JPWO2017073474A1 - Electrode, capacitor using the electrode, and method of manufacturing electrode - Google Patents

Electrode, capacitor using the electrode, and method of manufacturing electrode Download PDF

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Abstract

電気抵抗を小さくした電極、その電極を用いた電気二重層キャパシタ、及び電極の製造方法を提供する。繊維状セルロースと炭素粉末と、を含み、炭素粉末は、繊維状セルロースの繊維間に絡められて担持されている。前記繊維状セルロースと前記炭素粉末とが濾紙上に堆積し、シート状に形成されている。炭素粉末と、繊維状セルロースを溶媒中に分散させる分散工程と、分散工程で得られた溶液の溶媒を除去し、炭素粉末と繊維状セルロースのシート電極を得るシート電極形成工程と、を有する。An electrode with reduced electrical resistance, an electric double layer capacitor using the electrode, and a method for manufacturing the electrode are provided. It contains fibrous cellulose and carbon powder, and the carbon powder is entangled between the fibers of fibrous cellulose and supported. The fibrous cellulose and the carbon powder are deposited on a filter paper to form a sheet. A carbon powder, a dispersion step of dispersing the fibrous cellulose in the solvent, and a sheet electrode forming step of removing the solvent of the solution obtained in the dispersion step to obtain a sheet electrode of the carbon powder and the fibrous cellulose.

Description

本発明は、炭素材料を利用した電極、この電極を用いたキャパシタ、および電極の製造方法に関する。   The present invention relates to an electrode using a carbon material, a capacitor using the electrode, and a method for manufacturing the electrode.

従来、電気二重層キャパシタ等のキャパシタは、一対の電極と、この間に存在するセパレータと、それぞれの電極の集電層とから構成される。電気二重層キャパシタに使用される代表的な電極には、炭素粉末などの炭素材料が用いられている。   Conventionally, a capacitor such as an electric double layer capacitor is composed of a pair of electrodes, a separator existing therebetween, and a current collecting layer of each electrode. A carbon material such as carbon powder is used for a typical electrode used for an electric double layer capacitor.

この電気二重層キャパシタに使用される電極の製造方法としては、以下の方法が知られている。すなわち、代表的な電極の材料である活性炭粉末に、アセチレンブラック等の導電性物質及びポリテトラフルオロエチレン、四フッ化エチレン樹脂等の樹脂をバインダーとして添加して混合した後、加圧成型してシート状の分極性電極を形成する。またこの他には、この混合物を溶媒に含ませ集電体に塗布する方法(コーティング法)が挙げられる。   The following methods are known as methods for producing electrodes used for the electric double layer capacitor. That is, after adding and mixing a conductive material such as acetylene black and a resin such as polytetrafluoroethylene and tetrafluoroethylene resin to activated carbon powder, which is a representative electrode material, press molding. A sheet-like polarizable electrode is formed. In addition to this, there is a method (coating method) in which the mixture is contained in a solvent and applied to a current collector.

特開2001−237149号公報JP 2001-237149 A

上記の通り、電気二重層キャパシタの電極では、加圧成型する際や、活性炭粉末などの混合溶液を集電体に塗布する場合に、樹脂系のバインダーを用いている。特に、活性炭粉末の粒子径をナノサイズとする場合は、集電体に塗布してシート状の分極性電極を作成する際に、樹脂系のバインダーが多量に必要となってしまう。電極の低抵抗化の面を考えると、多量の樹脂系のバインダーを用いた電極は、高抵抗となってしまう問題点がある。   As described above, in the electrode of the electric double layer capacitor, a resin-based binder is used when pressure molding or when a mixed solution such as activated carbon powder is applied to the current collector. In particular, when the particle size of the activated carbon powder is nano-sized, a large amount of a resin-based binder is required when a sheet-like polarizable electrode is formed by applying to a current collector. Considering the aspect of reducing the resistance of the electrode, an electrode using a large amount of a resin-based binder has a problem that the resistance becomes high.

本発明は、上記課題を解決するために提案されたものである。その目的は、電気抵抗を小さくした電極、その電極を用いたキャパシタ、及び電極の製造方法を提供することにある。   The present invention has been proposed to solve the above problems. The object is to provide an electrode with reduced electrical resistance, a capacitor using the electrode, and a method of manufacturing the electrode.

上記の目標を達成するため、本発明の電極は、繊維状セルロースと炭素粉末と、を含み、前記炭素粉末は、前記繊維状セルロースの繊維間に絡められて担持されていることを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned goal, the electrode of the present invention includes fibrous cellulose and carbon powder, and the carbon powder is entangled and supported between fibers of the fibrous cellulose. .

前記繊維状セルロースと前記炭素粉末とが濾紙上に堆積し、シート状に形成されていても良い。   The fibrous cellulose and the carbon powder may be deposited on a filter paper and formed into a sheet shape.

前記繊維状セルロースは、セルロースナノファイバーであっても良い。前記炭素粉末は、賦活処理されたカーボンブラックであっても良い。   The fibrous cellulose may be cellulose nanofiber. The carbon powder may be activated carbon black.

前記繊維状セルロースの表面には、シランカップリング剤が結合されていても良い。前記シランカップリング剤は、アルキル基を官能基として有していても良い。   A silane coupling agent may be bonded to the surface of the fibrous cellulose. The silane coupling agent may have an alkyl group as a functional group.

前記繊維状セルロースは、前記繊維状セルロースと前記炭素粉末の合計量に対して5重量%以上40重量%以下の割合で含有しているようにしてもよい。また、前記繊維状セルロースは、前記繊維状セルロースと前記炭素粉末の合計量に対して5重量%以上15重量%以下の割合で含有しているようにしてもよい。   You may make it contain the said fibrous cellulose in the ratio of 5 to 40 weight% with respect to the total amount of the said fibrous cellulose and the said carbon powder. Moreover, you may make it contain the said fibrous cellulose in the ratio of 5 to 15 weight% with respect to the total amount of the said fibrous cellulose and the said carbon powder.

上記に記載の電極を、集電体の上に形成したキャパシタも、本発明の一態様である。   A capacitor in which the electrode described above is formed over a current collector is also one embodiment of the present invention.

また、上記の電極を製造する方法も、本発明の一態様である。   In addition, a method for manufacturing the above electrode is also one embodiment of the present invention.

本発明によれば、電気抵抗を小さくした電極、その電極を用いたキャパシタ、及び電極の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrode which made electric resistance small, the capacitor using the electrode, and the manufacturing method of an electrode can be provided.

第1の実施形態のコイン形電気二重層キャパシタの構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the coin-shaped electric double layer capacitor of 1st Embodiment. 炭素粉末と繊維状セルロースとを分散させた溶液中から作製した炭素粉末と繊維状セルロースのシート電極のSEM(×10.0k)像である。It is a SEM (x10.0k) image of the sheet electrode of carbon powder and fibrous cellulose produced from the solution which disperse | distributed carbon powder and fibrous cellulose. 実施例の電気二重層キャパシタにおける、充電電圧と容量密度の関係を表したグラフである。It is the graph showing the relationship between the charging voltage and capacity density in the electric double layer capacitor of an Example. 実施例の電気二重層キャパシタにおける、充電電圧と直流抵抗の関係を表したグラフである。It is the graph showing the relationship between the charging voltage and DC resistance in the electric double layer capacitor of an Example. 実施例の電気二重層キャパシタにおける、負荷時間と容量維持率の関係を表したグラフである。It is the graph showing the relationship between the load time and a capacity | capacitance maintenance factor in the electric double layer capacitor of an Example. 実施例の電気二重層キャパシタにおける、負荷時間と直流抵抗の関係を表したグラフである。It is the graph showing the relationship between load time and DC resistance in the electric double layer capacitor of an Example. 実施例の電気二重層キャパシタにおける、負荷時間と容量維持率の関係を表したグラフである。It is the graph showing the relationship between the load time and a capacity | capacitance maintenance factor in the electric double layer capacitor of an Example. 実施例の電気二重層キャパシタにおける繊維状セルロースの含有率の相違に基づく容量密度の変化を表したグラフである。It is the graph showing the change of the capacity density based on the difference in the content rate of the fibrous cellulose in the electric double layer capacitor of an Example. 実施例の電気二重層キャパシタにおける繊維状セルロースの含有率の相違に基づく内部抵抗の変化を表したグラフである。It is the graph showing the change of internal resistance based on the difference in the content rate of the fibrous cellulose in the electric double layer capacitor of an Example.

[1.構成]
以下、本発明に係る電極および電極の製造方法の実施形態について詳細に説明する。まず、本実施形態の電極が適用されるキャパシタについて、コイン形の電気二重層キャパシタを例に説明する。なお、本発明に係る電極及び電極の製造方法は、電気二重層キャパシタに限らず適用可能である。例えば、リチウムイオンキャパシタを含む電気化学キャパシタなど、各種キャパシタや二次電池などの蓄電デバイスに適用することができる。
[1. Constitution]
Hereinafter, embodiments of an electrode and an electrode manufacturing method according to the present invention will be described in detail. First, a capacitor to which the electrode of this embodiment is applied will be described taking a coin-shaped electric double layer capacitor as an example. The electrode and the electrode manufacturing method according to the present invention are applicable not only to electric double layer capacitors. For example, it can be applied to power storage devices such as various capacitors and secondary batteries such as electrochemical capacitors including lithium ion capacitors.

また、本発明に係る電極及び電極の製造方法は、コイン型の電気二重層キャパシタに限らず、ラミネートフィルムを用いて熱封止したラミネート型に適用してもよい。また、正極電極及び負極電極の間にセパレータを介して巻回した円筒型素子に適用してもよい。さらに、正極電極及び負極電極の間にセパレータを介して積層した積層型素子を使用した各種キャパシタや二次電池などの蓄電デバイスにも適用することができる。   The electrode and the electrode manufacturing method according to the present invention are not limited to the coin-type electric double layer capacitor, and may be applied to a laminate type heat sealed using a laminate film. Moreover, you may apply to the cylindrical element wound through the separator between the positive electrode and the negative electrode. Furthermore, the present invention can also be applied to power storage devices such as various capacitors and secondary batteries using a stacked element that is stacked between a positive electrode and a negative electrode via a separator.

(1)電気二重層キャパシタ
図1は、電気二重層キャパシタの一例として、炭素粉末および繊維状セルロースを用いたシート電極をコイン形セルに適用したコイン形電気二重層キャパシタの断面図である。コイン形の電気二重層キャパシタは、負極ケース1、電解質2、電極3、セパレータ4、電極5、正極ケース6、ガスケット7からなる。
(1) Electric Double Layer Capacitor FIG. 1 is a cross-sectional view of a coin type electric double layer capacitor in which a sheet electrode using carbon powder and fibrous cellulose is applied to a coin type cell as an example of an electric double layer capacitor. The coin-shaped electric double layer capacitor includes a negative electrode case 1, an electrolyte 2, an electrode 3, a separator 4, an electrode 5, a positive electrode case 6, and a gasket 7.

