KR20050086872A - 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극 및 전기 이중층콘덴서용 분극성 전극의 제조 방법 및 전기 이중층콘덴서의 제조 방법 - Google Patents
전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극 및 전기 이중층콘덴서용 분극성 전극의 제조 방법 및 전기 이중층콘덴서의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 활성탄 분말에 결착재가 혼합되어 이루어지고, 유기 화합물의 농도가 300(ppm) 이하인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극을 이용함으로써 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량이 적어져서 전해질 이온의 흡착에 의한 전기 이중층의 형성이 방해될 우려가 없어진다. 이에 따라, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어, 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 작아진다. 이로 인해, 내부 저항이 적고, 정전 용량이 큰 전기 이중층 콘덴서를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은, 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극 및 그 제조 방법 및 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법에 관한 것이다.
본 명세서는 일본국에의 특허 출원(특허원 2002-349175호)에 기초하는 것으로, 상기 일본 출원의 기재 내용은 본 명세서의 일부로서 받아들여지는 것으로 한다.
전기 이중층 콘덴서는 패럿급의 대용량을 가지고, 충방전 사이클 특성에도 우수하기 때문에, 전기 기기의 백업 전원, 차량 적재용 배터리 등의 용도에 사용되고 있다.
이 전기 이중층 콘덴서는 한 쌍의 분극성 전극과, 분극성 전극끼리의 사이에 배치된 세퍼레이터와, 전해액을 구비하여 구성되어 있다. 세퍼레이터에 의해서 분리된 분극성 전극이 각각 양극 및 음극으로 작용하도록 구성되어 있다. 이러한 전기 이중층 콘덴서의 분극성 전극의 재료로는 미세한 세공을 갖는 활성탄이 통상 이용된다. 전해액 중의 전해질 이온이 활성탄의 세공 중에 흡착 집합함으로써 전기 이중층이 형성되고, 이에 따라 콘덴서의 양극 및 음극이 구성된다.
상기한 분극성 전극의 제조 방법으로서는, 일본국특공평7-105316호 공보에 기재된 제조 방법이 개시되어 있다. 이 문헌에 기재된 제조 방법은 활성탄 분말과 불소 함유 중합체 수지와 액상 윤활제(윤활용 용매)로 이루어지는 혼화물을 시트형으로 성형한 후, 액상 윤활제를 가열, 추출 등의 수단으로 제거한다는 것이다. 또한, 이 문헌에는 액상 윤활제를 구체적으로 어떠한 수단으로 어느 정도까지 제거하는지에 관해서는 아무런 개시도 되어 있지 않다.
그런데, 전기 이중층 콘덴서에 이용되는 활성탄은 원래, 화학 물질의 흡착 능력이 우수하다는 성질이 있고, 이 흡착 능력은 전술한 활성탄의 세공의 존재로부터 유래하는 것이다. 따라서, 액상 윤활제가 충분히 제거되지 않고 세공 내에 잔류한 경우에는, 전해질 이온의 흡착 집합에 의한 전기 이중층의 형성이 방해되고, 전기 이중층 콘덴서의 내부 저항이 증대한다는 문제가 있었다.
도 1은 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법을 설명하는 공정도이다.
도 2는 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법을 설명하는 공정도이다.
도 3은 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법을 설명하는 공정도이다.
도 4는 분극성 전극에 잔류해 있던 잔류 IPA량과 진공 건조의 건조 시간과의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 5는 분극성 전극에 잔류해 있던 모든 유기 화합물량과 진공 건조의 건조 시간과의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 6은 전기 이중층 콘덴서의 내부 저항의 초기 저항치와 진공 건조의 건조시간과의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 7은 전기 이중층 콘덴서의 저항 증가율과 진공 건조의 건조 시간과의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 8은 연속 건조 공정을 행하지 않는 경우의, 진공 건조 공정 후의 분극성 전극에 포함되는 유기 화합물 및 수분의 총량과 진공 건조의 건조 시간과의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 9는 연속 건조 공정을 행한 경우의 진공 건조 공정 후의 분극성 전극에 포함되는 유기 화합물 및 수분의 총량과 진공 건조의 건조 시간과의 관계를 도시하는 그래프이다.
본 발명은 상기 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 윤활용 용매 등의 잔류량이 적은 분극성 전극 및 그 제조 방법 및 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 강구하는 것이다.
본 발명의 전기 이중층 콘덴서용의 분극성 전극{예컨대, 실시 형태에서의 분극성 전극(11)}은 활성탄 분말{예컨대, 실시 형태에서의 활성탄(1)}에 결착재{예컨대, 실시 형태에서의 PTFE(2)}가 혼합되어 이루어져 있고, 상기 분극성 전극 중에 포함되는 유기 화합물(예컨대, 실시 형태에서의 잔류 IPA, DIPE, 프로필렌, 아세톤 등)의 농도가 분극성 전극의 중량에 대하여 300(ppm) 이하인 것을 특징으로 한다. 또한, 유기 화합물에는 분극성 전극 중의 결착재가 포함되지 않는다.
전술한 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극에 따르면, 분극성 전극 중에 포함되는 유기 화합물의 농도가 분극성 전극의 중량에 대하여 300(ppm) 이하이기 때문에, 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량이 적어져서 전해질 이온의 흡착에 의한 전기 이중층의 형성이 방해될 우려가 없어진다. 또한, 세공 내에 잔류하는 유기 화합물은 콘덴서의 동작 중에 전기적 혹은 화학적으로 변성, 분해하여 더욱 콘덴서의 특성을 악화시킨다.
유기 화합물의 농도가 300(ppm)을 넘으면 전해질 이온의 흡착에 의한 전기 이중층의 형성이 방해되고, 또한, 전술한 문제점이 생기기 때문에, 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극으로서의 전극 성능이 저하하기 때문에 바람직하지 못하다.
또한 본 발명의 전기 이중층 콘덴서용의 분극성 전극{예컨대, 실시 형태에서의 분극성 전극(11)}은 앞서 기재한 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극이며, 상기유기 화합물(예컨대, 실시 형태에서의 잔류 IPA, DIPE, 프로필렌, 아세톤 등)의 농도가 상기 분극성 전극의 중량에 대하여 150(ppm) 이상 300(ppm) 이하의 범위인 것을 특징으로 한다.
상기한 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극에 따르면, 이 분극성 전극 중에 포함되는 유기 화합물의 농도가 150(ppm) 이상 300(ppm) 이하이기 때문에, 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량이 적어져, 전해질 이온의 흡착에 의한 전기 이중층의 형성이 방해될 우려가 없어진다. 이에 따라, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어, 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 작아진다.
