】また、集電体１６，１６の外側に備えられ
た端子板１８，１８は、例えば厚みが 0.2mm程度で活性
炭電極１０，１０と同様な面積のステンレス製平板であ
り、この端子板１８，１８に設けられた図示しない一対
の端子に電圧を印加することにより、集電体１６，１６
を介して活性炭電極１０，１０に電力が供給されるよう
になっている。また、固定板２０、ガスケット２２、支
持体２４，２４は、何れもポリカーボネイトから成るも
のであり、固定板２０は例えば 2.0mm程度の厚みの平板
状を成し、ガスケット２２はセパレータ１４を挟んだ一
対の活性炭電極１０，１０の全体の厚みと同様な厚み、
支持体２４，２４は集電体１６と端子板１８を併せた厚
みと同様な厚みでそれぞれ枠状を成している。なお、支
持体２４は、内周側部分が周縁部よりも薄くされて、ガ
スケット２２との間に例えば 0.1mm程度の隙間を形成し
ており、この隙間に集電体１６が挟まれている。

【００２３】上記の電気二重層コンデンサ１２は、以下
のように組み立てられる。すなわち、先ず、活性炭電極
１０，１０をセパレータ１４を挟んで対向させ、その両
面から集電体１６，１６を圧着する。次いで、ガスケッ
ト２２，支持体２４，２４をこれらの周囲に配置して集
電体１６，１６を挟んだ後、それらガスケット２２およ
び支持体２４，２４の周囲に、例えばエポキシ樹脂を塗
り込んで固着し、例えばガスケット２２に設けられてい
る図示しない注入孔から前記電解液を所定量注入して封
止する。更に、端子板１８，１８を両面から集電体１
６，１６に圧着した後、固定板２０，２０を例えば４か
所においてボルトおよびナット２６によって両面から固
定することにより、電気二重層コンデンサ１２が得られ
る。

【００２４】ここで、前記活性炭電極１０の製造方法を
図２に示す工程流れ図を参照して説明する。工程１にお
いて、例えば平均粒径 1μm 程度の活性炭粉末70wt％程
度、および熱硬化性樹脂としてのフェノール樹脂30wt％
程度に、例えばアセトン等の溶剤を 150wt％程度（活性
炭粉末とフェノール樹脂との混合物の全量に対する値）
加えて、例えばプラネタリーミキサー等で混練する。得
られた混練物を、工程２において、例えば真空乾燥機を
用いて真空中50℃で 3時間程度乾燥することにより残存
する溶剤を除去し、続く工程３において例えばアトライ
タ等によって粉砕し、更に工程４において例えば #70程
度のメッシュを通すことにより所定粒度に造粒する。そ
して、工程５において、このようにして得られた混合粉
体を、例えば 0.5tonf／cm² 程度のプレス圧力で冷間加
圧成形することにより、例えば70×50× 2mm程度の寸法
の成形体を作製し、工程６において、例えば電気炉によ
ってＮ₂ガス雰囲気中 900℃で 2時間熱処理することに
より、フェノール樹脂が炭化されて活性炭−炭素複合材
料である活性炭電極１０が得られる。なお、熱処理工程
における昇降温速度は、例えば10℃／ｈである。また、
本実施例においては、上記工程１が混練工程に、工程４
が造粒工程に、工程１乃至４が混合工程に、工程５が成
形工程に、工程６が熱処理工程にそれぞれ対応する。

【００２５】下記の表１は、上記の製造工程において適
切な製造条件の範囲を定めるために行った４つの実験結
果をまとめて示すものであり、以下、個々について説明
する。なお、用いた活性炭粉末の平均粒径は全て 1μm
であり、表に示されていないその他の条件は全て同様と
して実験した。また、下記表において、「成形性」は前
記工程５において成形が可能であったものを「○」、成
形が不可能であったものを「×」でそれぞれ示してい
る。また、「評価」は成形可能で十分なコンデンサ特性
が得られたものを「○」、成形不能或いはコンデンサ特
性が不十分であったものを「×」でそれぞれ示してお
り、○印が本発明の範囲内となる実施例を、×印が本発
明の範囲外となる比較例をそれぞれ示している。コンデ
ンサ特性のうち、静電容量（下記表において「容量」と
表示）は、得られた活性炭電極１０を用いて前記図１の
構造の電気二重層コンデンサ１２を作製し、例えば0.9V
で30分定電圧充電後、 0.45Vになるまで1Aで定電流放電
し、下記 (1)式（但し、静電容量をＣ(F) 、放電電流を
ｉ(A) 、電圧降下に要した時間を△ｔ(sec) 、電圧降下
を△Ｖ(V) とする）によって求めたものである。また、
ＥＳＲは1kHzにおけるインピーダンスである。Ｃ＝（ｉ・△ｔ）／△Ｖ・・・ (1)

