(57)【要約】【課題】  電気二重層コンデンサにおいて、材料費を低減することができる技術を提供することを課題とする。【解決手段】  図中のステップＳＴ０４とＳＴ０５とで、アルミニウム箔中、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎの含有量がいずれも１０ｐｐｍ以下であり、Ｆｅの含有量が３００ｐｐｍ以下であることを確認する。【効果】  ９９．８％以下の普通純度のアルミニウム箔の使用が可能となる。  普通純度のアルミニウム箔が使用できれば、電気二重層コンデンサの材料費を下げることができる。あわせて、高純度化するために三相電解法では莫大な電気エネルギーを消費するが、本発明によればそれが不要となり、貴重な地球エネルギー資源の節約を達成することができる。【選択図】        図３
2004193562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の集電箔に各々活性炭を主体とした電極物質を貼り付けることで正極電極及び負極電極を造り、これらの正負極電極間にセパレータを介在させると共に電解液を介在させ、前記一対の集電箔を通じて充電及び放電を行うことのできる電気二重層コンデンサにおいて、
電極物質を貼り付ける段階での前記集電箔は、以下の条件を満足するものを用いたことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
・集電箔は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｆｅの少なくとも１種を含み、アルミニウムが９９．８％以下の普通純度のアルミニウム箔を素材として、これにエッチング処理を施してあること。
・電極物質を貼り付ける直前に計測したＣｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎの含有量が、いずれも１０ｐｐｍ以下であること。
・電極物質を貼り付ける直前に計測したＦｅの含有量が、３００ｐｐｍ以下であること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気二重層コンデンサに用いる集電箔に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気二重層コンデンサに相当する電気二重層キャパシタ、特にそれの集電箔（アルミニウム箔）のアルミニウム純度に注目した発明が知られている（例えば、特許文献１。）。
【特許文献１】特開２００１−１７６７５７公報（第２頁）
【０００３】
特許文献１の請求項１第４行〜第５行に「・・・前記アルミニウム箔の純度が、９９．９９％以上であり・・・」と記載され、同請求項２第１行〜第２行に「前記アルミニウム箔は、銅の含有量が１５０ｐｐｍ以下である・・・」と記載されている。
【０００４】
周知の通り、アルミニウムの製造では、ボーキサイトを出発原料とし、先ずアルミナを造り、このアルミナを電解炉により普通純度（アルミニウム純度９０．０〜９９．８５）のアルミニウム地金に精錬する。
されに必要なら三相電解法や偏析法により、普通純度地金を高純度（アルミニウム純度９９．９９％以上）に二次精錬する。
【０００５】
特許文献１でのアルミニウム箔は９９．９９％であるから高純度アルミニウムである。純度を上げるには精錬を繰り返すため、高純度であればあるほど製造コストが嵩む。そのため、普通純度アルミニウムに比べ高純度アルミニウムは高価になる。
電気二重層コンデンサの主要部材であるアルミニウム箔が高価であれば、電気二重層コンデンサは必然的に高価になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電気二重層コンデンサにおいて、材料費を低減することができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、電気二重層コンデンサの価格を下げるべく研究を進めるなかで、今まで常識とされてきた高純度アルミニウム箔を見直すことにした。多数の試作と評価を重ねた結果、Ｃｕなどアルミニウム以外の合金の含有量を管理することにより、普通純度のアルミニウム箔が使用可能であることを見出した。
【０００８】
すなわち、請求項１は、一対の集電箔に各々活性炭を主体とした電極物質を貼り付けることで正極電極及び負極電極を造り、これらの正負極電極間にセパレータを介在させると共に電解液を介在させ、前記一対の集電箔を通じて充電及び放電を行うことのできる電気二重層コンデンサにおいて、
電極物質を貼り付ける段階での前記集電箔は、以下の条件を満足するものを用いたことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
・集電箔は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｆｅの少なくとも１種を含み、アルミニウムが９９．８％以下の普通純度のアルミニウム箔を素材として、これにエッチング処理を施してあること。
・電極物質を貼り付ける直前に計測したＣｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎの含有量が、いずれも１０ｐｐｍ以下であること。
・電極物質を貼り付ける直前に計測したＦｅの含有量が、３００ｐｐｍ以下であること。
【０００９】
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎの含有量がいずれも１０ｐｐｍ以下であり、Ｆｅの含有量が３００ｐｐｍ以下であれば、９９．８％以下の普通純度のアルミニウム箔の使用が可能となる。
