(57)【要約】【課題】分極性電極体とセパレータとの隙間がほとんど生じないため、分極性電極体の位置ずれが確実に防止され、集電体からの分極性電極の剥離等の不具合も防止される電気二重層コンデンサ用電極積層体の製造方法を提供する。【解決手段】分極性電極体をセパレータに挟み込んでなる組立体を複数積層する電気二重層用電極積層体の製造方法において、分極性電極体をセパレータ面に対して垂直に配置し、セパレータの折り込み位置にて分極性電極体をセパレータに当接させ、セパレータの折り込み位置から徐々に分極性電極体の両側面全体にセパレータを圧着することで分極性電極体をセパレータに挟み込む。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極性電極体をセパレータに挟み込んでなる組立体を複数積層する電気二重層用電極積層体の製造方法において、
分極性電極体をセパレータ面に対してほぼ垂直に配置し、セパレータの折り込み位置にて分極性電極体をセパレータに当接させて、徐々に分極性電極体の両側面全体にセパレータを圧着することで分極性電極体をセパレータに挟み込むことを特徴とする電気二重層コンデンサ用電極積層体の製造方法。
【請求項２】
前記セパレータの折り込み位置にて分極性電極体をセパレータに当接させるために分極性電極体を挿入するための挿通部を有する先端薄平状の案内手段が使用されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記セパレータの折り込み位置にて分極性電極体をセパレータに当接させる前にセパレータの折り込み位置に仮折り部を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記仮折り部が、案内手段の薄平状の先端をセパレータに押しつけることにより形成されることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層用電極積層体の製造方法に関するものであり、特に、信頼性の高い電気二重層用電極積層体を生産性よく製造し得る電気二重層用電極積層体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサは、分極性電極と電解液の界面に形成される電気二重層に電荷を蓄積する機能を有するものであり、エネルギー効率の高いコンデンサとして広く実用化されている。
【０００３】
近年、アンペアオーダー以上の大電流放電が可能な数百〜数千Ｆの大容量で低抵抗のいわゆる大容量電気二重層コンデンサ（パワー用電気二重層コンデンサ）の開発が進められており、モータ駆動用の電源などのパワー用途への適用が進められている。このような大容量電気二重層コンデンサの一つとして、複数の正極と複数の負極との間にセパレータを介在させて交互に積み重ねてなる電極積層体に電解液を含浸させて角形の外装ケース内に収納したものが知られている。そして、そのようなコンデンサの製造方法として、産業用ロボット等により、集電極、分極性電極及びセパレータの三種の単体形態部品を１枚ずつ順に多数枚（例えば総計で約１４０枚程度）連続的に積み重ねる動作を繰り返して電極積層体を組立て、その電極積層体を押圧した状態で締付け用テープにより結束し、所定の電解液を含浸させ、外装ケース内に収納する方法が知られている。
【０００４】
しかしながら、このような従来の電極積層体の組立て方法では、第１番目から最終まで各部品の端をそろえて積層し、積層ずれを起こさないようにするために時間をかけて慎重に積み重ねを行わねばならず、時間がかかって生産性が悪いという問題があった。また、外装ケース内での分極性電極からの活性炭遊離粉の飛散により、一部の正極・負極間での電気的短絡や、漏れ電流の大幅増大による電気的損失などの重大な品質不良が引き起こされる心配があり、信頼性の点でも問題があった。
【０００５】
そこで、電極積層体の生産性を向上するとともに、電気二重層コンデンサの信頼性を高める電気二重層コンデンサ用電極積層体の製造方法として、複数の正極と複数の負極とをそれらの間にセパレータを介在させて交互に積層してなる電気二重層コンデンサ用電極積層体において、長手方向に折り畳まれた長尺シート状のセパレータの前記折り畳まれた中に、正極と負極とが交互に並べられた状態で入れられており、さらに、前記セパレータに熱シールが施されることで該セパレータは前記の正極、負極ごとに一つずつ区画され、かつ前記の正極、負極は電極リード部をセパレータから突出させた状態でそれぞれ密閉されており、この一連の正極、負極の長尺収納体を１区画分ずつジグザグに折り重ねてなることを特徴とする電気二重層コンデンサ用電極積層体の製造方法が知られている（たとえば特許文献１参照）。
