(57)【要約】【課題】原料を良好に混合できて、品質やシート強度が安定したシート状の分極性電極を製造する。【解決手段】原料を混合、混練した後、粒にきざみ、分級して成形材料を作成し、この成形材料をシート状に成形、圧延してシート状電極を製造する方法において、原料を混合する際、まず、活性炭とカーボンブラックとを一次混合し、この一次混合物に、予めＩＰＡを添加して膨潤させたＰＴＦＥを添加して二次混合する。このときＰＴＦＥは繊維化しやすくなり、良好な混合物が得られる。成形材料をシート状に成形する直前のカレンダ成形前処理において、成形材料に２回目のＩＰＡを添加して混合する。【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、混練する工程を経て成形材料を作成した後、この成形材料を成形、圧延してシート状の電気二重層コンデンサ用分極性電極を製造する方法であって、
前記原料の混合時に、予め前記バインダにバインダ用助剤を添加して当該バインダを膨潤させたものを、前記炭素質粉末及び前記導電性助剤に対して混合するようにしたことを特徴とする電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。
【請求項２】
炭素質粉末、導電性助剤及びバインダを含む原料を混合、混練する工程を経て成形材料を作成した後、この成形材料を成形、圧延してシート状の電気二重層コンデンサ用分極性電極を製造する方法であって、
前記原料の混合時に、予め前記バインダにバインダ用助剤を添加して当該バインダを膨潤させたものを、前記炭素質粉末及び前記導電性助剤に対して混合すると共に、前記成形材料をシート状に成形する直前に、前記成形材料にバインダ用助剤を添加して混合するようにしたことを特徴とする電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。
【請求項３】
前記原料の混合時において前記バインダに添加する際の前記バインダ用助剤の添加量は、前記バインダ重量の７０〜１３０％の範囲とすることを特徴とする請求項１または２記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。
【請求項４】
前記成形材料に添加する際の前記バインダ用助剤の添加量は、前記炭素質粉末と導電性助剤とバインダとの合計重量の５０〜１００％の範囲とすることを特徴とする請求項２記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。
【請求項５】
前記原料の混合時において前記バインダに添加する際の前記バインダ用助剤の添加量は、前記バインダ重量の７０〜１３０％の範囲とし、更に前記成形材料に添加する際の前記バインダ用助剤の添加量は、前記炭素質粉末と導電性助剤とバインダとの合計重量の５０〜１００％の範囲とすることを特徴とする請求項２記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。
【請求項６】
前記成形材料に前記バインダ用助剤を添加して混合する際に、それらを、密閉された容器により混合するようにしたことを特徴とする請求項２，４，５のいずれかに記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサ（キャパシタ）は、大容量を有し、充放電サイクル特性にも優れていることから、自動車をはじめ、各種のバックアップ電源として使用が検討されている。自動車などのバックアップ電源として使用する場合には静電容量の大きなものが必要となるため、このような電気二重層コンデンサに用いられる分極性電極としては、長尺なシート状のものが必要となる。そこで、この種のシート状の分極性電極の製造方法として種々の方法が提案されている。
【０００３】
例えば、次のような方法がある。活性炭に対して純水にイソプロピルアルコールを混合した水溶液を加え、ミキサを用いて混合し、この混合物にカーボンブラック及びフッ素樹脂を加え、ミキサを用いて混合することで混合物を得た。この混合物をニーダを用いて混練を行った。この混練物を乾燥させた後でミキサにより粒径２ｍｍ以下になるように粉砕し、この粉砕粒を調整された並行ロール間に供給する。得られたシート状成形体の平均厚みは約２００μｍ、密度は０．７０ｇ／ｃｍ３とするものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０７９６４号公報（段落番号［００３４］）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなシート状の分極性電極を製造する場合、原料の主体となる活性炭とカーボンブラックと、バインダとしてのフッ素樹脂と、このフッ素樹脂の溶剤（バインダ用助剤）とを一度に混合する、上記特許文献１の方法によると、混合が均一に行なわれ難く、混合不良が発生し易い。混合不良が発生すると、バインダの作用が不安定で、シート状とした際に、うねりや端部割れ、巣などが発生し易くなり、品質が安定せず、また、必要なシート強度が得られなくなりすいという問題がある。