【００１０】
普通純度のアルミニウム箔が使用できれば、電気二重層コンデンサの材料費を下げることができる。あわせて、高純度化するために三相電解法では莫大な電気エネルギーを消費するが、請求項１によればそれが不要となり、貴重な地球エネルギー資源の節約を達成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１によれば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎの含有量がいずれも１０ｐｐｍ以下であり、Ｆｅの含有量が３００ｐｐｍ以下であれば、９９．８％以下の普通純度のアルミニウム箔の使用が可能となる。
【００１２】
普通純度のアルミニウム箔が使用できれば、電気二重層コンデンサの材料費を下げることができる。あわせて、高純度化するために三相電解法では莫大な電気エネルギーを消費するが、請求項１によればそれが不要となり、貴重な地球エネルギー資源の節約を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る電気二重層コンデンサの斜視図であり、電気二重層コンデンサ１０は、帯状の正極電極１１と帯状の負極電極１２とをセパレータ１３を介して積層し、密に巻き、容器１４に収納してなる円筒型電気二重層コンデンサである。
１５は封止板、１６は正極端子、１７は負極端子、１８は電解液を注入するための注液口である。
【００１４】
図２は電気二重層コンデンサの断面拡大図であり、正極電極１１は、アルミニウム箔などの集電箔２１と、この集電箔２１にシート状に貼り付けた活性炭素を主体とした電極物質２２とからなる。負極電極１２も、アルミニウム箔などの集電箔２１と、この集電箔２１にシート状に貼り付けた活性炭素を主体とした電極物質２２とからなる。なお、集電箔２１、２１の裏面にも電極物質２２、２２を貼り付けるが、説明を簡単にするために図示を省略した。
【００１５】
そして、電極物質２２、２２に適量の電解液を含浸させる。
正極端子１６と負極端子１７に直流を印加すると、電極物質２２、２２内部及び集電箔２１、２１の表面に正負イオンが吸着し、一方は正極、他方は負極を形成する。放電時においては、この吸着イオンが脱着することに伴う電子の移動により正・負極端子１６、１７を通じて電流を取出すことができる。
【００１６】
図３は本発明に係る電気二重層コンデンサの製造フロー、特に集電箔の製造を詳しく説明するフロー図である。ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１：集電箔として、普通純度のアルミニウム箔を準備する。このアルミニウム箔の表面は実質的に平坦である。
【００１７】
ＳＴ０２：前記アルミニウム箔を、塩酸を含むエッチング液中でエッチングを施す。このエッチングにより、箔の表面に微細な粗面が形成される。微細な粗面は後に貼り付ける電極物質を繋ぎ止めるくさびとなる。
【００１８】
粗面の形成が終了したら、箔を中和処理し、所定の洗浄する。所定の洗浄とは残留塩素濃度が管理基準（１．０ｍｇ／ｍ２以下）を満足する程度に実施することを意味する。これにより、過剰な洗浄作業を行わぬ様にする。
【００１９】
ＳＴ０３：箔の成分を分析する。具体的には箔から１ｇ分の箔を切り取り、この箔片をリン酸にて完全に溶解させ、この溶解液を誘導プラズマ発光分光分析装置（例えばセイコー電子工業性ＳＰＳ−４０００）により定量成分分析を行う。
【００２０】
ＳＴ０４：Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎの含有量がいずれも１０ｐｐｍ以下であるか否かを調べる。この根拠は後述する。ＹＥＳであれば次に進むが、ＮＯであれば、不合格品扱いとする。
【００２１】
ＳＴ０５：Ｆｅの含有量が３００ｐｐｍ以下であるか否かを調べる。この根拠は後述する。ＹＥＳであれば次に進むが、ＮＯであれば、不合格品扱いとする。
【００２２】
ＳＴ０６：以上の検査をクリアーした箔についてのみ、電極物質をシート状にして接着などにより貼り付ける。
ＳＴ０７：セパレータと共に捲回する。
ＳＴ０８：容器に収納する。
ＳＴ０９：封止板を取付ける。
ＳＴ１０：電解液を注入する。
以上で、図１に示す円筒型電気二重層コンデンサを得ることができる。
【００２３】
なお、ＳＴ０４〜ＳＴ０５は、順序を入れ替えることは差し支えない。
【実施例】
【００２４】
本発明に係る実施例を次に説明する。比較実験のために２０個のサンプルを造る。
１．サンプルの材料：
１−１．集電箔：
１−１−１．アルミニウム箔（原料箔）
９９．８％以下の普通純度のアルミニウム箔として、表１に示す成分の原料箔を準備した。
【００２５】
【表１】
2004193562.tif 000003
【００２６】
すなわち原料箔は、数ｐｐｍ〜数十ｐｐｍのＣｕ、Ｎｉ、Ｚｎ又はＳｎを含み、３００〜５００ｐｐｍのＦｅを含み、アルミニウムの純度が９９．５〜９９．７％の箔である。
【００２７】
１−１−１．実施例１〜１０及び比較例１〜１０に共通する前処理：
５０℃に加熱された５％塩酸に原料アルミニウム箔を、浸漬し、電解電流密度０．２５Ａ／ｃｍ２、電気量３５Ａ・ｍｉｎ／ｄｍ２とした５０Ｈｚ交流電流により表面をエッチングした。
エッチング槽から取出した箔を、５０℃に加温されたｐＨ１の酸性水溶液で１分間洗浄処理を行い、さらに１８０℃の温風で乾燥した。
【００２８】
１−１−２．後処理及び測定：
