(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系樹脂よりなる均一微多孔径を有する多孔質フィルムには電解液の溶媒であるプロピレンカーボネートを浸透させる一方、正極、負極には電解液を浸透させ、次いで、電解液を浸透した前記正極、負極との間に、プロピレンカーボネートの浸透した前記多孔質フィルムをセパレータとして介在させ、これらを集電極、エンドプレートで両側から押さえ付け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２】
ポリオレフィン系樹脂よりなる均一微多孔径を有する多孔質フィルムに電解液の溶媒であるプロピレンカーボネートを浸透させた後、プロピレンカーボネートの浸透した前記多孔質フィルムをセパレータとして正極、負極の間に介在させ、これらを集電極、エンドプレートで両側から押さえ付け、更にこれらを電解液中に浸漬させることにより、前記正極、負極に電解液を浸透させ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３】
ポリオレフィン系樹脂よりなる均一微多孔径を有する多孔質フィルムに電解液の溶媒であるプロピレンカーボネートを浸透させた後、プロピレンカーボネートの浸透した前記多孔質フィルムをセパレータとして正極、負極の間に介在させ、これらの両側から集電極を配し共に巻き取った後、更にこれらを筐体に納め電解液中に浸漬させることにより、前記正極、負極に電解液を浸透させ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４】
前記多孔質フィルムは、孔径分布が0.005μm〜0.1μm、平均孔径0.015μmで、厚さが12〜20μm、気孔率45〜65%であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタを構成するには正極負極電極と電子を遮蔽するセパレータ、電極から電流をとり出す集電極及び電解質が必要である。
一般的なキャパシタを電気二重層キャパシタを図４及び図５に示す。
【０００３】
両図に示すように、セパレータ１を間に介在して正極、負極となる活性炭電極２，３が配置されると共にこれらセパレータ１、活性炭電極２，３を両側から集電極基材４，５、集電基板６，７、エンドプレート８，９で押さえ付けられ、絶縁カラー１０を介してネジ１１，１２にて締め付けられている。
セパレータ１、活性炭電極２，３には予め電解液が浸透され、浸透した電解液が漏れないように電気二重層キャパシタの周縁部にはパッキン１３が設けられている。
【０００４】
上述した電気二重層キャパシタは有機溶媒系のものであり、電解液としては、プロピレンカーボネート（溶媒）＋４級アンモニウム塩（電解質）を溶かしたものを用いている。
セパレータ１には、電子を遮蔽し正極、負極を電気的に絶縁する機能と、電解液を介してイオンを通過させる機能が必要であり、多孔質体である必要がある。
このセパレータ１は薄くなればなるほどイオン移動抵抗が小さくなり、キャパシタの内部抵抗は小さくなるが、正負極間で物理的に接触しショートする可能性が高くなり、電子遮蔽性が損なわれる。
又、セパレータ１の孔径分布、平均孔径は小さくなるほど電子遮蔽性の信頼性が高くなる。
【０００５】
現在一般的に用いられているセパレータ１としては、セルロース繊維（紙）及び樹脂繊維をプレスし不織布としたもの（セルロース系不織布）が一般的である。
不織布は安価であり、容易に大量生産可能であるが、図１に示すように、孔径分布0.1~1.5μｍ、平均孔径は1.8μｍであり、気孔率60％程度で電子遮蔽性を確保するにはある程度の厚み（50μｍ程度）が必要となる。
【特許文献１】特開2000-106327号
【特許文献２】特開平11−86828号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般にリチウムイオン電池で使用しているポリオレフィン系微多孔膜は、図１に示すように、孔径分布0.005μｍ〜0.1μｍ、平均孔径0.015μｍで、厚さは12〜20μｍ、気孔率は45〜65％程度の多孔質膜である。
ポリオレフィン系微多孔膜は、不織布と比較して平均孔径が非常に小さく、かなり厚さを薄くしても、電子遮蔽性が確保でき、キャパシタの内部抵抗が小さくできることが期待できる。
【０００７】
但し、こうした孔径分布が小さい多孔質膜全般に言えることであるが、電解液の浸透性が極めて悪く、電解液がセパレータの多孔質体内部に入りにくいことが問題点にあげられる。
セパレータに電解液が入り込まないと、イオン移動が妨げられキャパシタとして全く機能しない。
【０００８】
そこで、電解液を真空含浸させる方法もあるが、ある程度平均孔径が大きな膜でないと効果が無く、完全に電解液を含浸させるには、現状のセルロース繊維又は樹脂繊維系不織布の数時間に対して、十数時間必要となる。