負極ケース1と正極ケース6は、重なり合って内部に空間を形成するセルの筐体である。負極ケース1は、負極集電体と負極端子を兼ねる。正極ケース6は、正極集電体と正極端子を兼ねる。ガスケット7は、負極ケース1と正極ケース6との間のカシメに介在する。ガスケット7は、負極と正極との間の電気的絶縁性を保ち、またセル内容物を密封及び封止する。   The negative electrode case 1 and the positive electrode case 6 are cell casings that overlap to form a space therein. The negative electrode case 1 serves as a negative electrode current collector and a negative electrode terminal. The positive electrode case 6 serves as a positive electrode current collector and a positive electrode terminal. The gasket 7 is interposed in the caulking between the negative electrode case 1 and the positive electrode case 6. The gasket 7 maintains electrical insulation between the negative electrode and the positive electrode, and seals and seals the cell contents.

電解質2、電極3、電極5、およびセパレータ4はセル内容物であり、負極ケース1と正極ケース6で形成された空間の内部に収容される。電極3および電極5は、炭素粉末および繊維状セルロースを用いたシート状の電極である。シート状の電極3および5は、不図示の集電体と一体化されている。   The electrolyte 2, the electrode 3, the electrode 5, and the separator 4 are cell contents and are accommodated in the space formed by the negative electrode case 1 and the positive electrode case 6. The electrodes 3 and 5 are sheet-like electrodes using carbon powder and fibrous cellulose. The sheet-like electrodes 3 and 5 are integrated with a current collector (not shown).

電極3は、導電性樹脂接着剤やプレス圧着等により正極ケース6に固定されるとともに電気的に接続される。電極5は、導電性樹脂接着剤やプレス圧着等により負極ケース1に固定されるとともに電気的に接続される。セパレータ4は、対向する電極3及び電極5の接触による短絡を防止すべく、電極3と電極5との間に介在するように配設される。電解質2は、電極3、電極5及びセパレータ7に含浸される。以下、電気二重層キャパシタの各構成要素について、詳細に説明する。   The electrode 3 is fixed and electrically connected to the positive electrode case 6 by a conductive resin adhesive, press bonding, or the like. The electrode 5 is fixed and electrically connected to the negative electrode case 1 by a conductive resin adhesive, press bonding, or the like. The separator 4 is disposed so as to be interposed between the electrode 3 and the electrode 5 in order to prevent a short circuit due to contact between the opposing electrode 3 and the electrode 5. The electrolyte 2 is impregnated in the electrode 3, the electrode 5, and the separator 7. Hereinafter, each component of the electric double layer capacitor will be described in detail.

(2)電極
以上のような電気二重層キャパシタにおいて、電極3および電極5は、繊維状セルロースと炭素粉末との混合物を含む。具体的には、炭素粉末は、繊維状セルロースの繊維間に絡められて担持されている。電極3および電極5は、炭素粉末と、繊維状セルロースを溶媒中に分散させた後に、溶媒を除去することで得られるシート状の電極である。
(2) Electrode In the electric double layer capacitor as described above, the electrode 3 and the electrode 5 include a mixture of fibrous cellulose and carbon powder. Specifically, the carbon powder is entangled and supported between fibers of fibrous cellulose. The electrode 3 and the electrode 5 are sheet-like electrodes obtained by dispersing carbon powder and fibrous cellulose in a solvent and then removing the solvent.

(繊維状セルロース)
繊維状セルロースは、繊維と繊維の間に極めて小さいナノサイズの炭素粉末を効率的に絡めることができるセルロースである。繊維状セルロースとしては、セルロースナノファイバー等を挙げることができる。セルロースナノファイバーは、幅4〜100nm、長さ50〜1000μmの繊維状セルロースが好ましい。
(Fibrous cellulose)
Fibrous cellulose is cellulose that can efficiently entangle extremely small nano-sized carbon powder between fibers. Examples of fibrous cellulose include cellulose nanofibers. The cellulose nanofiber is preferably fibrous cellulose having a width of 4 to 100 nm and a length of 50 to 1000 μm.

繊維状セルロースには、表面にシランカップリング剤が結合されていても良い。シランカップリング剤としては、メタクリル基およびアルキル基を官能基として有するシランカップリング剤を用いることができる。特に、アルキル基を有するシランカップリング剤を用いると、初期の等価直列抵抗が低下し、負荷試験後の容量維持率が向上するので好ましい。   A silane coupling agent may be bonded to the surface of the fibrous cellulose. As the silane coupling agent, a silane coupling agent having a methacryl group and an alkyl group as functional groups can be used. In particular, it is preferable to use a silane coupling agent having an alkyl group, since the initial equivalent series resistance is lowered and the capacity retention after the load test is improved.

繊維状セルロースに対するシランカップリング剤の結合は、以下の手順により行うことができる。例えば、イソプロピルアルコールに、繊維状セルロースとシランカップリング剤とを質量比で100:1の割合で添加した後、得られた液をホモジナイザーを用いて撹拌する。次いで、撹拌後の溶液を乾燥することにより、シランカップリング剤が表面に結合した繊維状セルロースを得ることができる。   Bonding of the silane coupling agent to the fibrous cellulose can be performed by the following procedure. For example, after adding fibrous cellulose and a silane coupling agent to isopropyl alcohol at a mass ratio of 100: 1, the resulting liquid is stirred using a homogenizer. Next, by drying the stirred solution, fibrous cellulose having a silane coupling agent bonded to the surface can be obtained.

(炭素粉末)
炭素粉末は、電極の主たる容量を発現するものである。炭素粉末の種類としては、やしがら等の天然植物組織、フェノール等の合成樹脂、石炭、コークス、ピッチ等の化石燃料由来のものを原料とする活性炭、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャネルブラックなどのカーボンブラック、カーボンナノホーン、無定形炭素、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化ケッチェンブラック、活性炭、メソポーラス炭素などを挙げることができる。
(Carbon powder)
The carbon powder expresses the main capacity of the electrode. The types of carbon powder include natural plant tissues such as palm, synthetic resins such as phenol, activated carbon derived from fossil fuels such as coal, coke, and pitch, ketjen black, acetylene black, channel black, etc. And carbon black, carbon nanohorn, amorphous carbon, natural graphite, artificial graphite, graphitized ketjen black, activated carbon, mesoporous carbon, and the like.

炭素粉末には、賦活処理や開口処理などの多孔質化処理を施して使用するのが好ましい。炭素粉末の賦活方法としては、用いる原料により異なるが、通常、ガス賦活法、薬剤賦活法などの従来公知の賦活処理を用いることができる。ガス賦活法に用いるガスとしては、水蒸気、空気、一酸化炭素、二酸化炭素、塩化水素、酸素またはこれらを混合したものからなるガスが挙げられる。また、薬剤賦活法に用いる薬剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物;水酸化カルシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物;ホウ酸、リン酸、硫酸、塩酸等の無機酸類;または塩化亜鉛などの無機塩類などが挙げられる。この賦活処理の際には必要に応じて炭素粉末に加熱処理が施される。なお、これらの賦活処理以外にも炭素粉末に孔を形成する開口処理を用いても良い。   The carbon powder is preferably used after being subjected to a porous treatment such as an activation treatment or an opening treatment. The carbon powder activation method varies depending on the raw material used, but conventionally known activation treatments such as a gas activation method and a drug activation method can be usually used. Examples of the gas used in the gas activation method include water vapor, air, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen chloride, oxygen, or a gas composed of a mixture thereof. In addition, as a chemical used in the chemical activation method, alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; alkaline earth metal hydroxide such as calcium hydroxide; boric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid Inorganic acids such as zinc chloride; or inorganic salts such as zinc chloride. In this activation treatment, the carbon powder is heat-treated as necessary. In addition to these activation treatments, an opening treatment for forming holes in the carbon powder may be used.

また、炭素粉末は比表面積が、600〜2000m/gの範囲にあるものが望ましい。炭素粉末はその一次粒子の平均粒子径としては100nm未満が望ましく、その中でも特に50nm未満が望ましい。炭素粉末の平均粒子径が100nm未満であると、極めて小さい粒子径であるため拡散抵抗が低くその導電率は高い。また、多孔質化処理による比表面積が大きいため高容量発現効果を期待することができる。炭素粉末の平均粒子径が100nmより大きいと、炭素粉末の粒子内のイオン拡散抵抗が大きくなり、結果として得られるキャパシタの抵抗が高くなってしまう。一方、炭素粉末の凝集状況を考慮すると、平均粒子径は5nm以上が好ましい。なお、平均粒子径が100nm未満とした極めて小さな炭素粉末を個々に連結(数珠つなぎ状)した形態をとることで導電率の向上が得られる。炭素粉末としては特に賦活したカーボンブラックが好ましい。また、炭素粉末の平均粒子径としては10μm未満の場合にでも、分散方法として後述する超遠心処理及びジェットミキシングによる処理により、本発明の効果を奏することが可能である。The carbon powder preferably has a specific surface area in the range of 600 to 2000 m 2 / g. The carbon powder preferably has an average primary particle size of less than 100 nm, and particularly preferably less than 50 nm. If the average particle size of the carbon powder is less than 100 nm, the diffusion resistance is low and the conductivity is high because of the extremely small particle size. Moreover, since the specific surface area by the porous treatment is large, an effect of expressing a high capacity can be expected. If the average particle diameter of the carbon powder is larger than 100 nm, the ion diffusion resistance in the carbon powder particles increases, and the resistance of the resulting capacitor increases. On the other hand, considering the agglomeration state of the carbon powder, the average particle size is preferably 5 nm or more. In addition, the improvement of electrical conductivity is obtained by taking the form which connected the very small carbon powder which made the average particle diameter less than 100 nm individually (in a daisy chain form). As the carbon powder, activated carbon black is particularly preferable. Moreover, even when the average particle diameter of the carbon powder is less than 10 μm, the effects of the present invention can be achieved by the ultracentrifugation process and the jet mixing process described later as the dispersion method.

(含有量)
本実施形態の電極は、以上のような炭素粉末と繊維状セルロースの混合物を含む。炭素粉末と繊維状セルロースを混合する場合、その含有率は、炭素粉末と繊維状セルロースの合計量に対し、繊維状セルロースが5〜40重量%、特には5〜15重量%含有されていることが好ましい。
(Content)
The electrode of the present embodiment includes a mixture of carbon powder and fibrous cellulose as described above. When carbon powder and fibrous cellulose are mixed, the content is 5 to 40% by weight, particularly 5 to 15% by weight, based on the total amount of carbon powder and fibrous cellulose. Is preferred.

繊維状セルロースが40重量%までの範囲では、高容量密度及び低内部抵抗の範囲を維持するが、繊維状セルロースの含有量が50重量%まで増えると、キャパシタの内部抵抗が低内部抵抗の範囲を逸脱して上昇するとともに、容量密度が高容量密度の範囲を逸脱して減少する傾向がある。また、この範囲より小さいと炭素粉末が凝集されやすくなり、電極3および電極5をシート状に形成し難くなる。更に、繊維状セルロースが5重量%以上15重量%以下の範囲は、繊維状セルロースが5重量%以上40重量%以下の範囲内の中でも傑出した高容量密度及び低内部抵抗が達成されるため、好ましい。   In the range up to 40% by weight of fibrous cellulose, the range of high capacity density and low internal resistance is maintained, but when the content of fibrous cellulose increases to 50% by weight, the internal resistance of the capacitor is in the range of low internal resistance. And the capacity density tends to decrease outside the range of the high capacity density. On the other hand, if it is smaller than this range, the carbon powder tends to be aggregated, making it difficult to form the electrode 3 and the electrode 5 in a sheet form. Furthermore, the range of 5% by weight to 15% by weight of the fibrous cellulose achieves outstanding high capacity density and low internal resistance even within the range of 5% by weight to 40% by weight of the fibrous cellulose. preferable.