【０００６】
このような電極積層体の従来の組立て方法では、予め折り返したセパレータに手動にて分極性電極体を挿し込む方法や、予め分極性電極体を手動または移送手段を用いてセパレータの長手方向に適宜間隔を持って載置した後、セパレータを長手方向の中心を曲げ軸として案内用ローラにより徐々に折り返すことにより、分極性電極体をセパレータで折り込む方法が取られている。
【０００７】
しかしながら、このような手動にてセパレータに分極性電極体を挟み込む方法は、作業精度にバラツキがあり、コストも上がってしまうため、大量生産には不向きであった。また、折り返し時にセパレータの折曲部と分極性電極体との間に隙間が生じる場合があり、複数積層を行うと内部端子の位置がずれてしまうという問題も存在した。また、分極性電極体は接触や摩擦などの外部からのストレスに弱く、表面が剥がれると静電容量が減少してしまうため、セパレータを折り返す時にセパレータと分極性電極体が擦れて分極性電極が集電体から剥離してしまうという問題も存在した。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２６０６７３号公報（請求項１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような実情を鑑み、分極性電極体とセパレータとの隙間がほとんど生じないため、分極性電極体の位置ずれが確実に防止され、分極性電極体とセパレータとの組立体を複数積層するにあたっての各組立体間の位置精度が向上し、集電体からの分極性電極の剥離等の不具合も防止される電気二重層コンデンサ用電極積層体の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
前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積層体の製造方法は、分極性電極体をセパレータに挟み込んでなる組立体を複数積層する電気二重層用電極積層体の製造方法において、分極性電極体をセパレータ面に対してほぼ垂直に配置し、セパレータの折り込み位置にて分極性電極体をセパレータに当接させて、徐々に分極性電極体の両側面全体にセパレータを圧着することで分極性電極体をセパレータに挟み込むことを特徴とする。
【００１０】
本発明において、セパレータの折り込み位置にて分極性電極体をセパレータに当接させるために分極性電極体を挿入するための挿通部を有する先端薄平状の案内手段を使用しても良い。また、セパレータの折り込み位置にて分極性電極体をセパレータに当接させる前にセパレータの折り込み位置に仮折り部を形成しておいても良い。また更に、この仮折り部は、案内手段の薄平状の先端をセパレータに押しつけることにより形成しても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１（ａ）乃至（ｄ）は本発明による電気二重層コンデンサ用電極積層体の組立てを行う各々の工程に関する組立て方法を示す概念図であり、本発明の製造方法の４つの工程［（ａ）セパレータ準備工程、（ｂ）セパレータ仮折り工程、（ｃ）分極性電極体当接工程及び（ｄ）セパレータ圧着工程］を示している。
【００１３】
図１（ａ）はセパレータ準備工程を示している。すなわち、第一に、セパレータ１は移送ローラ３ａ、３ｂを介して折り込みローラ４ａ、４ｂ上に移送手段（チャッキング）２によって移送される。かかる移送手段（チャッキング）２はチャックがロックされることでセパレータ１の端部をつかみ、ローラ４ａ、４ｂ上にセパレータ１を引き出すよう制御されている。次に、セパレータ押さえローラ５ａ、５ｂをセパレータ１の上面に下降させ、セパレータ押さえローラ５ａ、５ｂと折り込みローラ４ａ、４ｂとでセパレータ１を押さえ込み、切断手段（カッター）６によりセパレータ１を適切な大きさに切断する。更に、移送手段のチャックを解除し、切断されたセパレータ１がセパレータ押さえローラ５ａ、５ｂ及び折り込みローラ４ａ、４ｂにより２箇所のみで押さえ込まれている状態にする。
【００１４】
