(57)【要約】【課題】高性能の電気二重層キャパシタ（静電容量の向上および内部抵抗の低減）を実現しえる、製造方法およびその装置の提供を目的とする。【解決手段】正極体と負極体とこれらの間に介在するセパレータとから構成されるキャパシタ本体と、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタにおいて、正極体および負極体として集電極用の金属箔ｎと分極性電極用の活性炭主体の混練物ｍとから電極シートを作成する過程は、金属箔ｎの表面に活性炭主体の混練物層に一体化する工程（３５，３６の処理）と、混練物層に微小幅の溝を刻み付ける工程（３７の処理）と、を含む。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極体と負極体とこれらの間に介在するセパレータとから構成されるキャパシタ本体と、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタの製造方法において、正極体および負極体として集電極用の金属箔と分極性電極用の活性炭主体の混練物とから電極シートを作成する過程は、金属箔の表面に活性炭主体の混練物層に一体化する工程と、混練物層に微小幅の溝を刻み付ける工程と、を含むことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項２】
正極体と負極体とこれらの間に介在するセパレータとから構成されるキャパシタ本体と、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタの製造方法において、正極体および負極体として集電極用の金属箔と分極性電極用の活性炭主体の混練物とから電極シートを作成する過程は、金属箔の表面に活性炭主体の混練物層を一体化する工程と、圧延に伴うスタンピングまたはカッティングにより微小幅の溝を混練物層に刻み付ける工程と、を含むことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項３】
正極体と負極体とこれらの間に介在するセパレータとから構成されるキャパシタ本体と、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタの製造方法において、正極体および負極体として集電極用の金属箔と分極性電極用の活性炭主体の混練物とから電極シートを作成する過程は、電極シートに成形される素材として金属箔の表面に活性炭主体の混練物層を一体化する工程と、素材から電極シートを型抜き加工するのに伴うスタンピングにより微小幅の溝を混練物層に刻み付ける工程と、を含むことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項４】
金属箔の表面に活性炭主体の混練物層を一体化する工程は、予め形成の混練物層を金属箔の表面に接着することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに係る電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項５】
金属箔の表面に活性炭主体の混練物層を一体化する工程は、金属箔の表面に混練物の塗布層を形成することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに係る電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項６】
正極体と負極体とこれらの間に介在するセパレータとから構成されるキャパシタ本体と、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタの製造装置において、正極体および負極体として集電極用の金属箔と分極性電極用の活性炭主体の混練物とから電極シートを作成する過程の処理手段は、金属箔の表面に活性炭主体の混練物層に一体化する工程の処理手段と、混練物層に微小幅の溝を刻み付ける工程の処理手段と、を備えることを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項７】
混練物層に微小幅の溝を刻み付ける工程の処理手段は、圧延を行うローラに微小幅の溝を混練物層に刻み付けるスタンピング用またはカッティング用の刃部を備えることを特徴とする請求項６の記載に係る電気二重層キャパシタの製造装置。
【請求項８】