(分散溶液)
炭素粉末と繊維状セルロースとを分散させる溶媒としては、メタノール、エタノールや2−プロパノールなどのアルコール、炭化水素系溶媒、芳香族系溶媒、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)やN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)などのアミド系溶媒、水、これらの溶媒を単独で使用するものや2種類以上を混合するものなどの各種溶媒を使用することができる。またこの溶媒中には分散剤などの添加剤を加えてもよい。
(Dispersion solution)
As a solvent for dispersing carbon powder and fibrous cellulose, alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol, hydrocarbon solvents, aromatic solvents, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N- Various solvents such as an amide solvent such as dimethylformamide (DMF), water, a solvent using these solvents alone or a mixture of two or more solvents can be used. Moreover, you may add additives, such as a dispersing agent, in this solvent.

(集電体)
シート状電極3および電極5と一体化される集電体としては、アルミニウム箔、白金、金、ニッケル、チタン、鋼、およびカーボンなどの導電材料を使用することができる。集電体の形状は、膜状、箔状、板状、網状、エキスパンドメタル状、円筒状などの任意の形状を採用することができる。また集電体の表面はエッチング処理などによる凹凸面を形成してもよく、またプレーン面であってもよい。
(Current collector)
As the current collector integrated with the sheet electrode 3 and the electrode 5, a conductive material such as aluminum foil, platinum, gold, nickel, titanium, steel, and carbon can be used. As the shape of the current collector, any shape such as a film shape, a foil shape, a plate shape, a net shape, an expanded metal shape, and a cylindrical shape can be adopted. The surface of the current collector may be formed with an uneven surface by etching or the like, or may be a plain surface.

(3)負極ケース、正極ケース
負極ケース1は外側片面をNiメッキしたステンレス鋼製の板を絞り加工したものからなる。また、正極ケース6はセルケース本体となる外側片面をNiメッキしたステンレス鋼もしくはAl、Ti等の弁作用金属等からなる。
(3) Negative electrode case, positive electrode case The negative electrode case 1 is formed by drawing a stainless steel plate whose outer surface is plated with Ni. Further, the positive electrode case 6 is made of stainless steel plated with Ni on the outer side surface serving as the cell case main body or a valve action metal such as Al or Ti.

負極ケース1および正極ケース6としては、SUS316、316Lや二層ステンレス等のMo含有ステンレス鋼やAl、Ti等の弁作用金属が、耐食性が高く好適に用いることができる。また、ステンレス鋼とAiやTi等の弁作用金属を冷間圧延等で圧着接合して貼り合せたクラッド材を、弁作用金属側をセルの内側面にして用いることが特に好ましい。高電圧印加に対する耐食性が高く、且つ封口時の機械的強度が高く、封口の信頼性の高いセルが得られるからである。なお、負極ケース1および正極ケース6は、前述の集電体として記載した材料を用いてもよく、またその形態を適用しても良い。   As the negative electrode case 1 and the positive electrode case 6, Mo-containing stainless steels such as SUS316, 316L and double-layer stainless steel, and valve action metals such as Al and Ti have high corrosion resistance and can be suitably used. Further, it is particularly preferable to use a clad material in which stainless steel and a valve metal such as Ai or Ti are bonded by crimping by cold rolling or the like, with the valve metal side being the inner surface of the cell. This is because a cell having high corrosion resistance against high voltage application, high mechanical strength at the time of sealing, and high reliability of sealing can be obtained. The negative electrode case 1 and the positive electrode case 6 may be made of the materials described as the above-described current collector, or may be applied in the form.

(4)セパレータ
セパレータ4はセルロース系セパレータ、合成繊維不織布系セパレータやセルロースと合成繊維を混抄した混抄セパレータなどが使用できる。ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリイミド、フッ素樹脂、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、セラミクスやガラス等々の繊維からなる不織布や混抄紙あるいは多孔質フィルム等を好適に用いることができる。リフローハンダ付けを行なう場合には、熱変形温度が230℃以上の樹脂を用いる。例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、フッ素樹脂やセラミクス、ガラス等を用いることができる。キャパシタにおいては、耐酸性の材料(合成繊維不織布やガラス材料)を用いるのが好ましい。
(4) Separator The separator 4 can be a cellulose separator, a synthetic fiber nonwoven fabric separator, a mixed paper separator made by mixing cellulose and synthetic fibers, or the like. Polyester, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyimide, fluororesin, polyolefin resins such as polypropylene and polyethylene, non-woven fabrics made of fibers such as ceramics and glass, mixed paper or porous films are preferably used. Can do. When performing reflow soldering, a resin having a heat distortion temperature of 230 ° C. or higher is used. For example, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polyamide, fluororesin, ceramics, glass, or the like can be used. In the capacitor, it is preferable to use an acid-resistant material (synthetic fiber nonwoven fabric or glass material).

(5)電解質
電解質2は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルイソプロピルスルホン、エチルメチルスルホン、エチルイソブチルスルホンなどの鎖状スルホン、スルホラン、3−メチルスルホラン、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエタン、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ニトロメタン、エチレングリコール、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、水又はこれらの混合物などの溶媒を使用することができる。特に、電解質2として、スルホランと、スルホラン骨格に側鎖を有するスルホラン化合物又は鎖状スルホンとの混合物を溶媒とした場合には、電気二重層キャパシタの電極容量の時間経過による影響を低減することができる。スルホラン化合物は、テトラヒドロチオフェン−1,1−ジオキシドの環状スルホン構造を有し、例えば、スルホラン、3−メチルスルホラン等のスルホラン骨格にアルキル基の側鎖を有する化合物、又はこれらの混合物である。鎖状スルホンは、2つのアルキル基がスルホニル基に結合して鎖状構造を有し、例えば、エチルイソプロピルスルホン、エチルメチルスルホン、エチルイソブチルスルホン等を挙げることができる。
(5) Electrolyte Electrolyte 2 is a chain sulfone such as ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl isopropyl sulfone, ethyl methyl sulfone, ethyl isobutyl sulfone, sulfolane, 3 -Methyl sulfolane, γ-butyrolactone, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, nitromethane, ethylene glycol, ethylene glycol dimethyl ether, Solvents such as ethylene glycol diethyl ether, water or mixtures thereof can be used. That. In particular, when the electrolyte 2 is a mixture of sulfolane and a sulfolane compound having a side chain in the sulfolane skeleton or a chain sulfone, the influence of the electrode capacity of the electric double layer capacitor over time can be reduced. it can. The sulfolane compound has a cyclic sulfone structure of tetrahydrothiophene-1,1-dioxide, and is, for example, a compound having a side chain of an alkyl group on a sulfolane skeleton such as sulfolane or 3-methylsulfolane, or a mixture thereof. The chain sulfone has a chain structure in which two alkyl groups are bonded to a sulfonyl group, and examples thereof include ethyl isopropyl sulfone, ethyl methyl sulfone, and ethyl isobutyl sulfone.

電解質2としては、第4級アンモニウム塩またはリチウム塩からなる群から選ばれる1種以上の電解質が含有されている。第4級アンモニウムイオンやリチウムイオンを生成し得る電解質であれば、あらゆる第4級アンモニウム塩またはリチウム塩を用いることができる。第4級アンモニウム塩およびリチウム塩からなる群より選ばれる一種以上を用いることがより好ましい。特に、エチルトリメチルアンモニウムBF4、ジエチルジメチルアンモニウムBF4、トリエチルメチルアンモニウムBF4、テトラエチルアンモニウムBF4、スピロ−(N,N’)−ビピロリジニウムBF4、メチルエチルピロリジニウムBF、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムBF、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムBF、エチルトリメチルアンモニウムPF6、ジエチルジメチルアンモニウムPF6、トリエチルメチルアンモニウムPF6、テトラエチルアンモニウムPF6、スピロ−(N,N’)−ビピロリジニウムPF6、テトラメチルアンモニウムビス(オキサラト)ボレート、エチルトリメチルアンモニウムビス(オキサラト)ボレート、ジエチルジメチルアンモニウムビス(オキサラト)ボレート、トリエチルメチルアンモニウムビス(オキサラト)ボレート、テトラエチルアンモニウムビス(オキサラト)ボレート、スピロ−(N,N’)−ビピロリジニウムビス(オキサラト)ボレート、テトラメチルアンモニウムジフルオロオキサラトボレート、エチルトリメチルアンモニウムジフルオロオキサラトボレート、ジエチルジメチルアンモニウムジフルオロオキサラトボレート、トリエチルメチルアンモニウムジフルオロオキサラトボレート、テトラエチルアンモニウムジフルオロオキサラトボレート、スピロ−(N,N’)−ビピロリジニウムジフルオロオキサラトボレート、LiBF4、LiPF6、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート等が好ましい。The electrolyte 2 contains one or more electrolytes selected from the group consisting of quaternary ammonium salts or lithium salts. Any quaternary ammonium salt or lithium salt can be used as long as the electrolyte can generate quaternary ammonium ions and lithium ions. It is more preferable to use one or more selected from the group consisting of quaternary ammonium salts and lithium salts. In particular, trimethyl ammonium BF 4, diethyldimethylammonium BF 4, triethylmethylammonium BF 4, tetraethylammonium BF 4, spiro - (N, N ') - bipyrrolidinium BF 4, methyl ethyl pyrrolidinium BF 4, 1-ethyl - 3-methylimidazolium BF 4 , 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium BF 4 , ethyltrimethylammonium PF 6 , diethyldimethylammonium PF 6 , triethylmethylammonium PF 6 , tetraethylammonium PF 6 , spiro- (N, N ') - bipyrrolidinium PF 6, tetramethylammonium bis (oxalato) borate, trimethyl ammonium bis (oxalato) borate, diethyl-dimethyl ammonium bis (oxalato) borate Triethylmethylammonium bis (oxalato) borate, tetraethylammonium bis (oxalato) borate, spiro- (N, N ′)-bipyrrolidinium bis (oxalato) borate, tetramethylammonium difluorooxalatoborate, ethyltrimethylammonium difluoro Oxalatoborate, diethyldimethylammonium difluorooxalatoborate, triethylmethylammonium difluorooxalatoborate, tetraethylammonium difluorooxalatoborate, spiro- (N, N ′)-bipyrrolidinium difluorooxalatoborate, LiBF 4 , LiPF 6 Lithium bis (oxalato) borate, lithium difluorooxalatoborate and the like are preferable.

