(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、粉末状電極材料、バインダー、および溶媒を混練してなる電極機能材を金属箔表面に塗布し、乾燥した後、レーザー照射を行うことを特徴とする電極体の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記電極機能材には、前記粉末状電極材料として、活性炭およびカーボンが混練されていることを特徴とする電極体の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、前記電極機能材には、前記粉末状電極材料として、リチウム系化合物および導電性粉体が混練されていることを特徴とする電極体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層キャパシタやリチウムイオン２次電池に用いられる電極体の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、電気二重層キャパシタやリチウムイオン２次電池に用いられる電極体に対する表面改質技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層キャパシタは一般に、活性炭などの炭素電極と電解液との界面に形成される電気二重層を利用したキャパシタであり、ファラッドオーダーの大きな静電容量を有している。このため、集積回路のメモリバックアップ用、電気自動車、ハイブリッド車の回生エネルギー装置用として注目を浴びている。
【０００３】
また、リチウムイオン２次電池は、携帯電話やモバイルパソコン用電池として広く普及し、電気自動車、ハイブリッド車などへの適応についても検討されている。
【０００４】
電気二重層キャパシタ、リチウムイオン２次電池共に、電極体としてはアルミ箔や銅箔に、集電活物質粉末を導電性粉体およびバインダーとともに混練したものを塗布、乾燥、プレスして製造されている。
【０００５】
すなわち、電気二重層キャパシタは、正極および負極共、活性炭粉末にアセチレンブラックなどの導電性粉体、およびポリビニリデンフルオライト（以下ＰＶＤＦと記す）などのバインダー、および溶媒を混練してアルミニウム箔に塗布、乾燥、プレスして構成されている。
【０００６】
また、リチウムイオン２次電池の正極は、コバルト酸リチウムなどの正極活物質、アセチレンブラックなどの導電性粉体、ＰＶＤＦなどのバインダー、および溶媒を混練してアルミニウム箔などの金属箔に塗布、乾燥、プレスして構成されている。
【０００７】
一方、リチウムイオン２次電池の負極は、カーボンブラックまたはコークス、黒鉛などの負極活物質に、ＰＶＤＦなどのバインダー、および溶媒を混練してアルミニウム箔などの金属箔に塗布、乾燥、プレスして構成されている。
【０００８】
このように、両者共、電極の構成及び作製方法は非常に似通ったものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような電子部品に用いられる電極体を製造するにあたって、ＰＶＤＦなどのバインダーを用いると、電気二重層キャパシターでは、活性炭表面にバインダーが層状に付着し、活性炭表面の微細な孔を塞いで静電容量の低下を招いたり、電解液から活性炭の表面までに至る経路において抵抗体として作用して、内部抵抗を増大させてしまうという問題点がある。
【００１０】
また、リチウムイオン２次電池においては、コバルト酸リチウムやカーボンブラックなどの表面にＰＶＤＦなどのバインダーが表面に層状に付着して電池抵抗（等価直列抵抗）を増大させ、出力特性の大幅低下を招くという問題点がある。
【００１１】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、電気二重層キャパシタの陽極や陰極電極に用いられている活性炭、あるいはリチウム２次電池の電極に用いられている陽極活物質や陰極活物質が有効に機能しない原因となっているバインダーを効率よく除去することにより、電気二重層キャパシタやリチウムイオン電池の低損失化や高電気量化を図ることのできる電極体の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者は各種検討を行い、鋭意工夫を繰り返し実験を行った結果、電気二重層キャパシタおよびリチウムイオン電池の電極体を製造するにあたって、それぞれの電極の陽極、陰極に活物質を塗布、乾燥した後、レーザー照射を行い、各粒子のバインダー機能を保持しながらも、活物質表面に層状に付着したバインダーを除去することにより、前述の課題を解決し得ることを見い出した。
【００１３】
すなわち、本発明の電極体の製造方法では、少なくとも、粉末状電極材料、バインダー、および溶媒を混練してなる電極機能材を金属箔表面に塗布し、乾燥した後、レーザー照射を行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明において、電気二重層キャパシタの電極を製造する場合、前記電極機能材には、前記粉末状電極材料として、活性炭およびカーボンが混練される。この場合には、活性炭、カーボン、バインダー、および溶媒を混練してなる電極機能材を金属箔表面に塗布し、乾燥した後、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー、半導体レーザーなどのレーザーを照射して表面改質を行う。
【００１５】