混練物層に微小幅の溝を刻み付ける工程の処理手段は、電極シートを成形するプレス機の抜き型に微小幅の溝を混練物層に刻み付けるスタンピング用の刃部を備えることを特徴とする請求項６の記載に係る電気二重層キャパシタの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蓄電要素に好適な電気二重層キャパシタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の蓄電装置（電動自動車の駆動電源など）として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命が長い、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）の適用技術が注目される。
【０００３】
図１２は、電気二重層キャパシタの構成を例示する模式図であり、正極体２０ａと負極体２０ｂとこれらの間に介在するセパレータ２３とからキャパシタ本体が構成される。キャパシタ本体は電解液に浸され、容器２４に収容して密封される。
【０００４】
正極体２０ａおよび負極体２０ｂは、集電極２１を形成する金属箔（たとえば、アルミニウム箔）と、その表面（図示の場合、箔２１の両面）に分極性電極２２を形成する活性炭主体の混練物層（活性炭層）と、を備えてなり、活性炭と電解液との界面に電荷が貯まり、電気の出し入れは集電極２１を介して行われるのである。
【０００５】
電気二重層キャパシタの製造方法において、シート状のアルミニウム（集電極を形成する保持材）を挟み込みながら、ローラを用いて保持材の両面に活性炭主体の混練物を圧延することにより、所定の厚さと密度の分極性電極を形成するようにしたものが開示される（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２００７３７号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような従来技術を踏まえつつ、高性能の電気二重層キャパシタ（静電容量の向上および内部抵抗の低減）を実現しえる、製造方法およびその装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、正極体と負極体とこれらの間に介在するセパレータとから構成されるキャパシタ本体と、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタの製造方法において、正極体および負極体として集電極用の金属箔と分極性電極用の活性炭主体の混練物とから電極シートを作成する過程は、金属箔の表面に活性炭主体の混練物層に一体化する工程と、混練物層に微小幅の溝を刻み付ける工程と、を含むことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
【０００９】
第２の発明は、正極体と負極体とこれらの間に介在するセパレータとから構成されるキャパシタ本体と、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタの製造方法において、正極体および負極体として集電極用の金属箔と分極性電極用の活性炭主体の混練物とから電極シートを作成する過程は、金属箔の表面に活性炭主体の混練物層を一体化する工程と、圧延に伴うスタンピングまたはカッティングにより微小幅の溝を混練物層に刻み付ける工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、正極体と負極体とこれらの間に介在するセパレータとから構成されるキャパシタ本体と、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタの製造方法において、正極体および負極体として集電極用の金属箔と分極性電極用の活性炭主体の混練物とから電極シートを作成する過程は、電極シートに成形される素材として金属箔の表面に活性炭主体の混練物層を一体化する工程と、素材から電極シートを型抜き加工するのに伴うスタンピングにより微小幅の溝を混練物層に刻み付ける工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明〜第３の発明に係る電気二重層キャパシタの製造方法において、金属箔の表面に活性炭主体の混練物層を一体化する工程は、予め形成の混練物層を金属箔の表面に接着することを特徴とする。
【００１２】