図１（ｂ）は仮折り工程を示している。すなわち、切断されたセパレータ１を移送方向と垂直に半折するための折り込み位置７に案内手段１３の薄平状の先端を当接させるようセパレータ面に対して垂直に下降させ、更に案内手段１３の薄平状の先端が折り込みローラ４ａ、４ｂにセパレータを介して接触するまで押し下げることにより、案内手段１３の薄平状の先端でセパレータに折り目（仮折り部）７’を設ける。なお、予め仮折り部７’を設けたセパレータ１’を用いても良い。かかる案内手段１３には分極性電極体８を挿入するための挿通部９が構成されており、折り込み位置７に正確に分極性電極体８を当接させるための案内手段の役割を果たす。ここで、分極性電極体８をセパレータ面に対してほぼ９０度をもって配置すると、分極性電極体８の両側のセパレータの配置角度が均等になるため、折り込み制御をしやすく望ましいが、４５度以上であればよく、セパレータ１と分極性電極体８の隙間やずれが発生しにくい。
【００１５】
図１（ｃ）は分極性電極体当接工程を示している。すなわち、セパレータ１の仮折り部７’に分極性電極体８を当接させるため、案内手段１３を押し下げた状態を維持したまま、分極性電極体８を案内手段１３の分極性電極体８の幅とほぼ同等の幅の挿通部９に挿入する。分極性電極体８は案内手段１３によりセパレータ１に当接されるとともにその後移動されないように制御される。かかる分極性電極体８は、外部端子接続用の狭幅帯状のリード部１０を有する矩形シート状であることが好ましいが、セパレータ１の仮折り部７’にはリード部１０を有していない辺を当接させる。
【００１６】
図１（ｄ）はセパレータ圧着工程を示している。すなわち、案内手段１３に設置されている分極性電極体押さえローラ１１ａ、１１ｂにより分極性電極体８を垂直に下降させながら、折り込みローラ４ａ、４ｂを矢印方向へ回転させることにより、分極性電極体８をセパレータ１の仮折り部７’に当接させた状態であったものが、分極性電極体８とセパレータ１とがセパレータ１の仮折り部７’から、折り込みローラ４ａ、４ｂにより挟圧されると共に下部へ移送される。このとき、セパレータ１の仮折り部７’を起点として分極性電極体８の両側面に徐々にセパレータ１が圧着され、最終的に分極性電極体８の両側面全体にセパレータ１が圧着され、セパレータ１が分極性電極体８を挟み込んで圧着された状態となる。このように分極性電極体８をセパレータ１に当接させた状態にて、徐々に挟み込むことによってセパレータ１と分極性電極体８との間に隙間が生じず位置精度が向上する。また仮折り部７’を設けることで分極性電極体８をセパレータ１に当接させた直後に折り込みを開始できるため、さらに隙間が生じる可能性がなくなり、位置精度は確実に向上する。なお、かかる圧着時、案内手段１３に設置された分極性電極体押さえローラ１１ａ、１１ｂやセパレータ押さえローラ５ａ、５ｂが連携しセパレータと分極性電極体の移送速度を調整することで、セパレータのねじれや撓みなどが防止され、移送精度が上がる。更に、折り込みローラ４ａ、４ｂの下方には圧延ローラ１２ａ、１２ｂが配置されており、折り込みローラ４ａ、４ｂの回転により下降したセパレータ１に挟み込まれた分極性電極体８は更に、圧延ローラ１２ａ、１２ｂにより圧延され、セパレータと分極性電極体との圧着を強固なものとされる。
【００１７】
また、図２（ａ）乃至（ｃ）は本発明の別の実施の形態による電気二重層コンデンサ用電極積層体の組立てを行う各々の工程に関する組立て方法を示す概念図であり、本発明の製造方法の３つの工程［（ａ）セパレータ準備工程、（ｂ）分極性電極体当接工程及び（ｃ）セパレータ圧着工程］を示している。
【００１８】
図２（ａ）はセパレータ準備工程を示している。すなわち、予め仮折り部７’が設けられているセパレータ１’を使用する場合、セパレータ１’は仮折り部７’が所定の場所に位置するようセパレータ押さえローラ５ａ、５ｂ及び折り込みローラ４ａ、４ｂにより２箇所のみで押さえ込まれている状態にする。
【００１９】
図２（ｂ）は分極性電極体当接工程を示している。すなわち、セパレータ１’の仮折り部７’に分極性電極体８を当接させる。
【００２０】
図２（ｃ）はセパレータ圧着工程を示している。すなわち、折り込みローラ４ａ、４ｂを矢印方向へ回転させることにより、分極性電極体８をセパレータ１’の仮折り部７’に当接させた状態であったものが、分極性電極体８とセパレータ１’とがセパレータ１’の仮折り部７’から、折り込みローラ４ａ、４ｂにより挟圧されると共に下部へ移送される。このとき、セパレータ１’の仮折り部７’を起点として分極性電極体８の両側面に徐々にセパレータ１’が圧着され、最終的に分極性電極体８の両側面全体にセパレータ１’が圧着され、セパレータ１’が分極性電極体８を挟み込んで圧着された状態となる。更に、折り込みローラ４ａ、４ｂの下方には圧延ローラ１２ａ、１２ｂが配置されており、折り込みローラ４ａ、４ｂの回転により下降したセパレータ１’に挟み込まれた分極性電極体８は更に、圧延ローラ１２ａ、１２ｂにより圧延され、セパレータと分極性電極体との圧着を強固なものとされる。
