(57)【要約】【課題】電気二重層コンデンサの長期的な耐久性、信頼性を向上させる。【解決手段】電気二重層コンデンサ用電極シートの製造方法で、乾燥工程において、ロール状に巻回された電極シートを繰り出しながら乾燥室を通して乾燥させ、再度巻回しロール状にする連続乾燥と、この連続乾燥を経たロール状の電極シートを真空室に収容して乾燥させる真空乾燥とを行い、電極シートの残水分量、及び残ＩＰＡ量を極めて低い値にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質粉末、導電性助剤及びバインダを含む原料を混合、混練し成形材料を作成する工程と、
この成形材料を成形、圧延して長尺なシート状電極を形成する工程と、
このシート状電極と集電箔とを貼り合わせて電極シートを作成する工程と、
前記電極シートを乾燥する乾燥工程とを実行して、電気二重層コンデンサ用電極シートを製造する方法であって、
前記乾燥工程は、電極シートを繰り出しながら乾燥室に通して乾燥させる連続乾燥と、
この連続乾燥を経て、ロール状に巻回された電極シートを真空室に収容して乾燥させる真空乾燥とを含むことを特徴とする電気二重層コンデンサ用電極シートの製造方法。
【請求項２】
前記連続乾燥は、乾燥室においてヘパフィルタを通した加熱風を電極シートに吹き当てて行うことを特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデンサ用電極シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層コンデンサ用電極シートの製造方法に係り、特に電極シートを乾燥させる乾燥工程を改良したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサ（キャパシタ）は、ファラッド級の大容量を有し、且つ充放電サイクル特性にも優れることから、電気機器のバックアップ電源や自動車を初めとする各種輸送機のバッテリとして用いられる他、エネルギー有効利用の観点から、今後は夜間電力の貯蔵といった用途での使用も検討されている。
【０００３】
電気二重層コンデンサの構造と充放電の仕組みを端的に説明すると、まず、その構造は、２枚のシート状活性炭（シート状電極）で集電箔を挟んだシート（以下、電極シートと称する。）とイオンが浸過可能な絶縁セパレータ（以下、セパレータと称する。）とからなる電気二重層コンデンサ用分極性電極を、イオン性溶液中に浸したものであり、充放電の仕組みとしては、前記した電気二重層コンデンサ用分極性電極に電気分解の起こらない程度の電圧をかけ、界面にプラス、マイナスの電気を相対させて充放電をするようになっている。
【０００４】
よって、上記したような電気二重層コンデンサの性質上、電極シートに水分が残留すると電圧をかけた際に、その水分が電気分解を起し電気二重層コンデンサの性能低下を招く恐れがあるため、製造過程において、電極シートの水分を実用上問題のない程度まで除去する乾燥工程が必要となる。
【０００５】
このような、水分除去を目的とした乾燥工程を含む電気二重層コンデンサの製造方法として、例えば電極シートとセパレータとからなる電気二重層コンデンサ用分極性電極を、電気二重層コンデンサ用容器としての有底円筒形容器に収容した後、注液口を有する蓋体により容器を封口し、次いで該容器ごと露点−２０℃以下の雰囲気にて乾燥させ、前記注液口から非水系電解液を注入し、この注液口を封口するといったものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、例えば炭素系粉、導電性助剤、及びバインダからなるシート状電極の原料を混合、混練し、この混練物に対し水分除去の乾燥工程を行うといったものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−４９０５２号公報（第３−４頁）
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−３０７９６４号公報（第４−５頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した通り、電気二重層コンデンサ用分極性電極に電圧をかけた際に、電極シートに水分が混入している場合、この水分が電気分解を起してしまうため電気二重層コンデンサの静電容量の低下、抵抗の上昇、耐久性の劣化等の問題が発生してしまう。