第５の発明は、第１の発明〜第３の発明に係る電気二重層キャパシタの製造方法において、金属箔の表面に活性炭主体の混練物層を一体化する工程は、金属箔の表面に混練物の塗布層を形成することを特徴とする。
【００１３】
第６の発明は、正極体と負極体とこれらの間に介在するセパレータとから構成されるキャパシタ本体と、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器と、を備える電気二重層キャパシタの製造装置において、正極体および負極体として集電極用の金属箔と分極性電極用の活性炭主体の混練物とから電極シートを作成する過程の処理手段は、金属箔の表面に活性炭主体の混練物層に一体化する工程の処理手段と、混練物層に微小幅の溝を刻み付ける工程の処理手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
第７の発明は、第６の発明に係る電気二重層キャパシタの製造装置において、混練物層に微小幅の溝を刻み付ける工程の処理手段は、圧延を行うローラに微小幅の溝を混練物層に刻み付けるスタンピング用またはカッティング用の刃部を備えることを特徴とする。
【００１５】
第８の発明は、第６の発明に係る電気二重層キャパシタの製造装置において、混練物層に微小幅の溝を刻み付ける工程の処理手段は、電極シートを成形するプレス機の抜き型に微小幅の溝を混練物層に刻み付けるスタンピング用の刃部を備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の効果】
第１の発明〜第５の発明においては、混練物層に刻み付けられる微小幅の溝により、分極性電極を形成する混練物層に電解液が効率よく含浸する。そのため、電気二重層キャパシタの生産能率を高められる一方、製品としての電気二重層キャパシタについても、電解液が微小幅の溝に保持され、電解液を含む溝により、電荷も移動しやすくなり、活性炭の細孔の利用率が上がり、静電容量の増大および内部抵抗の低減が大いに促進されるのである。つまり、電極シートを作成する過程において、微小幅の溝を混練物層に刻みつける工程を加えることにより、高性能の電気二重層キャパシタを廉価に実現しえるようになる。
【００１７】
第２の発明においては、圧延に伴うスタンピングまたはカッティングにより、第３の発明においては、電極シートの型抜き加工に伴うスタンピングにより、工程数を増やすことなく、微小幅の溝は合理的に刻み付けられるのである。
【００１８】
第６の発明〜第８の発明においては、電極シートを作成する過程の処理手段に微小幅の溝を混練物層に刻みつける工程の処理手段を加えることにより、高性能の電気二重層キャパシタを廉価に実現しえるようになる。
【００１９】
第７の発明においては、圧延を行うローラにスタンピング用またはカッティング用の刃部を備えるため、第８の発明においては、プレス機の抜き型にスタンピング用の刃部を備えるため、スタンピングやカッティングのための専用装置を設けることなく、微小幅の溝は合理的に刻み付けられるのである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１において、１は電気二重層キャパシタの正極体および負極体を構成する電極シートであり、電極シート１は集電極２とその両面に分極性電極３を形成する活性炭層（活性炭主体の混練物層）とから組成される。集電極２は、矩形状の金属箔（たとえば、アルミニウム箔）からなり、その矩形平面の一辺に片側へ寄せて帯状のリード部２ａが一体に形成される。
【００２１】
４は電極シート１を挟み込むセパレータであり、生地（紙製などの多孔質膜に作られる）を２つ折りに形成したものであり、電極シート１はその内側に差し込まれる。２つ折りのセパレータ４は、集電極２のリード部２ａの一部（先端側）を露出させる一方、電極シート１の両面（分極性電極３）を覆うと共にその周囲の三辺（折れ線４ａに直交する二辺と折れ線４ａに平行な一辺と）に所定幅の余白を生じる、大きさ（展開面積）に設定される。
【００２２】
複数の電極シート１は、１個ずつ２つ折りのセパレータ４に挟み込まれ、所定数の積層体（キャパシタ本体）に構成される。電極シート１は、集電極２の一辺の片側へ寄るリード部２ａとの関係から、交互に表裏を反転させることにより、正極体１ａのリード部２ａが集電極２の一辺の片側、負極体１ｂのリード部２ａが集電極２のその反対側、に並ぶ積層状態に組み立てられる。集電極２のリード部２ａは，同極どうしが結束され、容器の内部において、１対の端子板（たとえば、アルミニウム板）にそれぞれ対応する極性の結束部（リード部２ａの重合部分）が接合される。