유기 화합물의 농도가 300(ppm)을 넘으면 전해질 이온의 흡착에 의한 전기 이중층의 형성이 방해되고, 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 커져서 전기 이중층 콘덴서용의 분극성 전극으로서의 전극 성능이 저하하기 때문에 바람직하지 못하다. 또한 유기 화합물의 농도는 O(ppm)이 가장 바람직하지만, 현실적으로는 활성탄이 높은 흡착력에 의해 고온, 장시간의 건조가 필요하게 되어, 비용의 상승을 초래할 뿐만 아니라, 전극체의 열적 열화를 야기한다. 유기 화합물의 농도가 150∼300(ppm)의 범위이면, 전기 이중층의 형성이 크게 방해되는 일이 없고, 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 과대로 되어 전극 성능이 대폭 저하할 우려가 없다.
다음에 본 발명의 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극의 제조 방법은, 활성탄 분말{예컨대, 실시 형태에서의 활성탄 분말(1)}과 결착재{예컨대, 실시 형태에서의 PTFE(2)}와 윤활용 유기 용매{예컨대, 실시 형태에서의 IPA(3)}를 반죽하여 시트형으로 성형하는 전극 성형 공정(예컨대, 실시 형태에서의 원료 혼합 공정 ST1 에서 시트화·압연 공정 ST4까지)을 구비하여 구성되고, 상기 전극 성형 공정후에, 상기 전극중에 잔류하는 유기 화합물(예컨대, 실시 형태에서의 잔류 IPA, DIPE, 프로필렌, 아세톤 등)을 진공 건조에 의해 분극성 전극의 중량에 대하여 300(ppm)이하의 농도가 될 때까지 제거하는 진공 건조 공정(예컨대, 실시 형태에서의 진공 건조 공정 ST8)을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 진공 건조 공정에 의해 상기 전극 중에 잔류하는 유기 화합물을 분극성 전극의 중량에 대하여 150(ppm) 이상 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 제거하는 것이 보다 바람직하다.
더욱, 상기 전극 성형 공정 후에 상기 윤활용 유기 용매를 가열 제거하는 전극 건조 공정(예컨대, 실시 형태에서의 연속 건조 공정 ST6)을 행해도 좋다. 전극 건조 공정을 행한 후의 전극에 잔류하는 유기 화합물량은 800(ppm) 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기한 분극성 전극의 제조 방법에 따르면, 전극 성형 공정 후에 잔류하는 윤활용 유기 용매 등의 유기 화합물을 진공 건조 공정에 의해 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 제거하기 때문에, 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량을 적게 하는 것이 가능해져서, 활성탄 분말에 대한 전해질 이온의 흡착에 의한 전기 이중층의 형성이 방해될 우려가 없어진다. 이에 따라, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 작은 분극성 전극을 얻을 수 있다.
또한, 상기 전극 성형 공정 후에 상기 윤활용 유기 용매를 가열 제거하는 전극 건조 공정을 행하면, 윤활용 유기 용매 등의 유기 화합물의 대부분을 진공 건조 공정 전에 제거할 수 있다. 이에 따라, 전극 건조 공정에서 완전히 제거할 수 없었던 윤활용 유기 용매 등의 유기 화합물을 진공 건조 공정에 의해 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 용이하게 제거할 수 있다. 즉 진공 건조 시간을 단축할 수 있다. 이에 따라, 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량을 더욱 적게 하는 것이 가능해지고, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 더욱 작은 분극성 전극을 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극의 제조 방법은 앞서 기재한 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극의 제조 방법이며, 상기 유기 화합물에는 상기 전극 성형 공정 후에 잔류하는 상기 윤활용 유기 용매(예컨대, 실시 형태에서의 잔류 IPA)와, 상기 진공 건조 공정에서 상기 윤활용 유기 용매가 가열되어 생긴 열 변성물(예컨대, 실시 형태에서의 DIPE)이 적어도 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기한 분극성 전극의 제조 방법에 따르면, 진공 건조 전의 분극성 전극중에는 적어도 전극 성형 공정 후에 잔류하는 윤활용 유기 용매와, 진공 건조 공정의 초기 단계에서 상기 윤활용 유기 용매가 가열되어 생긴 열 변성물과, 일련의 제조 공정의 분위기 중에 포함되는 미량의 유기성 불순물이 흡착되어 있다. 이들을 진공건조로 제거함으로써, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 작은 분극성 전극을 얻을 수 있다.
다음에 본 발명의 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법은 활성탄 분말(예컨대, 실시 형태에서의 활성탄 분말(1))에 결착재(예컨대, 실시 형태에서의 PTFE(2))가 혼합되어 이루어지는 한 쌍의 분극성 전극(예컨대, 실시 형태에 있어서의 분극성 전극(11,11))과, 이 한 쌍의 분극성 전극 사이에 배치된 세퍼레이터(예컨대, 실시 형태에서의 세퍼레이터(13))와, 전해액으로 이루어지는 전기 이중층 콘덴서(예컨대, 실시 형태에서의 전기 이중층 콘덴서(17))의 제조 방법으로서, 활성탄 분말(예컨대, 실시 형태에서의 활성탄 분말(1))과 결착재(예컨대, 실시 형태에서의 PTFE(2))와 윤활용 유기 용매(예컨대, 실시 형태에서의 IPA(3))를 반죽하여 시트형으로 성형하는 전극 성형 공정(예컨대, 실시 형태에서의 원료 혼합 공정 ST1 에서 시트화 압연·압연 공정 ST4 까지)과, 상기 전극과 세퍼레이터(예컨대, 실시 형태에서의 세퍼레이터(13))를 거듭 권회하여 권회체(예컨대, 실시 형태에서의 권회체(14))를 얻는 권회 공정(예컨대, 실시 형태에서의 권회 공정 ST7)과, 상기 권회체를 콘덴서 용기에 삽입한 후에 상기 권회체 내에 잔류하는 유기 화합물을 진공 건조에 의해 분극성 전극의 중량에 대하여 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 제거하는 진공 건조 공정(예컨대, 실시 형태에서의 진공 건조 공정 ST8)과, 상기 콘덴서 용기에 전해액을 주액하는 주액 공정(예컨대, 실시 형태에서의 주액 공정 ST9)을 구비하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극 성형 공정과 상기 권회 공정 사이에 상기 윤활용 유기 용매를 가열 제거하는 전극 건조 공정(예컨대, 실시 형태에서의 연속 건조 공정 ST6)을 행해도 좋다. 전극 건조 공정을 행한 후의 전극에 잔류하는 유기 화합물량은 800(ppm) 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기한 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법에 따르면, 전극 성형 공정 후에 잔류하는 윤활용 유기 용매 등의 유기 화합물을 진공 건조 공정에 의해 분극성 전극의 중량에 대하여 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 제거하기 때문에, 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량을 적게 할 수 있게 되어, 활성탄 분말에 대한 전해질 이온의 흡착에 의한 전기 이중층의 형성이 방해될 우려가 없어진다. 이에 따라, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 작은 분극성 전극을 얻을 수 있다.