本発明において、リチウムイオン２次電池の正極を製造する場合、前記電極機能材には、前記粉末状電極材料として、リチウム系化合物および導電性粉体が混練される。この場合には、アセチレンカーボンなどの導電性粉体、リチウム系化合物、バインダー、および溶媒を混練してしてなる電極機能材を金属箔表面に塗布し、乾燥した後、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー、半導体レーザーなどのレーザーを照射して表面改質を行う。
【００１６】
金属箔表面に塗布、乾燥された電極機能材中の活物質は、バインダーによりそれぞれの粒子が結合され、アルミニウム箔や銅箔などの電極基板材から剥がれ落ちないように保持されている。この状態で、各粒子の表面は、バインダーが薄くコーティングされた状態にあり、それが抵抗体となり電極抵抗の増大に繋がったり、活物質の機能を低下させ電気量の低減にも繋がっている。しかるに本発明では、レーザーを照射することにより、各粒子上にコーティングされたバインダーを除去する。すなわち、本発明では、電気二重層キャパシタの陽極や陰極電極に用いられている活性炭、あるいはリチウム２次電池の電極に用いられている陽極活物質や陰極活物質が有効に機能していない原因となっているバインダーをレーザー照射により除去する。従って、電気二重層キャパシタやリチウムイオン電池の低損失化や高電気量化を図ることができる。また、レーザ照射を所定の条件に設定すれば、粒子同士を結合するというバインダー本来の機能を損なうことがない。ここで、レーザー照射の条件は、使用されるバインダー、活性炭、コバルト酸リチウムなどの活物質の種類、活物質の塗布厚み、塗布条件などにより適切な条件は異なる。それぞれの適切なレーザー照射条件はレーザー出力、照射時間によりコントロールすることができる。
【００１７】
また、活物質塗布後にプレス処理を行って、塗布密度を上げた場合でも、本発明の作用、効果が失われることはない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的実施の形態について、電気二重層キャパシタ用の電極体の製造方法を説明する。
【００１９】
まず、純度９９％、２０μｍ厚みのアルミニウム箔を６％塩酸溶液にて６０Ｈｚ交流電解により電解エッチング処理を施し、充分洗浄し、乾燥させたものを電極ベース箔（金属箔）とした。一方、粉末状電極材料として活性炭（武田薬品製ＫＰ２１１）を７０重量％、粉末状電極材料としてアセチレンブラック１０重量％、バインダーとしてＰＶＤＦ２０重量％、溶媒としてのトルエンをミキサーを用いて充分に混練し、電極機能材を調製した。
【００２０】
次に、混練した電極機能材を電極ベース箔の表面にロールコーターなどを用いて１５０μｍ厚みに塗布した後、乾燥させ、しかる後に、ロールプレス装置にてプレスし１００μｍ厚みに圧縮させた。
【００２１】
次に、本形態では、このようにして得た電極体に対して、以下の条件でレーザー照射を行った。
【００２２】
実施例１：炭酸ガスレーザーを用い、６Ｗ出力にて１０ｍｍ／秒にてスキャンしながら全面照射を行った。
【００２３】
実施例２：半導体レーザーを用い、４Ｗ出力にて１０ｍｍ／秒にてスキャンしながら全面照射を行った。
【００２４】
このようにして製造した電極体を用いて、定格２．５Ｖ１０Ｆの巻回型の電気二重層キャパシタを作製し、特性評価を行った。なお、比較としては、レーザー処理を行わなかったものを用いて従来例とした。
【００２５】
測定はキャパシタとして１．０Ａの電流をかけたときの静電容量値、等価直列抵抗値（ＥＳＲ）を採用した。その結果、
0003679718.tif 000002
という結果が得られた。この結果から明らかなように、本発明によれば、電極面へのレーザー照射により、電気二重層キャパシタの静電容量の増大、等価直列抵抗の大幅な減少を図ることができる。
【００２６】
（その他の実施例）
また、コバルト酸リチウムなどの正極活物質（粉末状電極材料）、アセチレンブラックなどの導電性粉体（粉末状電極材料）、ＰＶＤＦなどのバインダー、および溶媒を混練してアルミニウム箔などの金属箔に塗布、乾燥、プレスして得た電極体に対してレーザーを照射したものを正極とし、カーボンブラックまたはコークス、黒鉛などの負極活物質に、ＰＶＤＦなどのバインダー、および溶媒を混練してアルミニウム箔などの金属箔に塗布、乾燥、プレスして得た電極体を負極としてリチウムイオン２次電池を製造したところ、大容量化、低損失化を図ることができた。
【００２７】
また、コバルト酸リチウムなどの正極活物質（粉末状電極材料）、アセチレンブラックなどの導電性粉体（粉末状電極材料）、ＰＶＤＦなどのバインダー、および溶媒を混練してアルミニウム箔などの金属箔に塗布、乾燥、プレスして得た電極体に対してレーザーを照射したものを正極とし、カーボンブラックまたはコークス、黒鉛などの負極活物質（粉末状電極材料）に、ＰＶＤＦなどのバインダー、および溶媒を混練してアルミニウム箔などの金属箔に塗布、乾燥、プレスして得た電極体にレーザーを照射したものを負極としてリチウムイオン２次電池を製造したところ、やはり、大容量化、低損失化を図ることができた。
【００２８】
なお、上記形態では、炭酸ガスレーザーおよび半導体レーザーを用いた例を説明したが、ＹＡＧレーザーやエキシマレーザーを用いてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電極面へのレーザー照射により、電気二重層キャパシタの静電容量の増大、等価直列抵抗の大幅な減少を図ることができる。また、リチウムイオン電池では、電気量の増大、内部抵抗の低減を図ることができる。これは、電気二重層キャパシタおよびリチウムイオン２次電池の小型大容量化、低損失に伴う出力特性の大幅改善を実現させることができ、本発明の工業的かつ実用的価値大なるものである。