【００２１】
本発明の他の実施の形態として、圧延ローラを使用せず、折り込みローラ単独にて折り込みと圧延を同時に行うことも可能である。
【００２２】
折り込みローラ及び圧延ローラの寸法は、分極性電極体とセパレータとの圧着が更に確実となる大きさであれば良く、製造する分極性電極体をセパレータに挟み込んでなる組立体の大きさにより適宜変更可能である。
【００２３】
折り込みローラと圧延ローラとの距離は、折り込みローラ下部より導出されたセパレータと分極性電極体との組立体の先端が、圧延ローラの圧延開始地点に到達する距離であれば良い。また、折り込みローラ又は圧延ローラは、図示しない駆動機構により、近接、離隔移動可能に形成しても良く、その場合、折り込みローラ下部より導出されたセパレータと分極性電極体との組立体の先端が圧延ローラの圧延開始地点に到達するよう折り込みローラ及び／又は圧延ローラを適宜移動して良い。
【００２４】
本発明において使用されるローラ、すなわち、移送ローラ、セパレータ押さえローラ、分極性電極体押さえローラ、折り込みローラ及び圧延ローラの材質は、セパレータや分極性電極体等を夫々移送し、押さえ、折り込み、そして圧延するのに好ましいものであれば適宜利用可能であるが、特に、滑り防止のため、樹脂を用いると良い。
【００２５】
本発明において使用される案内手段は、分極性電極体を折り込みローラへ移送し得るものであれば何れの形態のものであっても良いが、特に、分極性電極体押さえローラを設置することにより分極性電極体の移送速度を調整することで、セパレータとの折り込み又は圧着時、セパレータのねじれや撓みなどが防止され、移送精度が上がる。また、図１の案内手段ではその薄平状の先端にて仮折り部を形成するとしているが、案内手段とは別に仮折り部を形成する手段を設置することも可能である。
【００２６】
本発明において使用される切断手段は、セパレータを適切に切断できるものであれば如何なる形態のものでも良く、またあらかじめ切断されているセパレータを使用する場合は、この切断手段を使用しなくても良い。
【００２７】
本発明において使用されるセパレータ移送手段及び移送ローラは、セパレータを適切な場所に迅速且つ正確に移送できるものであれば如何なる形態のものでも良く、あらかじめ切断されているセパレータを使用する場合は、特に図１に具体的に示した移送手段とは別の移送手段を用いても良い。
【００２８】
このように形成された分極性電極体をセパレータに挟み込んでなる組立体１４は、常法にて正極用のものと負極用のものとを交互に、そして、正極用のリード部１０ａと負極用のリード部１０ｂとが重ならないよう左右逆の位置になるように積層され電極積層体とされる。更に、各リードが溶接され、その電極積層体を押圧した状態で締付け用テープ１５により結束することで、図３に示すような内部素子１６が形成される。この内部素子１６は電解液に浸漬され外装ケースに収納され電気二重層コンデンサが形成される。
【００２９】
本発明の製造方法によれば、あらゆる一般的な電気二重層コンデンサの製造が可能である。特に、本発明により製造され得る電気二重層コンデンサの組立体の単体形態部分（集電体、分極性電極及びセパレータ）について以下に説明する。
【００３０】
集電体としては、電気化学的に不活性な金属が望ましく、ステンレスなどの耐食鋼、Ｎｉ、Ｃｕなどをベースとする耐食合金、Ａｌ、Ｔｉなどの弁作用金属が用いることができる。このような金属集電体は、箔状、パンチングメタル、エキスパンドメタル、金属網などの形状で使用することが好ましい。なお、金属集電体は薄すぎると機械的強度が弱くなって、生産上問題になり、厚すぎるとコンデンサ全体としての容量が低下する。これら集電体表面には予め粗面化処理を行うと電極材の接着強度が高くなるので好ましい。また、箔状の金属箔は表面積を拡大する粗面化処理を施すとより好ましく、この表面の粗面化処理方法としては、機械的研磨法、電解研磨法または化学研磨法が挙げられる。機械的研磨法としては、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線などを備えたワイヤーブラシなどで集電体表面を研磨する方法が挙げられる。
【００３１】