또, 진공 건조 공정을 주액 공정 직전에 마련함으로써, 일련의 제조 공정의 분위기 중에 포함되는 유기성 불순물이 분극성 전극에 재흡착할 우려가 없다.
또한, 상기 전극 성형 공정과 상기 권회 공정 사이에 상기 윤활용 유기 용매를 가열 제거하는 전극 건조 공정을 행하면 윤활용 유기 용매 등의 유기 화합물의 대부분을 진공 건조 공정 전에 제거할 수 있다. 이에 따라, 전극 건조 공정에서 완전히 제거할 수 없었던 윤활용 유기 용매 등의 유기 화합물을 진공 건조 공정에 의해 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 용이하게 제거할 수 있다. 이에 따라, 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량을 더욱 적게 할 수 있게 되어, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 더욱 작은 분극성 전극을 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법은 앞서 기재한 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법이며, 상기 유기 화합물에는 상기 전극 성형 공정 후에 잔류하는 상기 윤활용 유기 용매(예컨대, 실시 형태에서의 잔류 IPA)와, 상기 진공 건조 공정에서 상기 윤활용 유기 용매가 가열되어 생긴 열 변성물(예컨대, 실시 형태에서의 DIPE)이 적어도 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기한 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법에 따르면, 진공 건조 전의 분극성 전극 중에는 적어도, 전극 성형 공정 후에 잔류하는 윤활용 유기 용매와, 진공 건조 공정의 초기 단계에서 상기 윤활용 유기 용매가 가열되어 생긴 열 변성물과, 일련의 제조 공정의 분위기 중에 포함되는 미량의 유기성 불순물이 흡착되어 있다. 이들을 진공 건조로 제거함으로써, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 작은 전기 이중층 콘덴서를 얻을 수 있다.
본 발명의 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법은, 활성탄 분말과 결착재와 윤활용 유기 용매를 반죽하여 시트형으로 성형하는 전극 성형 공정과, 상기 전극과 세퍼레이터를 거듭 권회하여 권회체를 얻는 권회 공정과, 상기 권회체를 콘덴서 용기에 삽입한 후에 상기 권회체 내에 잔류하는 유기 화합물을 진공 건조에 의해 분극성 전극의 중량에 대하여 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 제거하는 진공 건조 공정과, 상기 콘덴서 용기에 전해액을 주액하는 주액 공정으로 주로 구성되어 있다. 또한, 전극 성형 공정과 권회 공정 사이에 상기 윤활용 유기 용매를 가열 제거하는 전극 건조 공정을 행해도 좋다. 도 1∼도 3에 각 공정의 내용을 설명하는 공정도를 도시하고 있다. 이하, 도 1∼도 3을 참조하여 각 공정을 순차 설명한다.
도 1에는, 활성탄 분말과 결착재와 윤활용 유기 용매를 반죽하여 시트형으로 성형하는 전극 성형 공정의 공정도를 도시한다. 전극 성형 공정은 도 1A에 도시하는 원료 혼합 공정 ST1과, 도 1B에 도시하는 반죽 공정 ST2과, 도 1C에 도시하는 분쇄 공정 ST3과, 도 1D에 도시하는 시트화·압연 공정 ST4로 구성된다.
우선, 도 1A에 도시한 바와 같이, 원료 혼합 공정 ST1에서는, 분극성 전극의 원료를 교반기(31)에 투입하여 혼합함으로써 혼합 분말(5)을 얻는다. 투입하는 원료는 활성탄 분말(1)과 폴리불화에틸렌{2; 이하, PTFE(2)로 표기한다}과 이소프로필 알콜(3){이하, IPA(3)로 표기한다}과 카본 블랙(4){이하, CB(4)로 표기한다}이다. 교반기(31)로서는 예컨대, 일반적인 일축 날개 부착 교반기 등을 이용할 수 있다.
활성탄(1)은, 예컨대 페놀 수지 등의 난흑연성 재료를 소성하여 탄화한 후, 수증기 등에 의한 부활(賦活) 처리(활성화 처리)를 행하고, 다시 분쇄하여 얻어진 것을 이용할 수 있다. 또한 PTFE(2; 결착재)는, 다음 반죽 공정 ST2에서 섬유화됨으로써 활성탄 분말(1) 등을 결착하는 것이다. 또한 IPA(3; 윤활용 유기 용매)는 본 공정 ST1과 다음 반죽 공정 ST2에서 원료끼리의 혼합 등을 원활히 행하는 것이다. 또한, CB(4)는 분극성 전극에 도전성을 부여하기 위한 것이다. 또한, 윤활용 유기 용매는 IPA에 한하는 것은 아니며, 다른 알콜류나 케톤류 등을 이용해도 좋다. 또한 CB(4)에는, 아세틸렌블랙이나 켓첸블랙(Ketjen black) 등을 이용해도 좋다.
각 원료의 혼합비는 예컨대, 활성탄(1)을 96∼50 중량부, PTFE(2)를 2∼20 중량부, IPA(3)을 2∼80 중량부, CB(4)를 0∼20 중량부로 하는 것이 바람직하다.
다음에 도 1B에 도시한 바와 같이, 반죽 공정 ST2에서는 원료 혼합 공정 ST1에서 얻은 혼합 분말(5)을 반죽기(32)에 투입하여 반죽함으로써, 혼합 분말에 전단력을 더하여 PTFE(2)를 섬유화시켜 혼합 분말을 덩어리형물(6)로 한다. 반죽기(32)로서는, 예컨대 일반적인 이축 반죽기를 이용할 수 있다.
다음에 도 1C에 도시한 바와 같이, 분쇄 공정 ST3에서는, 반죽 공정 ST2에서 얻은 덩어리형물(6)을 분쇄기(33)에 의해 분쇄하여 입상물을 얻는다. 분쇄는, 예컨대 입상물의 입자 지름이 0.1∼1 mm 정도가 될 때까지 행하는 것이 바람직하다. 분쇄기(33)로서는, 예컨대, 일반적인 전단형 분쇄기 등을 이용할 수 있다.