【００２６】

【表１】

【００２７】先ず、No.1〜5 は、残炭率が20wt％となる
ような活性炭粉末とフェノール樹脂との混合比で、その
活性炭粉末の比表面積（表において「活性炭の比表面
積」と表示）を 500〜3200m²/gの範囲で変化させて評価
したものである。比表面積は例えばＢＥＴ法（ガス吸着
法）で測定した。上記表から明らかなように、活性炭粉
末の比表面積が 500m²/gと小さい場合には、良好な成形
性が得られるもののこの活性炭粉末から製造された活性
炭電極１０を用いた電気二重層コンデンサ１２は、静電
容量が168(F)と低く十分な特性が得られなかった。一
方、比表面積が3200m²/gと大きい場合には、造粒された
混合粉体の平均粒径および見掛密度が小さくなり過ぎて
活性炭電極１０を成形することが不可能であった。した
がって、No.1およびNo.5は電気二重層コンデンサ１２の
活性炭電極１０の原料としては不適であり、活性炭粉末
の比表面積は1000〜3000m²/g程度が適切である。なお、
この適切な比表面積の範囲では、比表面積が大きくなる
程静電容量が増加する傾向にある。

【００２８】次に、No.6〜9 は、フェノール樹脂の添加
量を変えることにより成形体の残炭率を異なるものとし
た場合の結果を示すものであり、No.8は上記のNo.3と同
様な条件としている。なお、残炭率は、工程６と同様な
条件で熱処理を施した後に、活性炭電極１０中に残留す
る炭化したフェノール樹脂分の炭素量を、成形体に対す
る重量比で表したものである。上記表から明らかなよう
に、No.6の残炭率が 3wt％とされた場合には、フェノー
ル樹脂の添加量が少な過ぎたために、例えば混合粉体の
造粒された後の平均粒径を大きくして成形体の密度を高
めても、良好な成形性を得ることはできなかった。すな
わち、フェノール樹脂は残炭率が 5wt％以上となるよう
に添加されることが必要である。但し、残炭率が大きく
なる程製造された活性炭電極１０の比表面積が小さくな
って、表に示されるように静電容量が低下する傾向にあ
るため、残炭率は良好な成形性が得られる範囲で小さい
方が好ましい。

【００２９】また、No.10 〜17は、混合粉体の平均粒径
の好ましい範囲を確かめるための実験である。なお、本
実験で用いた混合粉体は、上記No.3或いはNo.8の条件で
得られた混合粉体を、例えば篩分級機によって表に示さ
れる平均粒径に分級したものである。表から明らかなよ
うに、平均粒径が極めて小さいNo.10 および極めて大き
いNo.17 は、何れも成形できず、活性炭電極１０の原料
として不適であった。したがって、混合粉体は見掛け密
度が0.21〜0.60g/cm³の範囲、すなわち、平均粒径が 8
μm よりも大きく 300μm よりも小さい範囲が適切であ
る。

【００３０】また、No.18 〜25は、混練工程において溶
剤として用いられる液体の適否を確認するために行った
実験の結果を示すものである。なお、溶剤の添加量は何
れも150wt％とし、その他の条件は何れもNo.3或いはNo.
8と同様とした。表から明らかなように、何れの溶剤が
用いられた場合にも、良好な成形性が得られると共に、
得られた活性炭電極１０を用いて作製された電気二重層
コンデンサ１２の良好な特性が得られた。

【００３１】ここで、本実施例によれば、活性炭粉末と
フェノール樹脂（熱硬化性樹脂）との混合粉体が、工程
５（成形工程）において冷間加圧成形によって所定形状
の成形体に成形されるため、その成形体をそのまま工程
６（熱処理工程）において熱処理することにより活性炭
電極１０を得ることができる。すなわち、冷間加圧成形
により成形体が得られることから、所望の成形体形状を
得るためにフェノール樹脂を加熱硬化させるという工程
が不要となる。そのため、熱処理を行う前に加熱硬化を
必要とした従来の製造方法に比較して、加熱硬化時間或
いは加熱加圧成形の時間が短縮されて、高い生産性で活
性炭電極１０を製造できる。しかも、加圧成形されるこ
とから成形体の高い密度が得られて、樹脂発泡体を炭化
賦活した場合に比較して高い比表面積を得ることができ
るのである。