【０００６】
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、原料を良好に混合できて、品質やシート強度が安定したシート状の分極性電極を製造することが可能な電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、炭素質粉末、導電性助剤及びバインダを含む原料を混合、混練する工程を経て成形材料を作成した後、この成形材料を成形、圧延してシート状の電気二重層コンデンサ用分極性電極を製造する方法であって、前記原料の混合時に、予め前記バインダにバインダ用助剤を添加して当該バインダを膨潤させたものを、前記炭素質粉末及び前記導電性助剤に対して混合するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
原料を混合する際に、予めバインダにバインダ用助剤を添加して当該バインダを優先的に膨潤させておくことにより、バインダが繊維化しやすくなる。このバインダを、炭素質粉末及び導電性助剤に対して添加して混合することにより、原料の混合が良好に行われるようになる。このため、これ以降の混練や、成形、圧延などの工程も行い易くなると共に、強度が強くなり、うねりや端部割れ、巣の発生などが少ない良好なシート状電極を製造することが可能となる。
【０００９】
ちなみに、バインダ用助剤を、炭素質粉末、導電性助剤及びバインダと共に一度に添加して混合させた場合、バインダとバインダ用助剤とが接触し難く、バインダが繊維化し難くいため、混合、混練が良好に行われないおそれがあり、品質や強度が安定しないという不具合がある。
【００１０】
ここで、分極性電極の原料のうち、炭素質粉末としては、主に活性炭が用いられるが、カーボンナノチューブ、繊維状炭素などを用いることもできる。導電性助剤としては、主にカーボンブラックが用いられる。バインダとしては、ＰＴＦＥをはじめとするフッ素樹脂が好ましい。そして、バインダ用助剤としては、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、エタノール、メタノールなどのアルコール類の他、エーテル類、ケトン類などが挙げられる。
【００１１】
請求項１と同様な目的を達成するために、請求項２の発明は、炭素質粉末、導電性助剤及びバインダを含む原料を混合、混練する工程を経て成形材料を作成した後、この成形材料を成形、圧延してシート状の電気二重層コンデンサ用分極性電極を製造する方法であって、前記原料の混合時に、予め前記バインダにバインダ用助剤を添加して当該バインダを膨潤させたものを、前記炭素質粉末及び前記導電性助剤に対して混合すると共に、前記成形材料をシート状に成形する直前に、前記成形材料にバインダ用助剤を添加して混合するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
上記した手段によれば、請求項１の発明と同様に、原料を混合する際に、予めバインダにバインダ用助剤を添加して当該バインダを優先的に膨潤させておき、この膨潤させたバインダを、炭素質粉末及び導電性助剤に対して添加して混合することにより、バインダが繊維化しやすくなり、原料の混合が良好に行われるようになる。このため、これ以降の混練や、成形、圧延などの工程が行い易くなり、シートの品質や強度が安定したものとなる。
【００１３】
また、バインダ用助剤は、原料の混合時と、シート状に成形する直前とに分けて添加するようにしているため、バインダ用助剤を原料の混合時に一度に多量に添加する場合とは違い、原料の混合時に添加する添加量としては、少なくともバインダを膨潤させ得る程度の少量で良く、成形前に、バインダ用助剤を取り除くために乾燥処理を行う必要がない。さらに、シート状に成形する直前に、残りのバインダ用助剤を添加して混合するようにしているため、バインダ用助剤が途中で蒸発などすることを考慮する必要がなく、バインダ用助剤の量が安定したものとなり、品質が安定する。
【００１４】