【０００９】
しかし、電極シートを構成する活性炭（炭素質粉末）は多孔質であるため、水分の吸着性が極めて高い上、それぞれの原料を混合する際等には、混合を容易にするためアルコール系の有機溶剤を添加するので、原料に必然的に水分が存在するという、相反する問題がある。
【００１０】
よって、電気二重層コンデンサの長期的な耐久性、信頼性を確保するためには、その製造工程において電極シートにおける水分や有機溶剤の残量を極めて低いレベルにする乾燥工程が不可欠である。
しかしながら、上記した特許文献１では、電極シートとセパレータとからなる電気二重層コンデンサ用分極性電極を円筒状に巻いた状態、且つ容器内で乾燥させるため、電気二重層コンデンサ用分極性電極の中心部分まで良好に乾燥させることが難しい。
【００１１】
また、上記の特許文献２では、電極シートではなく、シート状電極の原材料を混合・混練した段階で乾燥を行うため、その後、混練物を圧延してシート状電極を製造し、更にこのシート状電極を箔に張り合わせて電極シートとして完成するまでにシート状電極が再度吸湿してしまうという問題がある。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極シートにおける水分等の残量を極めて低い値にすることができ、実使用時において水の電気分解が起きず、長期に亘り耐久性、信頼性を維持できる電気二重層コンデンサ用電極シートの製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電気二重層コンデンサ用電極シートの製造方法は、炭素質粉末、導電性助剤及びバインダを含む原料を混合、混練し成形材料を作成する工程と、この成形材料を成形、圧延して長尺なシート状電極を形成する工程と、このシート状電極と集電箔とを貼り合わせて電極シートを作成する工程と、前記電極シートを乾燥する乾燥工程とを実行するもので、特に乾燥工程は、電極シートを繰り出しながら連続乾燥機の乾燥室を通して乾燥させる連続乾燥と、この連続乾燥を経た、ロール状の電極シートを真空乾燥機の真空室に収容して乾燥させる真空乾燥とを含むことを特徴とする（請求項１）。
【００１４】
この構成によれば、乾燥工程を電極シートを形成した後に行う、つまり電極シート自体が完成された状態で乾燥させるため、また、この乾燥工程は電極シートを広げた状態で行う連続乾燥と真空乾燥の双方を行うため、電極シートにおける水分や有機溶剤の残量を極めて低い値とすることができる。
【００１５】
ところで、シート状電極の乾燥は通常、シート状電極にノズルからの加熱風を吹き当てて行うが、その加熱風に配管中（例えばヒータとノズルを結ぶ配管）の金属微紛やヒータにおける発熱線の劣化粉等が混入することがあり、この場合には、それらが電極シート表面に付着し不純物となることによって、電気二重層コンデンサの耐久性低下の一因となる。
【００１６】
そこで、電気二重層コンデンサの長期的な耐久性、信頼性を確保するためには、電極シートの乾燥工程において加熱風を用いる場合、その加熱風に混入する不純物量を厳密にコントロールすることも非常に重要となる。
このことに関して本発明では、前記連続乾燥において、ヘパフィルタを通した加熱風を吹き当てて行うので（請求項２）、加熱風にヒータの劣化粉等の不純物が含まれていたとしたとしても、０．３μｍ以上の粒子を９９．９７％以上捕集できる能力を有するヘパフィルタによって、それらの不純物が除去できるため不純物が電極シートに付着することがない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１には、電気二重層コンデンサ用電極シート（以下、電極シートと称する。）を製造する際の製造工程が示されている。電極シートを構成するシート状電極を製造する原料は、炭素質粉末として活性炭、導電性助剤としてカーボンブラック、バインダとしてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の粉末、バインダ用助剤として液体状のＩＰＡ（イソプロピルアルコール）である。