また、電解質には、各種添加剤を含有してもよい。添加剤としては、リン酸類及びその誘導体(リン酸、亜リン酸、リン酸エステル類、ホスホン酸類等)、ホウ酸類及びその誘導体(ホウ酸、酸化ホウ酸、ホウ酸エステル類、ホウ素と水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物との錯体等)、硝酸塩(硝酸リチウム等)、ニトロ化合物(ニトロ安息香酸、ニトロフェノール、ニトロフェネトール、ニトロアセトフェノン、芳香族ニトロ化合物等)等があげられる。添加剤量は、導電性の観点から好ましくは電解質全体の10重量%以下であり、さらに好ましくは5重量%以下である。また、電解質には、ガス吸収剤を含有してもよい。電極から発生するガスの吸収剤として、電解質の各成分(溶媒、電解質塩、各種添加剤等)と反応せず、かつ、除去(吸着など)しないものであれば、特に制限されない。具体例としては、例えば、ゼオライト、シリカゲルなどが挙げられる。   Moreover, you may contain various additives in electrolyte. Examples of additives include phosphoric acids and derivatives thereof (phosphoric acid, phosphorous acid, phosphoric esters, phosphonic acids, etc.), boric acids and derivatives thereof (boric acid, boric oxide, boric esters, boron and hydroxyl groups, And / or a complex with a compound having a carboxyl group), a nitrate (such as lithium nitrate), a nitro compound (such as nitrobenzoic acid, nitrophenol, nitrophenetole, nitroacetophenone, and an aromatic nitro compound). The amount of the additive is preferably 10% by weight or less, more preferably 5% by weight or less of the total electrolyte from the viewpoint of conductivity. The electrolyte may contain a gas absorbent. The absorbent for the gas generated from the electrode is not particularly limited as long as it does not react with each component of the electrolyte (solvent, electrolyte salt, various additives, etc.) and does not remove (adsorb). Specific examples include zeolite and silica gel.

(6)ガスケット
ガスケット7は、電解質2に不溶性耐食性且つ電気絶縁性のある樹脂を主体とする。例えば、ガスケット7は、通常ポリプロピレンやナイロン等の樹脂が用いられる。リフローハンダ付けを行なう場合には、熱変形温度が230℃以上の樹脂を用いる。例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、液晶ポリマー(LCP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリエーテルニトリル樹脂(PEN)、また、ポリエーテルケトン樹脂(PEK)、ポリアリレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアミノビスマレイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フッ素樹脂等々が使用できる。また、これらの材料に30重量%程度以下の添加量でガラス繊維、マイカウイスカー、セラミック微粉末等を添加したものを好適に用いることができる。
(6) Gasket The gasket 7 is mainly composed of a resin that is insoluble in the electrolyte 2 and has an electrical insulation property. For example, the gasket 7 is usually made of a resin such as polypropylene or nylon. When performing reflow soldering, a resin having a heat distortion temperature of 230 ° C. or higher is used. For example, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polyamide, liquid crystal polymer (LCP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin (PFA), polyether ether ketone resin (PEEK), polyether nitrile resin (PEN), Polyetherketone resin (PEK), polyarylate resin, polybutylene terephthalate resin, polycyclohexanedimethylene terephthalate resin, polyethersulfone resin, polyaminobismaleimide resin, polyetherimide resin, fluorine resin, and the like can be used. In addition, a material obtained by adding glass fibers, My Cowisker, ceramic fine powder and the like to these materials in an addition amount of about 30% by weight or less can be suitably used.

[2.電極の製造方法]
上記のような本実施形態の電極の製造方法は、以下の工程を含む。
(1)炭素粉末と、繊維状セルロースを溶媒中に分散させる分散工程
(2)分散工程で得られた溶液の溶媒を除去し、炭素粉末と繊維状セルロースの電極を得る電極形成工程
[2. Electrode manufacturing method]
The manufacturing method of the electrode of this embodiment as described above includes the following steps.
(1) Dispersing step of dispersing carbon powder and fibrous cellulose in a solvent (2) Removing the solvent of the solution obtained in the dispersing step to obtain an electrode of carbon powder and fibrous cellulose

(1)分散工程
分散工程では、炭素粉末と繊維状セルロースとを溶媒中に分散させる。すなわち、分散工程では、炭素粉末と繊維状セルロースを混合した混合溶液に対して、分散処理を行う。分散処理を行うことで、混合溶液中の炭素粉末と繊維状セルロースを細分化及び均一化し、溶液中に分散させる。つまり、分散処理前の混合溶液中の繊維状セルロースは、セルロース繊維同士がからみあった状態(バンドル状)である。分散処理を行うことにより、繊維状セルロースのバンドルが解れ、繊維状セルロースが溶液中に分散する。
(1) Dispersing step In the dispersing step, carbon powder and fibrous cellulose are dispersed in a solvent. That is, in the dispersion step, a dispersion treatment is performed on a mixed solution obtained by mixing carbon powder and fibrous cellulose. By performing the dispersion treatment, the carbon powder and the fibrous cellulose in the mixed solution are subdivided and homogenized, and dispersed in the solution. That is, the fibrous cellulose in the mixed solution before the dispersion treatment is in a state where the cellulose fibers are entangled (bundle shape). By performing the dispersion treatment, the bundle of fibrous cellulose is broken and the fibrous cellulose is dispersed in the solution.

分散方法としては、ミキサー、ジェットミキシング(噴流衝合)、または、超遠心処理、その他超音波処理などを使用する。炭素粉末と繊維状セルロースに溶媒中における分散度合いの向上と、得られたシート電極の電極密度の向上を考慮すると、分散方法としては、ジェットミキシング又は超遠心処理が好ましい。特に、このようなジェットミキシング又は超遠心処理を用いることで、極めて小さい粒子径である炭素粉末と繊維状セルロースの凝集が抑制され、内部抵抗の低い電極を得ることができる。   As a dispersion method, a mixer, jet mixing (jet collision), ultracentrifugation, or other ultrasonic treatment is used. Considering the improvement in the degree of dispersion of the carbon powder and the fibrous cellulose in the solvent and the improvement in the electrode density of the obtained sheet electrode, the dispersion method is preferably jet mixing or ultracentrifugation. In particular, by using such jet mixing or ultracentrifugation treatment, aggregation of carbon powder having a very small particle diameter and fibrous cellulose is suppressed, and an electrode having a low internal resistance can be obtained.

ミキサーによる分散方法では、炭素粉末と繊維状セルロースを含む混合溶液に対して、ボールミル、ホモジナイザー、ホモミキサーなどにより、物理的な力を加え、溶液中の炭素粉末と繊維状セルロースを撹拌することにより細分化する。炭素粉末に対して外力を加えることで、凝集した炭素粉末と繊維状セルロースを細分化及び均一化するとともに、絡み合った炭素粉末と繊維状セルロースを解すことができる。   In the dispersion method using a mixer, a physical force is applied to a mixed solution containing carbon powder and fibrous cellulose by a ball mill, a homogenizer, a homomixer, or the like, and the carbon powder and fibrous cellulose in the solution are stirred. Subdivide. By applying an external force to the carbon powder, the agglomerated carbon powder and fibrous cellulose can be subdivided and homogenized, and the entangled carbon powder and fibrous cellulose can be solved.

ジェットミキシングによる分散方法では、筒状のチャンバの内壁の互いに対向する位置に一対のノズルを設ける。炭素粉末と繊維状セルロースとを含む混合溶液を、高圧ポンプにより加圧し、一対のノズルより噴射してチャンバ内で正面衝突させる。これにより、繊維状セルロースのバンドルが粉砕され、分散及び均質化することができる。ジェットミキシングの条件としては、圧力は100MPa以上、濃度は5g/l未満が好ましい。   In the dispersion method by jet mixing, a pair of nozzles are provided at positions facing each other on the inner wall of a cylindrical chamber. A mixed solution containing carbon powder and fibrous cellulose is pressurized by a high-pressure pump and sprayed from a pair of nozzles to cause a frontal collision in the chamber. Thereby, the bundle of fibrous cellulose is pulverized, and can be dispersed and homogenized. As conditions for jet mixing, the pressure is preferably 100 MPa or more and the concentration is less than 5 g / l.

超遠心処理による分散方法では、炭素粉末と繊維状セルロースを含む混合溶液に対して超遠心処理を行う。超遠心処理は、旋回する容器内で混合溶液の炭素粉末と繊維状セルロースにずり応力と遠心力を加える。例えば、超遠心処理では、容器の内筒内部に混合溶液を投入し、内筒を旋回することによってその遠心力で内筒内部の炭素粉末と繊維状セルロースが内筒の貫通孔を通って外筒の内壁に衝突し、薄膜状となって内壁の上部へずり上がる。この状態では炭素粉末と繊維状セルロースには内壁との間のずり応力と内筒からの遠心力の双方が同時に加わり、混合溶液中の炭素粉末と繊維状セルロースに大きな機械的エネルギーが加わることになる。   In the dispersion method by ultracentrifugation, ultracentrifugation is performed on a mixed solution containing carbon powder and fibrous cellulose. In ultracentrifugation, shear stress and centrifugal force are applied to the carbon powder and fibrous cellulose in the mixed solution in a rotating container. For example, in ultracentrifugation, the mixed solution is introduced into the inner cylinder of the container, and the inner cylinder is swirled so that the centrifugal force causes carbon powder and fibrous cellulose inside the inner cylinder to pass through the through hole of the inner cylinder. It collides with the inner wall of the cylinder, forms a thin film, and slides up to the upper part of the inner wall. In this state, both the shear stress between the inner wall and the centrifugal force from the inner cylinder are simultaneously applied to the carbon powder and the fibrous cellulose, and a large mechanical energy is applied to the carbon powder and the fibrous cellulose in the mixed solution. Become.

この超遠心処理は、混合溶液中の炭素粉末と繊維状セルロースに加えられるずり応力と遠心力の機械的エネルギーによって実現できるものと考えられるが、このずり応力と遠心力は内筒内の混合溶液中の炭素粉末と繊維状セルロースに加えられる遠心力によって生じる。したがって、本発明に必要な内筒内の炭素粉末と繊維状セルロースに加えられる遠心力は1500N(kgms−2)以上、好ましくは60000N(kgms−2)以上、さらに好ましくは270000N(kgms−2)以上である。It is thought that this ultracentrifugation can be realized by the mechanical energy of shear stress and centrifugal force applied to the carbon powder and fibrous cellulose in the mixed solution, but this shear stress and centrifugal force can be realized by the mixed solution in the inner cylinder. It is generated by the centrifugal force applied to the carbon powder and fibrous cellulose inside. Thus, the centrifugal force applied to the carbon powder and the fibrous cellulose in the inner cylinder necessary for the present invention is 1500 N (kgms -2) or more, preferably 60000N (kgms -2) or more, more preferably 270000N (kgms -2) That's it.

この超遠心処理においては、混合溶液中の炭素粉末と繊維状セルロースにずり応力と遠心力の双方の機械的エネルギーが同時に加えられることによって、この機械的なエネルギーが、混合溶液中の炭素粉末と繊維状セルロースを均一化及び細分化させる。   In this ultracentrifugation process, mechanical energy of both shear stress and centrifugal force is simultaneously applied to the carbon powder and fibrous cellulose in the mixed solution, so that this mechanical energy is combined with the carbon powder in the mixed solution. Fibrous cellulose is homogenized and subdivided.