請求項３の発明は、原料の混合時においてバインダに添加する際のバインダ用助剤の添加量は、バインダ重量の７０〜１３０％の範囲とすることを特徴とする。
このときのバインダ用助剤の添加量が少なすぎると、原料の混合時にバインダが繊維化し難く、混合や混練を良好に行うことができなくなる。逆に、多すぎると、成形前に、残ったバインダ用助剤を取り除くために乾燥処理を行うことが必要となる。このため、原料の混合時においてバインダに添加する際のバインダ用助剤の添加量は、バインダ重量の７０〜１３０％の範囲とすることが好ましい。
【００１５】
請求項４の発明は、成形材料に添加する際のバインダ用助剤の添加量は、炭素質粉末と導電性助剤とバインダとの合計重量の５０〜１００％の範囲とすることを特徴とする。
このときのバインダ用助剤の添加量が５０％未満であると、シートにした際のシート強度が弱くなったり、シートに巣が発生したりしやすくなり、また、それが１００％を超えても、シートにした際のシート強度が弱くなったり、巣が発生したりしやすくなる。このため、成形直前のバインダ用助剤の添加量は、炭素質粉末と導電性助剤とバインダとの合計重量の５０〜１００％の範囲が好ましい。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項２の発明において、請求項３と請求項４の内容を加えたものである。
請求項６の発明は、成形材料にバインダ用助剤を添加して混合する際に、それらを密閉された容器により混合するようにしたことを特徴とする。
成形材料とバインダ用助剤とを密閉された容器で混合することにより、バインダ用助剤が揮発して容器外に出てしまうことを防止でき、これらを容器内で十分に混合させることが可能となる。これにより、成形材料の品質が安定し、シート状の分極性電極を一層良好に製造することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面も参照して説明する。
図１には、電気二重層コンデンサ用の電極シートを製造する際の製造工程が示されている。分極性電極を製造する際に使用する原料は、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。原料の配合割合は重量％で、活性炭を８０％、カーボンブラックを１０％、ＰＴＦＥを１０％とし、ＩＰＡは、ＰＴＦＥと同重量の１０％とする。
【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を混合する一次混合を行う。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、予めＰＴＦＥとＩＰＡとを混合してＰＴＦＥを膨潤させたものを、上記ミキサの容器内に投入し、これと上記一次混合したものとを混合する二次混合を行う。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、二次混合された混合物を混練機（ニーダ）の容器内に収容し、蓋をして加圧しながら、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絡められるようになる。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の容器に収容し、回転するキザミ刃によりきざんで細かい粒にする。次に、このきざまれた粒をふるいにかけて分級する。粒径は、例えば１．０ｍｍ以下となるようにする。これにより得られた粒が成形材料となる。
【００２０】
次に、カレンダ成形前処理工程において、図１に示すようなミキサ１の密閉された容器２内に、上記成形材料を収容すると共に、原料（活性炭とカーボンブラックとＰＴＦＥ）の合計重量に対して７０％のＩＰＡを添加して、これらを混合する。ミキサ１の容器２は、ほぼ円筒状をなしていて、ローラ３により円周方向に回転されると共に、台４ごと上下方向へ揺動されるようになっている。このミキサ１による混合により、容器２内に収容された粒状の成形材料と液体状のＩＰＡとが極力均一となるように混合される。
【００２１】
次に、カレンダ成形工程において、上記ミキサ１により混合された成形材料の混合物を、カレンダ成形機のホッパに投入し、この混合物を２本のローラ間に通して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。
【００２２】
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、このシート状電極が分極性電極となる。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。