【００１８】
まず、各原料の計量を行う。次に、活性炭とカーボンブラックをミキサの容器内に投入し、回転する撹拌羽根によりこれらの混合を行う。これにより、活性炭とカーボンブラックとが極力均一に混合される。
そして、ＰＴＦＥとＩＰＡとを上記ミキサの容器内に投入し、これらと上記活性炭とカーボンブラックの混合物とを混合する。これにより、活性炭とカーボンブラックとＰＴＦＥとが混合されると共に、ＰＴＦＥが繊維化して活性炭とカーボンブラックとが絡められる。
【００１９】
次に、この混合された混合物を混練機（ニーダ）の容器内に収容し、蓋を被せて、この蓋により混合物を加圧しながらブレードを回転させることにより混練を行う。この混練により、混合物は粘土状に混練されると共に、ＰＴＦＥが一層繊維化して活性炭とカーボンブラックとが結着されるようになる。このとき、混練機の容器、蓋及びブレードは、例えば９０℃となるように温度制御する。
次に、上記混練機で混練された混練物をキザミ機９の容器内に収容し細かい粒にした後に、カレンダ成形機に投入し、この混合物を２本のローラによりシート状に成形する。成形されたシート状成形体は、巻取りローラにより巻き取る。このとき、シート状成形体の厚さは、例えば２００μｍとする。
【００２０】
次に、ロール圧延工程において、上記シート状成形体を、２本のローラ間を通して圧延する。このロール圧延工程を複数回行うことにより、所定の厚さ、例えば１６０μｍのシート状電極が形成される。ちなみに、このロール圧延の最終工程において、シート状電極の幅方向の両端部をカッタにより切断する。以上に記載したものがシート状電極を形成する工程となる。
次に、ラミネート工程において、圧延された上記シート状電極を、集電箔としてのアルミ箔貼り合わせ電極シートを形成する。これが電極シートを作成する工程である。そして、このロール状の電極シートに連続乾燥、真空乾燥から成る乾燥工程を実施する。
【００２１】
ここで、前記した乾燥工程における連続乾燥と真空乾燥の詳細を図２ないし図４を用いて説明する。
まず、連続乾燥は、図２に示すように電極シート１の連続乾燥装置２において、ロール状に巻き取られた電極シート１を一方のローラから繰り出しながら乾燥室３に通して乾燥させ、この乾燥された電極シート１を別のローラにて巻回し、再度ロール状にする。
【００２２】
この場合、電極シート１を繰り出すローラは、電極シート１のロール径（巻き取られた厚み）に応じたブレーキ力を加えるテンションコントロールを行い、また、乾燥された電極シート１を再度巻回するローラの一段階前のローラ４では、電極シート１の張力が幅方向各部において一定となるように、電極シート１を幅方向に変位させるエッジコントロールを行うものとなっている。
【００２３】
上記した乾燥室３内には、連続乾燥される電極シート１に上下から加熱風を吹き当てるノズル５が複数設けられている。ノズル５の数は、電極シート１を乾燥させるに足るものならば、幾つであっても構わない。加熱風は図３に示すようにヒータ６ａとファン６ｂを有する第一の加熱風供給手段６で生成され、そして、ヘパフィルタ７（Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｅｎｃｙ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ａｉｒｆｉｌｔｅｒ）を通りヒータ８ａとファン８ｂを有する第二の加熱風供給手段８を経てノズル５へ送られる。
【００２４】
ヘパフィルタ７は、樹脂繊維の不織布をひだ形状にして集塵面積を向上させ、０．３μｍ以上の粒子を９９．９７％捕集する能力を有するもので、ヘパフィルタ７を通過した加熱風は配管中の金属粉やヒータの劣化粉等が除去される。しかし、ヘパフィルタ７は、その高い捕集能力故に密度が非常に高いため、その抵抗により加熱風の勢いが低下する。また、ヘパフィルタ７は、その密度故に熱容量も高く、ヘパフィルタ７を通過した加熱風は、その温度も下降してしまう。よって、本実施例ではヘパフィルタ７を通った加熱風を再度、第二の加熱風供給手段８を用いて温度と圧力を増大させた上で、ノズル５から電極シート１へ吹き当てる構成となっている。