以上のような分散処理は、炭素粉末と繊維状セルロースとを混合した混合溶液に対して行うことが好ましい。ただし、別途繊維状セルロースを投入した溶液を準備し、この溶液に対して分散処理を行い、バンドルが解けた繊維状セルロースを得、この繊維状セルロースと炭素粉末とを混合して混合溶液を得ても良い。また、別途炭素粉末を投入した溶液を準備し、この溶液に対して分散処理を行い、細分化した炭素粉末を得、この炭素粉末と繊維状セルロースとを混合して混合溶液を得ても良い。さらには、別途繊維状セルロースを投入した溶液を準備し、この溶液に対して分散処理を行い、バンドルが解けた繊維状セルロースを得、同じく別途炭素粉末を投入した溶液を準備し、この溶液に対して分散処理を行い、細分化した炭素粉末を得、これらの繊維状セルロースと炭素粉末とを混合して混合溶液を得てもよい。これらの混合溶液についても、分散処理を施すと良い。   The dispersion treatment as described above is preferably performed on a mixed solution in which carbon powder and fibrous cellulose are mixed. However, a solution in which fibrous cellulose is added separately is prepared, a dispersion treatment is performed on this solution to obtain a fibrous cellulose in which the bundle is unwound, and a mixed solution is obtained by mixing the fibrous cellulose and carbon powder. May be. Alternatively, a solution in which carbon powder is separately added is prepared, and a dispersion treatment is performed on the solution to obtain a finely divided carbon powder. The carbon powder and fibrous cellulose may be mixed to obtain a mixed solution. . Furthermore, a solution in which fibrous cellulose is added separately is prepared, and a dispersion treatment is performed on this solution to obtain a fibrous cellulose in which the bundle is unwound. Similarly, a solution in which carbon powder is additionally added is prepared. Alternatively, dispersion treatment may be performed to obtain a finely divided carbon powder, and these fibrous cellulose and carbon powder may be mixed to obtain a mixed solution. These mixed solutions may be subjected to dispersion treatment.

(2)シート電極形成工程
シート電極形成工程では、抄紙成型で炭素粉末と繊維状セルロースからなるシート状の電極3及び電極5を得る。抄紙成型では、分散工程を経た混合溶液を濾過することで、分散工程を経た混合溶液の溶媒を除去する。抄紙成型では、ガラス繊維の不織布、有機系不織布(ポリテトラフルオロエチレンやポリエチレンなど)、または、金属製繊維の不織布などの濾紙を用いることが出来る。濾紙を用いて混合溶液を減圧濾過および乾燥することで、混合溶液中の溶媒が除去される。よって、この濾紙上に炭素粉末と繊維状セルロースが堆積し、シート電極3および電極5が得られる。炭素粉末は、繊維セルロース間に分散し、担持されている。シート状の電極3及び電極5は、濾紙から剥離して使用することが好ましい。
(2) Sheet Electrode Formation Step In the sheet electrode formation step, sheet-like electrodes 3 and 5 made of carbon powder and fibrous cellulose are obtained by papermaking. In papermaking molding, the solvent of the mixed solution that has passed through the dispersing step is removed by filtering the mixed solution that has passed through the dispersing step. In papermaking molding, filter paper such as glass fiber nonwoven fabric, organic nonwoven fabric (polytetrafluoroethylene, polyethylene, etc.) or metal fiber nonwoven fabric can be used. The solvent in the mixed solution is removed by filtering and drying the mixed solution under reduced pressure using a filter paper. Therefore, carbon powder and fibrous cellulose are deposited on the filter paper, and the sheet electrode 3 and the electrode 5 are obtained. The carbon powder is dispersed and supported between the fiber celluloses. The sheet-like electrode 3 and the electrode 5 are preferably used by being peeled from the filter paper.

このシート電極形成工程で作製した炭素粉末と繊維状セルロースのシート状の電極3および電極5は、集電体と同じサイズに切り取られる。切り取られたシート状の電極3および電極5は、集電体となるエッチング処理したアルミニウム箔の上に載せられ、箔およびシート電極の上下方向からプレスされることで、アルミニウム箔の凹凸面に食い込み一体化される。一体化については、前述のプレスでもよく、また導電性接着剤を用いても良い。なお、電極5及び電極7は、必要に応じて、集電体と一体化する前にプレスなどによる平坦化処理を施しても良い。   The carbon powder and fibrous cellulose sheet-like electrode 3 and electrode 5 produced in this sheet electrode forming step are cut to the same size as the current collector. The cut sheet-like electrode 3 and electrode 5 are placed on an etched aluminum foil to be a current collector, and are pressed from above and below the foil and the sheet electrode to bite into the uneven surface of the aluminum foil. Integrated. For the integration, the aforementioned press may be used, or a conductive adhesive may be used. In addition, the electrode 5 and the electrode 7 may be subjected to a flattening process by pressing or the like before being integrated with the current collector, if necessary.

[3.作用効果]
本実施形態の電極が奏する作用効果は以下の通りである。
(1)本実施形態の電極は、繊維状セルロースと炭素粉末と、を含み、炭素粉末は、繊維状セルロースの繊維間に絡められて担持されている。
以上のような本実施形態の電極では、繊維状セルロースがバインダーとしての役割を担い、少量にて炭素粉末を保持可能となるため、抵抗を低減した電極を提供することができる。
[3. Effect]
The effect which the electrode of this embodiment shows is as follows.
(1) The electrode of this embodiment includes fibrous cellulose and carbon powder, and the carbon powder is entangled and supported between fibers of fibrous cellulose.
In the electrode of this embodiment as described above, fibrous cellulose plays a role as a binder and can hold the carbon powder in a small amount, so that an electrode with reduced resistance can be provided.

(2)繊維状セルロースと炭素粉末とが濾紙上に堆積し、シート状に形成されている。
樹脂系のバインダーを使用せずに、混合溶液の濾過によって、濾紙上にシート状の電極を作製することで抵抗を低減することができる。
(2) Fibrous cellulose and carbon powder are deposited on the filter paper to form a sheet.
The resistance can be reduced by preparing a sheet-like electrode on the filter paper by filtering the mixed solution without using a resin binder.

(3)繊維状セルロースは、セルロースナノファイバーである。
セルロースナノファイバーを用いることで、炭素粉末を確実にセルロースナノファイバーの繊維間に絡めとることができる。そのため、内部抵抗の上昇を抑制することができる。
(3) Fibrous cellulose is cellulose nanofiber.
By using the cellulose nanofiber, the carbon powder can be surely entangled between the fibers of the cellulose nanofiber. Therefore, an increase in internal resistance can be suppressed.

(4)炭素粉末は、賦活処理されたカーボンブラックである。
賦活処理により多孔質化されたカーボンブラックは、比表面積が大きいため高容量発現効果を期待することができる。また、カーボンブラックは、小さな凝集体として網目状の繊維状セルロースに分散して担持される。よって、繊維状セルロースにおけるカーボンブラックの分散度合いを向上させることができる。そのため、内部抵抗の上昇を抑制することができる。
(4) The carbon powder is activated carbon black.
Since the carbon black made porous by the activation treatment has a large specific surface area, a high capacity expression effect can be expected. Carbon black is dispersed and supported in a network of fibrous cellulose as small aggregates. Therefore, the dispersion degree of carbon black in fibrous cellulose can be improved. Therefore, an increase in internal resistance can be suppressed.

(5)繊維状セルロースの表面には、シランカップリング剤が結合されている。
繊維状セルロースは、表面にOH基を有する。そのため、例えば非水系の電気二重層キャパシタにおいて繊維状セルロースを用いると、OH基に起因する水により加水分解が発生し、キャパシタの劣化要因となるおそれがある。繊維状セルロースの表面にシランカップリング剤が結合されている場合、シランカップリング剤の官能基が表面に配向する。シランカップリング剤の官能基は疎水性であるため、繊維状セルロースのOH基に起因する劣化が生じることを防止できる。
(5) A silane coupling agent is bonded to the surface of the fibrous cellulose.
Fibrous cellulose has OH groups on the surface. Therefore, for example, when fibrous cellulose is used in a non-aqueous electric double layer capacitor, hydrolysis may occur due to water caused by OH groups, which may cause deterioration of the capacitor. When the silane coupling agent is bonded to the surface of the fibrous cellulose, the functional group of the silane coupling agent is oriented on the surface. Since the functional group of the silane coupling agent is hydrophobic, deterioration due to the OH group of the fibrous cellulose can be prevented.

(6)シランカップリング剤は、アルキル基を官能基として有する。
アルキル基を有するシランカップリング剤を用いた場合、初期の等価直列抵抗を低下させ、負荷試験後の容量維持率を向上させることができる。
(6) The silane coupling agent has an alkyl group as a functional group.
When a silane coupling agent having an alkyl group is used, the initial equivalent series resistance can be reduced and the capacity retention rate after the load test can be improved.

以上のような電極を、集電体の上に形成した電気二重層キャパシタによれば、等価直列抵抗を低減させることが可能となる。   According to the electric double layer capacitor in which the electrodes as described above are formed on the current collector, the equivalent series resistance can be reduced.

また、本実施形態の電極の製造方法が奏する作用効果は以下の通りである。
(7)本実施形態の電極の製造方法は、炭素粉末と、繊維状セルロースを溶媒中に分散させる分散工程と、前記分散工程で得られた溶液の溶媒を除去し、炭素粉末と繊維状セルロースのシート電極を得るシート電極形成工程と、を有する。
Moreover, the effect which the manufacturing method of the electrode of this embodiment show | plays is as follows.
(7) The manufacturing method of the electrode of this embodiment includes carbon powder and a dispersion step of dispersing fibrous cellulose in a solvent, and removing the solvent of the solution obtained in the dispersion step, so that the carbon powder and fibrous cellulose are removed. A sheet electrode forming step of obtaining the sheet electrode.

炭素粉末と繊維状セルロースを混合溶液中において分散させ、溶液の溶媒を除去することにより電極を作成することで、繊維状セルロースがバインダーとしての役割を担う。よって、抵抗を増大させる樹脂系のバインダーが不要となるため、電極の抵抗を低減することができる。また、ジェットミキシングや超遠心処理などの分散手法を用いて、炭素粉末と繊維状セルロースの混合溶液中における分散度合いを向上させることで、シート電極が緻密・均質な形態とされ電極密度が高まる。よって、従来のミクロンサイズの炭素粉末を用いた電極と同等レベルの容量を得ることができる優れたシート電極が実現される。   By forming the electrode by dispersing carbon powder and fibrous cellulose in the mixed solution and removing the solvent of the solution, the fibrous cellulose plays a role as a binder. Therefore, since a resin-based binder that increases resistance is not necessary, the resistance of the electrode can be reduced. Further, by using a dispersion method such as jet mixing or ultracentrifugation, the degree of dispersion in the mixed solution of carbon powder and fibrous cellulose is improved, so that the sheet electrode is made into a dense and homogeneous form and the electrode density is increased. Therefore, an excellent sheet electrode capable of obtaining the same level of capacity as that of an electrode using conventional micron-sized carbon powder is realized.

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. In addition, this invention is not limited to the following Example.