다음에 도 1D에 도시한 바와 같이, 시트화·압연 공정 ST4에서는 분쇄 공정 ST3에서 얻어진 입상물(7)을 시트화함과 동시에 소정의 두께가 되도록 압연하여 전극용 시트(8)를 얻는다. 입상물(7)을 시트화하기 위해서는 도 1D에 도시한 바와 같은 시트 성형기(34)를 이용한다. 이 시트 성형기(34)는 입상물(7)을 투입하는 호퍼(34a)와 호퍼(34a)의 출구 측에 배치된 한 쌍의 롤러(34b, 34b)로 이루어지고, 입상물(7)이 호퍼(34a) 출구에서 한 쌍의 롤러(34b, 34b) 사이에 공급되어 압축되는 것에 의해 시트(9)를 얻을 수 있다. 계속해서 이 시트(9)를 한 쌍의 압연 롤러(35a)로 이루어지는 압연기(35)로 이송하여, 압연을 행함으로써 전극용 시트(8)를 얻을 수 있다. 압연은 전극용 시트(8)의 두께가 130∼160 ㎛ 정도가 될 때까지 행하는 것이 바람직하다.
다음에 도 2에는, IPA(3)(윤활용 유기 용매)를 가열 제거하여 분극성 전극으로 하는 전극 건조 공정의 공정도를 도시한다. 전극 건조 공정은 도 2A에 도시하는 집전체 접착 공정 ST5와, 도 2B에 도시하는 연속 건조 공정 ST6으로 구성된다. 또한, 도 2C에는 전극체의 사시도를 도시하고 있다. 또한, 연속 건조 공정 ST6은 본 발명에 있어서 필수적인 공정은 아니지만, 이 공정을 행함으로써 분극용 전극의 유기 화합물의 농도를 미리 저감하여, 진공 건조 공정에서의 건조 시간을 단축하는 것이 가능해진다.
우선 도 2A에 도시하는 집전체 접착 공정 ST5에서는 접착 장치(36)를 이용하여 시트화·압연 공정 ST4에서 얻어진 전극용 시트(8)에 알루미늄박으로 이루어지는 집전체(19)를 접착하여 전극체 시트(10)를 얻는다. 접착 장치(36)는 접착제(11)를 집전체(19)에 도포하는 전사 롤러(36a)와, 전사 롤러(36a)에 접착제를 공급하기 위해서 접착제(11)를 채운 접착제 용기(36b)와, 전사 롤러(36a)에 대향 배치된 집전체 이송 롤러(36c)와, 시트 이송 롤러(36d)로 구성된다. 전사 롤러(36a)와 집전체 롤러(36c)가 회전하여 집전체(19)가 송출됨과 동시에 전사 롤러(36a)에 의해 집전체(19)의 한 쪽 면에 접착제(11)가 도포되고, 계속해서 시트 이송 롤러(36d)에 의해 공급된 전극용 시트(8)가 접착제(11)를 통해 집전체(19)의 한 쪽 면에 접합된다. 이와 같이 하여 전극체 시트(10)를 얻을 수 있다. 도 2A에 도시하는 전극체 시트(10)는 집전체(19)의 일측면에만 전극용 시트(8)가 접합된 것이지만, 본 공정 ST5를 재차 행함으로써 집전체(19)의 양면에 전극용 시트(8, 8)를 접합시킴으로써 집전체(19)의 양면에 활성탄 분말(1)이 배치된 전극체 시트(10)를 얻을 수 있다.
다음에 도 2B에 도시하는 연속 건조 공정 ST6에서는 집전체 접착 공정 ST5에 의해 얻은 전극체 시트(10)를 연속 가열로(37)에 도입하여 가열함으로써, 전극 시트중에 포함되는 IPA(3)를 가열 제거한다. 또한, 앞의 공정 ST5에서 집전체(19)와 전극용 시트(8)의 접착에 이용한 접착제를 건조한다. 연속 건조로(37)는 전극체 시트(10)가 통과하는 반송로(37a)와 반송로(37a)를 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 가열 장치(37b, 37b)로 구성된다. 가열 장치(37b, 37b)는 반송로(37a)의 반송 방향을 따라서 배치되어 있다. 또한, 가열 장치(37b, 37b)는 각종 건조 방식의 것을 채용할 수 있고, 예컨대, 온풍 건조, 원적외선 건조에 의한 건조 등의 방식의 것을 채용할 수 있다. 다만, 어느 쪽의 건조 방식의 경우에 있어서도, 윤활용 유기 용매(IPA3)의 비점보다 높은 온도까지 전극체 시트(10)를 가열하는 것이 바람직하다. 예컨대 IPA(3)를 가열 제거하기 위해서는 전극체 시트(10)를 150℃ 정도로 가열하는 것이 좋다.
전극체 시트(10)를 건조하기 위해서는 연속 건조로(37)의 반송로 상류측(37a 1)으로부터 전극체 시트(10)를 반송하여, 한 쌍의 건조 장치(37b, 37b) 사이에 전극체 시트(10)를 통과시켜 가열함으로써 IPA를 휘발시켜 제거한다.
연속 건조 공정 ST6을 행하지 않는 경우는, 전극체 시트(10)에는 IPA(3)의 거의 전부가 잔류 IPA로서 잔류한다.
또한, 연속 건조 공정 ST6를 행하는 경우는, 전극체 시트(10)에 포함되는 IPA(3)의 대부분이 가열 제거되고, 극히 일부가 잔류 IPA로서 전극체 시트(10)에 잔류한다. 또한, 연속 건조 공정 ST6에 의해서 잔류 IPA의 일부가 활성탄 분말 표면에서 에테르화하여 디이소프로필에테르(이후, DIPE로 표기한다)로 변화되거나, 잔류 IPA가 분자내 탈수하여 프로필렌으로 변화되고, 이들 열 변성물도 전극체 시트(10)에 잔류한다. 이후의 본 명세서에서는,「잔류 IPA」 및 「DIPE(열 변성물)」 및「프로필렌(열 변성물)」을 「유기 화합물」이라고 총칭한다.
또한, 연속 건조 공정 ST6를 행한 후의 전극체 시트(10)에 잔류하는 유기 화합 물량은 800(ppm) 이하로 하는 것이 바람직하다. 800(ppm) 이하로 함으로써 진공 건조 공정의 건조 시간을 짧게 하더라도, 분극성 전극에 잔류하는 유기 화합물량을 확실하게 300(ppm) 이하로 할 수 있다.
그 후, 전극체 시트(10)를 소정의 길이로 절단함으로써, 도 2C에 도시한 바와 같이, 집전체(19)의 양면에 분극성 전극(11)이 접합되어 이루어지는 전극체(12)를 얻을 수 있다.
다음에 도 3에는 권회 공정 ST7 및 진공 건조 공정 ST8 및 주액 공정 ST9을 도시한다.
