(57)【要約】【課題】活物質の充填密度が高く、エネルギー密度を向上させることができる電極の製造方法及び電気化学デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも活物質と、導電助剤と、前記活物質及び前記導電助剤を結着するための結着剤を含んでなる塗料を用いた電極の製造方法であって、前記塗料における前記活物質の充填量がＸ（９０ｗｔ．％≦Ｘ≦９７．５ｗｔ．％）である場合に、前記塗料の粘度を５８．４Ｘ−５１９０ｐｏｉｓｅ以上に調製し、該調製後の塗料を用いて前記電極を形成する工程を含んでなる電極の製造方法とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも活物質と、導電助剤と、前記活物質及び前記導電助剤を結着するための結着剤を含んでなる塗料を用いた電極の製造方法であって、前記塗料における前記活物質の充填量がＸ（９０ｗｔ．％≦Ｘ≦９７．５ｗｔ．％）である場合に、前記塗料の粘度を５８．４Ｘ−５１９０ｐｏｉｓｅ以上に調製し、該調製後の塗料を用いて前記電極を形成する工程を含んでなることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記活物質は、ＢＥＴ法による比表面積が８００〜２５００ｍ２／ｇの炭素材料からなることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電極の製造方法を含んでなることを特徴する電気化学デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池やキャパシタ等に代表される電気化学デバイスに利用可能な電極の製造方法及びこれを用いた電気化学デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電池やキャパシタ等に代表される電気化学デバイスにおいては、携帯電話などの応用機器の高出力化に伴って高エネルギー密度のものが求められている。
【０００３】
このような電気化学デバイスに用いられる電極は、活物質と、導電助剤と、これら活物質及び導電助剤を結着するための結着剤（バインダー）を含んで構成されるのが一般的であるが、エネルギー密度の向上を目的として、活物質の充填密度を高めるようにした電極が多く提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６８２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような従来の電極において活物質の充填密度を高めるには導電助剤や結着剤の含有量を低減することが必要となるが、それらを単に低減したのでは、導電助剤や結着剤が活物質と分離し、導電助剤や結着剤の分布にばらつきが生ずる結果、電極の強度が低下したり、導電性が低下してしまうといった問題点があった。
【０００６】
一方、導電助剤や結着剤の含有量を増大させた場合には、これに伴う活物質量の減少によってエネルギー密度が低下してしまうといった問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、活物質の充填密度が高く、エネルギー密度を向上させることができる電極の製造方法及び電気化学デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発明者は、鋭意研究の結果、電極を粘度の高い塗料で形成することによって、電極における結着剤の分布が均一化され、電極強度が向上することを見出した。その結果、電極における活物質の充填密度が高めることができ、エネルギー密度を向上させることができる。
【０００９】
即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。
【００１０】
（１）少なくとも活物質と、導電助剤と、前記活物質及び前記導電助剤を結着するための結着剤を含んでなる塗料を用いた電極の製造方法であって、前記塗料における前記活物質の充填量がＸ（９０ｗｔ．％≦Ｘ≦９７．５ｗｔ．％）である場合に、前記塗料の粘度を５８．４Ｘ−５１９０ｐｏｉｓｅ以上に調製し、該調製後の塗料を用いて前記電極を形成する工程を含んでなることを特徴とする電極の製造方法。
【００１１】
（２）前記活物質は、ＢＥＴ法による比表面積が８００〜２５００ｍ２／ｇの炭素材料からなることを特徴とする前記（１）記載の電極の製造方法。
【００１２】
（３）前記（１）又は（２）に記載の電極の製造方法を含んでなることを特徴する電気化学デバイスの製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電極の製造方法及び電気化学デバイスの製造方法によれば、活物質の充填密度が高く、エネルギー密度を向上させることができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る電極の製造方法は、少なくとも活物質と、導電助剤と、前記活物質及び前記導電助剤を結着するための結着剤を含んでなる塗料を用いた電極の製造方法であって、前記塗料における前記活物質の充填量がＸ（９０ｗｔ．％≦Ｘ≦９７．５ｗｔ．％）である場合に、前記塗料の粘度を５８．４Ｘ−５１９０ｐｏｉｓｅ以上に調製し、該調製後の塗料を用いて前記電極を形成する工程を含んでなるものである。
【００１５】
本発明に係る電極の製造方法によれば、電極を粘度の高い塗料で形成することによって、電極における結着剤の分布が均一化され、電極強度を向上させることができる。そのため、活物質の充填密度が高く、高エネルギー密度の電極を提供することができる。
【００１６】
なお、本発明に係る「活物質」には、例えば、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、天然あるいは人造の黒鉛、樹脂焼成炭素材料、カーボンブラック、炭素繊維、ポリアセン等の炭素材料や水酸化ニッケル、コバルト酸リチウム等の金属水酸化物を用いることができるが、ＢＥＴ法による比表面積が８００〜２５００ｍ２／ｇの炭素材料が好適である（理由は後述する）。又、本発明に係る「導電助剤」には、例えば、黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、ニッケル、アルミニウム、銅、銀等の金属を用いることができる。更に、本発明に係る「結着剤」には、例えば、フッ素樹脂、フッ素ゴム等を用いることができる。