【００２３】
図示しないが、容器は金属層を含む積層構造の柔軟な材質の樹脂フィルム（たとえば、アルミラミネートフィルム）から同一形状に成形される２つの構成部分（底側部分と蓋側部分と）からなり、これらを組み合わせると、互いに向き合う平面矩形状の凹部によって積層体の収容部が形成される。
【００２４】
底側部分の内側にキャパシタ本体は納められ、その上から蓋側部分が被せられる。容器の周縁において、１対の端子板（その一部）は引き出される一辺を除いて三辺が熱溶着（熱シール）される。容器は、１対の端子板が突出する一辺が開口可能となり、その開口部から内部に電解液が注入され、電解液の含浸および電解精製が終わると、余分な電解液が抜き取られ、残りの一辺が熱溶着により密封されるのである。
【００２５】
集電極２を挟む両側の分極性電極３は、電極シート１を製作する過程において、図２のように多数の切れ目１０が活性炭層３の矩形平面を縦横に筋１０ａ，１０ｂの交差する網目状に入れられる。各切れ目１０は、分極性電極３に微小幅の溝を形成するものであり、活性炭層の表面から集電極２へ達する深さに形成される。縦横に交差する筋１０ａ，１０ｂの間隔（ピッチ）は、密に過ぎると活性炭層（分極性電極３）の断片的な剥離を生じる可能性が考えられるので、これを避けるため、分極性電極３の厚さの０．１〜１００倍以内に設定される。
【００２６】
電解液は、電解精製の前にキャパシタ本体を収容する容器の内部に注入されるが、分極性電極３が微小幅の溝（切れ目１０）を備えるので、活性炭層に効率よく染み込みようになり、電解液の含浸に要する時間が短縮される（図２の矢印、参照）。電解液は、微小幅の溝１０に保持され、電解液に満たされる溝１０により、電荷の移動も促進され、電解精製に要する時間の短縮も得られる（図４、参照）。
【００２７】
その結果、電気二重層キャパシタの生産能率を高められる一方、製品としての電気二重層キャパシタについても、電解液の含浸性が良くなり、活性炭の細孔の利用率が上がり、電荷も移動しやすくなるので、静電容量の増大および内部抵抗の低減が大いに促進されるのである。つまり、電極シート１の活性炭層３に微小幅の溝１０を刻み付けるだけの簡単な手法により、高性能の電気二重層キャパシタを廉価に提供しえる。
【００２８】
この例においては、集電極２へ達する深さの切れ目１０が分極性電極３の矩形平面を縦横に筋１０ａ，１０ｂの交差する網目状に入れられるので、電解液の含浸性および電荷の移動性を高効率に改善できる。図５および図６は、電極シート１の活性炭層３に切れ目１０（微小幅の溝）が有るか無いかの違いを除く他の条件は、同一の設定に係る２種のサンプル（電気二重層キャパシタ）を対象に実施した試験の結果を比較するものであり、両者の静電容量比および内部抵抗について、顕著な差異が認められる。
【００２９】
活性炭層３の切れ目１０は、図示の網目状に限定されるものでなく、諸種の態様が考えられる。分極性電極３の矩形平面において、微小幅の溝１０は、複数の筋または単数の筋を縦方向または横方向へ引くように形成するものでもよい。また、溝１０は、曲線的または断続的に形成するものよい。また、集電極２を挟む両側の分極性電極３において、電極シート１の加工性や強度の面から、表側の切れ目１０と裏側の切れ目１０との間にズレを設定するのもよい。
【００３０】
図示の実施形態は、積層型の電気二重層キャパシタへの適用例を説明するが、微小幅の溝１０は、ロール型の電気二重層キャパシタ（帯状の正極体と帯状の負極体とこれらの間に介在するセパレータとからロール巻きに構成されるキャパシタ本体と、キャパシタ本体を電解液と共に密封する容器と、を備える）への適用も可能である。その場合、図示しないが、帯状の電極シート（正極体および負極体を構成する）において、集電極の表面に分極性電極を形成する活性炭層に微小幅の溝を刻み付けることになる。
【００３１】
図７は、電極シート１を製作する過程を説明するものであり、分極性電極用の活性炭を主成分とする原料は、攪拌機３０に投入され、その内部において、剪断力を加えながら均一な混練物ｍに生成される。混練物ｍは、攪拌機３０から帯状に押し出され、ローラ３１，３２により圧延される。圧延は、数次に亘って行われ、帯状の混練物ｍを所定の厚さと密度に成形する。帯状の混練物ｍは、移送しやすく、ロール３３に巻き取られるのである。
【００３２】