【００３２】また、本実施例によれば、混合工程は、活
性炭粉末およびフェノール樹脂に所定の溶剤（アセトン
等）を添加して混練する工程１（混練工程）と、所定の
平均粒径に造粒された混合粉体を得る工程４（造粒工
程）とを含んで構成されるため、混合工程において得ら
れる混合粉体は、工程１（混練工程）において溶剤に溶
解させられたフェノール樹脂により個々の粒子の表面を
覆われた活性炭粉末が、工程４（造粒工程）において所
定の平均粒径に造粒されたものとなり、工程５（成形工
程）においては、フェノール樹脂によって粘結力を与え
られた所定の平均粒径の混合粉体が用いられることとな
る。これにより、加熱加圧成形を行ったり、成形後にフ
ェノール樹脂を加熱硬化させることなく、単に冷間加圧
成形をするのみで混合粉体の粘結力に基づき保形性を有
する成形体を得ることが可能である。したがって、熱処
理を行う前に加熱硬化を必要とした従来の製造方法に比
較して、加熱硬化時間或いは加熱加圧成形の時間が短縮
されて、高い生産性で活性炭電極１０を製造できる。し
かも、加圧成形が可能であることから成形体の高い密度
が得られて、樹脂発泡体を炭化賦活した場合に比較して
高い比表面積を得ることができるのである。

【００３３】また、本実施例によれば、活性炭粉末の比
表面積が1000〜3000m²/gの範囲とされて比表面積が十分
に大きいため、得られる活性炭電極１０の比表面積が十
分に大きくなることとなる。そのため、電気二重層コン
デンサ１２を作製した際に、前記表１に示されるように
高い静電容量を得ることが可能である。すなわち、電気
二重層コンデンサ１２の静電容量は、活性炭粒子と電解
液との界面に形成される電気二重層に蓄えられる電荷量
により決定されることとなることから、活性炭粒子の比
表面積が大きい程蓄えられる電荷が大きくなって静電容
量が高くなるのである。なお、前述のように、活性炭粉
末の比表面積が3000m²/gを越えると、十分に高い成形密
度を得ることができる比較的大きい平均粒径の混合粉末
を得ることが困難であるため、比表面積は3000m²/g以下
であることが望ましい。

【００３４】また、本実施例においては、工程６（熱処
理工程）において熱処理した後の残炭率が 5wt％以上と
なるようにフェノール樹脂が添加されていることから、
残炭率が十分に大きくされているため、熱処理工程にお
いて活性炭電極１０の高い保形性および機械的強度が得
られると共に、前述のように残炭率はフェノール樹脂の
添加量に対応して大きくなるものであるため、フェノー
ル樹脂の添加量が十分に大きくされて、すなわち十分な
量の結合剤（成形助剤）が存在することとなって、工程
５（成形工程）において活性炭粉末が十分に結合させら
れて高い成形性が得られることとなる。したがって、成
形が容易になると共に作製された活性炭電極１０の取扱
が容易とされて、電気二重層コンデンサ１２等を容易に
作製することができる。

【００３５】また、工程４（造粒工程）で造粒された混
合粉体は、見掛け密度が小さくなり過ぎる場合も、反対
に大きくなり過ぎる場合も良好な成形性を得ることがで
きないが、本実施例によれば、混合粉体の見掛け密度が
0.21(g/cm³) 以上0.60(g/cm³) 以下の適正な範囲にされ
ているため、高い成形性が得られる。したがって、混合
粉体の成形性が良好となって、比表面積が大きい活性炭
電極１０を高い生産性で得ることが可能となる。

【００３６】また、本実施例の電気二重層コンデンサ１
２は、前述のように高い生産性と高い比表面積とを有す
る活性炭電極１０が用いられているため、高い静電容量
を有して高い生産性で製造される。

【００３７】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施され
る。

【００３８】例えば、前述の実施例においては、混合工
程は、工程１（混練工程）と工程４（造粒工程）とを含
んで構成されていたが、例えば、工程１（混練工程）に
おいて適度な平均粒径の混合粉体を得ることが可能であ
れば、工程４（造粒工程）は設けられなくとも良い。な
お、その場合には、工程１乃至３の何れかの工程が造粒
工程を兼ねることとなる。同様な理由で工程３（粉砕工
程）も必ずしも設けられなくとも差し支えない。また、
工程２（乾燥工程）において、例えばスプレードライヤ
等によって噴霧乾燥すれば、適度な平均粒径に造粒され
た混合粉体を直ちに得ることが可能であり、そのときは
工程２（乾燥工程）が造粒工程を兼ねることとなって、
工程３および工程４は不要となる。

【００３９】また、実施例においては、熱硬化性樹脂と
してフェノール樹脂を用いたが、例えば、尿素樹脂やメ
ラミン樹脂等の他の熱硬化性樹脂を用いても良い。但
し、良好な成形性と活性炭電極１０の十分な機械的強度
を得るためには、何れの熱硬化性樹脂を用いる場合に
も、工程６（熱処理工程）において熱処理された後の残
炭率が 5wt％以上となるように添加量が決定されること
が好ましい。また、活性炭粉末と熱硬化性樹脂との混合
比は、熱硬化性樹脂の灰分（炭素量）や、活性炭電極１
０に必要とされる成形性、活性炭電極１０の比表面積や
強度に応じて適宜設定される。