【００１７】
なお、このような電極の製造方法を電池やキャパシタ等に代表される電気化学デバイスの製造方法に適用すれば、エネルギー密度の高い電気化学デバイスを提供することができる。例えば、電気二重層キャパシタでは、セパレータを挟んで一対の分極性電極が対向し、分極性電極及びセパレータの周辺部には絶縁性ガスケットが配置されるが、本発明に係る電極の製造方法を、このような電気二重層キャパシタの分極性電極の製造方法に適用することができる。
【００１８】
以下、図面を用いて、本発明の実施例１に係る電極について説明する。
【実施例１】
【００１９】
本実施例１では、活性炭からなる活物質と、アセチレンブラックからなる導電助剤と、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）からなる結着剤とを混合して塗料（電極塗布液）を生成し、その粘度を調製した。そして、この調製後の塗料をＡｌ箔からなる集電体上に塗布した後、乾燥させ、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．４の電極を作製した。なお、集電体はＡｌ箔に限定されるものではなく、例えば、Ａｌ箔以外の金属箔や、金属メッシュ、パンチングメタルを適用することもできる。
【００２０】
まず最初に、サンプルＮｏ．１として、活性炭（活性炭量Ｘ＝９０ｗｔ．％）を含み、且つ、粘度８０ｐｏｉｓｅの塗料を用いて電極を作製した。なお、導電助剤と結着剤の重量比は１：３とした（サンプルＮｏ．２〜４についても同様）。即ち、サンプルＮｏ．１における導電助剤は２．５ｗｔ．％（＝１０ｗｔ．％×１／４）、結着剤は７．５ｗｔ．％（＝１０ｗｔ．％×３／４）である。
【００２１】
次に、サンプルＮｏ．２として活性炭量Ｘ＝９２．５ｗｔ．％、塗料粘度Ｙ＝１８０ｐｏｉｓｅの電極を、サンプルＮｏ．３として活性炭量Ｘ＝９５ｗｔ．％、塗料粘度Ｙ＝３８０ｐｏｉｓｅの電極を、サンプルＮｏ．４として活性炭量Ｘ＝９７．５ｗｔ．％、塗料粘度Ｙ＝５００ｐｏｉｓｅの電極をそれぞれ作製した。
【００２２】
これらサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．４における活性炭量と塗料粘度の値を表１に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
図１は、表１のデータに基づいて作成した、活性炭量Ｘと塗料粘度Ｙとの関係を示したグラフである。図１中の斜線で示される範囲、即ち、活性炭量（活物質の充填量）Ｘと塗料粘度ＹがＹ≧５８．４Ｘ−５１９０の関係にある場合には、活物質の充填量Ｘが９０ｗｔ．％以上９７．５ｗｔ．％以下の電極を作製することができ、従来の電極に比べ活物質の充填密度が高い、高エネルギー密度の電極が得られた。
【００２５】
更に、本発明の発明者は、活物質の比表面積と静電容量との関係、及び、活物質の比表面積と電極の体積容量密度との関係を調べた。
【００２６】
この結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
図２は、表２のデータに基づいて作成した、活物質の比表面積と静電容量との関係、及び、活物質の比表面積と電極の体積容量密度との関係をそれぞれ示したグラフである。なお、活物質の比表面積の値はＢＥＴ法に基づくものである。
【００２９】
図２に示されるように、静電容量及び体積容量密度は、活物質の比表面積が約１０００ｍ２／ｇ未満になると徐々に低下し始め、データを採取した比表面積８００ｍ２／ｇで最小値となる。このことから、比表面積が８００ｍ２／ｇ未満になると静電容量及び体積容量密度が更に低下し、高エネルギー密度の電極の作成が困難になることが予想される。そのたため、活物質の比表面積は８００ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。
【００３０】
一方、静電容量及び体積容量密度は、活物質の比表面積が約１０００ｍ２／ｇ以上になるとほぼ横ばい状態となり、データを採取した比表面積２５００ｍ２／ｇで最大値となる。このことから、比表面積を２５００ｍ２／ｇより大きくしても静電容量及び体積容量密度の増加率は変わらないことが予想される。これは、比表面積が大きくなると活物質表面に形成される細孔が小さくなり、電気容量に関与する電解液中のイオン（溶媒和イオン）が細孔に付着できず比表面積の増大が電気容量の増大につながらなくなるためであると考えられる。又、活物質の比表面積が２５００ｍ２／ｇよりも大きくなると、活物質のパッキングが悪くなり、電気化学デバイスを作成した場合にエネルギー密度を高めることが困難となる。このような理由から、活物質の比表面積は２５００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。
【００３１】
即ち、活物質の比表面積を８００〜２５００ｍ２／ｇの範囲にすれば、電極材料自身の容量（静電容量）と電極化時の容量（体積容量密度）を共に良好な値にすることができ、より高エネルギー密度の電極を得ることができる。なお、図２からも明らかな通り、活物質の比表面積は１０００〜２０００ｍ２／ｇの範囲にあることがより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る電極の製造方法は、電池やキャパシタ等に代表される電気化学デバイスの製造に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１に係る電極における活性炭量Ｘと塗料粘度Ｙとの関係を示したグラフ
【図２】活物質の比表面積と静電容量との関係、及び、活物質の比表面積と電極の体積容量密度との関係をそれぞれ示したグラフ
【図１】
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【図２】
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