(1)特性評価
<実施例1の電気二重層キャパシタの作成>
まず、水蒸気賦活処理した平均粒子径12nmのカーボンブラックを、電極に含まれる炭素粉末と繊維状セルロースの合計量50mgに対して80wt%となるように、40mg量り取った。次に、繊維状セルロースとして、外径20nm、長さ150μmのセルロースナノファイバーを、電極に含まれる炭素粉末と繊維状セルロースの合計量50mgに対して20wt%となるように、10mg量り取った。合計量が50mgであるカーボンブラックとセルロースナノファイバーを、50mlのメタノールと混合させて混合溶液を作製した。
(1) Characteristic evaluation <Preparation of electric double layer capacitor of Example 1>
First, 40 mg of carbon black having an average particle diameter of 12 nm subjected to the steam activation treatment was weighed so that the total amount of carbon powder and fibrous cellulose contained in the electrode was 80 wt%. Next, 10 mg of cellulose nanofibers having an outer diameter of 20 nm and a length of 150 μm were measured as fibrous cellulose so that the total amount of carbon powder and fibrous cellulose contained in the electrode was 20 wt%. Carbon black having a total amount of 50 mg and cellulose nanofibers were mixed with 50 ml of methanol to prepare a mixed solution.

上記の混合溶液に対して、超遠心分散処理において、周速40m/sで30秒間分散処理を行い、炭素粉末/繊維状セルロース/メタノール分散液を作製した。この分散液をPTFE濾紙(直径:80mm、平均細孔0.2μm)を用いて減圧濾過し、抄紙成型した炭素粉末/繊維状セルロースのシート電極を得た。これをアルミニウム板の上に載せ、別のアルミニウム板で挟み、板の上下方向から1t/cmの圧力で1分間プレスし、炭素粉末と繊維状セルロースのシート電極を得た。In the ultracentrifugal dispersion treatment, the above mixed solution was subjected to a dispersion treatment at a peripheral speed of 40 m / s for 30 seconds to prepare a carbon powder / fibrous cellulose / methanol dispersion. This dispersion was filtered under reduced pressure using PTFE filter paper (diameter: 80 mm, average pore 0.2 μm) to obtain a paper electrode and a carbon powder / fibrous cellulose sheet electrode. This was placed on an aluminum plate, sandwiched between other aluminum plates, and pressed for 1 minute at a pressure of 1 t / cm 2 from the vertical direction of the plate to obtain a sheet electrode of carbon powder and fibrous cellulose.

この炭素粉末と繊維状セルロースのシート電極をアルミニウム板から剥離し、集電体と同じサイズに切り分けた。切り分けたシート電極を、集電体となるアルミニウム箔の上に導電性接着剤により貼り付け、常圧下120℃にて1時間乾燥し、2枚の電極体を得た。得られた2枚の電極体を、セルロース系セパレータを介して配置し、電気二重層キャパシタ素子を作製した(電極面積:2.1cm)。そして、スルホラン(SL)溶媒1Lに、電解質としてTEMABFを1.4モル添加した(1.4M TEMABF/SL)電解液を素子に含浸した後、ラミネートフィルムを用いて熱封止し、評価用セル(電気二重層キャパシタ)を作製した。The carbon powder and fibrous cellulose sheet electrodes were peeled from the aluminum plate and cut into the same size as the current collector. The cut sheet electrode was attached to an aluminum foil serving as a current collector with a conductive adhesive and dried at 120 ° C. for 1 hour under normal pressure to obtain two electrode bodies. The obtained two electrode bodies were arranged via a cellulose separator to produce an electric double layer capacitor element (electrode area: 2.1 cm 2 ). Then, after impregnating the element with 1.4 mol of TEMABF 4 as an electrolyte (1.4 M TEMABF 4 / SL) in 1 L of sulfolane (SL) solvent, the element was heat sealed using a laminate film and evaluated. Cell (electric double layer capacitor) was prepared.

<実施例2の電気二重層キャパシタの作成>
炭素粉末として、平均粒子径数μmの活性炭を用いた点以外は、実施例1と同様に作成した。
<Preparation of Electric Double Layer Capacitor of Example 2>
The carbon powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that activated carbon having an average particle diameter of several μm was used.

<比較例1の電気二重層キャパシタの作成>
活性炭粉末に、アセチレンブラック等の導電性物質及びポリテトラフルオロエチレン、四フッ化エチレン樹脂等の樹脂をバインダーとして添加して混合した後、加圧成型してシート電極を形成した点以外は、実施例1と同様に作成した。
<Creation of electric double layer capacitor of Comparative Example 1>
Except for the addition of conductive materials such as acetylene black and resins such as polytetrafluoroethylene and tetrafluoroethylene resin as binders to the activated carbon powder, mixing, and then press molding to form a sheet electrode Prepared as in Example 1.

(a)シート電極のSEM像
図2に、実施例1において得られた、カーボンブラックとセルロースナノファイバーのシート電極のSEM(×10.0k)像を示す。図2からも明らかな通り、カーボンブラックは、セルロースナノファイバーの繊維と繊維の間に絡め取られるようにして担持されている。また、超遠心処理により分散処理が行われている実施例1のシート電極は、セルロースナノファイバーのバンドルが充分に解け、セルロースナノファイバーの網目も密となっている。さらに、カーボンブラックの凝集状態が崩れ、小さな凝集体に細分化されている。密な網目状のセルロースナノファイバーには、カーボンブラックが細分化された凝集体の状態で担持され、セルロースナノファイバーとカーボンブラックが均一に分散されている。よって、シート電極の表面の形状が緻密である。
(A) SEM image of sheet electrode FIG. 2 shows an SEM (× 10.0 k) image of the sheet electrode of carbon black and cellulose nanofiber obtained in Example 1. As is clear from FIG. 2, the carbon black is supported so as to be entangled between the fibers of cellulose nanofibers. Further, in the sheet electrode of Example 1 in which the dispersion treatment is performed by ultracentrifugation, the bundle of cellulose nanofibers is sufficiently unwound and the network of cellulose nanofibers is dense. Furthermore, the aggregate state of carbon black collapses and is subdivided into small aggregates. The dense mesh-like cellulose nanofibers are supported in the form of agglomerated carbon black, and the cellulose nanofibers and carbon black are uniformly dispersed. Therefore, the surface shape of the sheet electrode is dense.

評価用セルについて、初期特性評価として、静電容量の算出と初期の直流抵抗の測定を行った結果を以下に示す。   For the evaluation cell, the results of the calculation of the capacitance and the measurement of the initial DC resistance are shown below as the initial characteristic evaluation.

(b)静電容量の算出
図3は、実施例1,2及び比較例1における、充電電圧と容量密度の関係を表したグラフである。なお、図3は各例について2サンプルずつ測定した結果を示している。このグラフから、充電電圧2.7V〜3.3Vの範囲において、実施例1,2の容量密度は、比較例1の容量密度と大きな変化が無いことが分かった。すなわち、実施例1,2の繊維状セルロースと炭素粉末を含む電気二重層キャパシタでは、従来同様に電極単位体積当たりの静電容量が高い電気二重層キャパシタを得ることができる。
(B) Calculation of Capacitance FIG. 3 is a graph showing the relationship between the charging voltage and the capacity density in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. FIG. 3 shows the result of measuring two samples for each example. From this graph, it was found that the capacity density of Examples 1 and 2 was not significantly different from the capacity density of Comparative Example 1 in the range of the charging voltage from 2.7 V to 3.3 V. That is, in the electric double layer capacitor containing fibrous cellulose and carbon powder of Examples 1 and 2, an electric double layer capacitor having a high capacitance per electrode unit volume can be obtained as in the conventional case.

(c)初期直流抵抗の測定
図4は、実施例1,2及び比較例1における、充電電圧と直流抵抗(DCIR)の関係を表したグラフである。それぞれ2.7V、3V、3.3Vにおいて、30分間電圧印加後に測定した結果を示す。なお、図4は各例について2サンプルずつ測定した結果を示している。直流抵抗は、このグラフから、充電電圧2.7V〜3.3Vの範囲において、不純物として作用する樹脂系のバインダーを用いた比較例1の直流抵抗は高いことが分かった。これに対して、炭素粉末と、繊維状セルロースを分散させた混合溶液を濾過した実施例1および2では、炭素粉末は、繊維状セルロースの繊維間に絡められて担持されている。すなわち、繊維状セルロースがバインダーとしての役割を担っているため、樹脂系のバインダーを用いた比較例1と比較して、直流抵抗が極めて優れた値となっている。
(C) Measurement of Initial DC Resistance FIG. 4 is a graph showing the relationship between the charging voltage and DC resistance (DCIR) in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. The results measured after voltage application for 30 minutes at 2.7 V, 3 V, and 3.3 V, respectively, are shown. FIG. 4 shows the results of measuring two samples for each example. From this graph, it was found that the DC resistance of Comparative Example 1 using a resinous binder that acts as an impurity was high in the range of the charging voltage of 2.7 V to 3.3 V. On the other hand, in Examples 1 and 2 in which a mixed solution in which carbon powder and fibrous cellulose are dispersed is filtered, the carbon powder is entangled and supported between fibers of fibrous cellulose. That is, since the fibrous cellulose plays a role as a binder, the direct current resistance is an extremely excellent value as compared with Comparative Example 1 using a resin binder.

評価用セルについて、加速試験として、60度で3.3V定電圧負荷試験を行い、任意の時間において、容量維持率および直流抵抗(DCIR)を測定した結果を以下に示す。   The evaluation cell was subjected to a 3.3V constant voltage load test at 60 degrees as an acceleration test, and the results of measuring the capacity retention rate and direct current resistance (DCIR) at an arbitrary time are shown below.

(d)容量維持率の測定
図5は、実施例1,2及び比較例1における、負荷時間と容量維持率の関係を表したグラフである。容量維持率は、3.3Vで30分間電圧印加した後の電極容量と、各測定時間において電圧印加した後の電極容量を測定し、その容量の比(各測定時間において電圧印加した後の容量/30分間電圧印加した後の容量)×100%の値とした。図5より、比較例1の評価用セルでは、特に500時間以降の容量維持率が極端に低下している。一方、炭素粉末と、繊維状セルロースを分散させた混合溶液を濾過した実施例1および2では、比較例1と比較して、容量維持率の低下が抑制されていることが分かった。
(D) Measurement of Capacity Maintenance Rate FIG. 5 is a graph showing the relationship between the load time and the capacity maintenance rate in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. The capacity retention ratio was determined by measuring the electrode capacity after voltage application at 3.3 V for 30 minutes and the electrode capacity after voltage application at each measurement time, and the ratio of the capacity (capacity after voltage application at each measurement time). / Capacity after voltage application for 30 minutes) × 100%. As shown in FIG. 5, in the evaluation cell of Comparative Example 1, the capacity maintenance rate after 500 hours is extremely lowered. On the other hand, it was found that in Examples 1 and 2 in which the mixed solution in which the carbon powder and the fibrous cellulose were dispersed was filtered, a decrease in the capacity retention rate was suppressed as compared with Comparative Example 1.

(e)直流抵抗の測定
図6は、実施例1,2及び比較例1における、負荷時間と直流抵抗(DCIR)の関係を表したグラフである。図6より、比較例1の評価用セルでは、不純物として作用する樹脂系バインダーが用いられていることから、負荷時間が長くなるに従い直流抵抗が極端に増加している。一方、炭素粉末と、繊維状セルロースを分散させた混合溶液を濾過した実施例1および2では、樹脂系バインダーを用いた比較例1と比較して、直流抵抗の増加が抑制されていることが分かった。
(E) Measurement of DC Resistance FIG. 6 is a graph showing the relationship between load time and DC resistance (DCIR) in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. As shown in FIG. 6, in the evaluation cell of Comparative Example 1, since the resin-based binder that acts as an impurity is used, the direct current resistance increases extremely as the load time becomes longer. On the other hand, in Example 1 and 2 which filtered the mixed solution which disperse | distributed carbon powder and fibrous cellulose, compared with the comparative example 1 using a resin binder, the increase in direct-current resistance is suppressed. I understood.