実施例１〜１０並びに比較例１〜１０は、前記乾燥が終了した直後に、上述した要領で箔の成分を分析した。その結果を表２に示す。
【００２９】
【表２】
2004193562.tif 000004
【００３０】
表１に比較して、この表２では、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅの全てにおいて含有量が減少した。この理由は、箔の表面からエッチング液中に合金元素が溶解するときに、母材のアルミニウムに比較して、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅがより多く溶解し、結果として母材に対してＣｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅが目減りしたと考えられる。
【００３１】
１−２．電極物質：
活性炭９０重量部、黒鉛粉末５重量部及び四フッ化エチレン５重量部を混合し、混練し、成形し、圧延することで、厚さ１４５μｍ×幅１００ｍｍ×長さ１２００ｍｍのシート状電極物質を造る。
１−３．接着剤：
ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、黒鉛及び不定形炭素からなる導電性接着剤
【００３２】
１−４．セパレータ：
人造絹糸セパレータ。厚さ７５μｍ×幅１０５ｍｍの多孔性フィルム。
１−５．容器：
径が４０ｍｍで高さが１３０ｍｍの容器
１−６．電解液：
有機系電解液としてのＴＥＭＡ・ＢＦ４／ＰＣ。なお、ＴＥＭＡ・ＢＦ４はトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボーレート、ＰＣはプロピレンカーボネートである。
【００３３】
２．サンプルの造り方：
上記集電箔の両面に、上記接着剤を用いて電極物質を貼り付ける。上記セパレータとともに捲回して、容器に収め、電解液を注入することで、円筒型電気二重層コンデンサを造る。比較実験に供するために２０種類のサンプルを造る。
【００３４】
３．追加測定
前記成分分析の他に、以下の測定を行う。
３−１．電圧維持率の測定：
図１の正負極端子１６、１７に２．５Ｖを印加して、６ｈｒの定圧充電を行う。６ｈｒ経過したら正負極端子１６、１７から給電ケーブルを外し、直ちに電圧Ｖ１を測定する。２５℃の雰囲気中で７２ｈｒ放置して自然放電をさせる。７２ｈｒ経過したら残存電圧Ｖ２を測定する。
そして、１００×（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ１の計算式により「電圧維持率」を求める。それを表３に示す。
【００３５】
【表３】
2004193562.tif 000005
【００３６】
表３は、比較検討が容易になる様に、表２の右に電圧維持率の欄を加えた。
実施例１〜１０は、電圧維持率が全て９２％以上であり、結果は良好であった。これに対して、比較例１〜１０は電圧維持率が７０％又はそれ以下である。これは比較例１〜１０ではコンデンサの内部でショート現象が発生し、そのために蓄電エネルギーが消耗したと考えられる。
【００３７】
そこで、表３を詳細に検討すると、比較例１、２はＣｕが１５ｐｐｍ以上であり、実施例及び他の比較例が１０ｐｐｍ以下であることから、Ｃｕが過剰であり、これが電圧維持率を低下させた要因であると考えられる。
【００３８】
同様に、比較例３、４はＮｉが１８ｐｐｍ以上であり、実施例３、４が１０ｐｐｍ以下であることから、Ｎｉが過剰であり、これが電圧維持率を低下させた要因であると考えられる。
【００３９】
比較例５、６はＺｎが１２ｐｐｍ以上であり、実施例及び他の比較例が１０ｐｐｍ以下であることから、Ｚｎが過剰であり、これが電圧維持率を低下させた要因であると考えられる。
【００４０】
比較例７、８はＳｎが１６ｐｐｍ以上であり、実施例７、８が１０ｐｐｍ以下であることから、Ｓｎが過剰であり、これが電圧維持率を低下させた要因であると考えられる。
【００４１】
比較例９、１０はＦｅが３５０ｐｐｍ以上であり、実施例及び他の比較例が３００ｐｐｍ以下であることから、Ｆｅが過剰であり、これが電圧維持率を低下させた要因であると考えられる。
【００４２】
以上のことから、電極物質を貼り付ける直前に計測したＣｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎの含有量が、いずれも１０ｐｐｍ以下であり、且つ電極物質を貼り付ける直前に計測したＦｅの含有量が、３００ｐｐｍ以下であれは、ショートの発生を抑えることができ、高い電圧維持率が得られると言える。
【００４３】
尚、本発明は円筒型コンデンサの他、平板型コンデンサにも適用できるため、コンデンサの外観的形状は任意である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る電気二重層コンデンサは、車載バッテリに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る電気二重層コンデンサの斜視図
【図２】電気二重層コンデンサの断面拡大図
【図３】本発明に係る電気二重層コンデンサの製造フロー、特に集電箔の製造を詳しく説明するフロー図
【符号の説明】
【００４６】
１０…電気二重層コンデンサ、１１…正極電極、１２…負極電極、１３…セパレータ、２１…集電箔(箔)、２２…電極物質。
【図１】
2004193562.tif 000006
【図２】
2004193562.tif 000007
【図３】
2004193562.tif 000008