【００２５】
なお、ヘパフィルタ７を通過した加熱風は上記した通り、その空気の不純物は極めて少ないため、本実施例において第二の加熱風供給手段８とノズル５とを結ぶ配管は、耐食性のステンレス製とし、また、例えばヒータ８ｂとしてのニクロム線を同耐食性のステンレス製パイプで覆って、それぞれ発塵を防止している。
【００２６】
このため、第二の加熱風供給手段８からの加熱風も極めて不純物が少ないものとなっているが、加熱風を生成する構成は乾燥工程の環境によって、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００２７】
このように、電極シート１を広げて行う連続乾燥により、電極シート１に含まれていた水分及びＩＰＡの残分が効果的に除去される。
電極シート１に吹き当てられる時の加熱風の温度は、例えば約１２０℃とする。この温度より高くなった場合は、接着剤等の劣化という問題が生じるからである。
なお、乾燥室３内では、電極シート１を蛇行させて、何度か折り返しながら乾燥を行ったり、また、加熱風を吹き当てると同時に乾燥室３内に遠赤外線装置等を設置する等して、さらに乾燥能力を高めても何ら問題ない。
【００２８】
また、電極シート１への発塵を防止するために、前記した第二の加熱風供給手段８のヒータだけでなく、第一の加熱風供給手段６においても、ステンレス等で被覆したヒータ、或いは配管を使用してもよい。
真空乾燥においては、連続乾燥後にロール状に巻き取られた電極シート１を、ロール状態のまま、真空乾燥装置９の真空室１０に収容して乾燥させる。
【００２９】
真空室１０は、図示しない真空ポンプに接続されたバキュームパイプ１１、及びパージパイプ１２により真空度の調整、或いは真空室内の風流の調節を行い、真空度は真空計１３を用いて測定することができる。観察窓１４が取り付けられた扉１５は、真空室１０を密閉し取手１５ａによって開閉される。
また、真空室１０の周壁にはヒータ１６が設けられ、このヒータ１６によって真空室１０内の温度は制御される。そして、真空室１０の内壁面には芯支え１７が設けられており、この芯支え１７にて、ロール状の電極シート１のボビン（巻き芯）１８に通した芯１９を支えることができる。
【００３０】
真空室１０内に、芯１９と芯支え１７によって支えられたロール状の電極シート１は、上述したように加熱されながら、真空下におかれるため、連続乾燥で除去し切れなかった水分、及びＩＰＡが除去される。
以上のように、電極シート１の乾燥を、その形成途中でなく完成後に行うため、電極シート１（シート状電極）に含まれる水分、及びＩＰＡを極力除去することが可能となり、ひいては質の高い電気二重層コンデンサの製造が可能となる。
【００３１】
ここで、前記真空乾燥が終了した電極シート１は、その残水分量、残ＩＰＡ分量、全体の外観等の検査がなされるが、残水分量としては、例えば２０００ｐｐｍ以下、残ＩＰＡ量としては９００ｐｐｍ以下とする。
【００３２】
なお、連続乾燥後の電極シート１を巻回してロール状にする工程を、乾燥室３に連続するドライブース（−２０℃以下のドライエリア内よりも低い露点。）を設け、このドライブース内で行うことにより、電極シート１の巻回時に水分等の再吸着を防止するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、電気二重層コンデンサ用電極シートの製造方法を示す図
【図２】乾燥室を示す側面図
【図３】乾燥室内の加熱風の供給流れを示すブロック図
【図４】真空室を示す斜視図
【符号の説明】
図中、１は電極シート、２は連続乾燥装置、３は乾燥室、４はローラ、５はノズル、６は第一の加熱風供給手段、６ａはヒータ、６ｂはファン、７はヘパフィルタ、８は第二の加熱風供給手段、８ａはヒータ、８ｂはファン、９は真空乾燥装置、１０は真空室、１１はバキュームパイプ、１２はパージノズル、１３は真空計、１４は観察窓、１５は扉、１５ａは取手、１６はヒータ、１７は芯支え、１８はボビン（巻き芯）、１９は芯である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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