(2)シランカップリング剤の特性評価
<実施例3の電気二重層キャパシタの作成>
イソプロピルアルコールに、セルロースナノファイバーと、メタクリル基を官能基として有するシランカップリング剤と、を質量比で9:1の割合で添加した。得られた液をホモジナイザーを用いて、回転数9500rpmで5分間撹拌した。セルロースナノファイバーを回収し、乾燥することにより、シランカップリング剤が表面に結合した繊維状セルロースを得た。
(2) Characteristic Evaluation of Silane Coupling Agent <Preparation of Electric Double Layer Capacitor of Example 3>
Cellulose nanofibers and a silane coupling agent having a methacryl group as a functional group were added to isopropyl alcohol at a mass ratio of 9: 1. The obtained liquid was stirred for 5 minutes at a rotation speed of 9500 rpm using a homogenizer. Cellulose nanofibers were collected and dried to obtain fibrous cellulose having a silane coupling agent bonded to the surface.

水蒸気賦活処理した平均粒子径12nmのカーボンブラックを、電極に含まれる炭素粉末と繊維状セルロースの合計量50mgに対して90wt%となるように、45mg量り取った。次に、得られたセルロースナノファイバーを、電極に含まれる炭素粉末と繊維状セルロースの合計量50mgに対して10wt%となるように、5mg量り取った。合計量が50mgであるカーボンブラックとセルロースナノファイバーを、50mlのメタノールと混合させて混合溶液を作製した。   45 mg of carbon black having an average particle diameter of 12 nm subjected to the steam activation treatment was weighed out so that the total amount of carbon powder and fibrous cellulose contained in the electrode was 90 wt%. Next, 5 mg of the obtained cellulose nanofiber was weighed so as to be 10 wt% with respect to 50 mg of the total amount of carbon powder and fibrous cellulose contained in the electrode. Carbon black having a total amount of 50 mg and cellulose nanofibers were mixed with 50 ml of methanol to prepare a mixed solution.

上記の混合溶液に対して、超遠心分散処理において、周速40m/sで30秒間分散処理を行い、繊維状セルロース/メタノール分散液を作製した。この分散液をPTFE濾紙(直径:80mm、平均細孔0.2μm)を用いて減圧濾過し、抄紙成型した繊維状セルロースのシート電極を得た。これをアルミニウム板の上に載せ、別のアルミニウム板で挟み、板の上下方向から1t/cmの圧力で1分間プレスし、繊維状セルロースのシート電極を得た。In the ultracentrifugation dispersion treatment, the above mixed solution was subjected to a dispersion treatment at a peripheral speed of 40 m / s for 30 seconds to prepare a fibrous cellulose / methanol dispersion. The dispersion was filtered under reduced pressure using PTFE filter paper (diameter: 80 mm, average pore 0.2 μm) to obtain a sheet electrode of fibrous cellulose formed by papermaking. This was placed on an aluminum plate, sandwiched between other aluminum plates, and pressed from the vertical direction of the plate at a pressure of 1 t / cm 2 for 1 minute to obtain a fibrous cellulose sheet electrode.

この炭素粉末と繊維状セルロースのシート電極をアルミニウム板から剥離し、集電体と同じサイズに切り分けた。切り分けたシート電極を、集電体となるアルミニウム箔の上に導電性接着剤により貼り付け、常圧下120℃にて1時間乾燥し、2枚の電極体を得た。得られた2枚の電極体を、セルロース系セパレータを介して配置し、電気二重層キャパシタ素子を作製した(電極面積:2.1cm)。そして、スルホラン(SL)溶媒1Lに、電解質としてTEMABFを1.4モル添加した(1.4M TEMABF/SL)電解液を素子に含浸した後、ラミネートフィルムを用いて熱封止し、評価用セル(電気二重層キャパシタ)を作製した。The carbon powder and fibrous cellulose sheet electrodes were peeled from the aluminum plate and cut into the same size as the current collector. The cut sheet electrode was attached to an aluminum foil serving as a current collector with a conductive adhesive and dried at 120 ° C. for 1 hour under normal pressure to obtain two electrode bodies. The obtained two electrode bodies were arranged via a cellulose separator to produce an electric double layer capacitor element (electrode area: 2.1 cm 2 ). Then, after impregnating the element with 1.4 mol of TEMABF 4 as an electrolyte (1.4 M TEMABF 4 / SL) in 1 L of sulfolane (SL) solvent, the element was heat sealed using a laminate film and evaluated. Cell (electric double layer capacitor) was prepared.

<実施例4の電気二重層キャパシタの作成>
シランカップリング剤として、官能基にアルキル基を有するシランカップリング剤を用いた点以外は、実施例3と同様に作成した。
<Preparation of Electric Double Layer Capacitor of Example 4>
A silane coupling agent was prepared in the same manner as in Example 3 except that a silane coupling agent having an alkyl group as a functional group was used.

<比較例2の電気二重層キャパシタの作成>
シランカップリング剤を添加しなかった点以外は、実施例3と同様に作成した。
<Production of Electric Double Layer Capacitor of Comparative Example 2>
It was created in the same manner as in Example 3 except that the silane coupling agent was not added.

(a)静電容量および初期直流抵抗の測定
表1に、実施例3、実施例4、および比較例2について、充電電圧3.3Vにおいて静電容量の算出および直流抵抗(DCIR)の測定を行った結果を示す。
(A) Measurement of capacitance and initial DC resistance Table 1 shows the calculation of capacitance and measurement of DC resistance (DCIR) at charging voltage of 3.3 V for Example 3, Example 4, and Comparative Example 2. The results are shown.

表1より、アルキル基を官能基に有するシランカップリング剤を用いた実施例4では、シランカップリング剤を用いていない比較例2と比較して、容量密度が高く、かつ、直流抵抗が低い電気二重層キャパシタを得ることができた。メタクリル基を官能基に有するシランカップリング剤を用いた実施例3では、シランカップリング剤を用いていない比較例2と比較して、容量密度が低く、かつ、直流抵抗が高くなるということが分かった。   From Table 1, in Example 4 using the silane coupling agent which has an alkyl group in a functional group, compared with the comparative example 2 which does not use a silane coupling agent, a capacity density is high and direct current | flow resistance is low. An electric double layer capacitor could be obtained. In Example 3 using a silane coupling agent having a methacrylic group as a functional group, the capacity density is lower and the direct current resistance is higher than in Comparative Example 2 where no silane coupling agent is used. I understood.

(b)容量維持率の測定
評価用セルについて、加速試験として、60度で3.3V定電圧負荷試験を行い、任意の時間において、容量維持率を測定した結果を以下に示す。容量維持率は、3.3Vで30分間電圧印加した後の電極容量と、各測定時間において電圧印加した後の電極容量を測定し、その容量の比(各測定時間において電圧印加した後の容量/30分間電圧印加した後の容量)×100%の値とした。
(B) Measurement of capacity retention rate The evaluation cell was subjected to a 3.3V constant voltage load test at 60 degrees as an acceleration test, and the capacity retention rate was measured at an arbitrary time. The capacity retention ratio was determined by measuring the electrode capacity after voltage application at 3.3 V for 30 minutes and the electrode capacity after voltage application at each measurement time, and the ratio of the capacity (capacity after voltage application at each measurement time). / Capacity after voltage application for 30 minutes) × 100%.

図7は、実施例3〜4、および比較例2における、負荷時間と容量維持率の関係を表したグラフである。上記の通り、メタクリル基を官能基に有するシランカップリング剤を用いた実施例3では、初期特性の面では比較例2に劣っていた。しかし、図7より、実施例3は、実施例4および比較例2と比較して、容量維持率が高いことが分かった。また、初期特性が良好であった実施例4も、比較例2と比較して良好な容量維持率を得られることがわかった。以上より、アルキル基を官能基に有するシランカップリング剤では、初期特性および容量維持率の双方において良好な結果が得られることがわかった。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the load time and the capacity retention rate in Examples 3 to 4 and Comparative Example 2. As described above, Example 3 using a silane coupling agent having a methacryl group as a functional group was inferior to Comparative Example 2 in terms of initial characteristics. However, from FIG. 7, it was found that Example 3 had a higher capacity retention rate than Example 4 and Comparative Example 2. In addition, it was found that Example 4, which had good initial characteristics, was able to obtain a good capacity retention rate as compared with Comparative Example 2. From the above, it was found that the silane coupling agent having an alkyl group as a functional group can provide good results in both initial characteristics and capacity retention.

(3)繊維状セルロースの含有率評価
炭素粉末と繊維状セルロースの合計量50mgに対して繊維状セルロースの比率が9wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%、40wt%及び50wt%となるように、炭素粉末と繊維状セルロースを各々量り取って、50mlのメタノールと混合させて、繊維状セルロースの含有率が異なる計7種類の混合溶液を作製した。炭素粉末は、水蒸気賦活処理した平均粒子径12nmのカーボンブラックであり、繊維状セルロースは、外径20nm、長さ150μmのセルロースナノファイバーである。
(3) Content rate evaluation of fibrous cellulose The ratio of fibrous cellulose is 9 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt% and 50 wt% with respect to 50 mg of the total amount of carbon powder and fibrous cellulose. Thus, each of carbon powder and fibrous cellulose was weighed and mixed with 50 ml of methanol to prepare a total of seven types of mixed solutions having different fibrous cellulose contents. The carbon powder is carbon black having an average particle diameter of 12 nm subjected to steam activation treatment, and the fibrous cellulose is cellulose nanofiber having an outer diameter of 20 nm and a length of 150 μm.

これら混合溶液に対して、超遠心分散処理において、周速40m/sで30秒間分散処理を行い、炭素粉末/繊維状セルロース/メタノール分散液を各々作製した。この分散液をPTFE濾紙を用いて減圧濾過し、抄紙成型した炭素粉末/繊維状セルロースのシート電極を各々得た。これをアルミニウム板の上に載せ、別のアルミニウム板で挟み、板の上下方向からプレスし、炭素粉末と繊維状セルロースのシート電極を得た。   In the ultracentrifugation dispersion treatment, these mixed solutions were subjected to a dispersion treatment at a peripheral speed of 40 m / s for 30 seconds to prepare carbon powder / fibrous cellulose / methanol dispersion liquids, respectively. The dispersion was filtered under reduced pressure using PTFE filter paper to obtain carbon paper / fibrous cellulose sheet electrodes formed by papermaking. This was placed on an aluminum plate, sandwiched between other aluminum plates, and pressed from above and below to obtain a sheet electrode of carbon powder and fibrous cellulose.