도 3A 및 도 3B에 도시하는 권회 공정 ST7에서는 전극체(12)(분극성 전극(11))와 세퍼레이터(13)를 거듭 권회하여 권회체(14)를 얻는다. 즉 도 3A에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 전극체(12, 12) 사이에 세퍼레이터(13)를 배치하고, 계속해서 도 3B에 도시한 바와 같이 전극체(12, 12) 및 세퍼레이터(13)를 동시에 권회하여 권회체(14)로 한다.
또한, 이 권회 공정 ST7은 전기 이중층 콘덴서의 일련의 제조 공정의 분위기중에서 행해지기 때문에 이러한 분위기 중에 휘발되어 있는 전해액 성분(예컨대 프로필렌 카보네이트(이후, PC로 표기한다))나, 아세톤이나 알콜 등이 분극성 전극(11)의 활성탄 분말에 재흡착하는 경우가 있다. 이후의 본 명세서에서는, 재흡착한 이들 휘발 성분과 조금 전의 잔류 IPA 및 DIPE 및 프로필렌 등을「유기 화합물」로 다시 총칭한다.
다음에 도 3B 및 도 3C에 도시하는 진공 건조 공정 ST8에서는 권회 공정 ST7으로 얻어진 권회체(14)를 콘덴서 용기(15)에 삽입하고, 그 후에 권회체(14)(분극성 전극(11)) 중에 잔류하는 유기 화합물을 진공 건조에 의해 300(ppm) 이하, 보다 바람직하게는 150(ppm) 이상 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 제거한다. 즉 도 3B에 도시한 바와 같이 권회체(14)를 중공 원통형 금속제의 콘덴서 용기(15)에 삽입한 후, 도 3C에 도시한 바와 같이 권회체(14)를 콘덴서 용기(15)마다 진공 건조기(38)내에 설치하고, 10 Pa 이하의 압력으로 120℃ 이상 200℃ 이하의 온도로 권회체(14)(분극성 전극(11))를 진공 건조한다. 건조 시간은 연속 건조 공정 ST6을 행하는 경우는 40 시간 이상으로 하는 것이 바람직하고, 연속 건조 공정 ST6을 생략하는 경우는 72 시간 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 진공 건조에 의해서, 분극성 전극(11)에 잔류하는 유기 화합물을 분극성 전극의 중량에 대하여 300(ppm)이하, 보다 바람직하게는 150(ppm) 이상 300(ppm) 이하의 범위 농도가 될 때까지 제거한다. 즉, PC 나 아세톤이나 알콜 등의 재흡착 성분과 잔류 IPA와 DIPE와 프로필렌 등의 합계량이 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 진공 건조하여 제거한다.
유기 화합물의 농도가 300(ppm)을 넘으면 전해질 이온의 흡착에 의한 전기 이중층의 형성이 방해되어, 활성탄 분말(1)과 전해액 사이의 확산 저항이 커져 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극(11)으로서의 전극 성능이 저하하기 때문에 바람직하지 못하다. 또한 유기 화합물의 농도는 O(ppm)이 가장 바람직하지만, 현실적으로는 활성탄이 높은 흡착력에 의해 농도를 150(ppm) 미만까지 저감하는 것이 어렵다. 유기 화합물의 농도가 150∼300(ppm) 범위이면, 전기 이중층의 형성이 크게 방해되는 일이 없고, 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 과대로 되어 전극 성능이 대폭 저하할 우려가 없다.
마지막으로, 도 3D에 도시하는 주액 공정 ST9에서는 노즐(39)로부터 전해액을 주액하고, 다시 콘덴서 용기(15)에 밀봉체(16)를 용접 등에 의해 접합한다. 이와 같이 하여 전기 이중층 콘덴서(17)를 얻을 수 있다. 또한, 전해액으로서는 PC에 4급 암모늄염을 용해시킨 것을 이용할 수 있다.
상기한 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극(11)은 활성탄 분말(1)에 PTFE(2)가 혼합되어 이루어지는 것으로, 이 분극성 전극(11) 중에 포함되는 잔류 IPA, DIPE, 프로필렌, PC, 아세톤, 알콜류 등의 유기 화합물의 농도가 30O(ppm) 이하가 된다. 따라서 이 분극성 전극(11)에 따르면, 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량이 적어져 전해질 이온의 흡착에 의한 전기 이중층의 형성이 방해될 우려가 없어진다. 이에 따라, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어, 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항을 작게 할 수 있다.
또한, 유기 화합물의 농도는 O(ppm)이 가장 바람직하지만, 현실적으로는 활성탄이 높은 흡착력에 의해 농도를 150(ppm) 미만까지 저감하는 것이 어렵다. 따라서 유기 화합물의 농도가 150∼300(ppm) 범위이면, 전기 이중층의 형성이 크게 방해되는 일이 없고, 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 과대하게 되어 전극 성능이 대폭 저하할 우려가 없다.
또한 상기한 분극성 전극의 제조 방법에 따르면, 전극 성형 공정 ST1∼ST4의후에 잔류하는 잔류 IPA를 진공 건조 공정 ST8에 의해 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 제거하기 때문에, 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량을 적게 할 수 있게 되어 활성탄 분말에 대한 전해질 이온의 흡착에 의한 전기 이중층의 형성이 방해될 우려가 없어진다. 이에 따라, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 작은 분극성 전극(11)을 얻을 수 있다.
또한, 전극 성형 공정 ST1∼ST4 후에 연속 건조 공정 ST6을 행하면, 잔류 IPA의 대부분을 진공 건조 공정 전에 제거할 수 있다. 이에 따라, 전극 건조 공정에서 완전히 제거할 수 없었던 잔류 IPA나 부수적으로 생성되는 DIPE 등의 유기 화합물을 진공 건조 공정에 의해 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 진공 건조 조건을 단축할 수 있다. 이에 따라, 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량을 더욱 적게 할 수 있게 되어, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 더욱 작은 분극성 전극(11)을 얻을 수 있다.
또한, 상기한 전기 이중층 콘덴서(17)의 제조 방법에 따르면, 진공 건조 공정 ST8을 주액 공정 ST9의 직전에 설치함으로써, 일련의 제조 공정의 분위기 중에 포함되는 유기 화합물이 분극성 전극(11)에 재흡착할 우려가 없다.
또한 상기한 전기 이중층 콘덴서(17)의 제조 방법에 따르면, 진공 건조 공정 ST8 전 단계에서, 분극성 전극(11) 중에는 적어도 잔류 IPA가 흡착되어 있고, 또한 진공 건조 공정 ST8의 초기 단계에서 잔류 IPA가 가열되어 생긴 열 변성물인 DIPE가 흡착되어 있고, 또한 일련의 제조 공정의 분위기 중에 포함되는 미량의 휘발성유기물도 흡착되어 있다. 이들을 진공 건조로 제거함으로써 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 보다 작은 전기 이중층 콘덴서(17)를 얻을 수 있다.