集電極の原料（所定厚の帯状に一次加工の金属箔ｎをロール巻にしたもの）は、ロール３４から繰り出され、帯状の表面に接着処理（金属箔ｎの両面に接着剤を均一に塗布する）が施される。その後、金属箔ｎを挟む両側のロール３３から帯状の混練物ｍが繰り出され、ローラ３５，３６により金属箔ｎの両面に圧延される。圧延は、数次に亘って行われ、金属箔ｎの両面に混練物ｍが一体化される。
【００３３】
続くローラ３７の軽度な圧延に伴うカッティングにより、金属箔ｎを挟む両側の混練物層ｍに微小幅の溝１０が刻み付けられる。ローラ３７の外周に複数の刃先が突設され、ローラ３７の圧延面を介して送り出される帯状シートｐの混練物層（活性炭層）に長手方向（ローラ３７の送り出し方向）へ筋を引くように複数の切れ目１０（微小幅の溝）が入れられる。
【００３４】
その後、帯状シートｐは、ロール３８に巻き取られ、次の工程において、プレス機の型抜き加工により、電極シート１に成形される。この場合、分極性電極４の切れ目１０（微小幅の溝）は、混練物層の平面に網目状でなく、縦方向または横方向へ複数の平行な筋を引く形態に形成されるのである。
【００３５】
図８は、帯状シート（電極シートの素材）に係る、図７の場合と異なる製作過程を説明するものであり、集電極の原料（所定厚の帯状に一次加工の金属箔ｎをロール巻にしたもの）は、ロール３４から繰り出され、その両面に分極性電極用の活性炭を主成分とする混練物のスラリが塗布される。金属箔ｎの塗布層は、続く軽度な乾燥処理後、ローラ３９の圧延により一体化され、所定の厚さと密度に調整される。帯状シートｐ’は、ロール４０に巻き取られ、次の工程において、電極シート１に成形される。
【００３６】
図９は、帯状シートｐ’から電極シート１を成形する工程を説明するものであり、プレス機の型抜き加工において、型抜き用の刃部の内側に微小幅の溝を混練物層に刻み付けるスタンピング用の刃部が備えられる。ロール４０から繰り出される帯状シートｐ’は、下型４１ａと上型４１ｂとの間において、スタンピング用の刃部により、金属箔ｎを挟む両側の混練物層（活性炭層）に切れ目が入れられ、型抜き用の刃部により、帯状シートｐ’から所定形状の電極シート１が打ち抜かれるのである。スタンピング用の刃部は、刃先が網目状に構成され、混練物層に微小幅の溝（切れ目１０）を網目状に形成する。
【００３７】
電極シート１を型抜き加工する処理手段については、図のようなローラ４２を用いてもよい。ローラ４２の外周に型抜き用の刃部４２ａおよびその内側にスタンピング用の刃部４２ｂが備えられ、ローラの回転に伴う軽度な圧延により、溝１０のスタンピングと共に電極シート１が型抜き加工される。
【００３８】
図９の場合または図１０の場合においては、電極シート１の型抜きに伴って溝１０がスタンピングされるため、混練物層への溝入れに専用の装置を用いることなく、電気二重層キャパシタの性能アップ（静電容量の向上および内部抵抗の低減）を廉価に実現できるのである。図１０において、４３は帯状シートｐ’を移動可能に支持するガイドである。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気二重層キャパシタの構成に係る説明図である。
【図２】電極シートの正面図である。
【図３】同じく断面図である。
【図４】同じく作用の説明図である。
【図５】同じく試験の結果を表すグラフである。
【図６】同じく試験の結果を表すグラフである。
【図７】同じく電極シートの素材を製作する過程の説明図である。
【図８】別の製作過程に係る説明図である。
【図９】プレス機の型抜き加工に係る説明図である。
【図１０】ロールの回転に伴う型抜き加工の説明図である。
【図１１】同じく型抜き加工の説明図である。
【図１２】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１  電極性シート
１ａ  正極体
１ｂ  負極体
２  集電極
２ａ  リード部
３  分極性電極
４  セパレータ
１０  切れ目（微小幅の溝）
３１，３２、３５，３６、３９  圧延用のローラ
３７  カッティング兼用のローラ
４１ａ  プレス機の型抜き加工用の下型
４１ｂ  プレス機の型抜き加工用の上型
４２  スタンピング＆型抜き用のローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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