ここで、図３には、シート状電極の表面を拡大して示す模式図が示されている。この図３において、活性炭５と、これよりも小さなカーボンブラック６とが、繊維状をなすＰＴＦＥ７により絡められている状態がわかる。
【００２３】
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、集電極となるアルミ箔に貼り合わせる。貼り合わせられた電極シートは、巻取りローラに巻き取る。
次に、乾燥工程において、ロール状に巻き取られた電極シートを繰り出して乾燥機の乾燥室に通して乾燥させる。この乾燥室では、ヒータの加熱風により、シート状電極に含まれていた水分及びＩＰＡの残り分が除去される。尚、必要により真空乾燥を行うこともできる。
【００２４】
上記した実施例においては、原料を混合する際に、予めバインダとなるＰＴＦＥにバインダ用助剤となるＩＰＡを添加して当該ＰＴＦＥを優先的に膨潤させておくことにより、バインダが繊維化しやすくなり、この状態のＰＴＦＥを、一次混合された活性炭及びカーボンブラックに対して添加して混合するようにしたので、原料の混合が良好に行われるようになる。このため、これ以降の混練やキザミ、成形、圧延などの工程が行い易くなり、シートの品質や強度が安定したものとなる。
【００２５】
このとき、ＩＰＡの添加量が少なすぎると、原料の混合時にＰＴＦＥが繊維化し難く、混合や混練を良好に行うことができなくなる。逆に、多すぎると、成形前に、残ったＩＰＡを取り除くために乾燥処理を行うことが必要となる。このため、原料の混合時においてＰＴＦＥに添加する際のＩＰＡの添加量は、ＰＴＦＥ添加重量の７０〜１３０％とすることが好ましい。
【００２６】
また、ＩＰＡは、原料の混合時と、シート状に成形する直前（カレンダ成形前処理）とに分けて添加するようにしているため、ＩＰＡを原料の混合時に一度に多量に添加する場合とは違い、原料の混合時に添加する添加量としては、少なくともＰＴＦＥを膨潤させ得る程度の少量で良く、成形前に、ＩＰＡを取り除くために乾燥処理を行う必要がない。さらに、シート状に成形する直前に、ＩＰＡを添加して混合するようにしているため、ＩＰＡが途中で蒸発などすることを考慮する必要がなく、ＩＰＡの量が安定したものとなり、品質が一層安定する。
【００２７】
ここで、図４には、２回目（カレンダ成形前処理）のＩＰＡの添加量（原料混合時のＩＰＡを除いた原料の合計重量に対する割合）と、カレンダ成形された後のシート状成形体の密度との関係を示す実験結果が示されている。なお、１回目（原料の混合時）のＩＰＡの添加量は、ＰＴＦＥと同重量の１０％としている。この図４において、ＩＰＡの添加量が、５０％未満、特に４０％ではシート密度が小さくなっている。また、ＩＰＡの添加量が１１０％でもシート密度が小さくなっている。シート密度が小さくなっているということは、成形されたシート状成形体の内部に巣（空間部）があるためであると考えられる。シート状成形体の内部に巣がある場合には、後工程を経ても欠陥になりやすい。この場合、ＩＰＡの添加量が１００％から１１０％にかけては、シート密度が急激に低下しているが、１００ｗｔ％までは、シート密度としては安定していると考えられる。この図４の結果から、カレンダ成形前処理でのＩＰＡの添加量が５０〜１００％の範囲では、シート密度が高い状態で安定しており、従って、カレンダ成形前処理でのＩＰＡの添加量は、５０〜１００％の範囲が好ましい。
【００２８】
また、成形材料にＩＰＡを添加して混合する際に、それらをミキサ１の密閉された容器２により混合するようにしたことにより、ＩＰＡが揮発して外部に出てしまうことを防止でき、これらを容器２内で十分に混合させることが可能となり、カレンダ成形時の成形材料の品質が安定し、シート状の分極性電極を一層良好に製造することが可能となる。
【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の電極シートを製造する際の製造工程を説明する図
【図２】ミキサの側面図
【図３】シート状電極の表面の模式図
【図４】カレンダ成形前処理のＩＰＡ添加量と、カレンダ成形後のシート状成形体のシート密度との関係を示す特性図
【符号の説明】
１はミキサ、２は密閉された容器、５は活性炭（炭素質粉末）、６はカーボンブラック（導電性助剤）、７はＰＴＦＥ（バインダ）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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