「실험예 1 : 진공 건조 공정의 건조 조건의 검토」
(실시예 1의 전기 이중층 콘덴서의 제조)
우선, 활성탄 분말을 다음과 같이 하여 제조했다. 우선, 페놀 수지를 질소 기류중에서 900℃, 2 시간 유지함으로써 탄화 처리를 했다. 다음에 얻어진 원료 탄소를 질소 기류중에서 재차 온도를 높여서, 800℃에 도달한 시점에서 5% 수증기와 5% 이산화탄소를 포함하는 질소 혼합 가스를 유통시켜 900℃에서 2시간 유지함으로써 부활 처리를 행했다. 그리고 얻어진 활성탄을 볼밀 분쇄기로 평균 입자 지름이 2∼15 ㎛ 정도가 될 때까지 분쇄함으로써 활성탄 분말로 했다.
다음에, 얻어진 활성탄 분말과 결착재(폴리4불화에틸렌)와 윤활용 유기 용매(이소프로필알콜(IPA))를 반죽하여 시트형으로 성형하는 전극 성형 공정을 행했다. 즉, 얻어진 활성탄 분말 84 중량부에 대하여, 8 중량부의 폴리4불화에틸렌 분말{예컨대 미쯔이 듀퐁 프로로케미칼(주) 제조의 테프론 6J(등록 상표)}과, 8 중량부의 아세틸렌블랙{예컨대, 덴키 화학 공업(주) 제조의 덴카블랙(등록 상표)}을 혼합했다. 이 혼합물에 다시 10 중량부의 IPA를 더하여 혼합하고(원료 혼합 공정), 다시 이축 반죽기로 가압 반죽을 8 분간 행함으로써(반죽 공정), 폴리4불화에틸렌을 피브릴화(fibrillation)시켜 덩어리형물로 했다. 이 덩어리형물을 전단형 분쇄기로 분쇄하여 평균 입자 지름이 약 1 mm 정도인 입상물을 얻었다(분쇄 공정). 얻어진 입상물을 이용하여 시트화를 하고, 다시 압연을 행함으로써 폭 11O mm의 긴 전극용 시트를 얻었다(시트화·압연 공정).
다음에, 폭 115 mm의 알루미늄박(집전체)의 양면에 접착제(예컨대, 노테이프공업(주) 제조 G-5780A)를 도포하고 나서, 방금 전에 얻어진 전극용 시트를 집전체의 양면에 접합시켜 전극체 시트를 얻었다(집전체 접착 공정).
다음에, 전극체 시트를 1200 mm의 길이로 절단하여 전극체를 구성고, 이 전극체를 2장 준비했다. 다음에, 2장의 전극체 사이에 두께 50 ㎛의 레이온제의 세퍼레이터를 사이에 두고, 전극체와 세퍼레이터를 소용돌이형으로 권회하여 권회체를 구성했다(권회 공정). 얻어진 권회체를 내경 50 mm, 높이 130 mm의 중공 원통형의 콘덴서 용기에 삽입했다.
다음에, 권회체를 수납한 콘덴서 용기를 진공 건조기에 넣어, 압력 1O-1 Pa, 온도 160℃, 건조 시간 72 시간의 조건으로 진공 건조를 행했다(진공 건조 공정).
그리고, PC에 4급 암모늄염(트리에틸메틸암모늄테트라플루오로보레이트)이 1.8 몰/L의 농도로 용해되어 이루어지는 전해액을 준비하고, 이 전해액을 진공 건조후의 콘덴서 용기내에 주액하고(주액 공정), 다시 밀봉체로 밀봉함으로써 실시예 1의 전기 이중층 콘덴서를 제조했다.
(실시예 2의 전기 이중층 콘덴서의 제조)
진공 건조 공정에서의 건조 시간을 96 시간으로 한 것 이외는 실시예 1과 같은 공정을 거쳐서, 실시예 2의 전기 이중층 콘덴서를 제조했다.
(실시예 3의 전기 이중층 콘덴서의 제조)
진공 건조 공정에서의 건조 시간을 120 시간으로 한 것 이외는 실시예 1과 같은 공정을 거쳐서, 실시예 3의 전기 이중층 콘덴서를 제조했다.
(비교예 1의 전기 이중층 콘덴서의 제조)
진공 건조 공정에서의 건조 시간을 24 시간으로 한 것 이외는 실시예 1과 같은 공정을 거쳐서, 비교예 1의 전기 이중층 콘덴서를 제조했다.
(비교예 2의 전기 이중층 콘덴서의 제조)
진공 건조 공정에서의 건조 시간을 48 시간으로 한 것 이외는 실시예 1과 같은 공정을 거쳐서, 실시예 2의 전기 이중층 콘덴서를 제조했다.
(비교예 3의 전기 이중층 콘덴서의 제조)
진공 건조 공정에서의 건조 시간을 144 시간으로 한 것 이외는 실시예 1과 같은 공정을 거쳐서, 비교예 3의 전기 이중층 콘덴서를 제조했다.
(분극성 전극 중의 유기 화합물의 분석)
진공 건조 공정후의 분극성 전극의 일부를 채취하여, 이것을 퍼킨 엘머사 제조 ATD400의 열 탈착 장치의 시료관에 충전하고, 헬륨 가스를 흘리면서 350℃에서 10 분간 가열하여 기화한 성분을 내부 트랩에 수집했다. 이 성분을 가스크로마토그래프 장치에 도입시켜 기화 성분(유기 화합물)을 분석했다. 가스크로마토그래프에 이용한 컬럼은 Spelco사 제조의 SPB-1(길이 60 m, 내경 0.25 mm, 막 두께25 ㎛)이다. 검출기에는 수소 불꽃 검출기(FID)를 사용하였고, 정량은 펜텐의 강도로 교정하여 FID에 의한 피크 강도가 탄소수에 비례한다고 가정하여 행했다. 또한, 각 피크의 정성(定性)은 질량 분석으로 행했다. 분석 결과를 도 4 및 도 5 및 표 1에 나타낸다.
(전기 이중층 콘덴서의 특성 시험)
상기 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 전기 이중층 콘덴서에 관해서 60℃에서 에이징 처리를 한 후, 초기 내부 저항의 저항치를 측정했다. 충전 전류 30 A로 단자 전압이 2.5 V가 될 때까지 충전하고, 단자 전압을 2.5 V로 유지한 채로 45℃에서 1000 시간 방치한 후의 저항치를 측정했다. 그리고, 초기에서 1000 시간까지의 저항치의 상승율을 구했다. 그 결과를 도 6 및 도 7 및 표 2에 나타낸다.