この炭素粉末と繊維状セルロースの各シート電極をアルミニウム板から剥離し、集電体と同じサイズに切り分けた。切り分けた各シート電極を、集電体となるアルミニウム箔の上に導電性接着剤により貼り付け、常圧下120℃にて1時間乾燥し、2枚の電極体を各々得た。得られた2枚の電極体を、セルロース系セパレータを介して配置し、各電気二重層キャパシタ素子を作製した(電極面積:2.1cm)。そして、プロピレンカーボネート(PC)の溶媒1Lに、電解質として1.4MのTEMABFを1.4モル添加して調製された1.4M TEMABF/PC電解液を各電気二重層キャパシタ素子に含浸した後、ラミネートフィルムを用いて熱封止し、評価用セル(電気二重層キャパシタ)を各々作製した。Each sheet electrode of this carbon powder and fibrous cellulose was peeled from the aluminum plate, and cut into the same size as the current collector. Each of the cut sheet electrodes was attached to an aluminum foil serving as a current collector with a conductive adhesive and dried at 120 ° C. for 1 hour under normal pressure to obtain two electrode bodies. The obtained two electrode bodies were arranged via a cellulose separator to produce each electric double layer capacitor element (electrode area: 2.1 cm 2 ). Each electric double layer capacitor element was impregnated with 1.4 M TEMABF 4 / PC electrolyte prepared by adding 1.4 mol of 1.4 M TEMABF 4 as an electrolyte to 1 L of propylene carbonate (PC) solvent. Then, it heat-sealed using the laminate film and produced each cell for evaluation (electric double layer capacitor).

(a)静電容量密度の算出
図8は、炭素粉末と繊維状セルロースの合計量に対して繊維状セルロースの含有率を9wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%、40wt%及び50wt%とした電極体で作製された各評価用セルに関し、静電容量密度を示すグラフであり、横軸は炭素粉末と繊維状セルロースの合計量に対して繊維状セルロースの含有率(%)を示し、縦軸は静電容量密度(F/cc)を示す。静電容量密度の測定に際し、電圧範囲を3−0Vとし、定電流密度を2mA/cmとして、各評価用セルを充放電した。
(A) Calculation of Capacitance Density FIG. 8 shows that the content of fibrous cellulose is 9 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt% and the total amount of carbon powder and fibrous cellulose. It is a graph which shows an electrostatic capacity density about each cell for evaluation produced with the electrode body made into 50 wt%, A horizontal axis is a content rate (%) of fibrous cellulose with respect to the total amount of carbon powder and fibrous cellulose. The vertical axis indicates the capacitance density (F / cc). In measuring the capacitance density, each evaluation cell was charged and discharged with a voltage range of 3-0 V and a constant current density of 2 mA / cm 2 .

図8に示すように、繊維状セルロースが40重量%までの範囲では、10F/cc以上の静電容量密度を達成したが、繊維状セルロースの含有量が50重量%に増えると、8F/ccの静電容量密度となった。即ち、繊維状セルロースが40重量%までの範囲では高容量密度を達成することが確認された。更に、繊維状セルロースの含有率を5−15重量%とした範囲では、13F/cc以上の静電容量密度を達成した。即ち、繊維状セルロースの含有率を5−15重量%とした範囲では傑出した高容量密度を達成することが確認された。   As shown in FIG. 8, in the range up to 40% by weight of fibrous cellulose, a capacitance density of 10 F / cc or more was achieved, but when the content of fibrous cellulose increased to 50% by weight, 8 F / cc. The capacitance density was. That is, it was confirmed that high capacity density was achieved in the range of up to 40% by weight of fibrous cellulose. Furthermore, in the range which made the content rate of fibrous cellulose 5-15 weight%, the electrostatic capacitance density of 13 F / cc or more was achieved. That is, it was confirmed that an outstanding high capacity density was achieved in the range where the content of fibrous cellulose was 5 to 15% by weight.

(b)内部抵抗の算出
図9は、炭素粉末と繊維状セルロースの合計量に対して繊維状セルロースの含有率を9wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%、40wt%及び50wt%として電極体を用いて作製された各評価用セルに関し、内部抵抗を示すグラフであり、横軸は炭素粉末と繊維状セルロースの合計量に対して繊維状セルロースの含有率(%)を示し、縦軸は内部抵抗(Ω・cm)を示す。内部抵抗の測定に際し、電圧範囲を3−0Vとし、定電流密度を2mA/cmとして、各評価用セルを充放電した。
(B) Calculation of internal resistance FIG. 9 shows 9 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 20 wt%, 30 wt%, 40 wt% and 50 wt% of the content of fibrous cellulose with respect to the total amount of carbon powder and fibrous cellulose. Is a graph showing the internal resistance with respect to each cell for evaluation produced using an electrode body as, the horizontal axis indicates the content (%) of fibrous cellulose relative to the total amount of carbon powder and fibrous cellulose, The vertical axis represents the internal resistance (Ω · cm 2 ). When measuring the internal resistance, each evaluation cell was charged and discharged with a voltage range of 3-0 V and a constant current density of 2 mA / cm 2 .

図9に示すように、繊維状セルロースが40重量%までの範囲では、5Ω・cm以下の内部抵抗値を達成したが、繊維状セルロースの含有量が50重量%に増えると、6弱Ω・cmの内部抵抗値まで上がった。即ち、繊維状セルロースの含有率が40重量%までの範囲では低内部抵抗を達成することが確認された。更に、繊維状セルロースの含有率が5−15重量%の範囲では、4Ω・cm未満の内部抵抗値を達成した。即ち、繊維状セルロースの含有率が5−15重量%までの範囲では傑出した高容量密度を達成することが確認された。As shown in FIG. 9, an internal resistance value of 5 Ω · cm 2 or less was achieved in the range up to 40% by weight of fibrous cellulose, but when the content of fibrous cellulose increased to 50% by weight, 6 weak Ω of · cm 2 rose to the internal resistance value. That is, it was confirmed that low internal resistance was achieved when the content of fibrous cellulose was in the range of up to 40% by weight. Furthermore, an internal resistance value of less than 4 Ω · cm 2 was achieved when the fibrous cellulose content was in the range of 5-15 wt%. That is, it was confirmed that an outstanding high capacity density was achieved when the fibrous cellulose content was in the range of 5 to 15% by weight.

1 負極ケース
2 電解質
3,5 電極
4 セパレータ
6 正極ケース
7 ガスケット
1 Negative electrode case 2 Electrolyte 3, 5 Electrode 4 Separator 6 Positive electrode case 7 Gasket

Claims (17)

繊維状セルロースと炭素粉末と、を含み、
前記炭素粉末は、前記繊維状セルロースの繊維間に絡められて担持されていることを特徴とする電極。
Fibrous cellulose and carbon powder,
The carbon powder is supported by being entangled between the fibers of the fibrous cellulose.
前記繊維状セルロースと前記炭素粉末とが濾紙上に堆積し、シート状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の電極。   The electrode according to claim 1, wherein the fibrous cellulose and the carbon powder are deposited on a filter paper and formed into a sheet shape. 前記繊維状セルロースは、セルロースナノファイバーであることを特徴とする請求項1又は2記載の電極。   The electrode according to claim 1, wherein the fibrous cellulose is a cellulose nanofiber. 前記炭素粉末は、賦活処理されたカーボンブラックであることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項記載の電極。   The electrode according to claim 1, wherein the carbon powder is activated carbon black. 前記繊維状セルロースの表面には、シランカップリング剤が結合されていることを特徴とする請求項1〜4いずれか一項記載の電極。   The electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein a silane coupling agent is bonded to the surface of the fibrous cellulose. 前記シランカップリング剤は、アルキル基を官能基として有することを特徴とする請求項5記載の電極。   6. The electrode according to claim 5, wherein the silane coupling agent has an alkyl group as a functional group. 前記繊維状セルロースは、前記繊維状セルロースと前記炭素粉末の合計量に対して5重量%以上40重量%以下の割合で含有されること、
を特徴とする請求項1〜6のいずれか一項記載の電極。
The fibrous cellulose is contained in a proportion of 5 wt% to 40 wt% with respect to the total amount of the fibrous cellulose and the carbon powder,
The electrode according to claim 1, wherein:
前記繊維状セルロースは、前記繊維状セルロースと前記炭素粉末の合計量に対して5重量%以上15重量%以下の割合で含有されること、
を特徴とする請求項1〜6のいずれか一項記載の電極。
The fibrous cellulose is contained in a proportion of 5 wt% to 15 wt% with respect to the total amount of the fibrous cellulose and the carbon powder;
The electrode according to claim 1, wherein:
請求項1〜8のいずれか一項に記載の電極を、集電体の上に形成したことを特徴とするキャパシタ。   A capacitor comprising the electrode according to any one of claims 1 to 8 formed on a current collector. 炭素粉末と、繊維状セルロースを溶媒中に分散させる分散工程と、
前記分散工程で得られた溶液の溶媒を除去し、炭素粉末と繊維状セルロースを含む電極を得る電極形成工程と、
を有することを特徴とする電極の製造方法。
A dispersion step of dispersing carbon powder and fibrous cellulose in a solvent;
Removing the solvent of the solution obtained in the dispersion step to obtain an electrode containing carbon powder and fibrous cellulose; and
A method for producing an electrode, comprising:
前記電極形成工程は、前記分散工程で得られた溶液を濾過することにより溶媒を除去し、炭素粉末と繊維状セルロースのシート状の電極を得る工程であることを特徴とする請求項10記載の電極の製造方法。   The said electrode formation process is a process of removing a solvent by filtering the solution obtained at the said dispersion | distribution process, and obtaining the sheet-like electrode of carbon powder and a fibrous cellulose, It is characterized by the above-mentioned. Electrode manufacturing method. 前記繊維状セルロースは、セルロースナノファイバーであることを特徴とする請求項10又は11記載の電極の製造方法。   The method for producing an electrode according to claim 10 or 11, wherein the fibrous cellulose is cellulose nanofiber. 前記炭素粉末は、カーボンブラックを賦活処理したものであることを特徴とする請求項10〜12いずれか一項記載の電極の製造方法。   The method for producing an electrode according to any one of claims 10 to 12, wherein the carbon powder is obtained by activating carbon black. 前記繊維状セルロースの表面には、シランカップリング剤が結合されていることを特徴とする請求項10〜13いずれか一項記載の電極の製造方法。   The method for producing an electrode according to any one of claims 10 to 13, wherein a silane coupling agent is bonded to the surface of the fibrous cellulose. 前記シランカップリング剤は、アルキル基を官能基として有することを特徴とする請求項14記載の電極の製造方法。   The method for producing an electrode according to claim 14, wherein the silane coupling agent has an alkyl group as a functional group. 前記繊維状セルロースは、前記繊維状セルロースと前記炭素粉末の合計量に対して5重量%以上40重量%以下の割合で含有していること、
を特徴とする請求項10〜15のいずれか一項記載の電極の製造方法。
The fibrous cellulose is contained in a proportion of 5% by weight to 40% by weight with respect to the total amount of the fibrous cellulose and the carbon powder,
The method for producing an electrode according to claim 10, wherein:
前記繊維状セルロースは、前記繊維状セルロースと前記炭素粉末の合計量に対して5重量%以上15重量%の割合で含有していること、
を特徴とする請求項10〜15のいずれか一項記載の電極の製造方法。
The fibrous cellulose is contained in a proportion of 5 wt% or more and 15 wt% with respect to the total amount of the fibrous cellulose and the carbon powder,
The method for producing an electrode according to claim 10, wherein:
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