分極性電極としては、活性炭粒子を主成分とし、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂により形成されていることが好ましい。更に、これに加えて導電性を付与するカーボンブラックやグラファイト粒子などの導電性フィラーのような、導電材料、補強材など各種の機能を発現する添加剤、粉体、充填材などを含有していてもよい。導電材料としては、上記物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限はないが、通常、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素粉末や、各種の金属ファイバー、箔などが挙げられる。補強材としては、各種の無機、有機の球状、繊維状フィラーなどが使用できる。
【００３２】
分極性電極体としては、集電体と分極性電極とが一体化されていれば良く、その一体化方法はどのようなものであってもかまわないが、分極性電極を構成する成分を適当な溶媒とともに分散塗料化し、これを集電体上に塗布後乾燥する方法が挙げられる。また、分極性電極成分を集電体上に圧着あるいは吹き付ける方法でもよい。この分極性電極成分の塗布は、集電体を所定の寸法に裁断した後行なうことができるが、長尺状集電体に塗布した後所定寸法に裁断することが望ましい。更に、この分極性電極体の一部には外部端子接続用の狭幅帯状の陰極用、陽極用のリードを接続しておく必要がある。
【００３３】
セパレータとしては、製造時もしくは使用時の短絡を防止するだけの機械的強度を有することと、コンデンサ性能を十分に発揮するために充分なイオン伝導性及び電気絶縁性を備えた多孔性膜であれば何れでも良いが、以上のような性能を満たす多孔性膜としては、具体的には不織布、フィルム、紙などが好適である。セパレータの形態は、本発明の方法にて使用する場合、たとえばロール状に巻かれた形態のものを巻き戻しながら使用すれば良く、そのためセパレータの幅は、分極性電極体の幅以上であることが好ましい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、上記のように分極性電極体をセパレータの折り込み位置に当接させて折り込むことで、分極性電極体とセパレータとの隙間がほとんどなくなり、複数積層するにあたっての各組立体間の位置精度が向上する。
【００３５】
またセパレータへの折り込みは、分極性電極体がセパレータに対して直角方向に配置され、折り曲げられることで分極性電極体の両側面に折り込み手段との接触箇所から徐々にセパレータが圧着され、分極性電極体の未圧着部分とセパレータとの接触は少なく、従って摩擦等の機械的ストレスはほとんどなく、集電体からの分極性電極の剥離等の不具合はない。
【００３６】
また、セパレータの折り込み位置に仮折り部を形成することで、分極性電極体のセパレータの折り曲げ位置への案内が容易となり、かつ分極性電極体のセパレータへの折り込みが円滑に行われ、分極性電極体の位置ずれが確実に防止される。
【００３７】
その結果、従来の製造方法と比較して電極積層体の生産性を向上できるとともに、一部の正極・負極間での電気的短絡や、漏れ電流の大幅な増大などの重大な品質不良の発生をなくすことが可能となり、電気二重層コンデンサの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気二重層コンデンサ用電極積層体の組立て方法を示す概念図であって、（ａ）はセパレータ準備工程、（ｂ）はセパレータ仮折り工程、（ｃ）は分極性電極体当接工程、（ｄ）はセパレータ圧着工程をそれぞれ示している。
【図２】本発明の別の実施の形態による電気二重層コンデンサ用電極積層体の組立て方法を示す概念図であって、（ａ）はセパレータ準備工程、（ｂ）は分極性電極体当接工程、（ｃ）はセパレータ圧着工程をそれぞれ示している。
【図３】本発明による電気二重層コンデンサ用電極積層体の組立て方法により製造された内部素子を示している。
【符号の説明】
１、１’  セパレータ
２  移送手段（チャッキング）
３ａ、３ｂ  移送ローラ
４  折り込みローラ
５ａ、５ｂ  セパレータ押さえローラ
６  切断手段（カッター）
７  折り込み位置
７’  折り目（仮折り部）
８  分極性電極体
９  挿通部
１０ａ、１０ｂ  リード部
１１ａ、１１ｂ  分極性電極体押さえローラ
１２ａ、１２ｂ  圧延ローラ
１３  案内手段
１４  組立体
１５  締付け用テープ
１６  内部素子
【図１】
2004253578.tif 000003
【図２】
2004253578.tif 000004
【図３】
2004253578.tif 000005