(유기 화합물의 분석 결과)
가스크로마토그래프에 의한 분석의 결과, 검출된 주된 유기 화합물은 이소프로필알콜(IPA), 디이소프로필에테르(DIPE), 프로필렌, 초산이소프로필, 에탄올, 아세톤, 아세트알데히드였다. 이 중에서 DIPE, 프로필렌 및 초산이소프로필은 반죽용 유기 용매에 이용한 이소프로필알콜이, 진공 건조 공정에서 산화, 탈수 축합 등을 함으로써 생성한 화합물이라고 생각된다. 또한 에탄올과 아세톤은 콘덴서의 제조 공정의 분위기 중에서 활성탄에 흡착된 성분이라고 생각된다. 또한, 아세트알데히드는, 에탄올 산화에 의해 생성되었다고 생각된다.
도 4에는 검출된 IPA량, 진공 건조후에 분극성 전극에 잔류해 있던 IPA(이하 잔류 IPA로 표기)의 양과 진공 건조 시간과의 관계를 도시한다. 또한, 도 5에는 검출된 모든 유기 화합물량, 즉 진공 건조 후에 분극성 전극에 잔류해 있던 모든 유기 화합물량과 진공 건조 시간과의 관계를 도시한다. 또한 표 1에는 잔류 IPA량과 앞의 유기물량과 진공 건조 시간과의 관계를 도시한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 건조 시간이 증가함에 따라서 잔류 IPA가 줄어드는 것을 알 수 있다. 특히 도 5에 도시한 바와 같이, 건조 시간이 72 시간에서는 유기 화합물량이 279(ppm)가 되고, 건조 시간이 72 시간 이상이 되면 모든 유기 화합물량이 300(ppm) 이하가 되는 것을 알 수 있다. 또한, 건조 시간이 120 시간 이상이 되면, 전체 유기 화합물량이 150(ppm) 정도에서 거의 일정하게 되는 것을 알 수 있다. 이는, 활성탄의 흡착성에 의해 그 이상 유기 화합물을 줄이는 것은 곤란하다는 것을 나타내고 있다.
| 건조시간(시간) | 잔류 IPA (ppm) | 총유기화합물량 | |
| 실시예1 | 72 | 114 | 279 |
| 실시예2 | 96 | 72 | 182 |
| 실시예3 | 120 | 54 | 153 |
| 비교예1 | 24 | 653 | 1175 |
| 비교예2 | 48 | 265 | 671 |
| 비교예3 | 144 | 48 | 144 |
(전기 이중층 콘덴서의 특성)
다음에, 도 6에는 콘덴서의 내부 저항의 초기 저항치와 진공 건조 시간과의 관계를 도시하고, 도 7에는 1000 시간 후의 저항 증가율과 진공 건조 시간과의 관계를 도시한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 건조 시간이 40 시간 이상이 되면 초기 저항치가 8.5 Ω ㎠ 정도에서 6.3 Ω㎠ 정도로 대폭 저하하고, 그 후 저항치가 거의 일정하게 되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 건조 시간이 40 시간 이상이 되면, 저항 상승율이 초기를 1로 한 경우의 2.5 배 정도에서 1.5 배 정도로 대폭 저하하고, 그 후 거의 일정하게 되는 것을 알 수 있다.
도 6 및 도 7의 결과와, 유기 화합물의 분석 결과와 더불어 고찰하면, 분극성 전극에 잔류하는 유기 화합물의 농도가 300(ppm) 이하가 되면, 콘덴서의 초기 저항치 및 1000 시간 후의 저항 상승율을 대폭 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.
이는, 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량이 적어져, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어, 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 작아지기 때문이라고 생각된다.
또한, 건조 시간이 120 시간 이상에서는 전체 유기 화합물량이 150(ppm) 정도가 되어, 초기 저항 및 저항 상승율도 120 시간에서 거의 일정해지기 때문에, 전체 유기 화합물량이 150(ppm) 정도까지 저감하면, 거의 만족할 수 있는 결과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
| 건조시간(시간) | 초기저항율 | 상승저항율 | |
| 실시예1 | 72 | 6.4 | 1.42 |
| 실시예2 | 96 | 6.2 | 1.42 |
| 실시예3 | 120 | 6.2 | 1.43 |
| 비교예1 | 24 | 8.6 | 2.56 |
| 비교예2 | 48 | 8.5 | 2.45 |
| 비교예3 | 144 | 6.2 | 1.42 |
「실험예 2 : 연속 건조 공정을 행한 경우의 효과」
(실시예 4의 전기 이중층 콘덴서의 제조)
집전체 접착 공정 후의 전극체 시트를 열풍형의 연속 건조로에 도입하여, 온도 150℃의 열풍을 10 L/분의 유량으로 4 분간 분무하는 조건으로 연속 건조(연속 건조 공정)를 행하고, 다시 진공 건조 공정에서의 건조 시간을 48 시간으로 한 것 이외는 상기 실시예 1의 경우와 마찬가지로 실시예 4의 전기 이중층 콘덴서를 제조했다.
(비교예 4의 전기 이중층 콘덴서의 제조)
연속 건조 공정을 행하지 않고, 진공 건조 공정에서의 건조 시간을 48 시간으로 한 것 이외는 상기 실시예 1의 경우와 마찬가지로 하여 비교예 4의 전기 이중층 콘덴서를 제조했다. 또한, 이 비교예 4는 실험예 1에서의 비교예 2와 같은 것이다.
실시예 4 및 비교예 4에 관해서 실험예 1과 마찬가지로 가스크로마토그래프에 의한 유기 화합물의 분석을 행함과 동시에, 칼 피셔(KARL Fischer) 장치에 의해 수분량의 분석을 행했다. 실시예 4의 분극성 전극의 분석 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3에서의 수치의 단위는 전부 (ppm)이다.