【００４０】また、工程１（混練工程）において用いら
れる溶剤は、実施例で示したものの他に、種々のものを
用いることが可能である。例えば、アセトン以外のケト
ン類、メタノール以外のアルコール類、ジエチルエーテ
ル以外のエーテル類、酢酸メチル以外のエステル類、ヘ
キサン以外の炭化水素類、およびトルエン等の芳香族類
が用いられ得る。すなわち、混練工程において熱硬化性
樹脂が十分に溶解されて良好な分散性が得られて、活性
炭粉末の表面に必要且つ十分な厚みの熱硬化性樹脂の皮
膜が形成される溶剤であれば、種々のものを用いること
が可能である。なお、実施例においては、溶剤の添加量
が活性炭粉末および熱硬化性樹脂の混合物の全量に対し
て 150wt％とされたが、この添加量は、工程１（混練工
程）において望ましい混合物の粘度に応じて適宜変更さ
れる。

【００４１】また、実施例においては、本発明が電気二
重層コンデンサ１２に用いられる活性炭電極１０の製造
に適用された場合について説明したが、本発明は、他の
例えば電池等に適用される活性炭電極１０の製造にも同
様に適用される。

【００４２】また、工程２（乾燥工程）や工程６（熱処
理工程）等における温度や雰囲気等の条件は適宜変更さ
れる。例えば、熱処理の際の雰囲気は実施例で示された
Ｎ₂ガス雰囲気の他、アルゴンガス雰囲気等とされても
良く、温度は例えば 600℃程度、或いは1000℃程度とさ
れても良い。すなわち、熱処理の際の雰囲気および温度
は、熱処理後の熱硬化性樹脂の残留炭素量が十分な量
（例えば残炭率が 5wt％以上となる量）になると共に、
活性炭が燃焼させられない雰囲気の範囲内で適宜変更さ
れる。

【００４３】また、工程５（成形工程）における成形条
件、例えば圧力や成形寸法は、必要な活性炭電極１０の
大きさや混合粉体の見掛け密度等に応じて適宜変更され
る。

【００４４】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加え得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の製造方法により製造された
活性炭電極が適用された電気二重層コンデンサの断面構
造を示す図である。

【図２】図１の活性炭電極の製造方法を示す工程流れ図
である。

フロントページの続き (72)発明者高木忍愛知県丹羽郡大口町大字余野字宮前58番地 (72)発明者清水孝純愛知県一宮市大字高田字北門37番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性炭粉末と熱硬化性樹脂とを混合して
混合粉体を得る混合工程と、該混合粉体から所定形状の
成形体を得る成形工程と、該成形体を非酸化性雰囲気中
で熱処理することにより前記熱硬化性樹脂を炭化して活
性炭電極を得る熱処理工程とを含む活性炭電極の製造方
法であって、前記成形工程が冷間加圧成形で行われることを特徴とす
る活性炭電極の製造方法。
【請求項２】活性炭粉末と熱硬化性樹脂とを混合して
混合粉体を得る混合工程と、該混合粉体から所定形状の
成形体を得る成形工程と、該成形体を非酸化性雰囲気中
で熱処理することにより前記熱硬化性樹脂を炭化して活
性炭電極を得る熱処理工程とを含む活性炭電極の製造方
法であって、前記混合工程が、前記活性炭粉末および前記熱硬化性樹脂に所定の溶剤を
添加して混練する混練工程と、所定の平均粒径に造粒された前記混合粉体を得る造粒工
程とを、含むことを特徴とする活性炭電極の製造方法。
【請求項３】前記活性炭粉末は、比表面積が1000〜30
00m²/gの範囲にあるものである請求項１または請求項２
の活性炭電極の製造方法。
【請求項４】前記熱硬化性樹脂は、前記熱処理工程に
おいて熱処理した後の残炭率が 5wt％以上となるように
添加されたものである請求項１または請求項２の活性炭
電極の製造方法。
【請求項５】前記溶剤が、水、ケトン、アルコール、
エーテル、エステル、炭化水素、芳香族、テトラヒドロ
フラン、ジオキサン、およびシクロヘキサノンのうち少
なくとも１種類以上から成るものである請求項２の活性
炭電極の製造方法。
【請求項６】前記造粒工程により得られる混合粉体
は、見掛け密度が0.21(g/cm³) 以上0.60(g/cm³) 以下の
範囲にあるものである請求項２の活性炭電極の製造方
法。
【請求項７】請求項１乃至請求項６の何れかの活性炭
電極の製造方法により製造された活性炭電極を用いたこ
とを特徴とする電気二重層コンデンサ。