또한, 실시예 4 및 비교예 4에 관해서 실험예 1과 마찬가지로 하여 초기 저항치 및 저항 상승율을 측정했다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
| 시트형건조 전 | 시트형건조 후 | 진공건조 전 | 진공건조 후 | |
| 이소프로필알콜 | 1500 | 440 | 436 | 67 |
| 디이소프로필알콜 | 0 | 12 | 12 | 28 |
| 초산이소프로필에테르 | 0 | 15 | 14 | 30 |
| 프로필렌 | 0 | 16 | 17 | 37 |
| 에탄올 | 120 | 25 | 86 | 13 |
| 아세톤 | 357 | 72 | 170 | 59 |
| 아세트알데히드 | 12 | 45 | 65 | 10 |
| 초기저항치(Ω㎠) | 저항상승율 | |
| 실시예4 | 6.1 | 1.23 |
| 비교예4 | 7.3 | 1.45 |
표 3에 도시한 바와 같이 검출된 주된 유기 화합물은 이소프로필알콜(IPA),디이소프로필에테르(DIPE), 프로필렌, 초산이소프로필, 에탄올, 아세톤, 아세트알데히드였다. 이 중에서 DIPE, 프로필렌, 초산이소프로필은 연속 건조 공정 및 진공 건조 공정에서 이소프로필알콜이 산화, 탈수 축합 등을 한 것에 의해 생성된 화합물이라고 생각된다. 또한 에탄올, 아세톤 등은 콘덴서의 제조 공정 분위기 중에서 흡착된 성분이라고 생각된다. 또한, 아세트알데히드는, 주로 에탄올의 산화에 의해서 생성되었다고 생각된다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 연속 건조 및 진공 건조를 행함에 따라 각 유기 화합물량이 순차 감소하고 있는 것을 알 수 있다.
또한 표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 4의 콘덴서의 초기 저항치 및 저항 상승율은 비교예 4 보다도 적어져서, 연속 건조 공정에 의한 유기 화합물의 제거 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
더욱, 진공 건조 공정에서의 건조 시간을 24, 72, 96, 144 시간으로 한 것 이외는 비교예 4와 마찬가지로 하여 분극성 전극을 제조하고, 이 분극성 전극에 포함되는 유기 화합물과 수분의 총량을 분석했다. 도 8에는 연속 건조 공정을 행하지 않은 경우의, 진공 건조 공정후의 분극성 전극에 포함되는 유기 화합물 및 수분 총량의 진공 건조 시간 의존성을 나타낸다.
마찬가지로, 진공 건조 공정에서의 건조 시간을 24, 72, 96, 144 시간으로 한 것 이외는 실시예 4와 마찬가지로 하여 분극성 전극을 제조하고, 이 분극성 전극에 포함되는 유기 화합물과 수분의 총량을 분석했다. 도 9에는 연속 건조 공정을 행한 경우의, 진공 건조 공정후의 분극성 전극에 포함되는 유기 화합물 및 수분 총량의 진공 건조 시간 의존성을 나타낸다. 또한, 도 8 및 도 9에 있어서, 검은 환형의 점은 수분량을 나타내고, 검은 사각형태의 점은 유기 화합물량을 나타낸다.
도 9에 도시한 바와 같이, 연속 건조 공정을 행한 경우는 48 시간의 진공 건조로 유기 화합물의 양이 300(ppm) 이하가 되고, 한편, 도 8에 도시한 바와 같이 연속 건조 공정을 행하지 않는 경우는 72 시간의 진공 건조에 의해 유기 화합물의 양이 300(ppm) 이하로 되어 있다. 이와 같이, 연속 건조 공정을 행한 경우는 진공 건조 시간을 단축할 수 있는 것을 알 수 있다.
이상, 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극에 따르면, 분극성 전극 중에 포함되는 유기 화합물의 농도가 300(ppm) 이하이기 때문에, 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량이 적어져서 전해질 이온의 흡착에 의한 전기 이중층의 형성이 방해될 우려가 없어진다. 이에 따라, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어, 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 작아진다. 이에 따라, 내부 저항이 적고, 정전 용량이 큰 전기 이중층 콘덴서를 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 분극성 전극의 제조 방법에 따르면, 전극 성형 공정 후에 잔류하는 윤활용 유기 용매 등의 유기 화합물을 진공 건조 공정에 의해 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 제거하기 때문에 활성탄 분말의 세공 내에 잔류하는 유기 화합물량을 적게 할 수 있게 되어, 활성탄 분말에 대한 전해질 이온의 흡착에 의한 전기 이중층의 형성이 방해될 우려가 없어진다. 이에 따라, 활성탄 분말의 세공 내부에 전기 이중층이 충분히 형성되어 활성탄 분말과 전해액 사이의 확산 저항이 작은 분극성 전극을 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법에 따르면, 진공 건조 공정을 주액 공정 직전에 마련하기 때문에, 일련의 제조 공정의 분위기중에 포함되는 유기성 불순물이 분극성 전극에 재흡착될 우려가 없고, 내부 저항이 작은 전기 이중층 콘덴서를 얻을 수 있다.
Claims (6)
- 활성탄 분말에 결착재가 혼합되어 이루어지는 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극으로서, 이 분극성 전극 중에 포함되는 유기 화합물의 농도가 분극성 전극의 중량에 대하여 300(ppm) 이하인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극.
- 제1항에 있어서, 상기 유기 화합물의 농도가 상기 분극성 전극의 중량에 대하여 150(ppm) 이상 3OO(ppm) 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극.
- 활성탄 분말과 결착재와 윤활용 유기 용매를 반죽하여 시트형으로 성형하는 전극 성형 공정을 포함하여 구성되는 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극의 제조 방법으로서,상기 전극 성형 공정 후에 상기 전극 중에 잔류하는 유기 화합물을 진공 건조에 의해 분극성 전극의 중량에 대하여 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 제거하는 진공 건조 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극의 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 유기 화합물에는 상기 전극 성형 공정 후에 잔류하는 상기 윤활용 유기 용매와, 상기 진공 건조 공정에서 상기 윤활용 유기 용매가 가열되어 생긴 열 변성물이 적어도 포함되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 콘덴서용 분극성 전극의 제조 방법.
- 활성탄 분말에 결착재가 혼합되어 이루어지는 한 쌍의 분극성 전극과, 이 한 쌍의 분극성 전극 사이에 배치된 세퍼레이터와, 전해액으로 이루어지는 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법으로서,활성탄 분말과 결착재와 윤활용 유기 용매를 반죽하여 시트형으로 성형하는 전극 성형 공정과, 성형후의 전극과 세퍼레이터를 거듭 권회(捲回)하여 권회체를 얻는 권회 공정과, 상기 권회체를 콘덴서 용기에 삽입한 후에 상기 권회체 내에 잔류하는 유기 화합물을 진공 건조에 의해 분극성 전극의 중량에 대하여 300(ppm) 이하의 농도가 될 때까지 제거하는 진공 건조 공정과, 상기 콘덴서 용기에 전해액을 주액하는 주액 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 유기 화합물에는 상기 전극 성형 공정 후에 잔류하는 상기 윤활용 유기 용매와, 상기 진공 건조 공정에서 상기 윤활용 유기 용매가 가열되어 생긴 열 변성물이 적어도 포함되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 콘덴서의 제조 방법.
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