また、中には電解液が全く入らないものもあり、数種類の微多孔膜については全てそのままの状態では電解液が浸透しない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る電気二重層キャパシタの製造方法は、ポリオレフィン系樹脂よりなる均一微多孔径を有する多孔質フィルムには電解液の溶媒であるプロピレンカーボネートを浸透させる一方、正極、負極には電解液を浸透させ、次いで、電解液を浸透した前記正極、負極との間に、プロピレンカーボネートの浸透した前記多孔質フィルムをセパレータとして介在させ、これらを集電極、エンドプレートで両側から押さえ付けることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る電気二重層キャパシタの製造方法は、ポリオレフィン系樹脂よりなる均一微多孔径を有する多孔質フィルムに電解液の溶媒であるプロピレンカーボネートを浸透させた後、プロピレンカーボネートの浸透した前記多孔質フィルムをセパレータとして正極、負極の間に介在させ、これらを集電極、エンドプレートで両側から押さえ付け、更にこれらを電解液中に浸漬させることにより、前記正極、負極に電解液を浸透させることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る電気二重層キャパシタの製造方法は、ポリオレフィン系樹脂よりなる均一微多孔径を有する多孔質フィルムに電解液の溶媒であるプロピレンカーボネートを浸透させた後、プロピレンカーボネートの浸透した前記多孔質フィルムをセパレータとして正極、負極の間に介在させ、これらの両側から集電極を配し共に巻き取った後、更にこれらを筐体に納め電解液中に浸漬させることにより、前記正極、負極に電解液を浸透させることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る電気二重層キャパシタの製造方法は、請求項１，２又は３において、前記多孔質フィルムは、孔径分布が0.005μm〜0.1μm、平均孔径0.015μmで、厚さが12〜20μm、気孔率45〜65%であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、電気二重層キャパシタのセパレータとして、不織布と比較して平均孔径が非常に小さく、かなり厚さを薄くしても、電子遮蔽性が確保できるポリオレフィン系微多孔膜を使用するものであり、そのため、キャパシタの内部抵抗が小さくできる。
また、ポリオレフィン系微多孔膜には、電解液がなかなか浸透しないが、プロピレンカーボネート単体は、液粘度が小さく平均孔径が小さい膜であるポリオレフィン系微多孔膜でも容易に浸透する。
そこで、プロピレンカーボネート単体を浸透させたポリオレフィン系微多孔膜を、電解液の浸透した正極、負極の間に配置すれば、電子遮蔽性が確保しつつ、正極、負極の間のイオン移動を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、電気二重層キャパシタのセパレータとしてポリオレフィン系微多孔膜を使用すると共に、このポリオレフィン系微多孔膜にプロピレンカーボネート単体を浸透させるものである。
ポリオレフィン系微多孔膜としては、リチウム電池用のセパレータとして開発されたハイポア（旭化成株式会社の商品名）が知られている。
電解質はハイポアには浸透しないが、プロピレンカーボネート単体は、液粘度が小さいため、平均孔径が小さいハイポアでも容易に浸透する。
尚、プロピレンカーボネート単体では電解質イオンが無く、正極、負極には電解液を浸透する必要がある。
【００１７】
本発明の一実施例によるキャパシタ特性改善効果について、以下の通り比較した。
セパレータとしては、微多孔膜で最も厚みの薄い12μｍ、平均孔径、0.015μｍ、空隙率61％のものを使用した。
一般的なセルロース系不織布セパレータ50μｍ厚のものとキャパシタ特性を表１で比較した。
表１に示すように、本実施例の方がセルロース系不織布セパレータよりも低抵抗であることが判る。
【００１８】
【表１】
0004797505.tif 000002
【００１９】
本実施例では、キャパシタの電極にはフェノール系樹脂繊維を水蒸気賦活した活性炭繊維布電極を正極、負極とも用い質量をそろえて試験を行った。
キャパシタ特性の算出方法は、以下の通りである。
図２に示すように、キャパシタを２．３Ｖで５分間充電した後、定電流放電させ放電カーブから、静電容量、内部抵抗を計算した。
静電容量は、下式で放電回帰直線から推定した。
Ｃ（Ｆ）＝ｋ／Ｉｄ
内部抵抗は、放電回帰直線から推定した。
Ｒ（Ω）＝（Ｖ０−Ｖ１）／Ｉｄ
【００２０】
電気遮蔽性を確認するために自己放電試験を実施し、２．３Ｖで２時間充電後、電圧低下を確認したが、図３に示すとおり、従来品と同等な特性を得た。
キャパシタの内部抵抗について、具体的な試験結果を表２、表３に示す。
表２は、セパレータに電解液（PC/TEMA）を浸透させたときの抵抗を示す結果である。
電解液は、プロピレンカーボネート（PC）を溶媒とし、４級アンモニウム塩（TEMA）を電解質とした。
【００２１】
表３は、セパレータにプロピレンカーボネート（ＰＣ）を十分に浸透させた結果である。
課電150hは、25V、60℃の条件で行った。
ME040Aは、セルロース繊維（紙）及び樹脂繊維をプレスし不織布としたサンプルである。
912A，S4848は、何れもポリオレフィン系微多孔膜を示すサンプルであり、表４に示すように、厚さ(μm)、 透気度(sec/100cc)、 気孔率(％)が異なる。
【００２２】
表２に示すように、従来技術に係るME040Aは電解液が十分に浸透しているため、初期及び課電150hにおいても十分に低い抵抗を示しているのに対し、ポリオレフィン系微多孔膜である912A，S4848は、電解液（PC/TEMA）がほとんど浸透しておらず、抵抗がME040Aよりも大きい。S4848も912Aほどではないが、ME040Aに比較すると大きい。
表３に示すように、ポリオレフィン系微多孔膜にはプロピレンカーボネートが十分に浸透しているため、抵抗値が低くなっており、912Aにあっては表２に示すME040Aよりも僅かであるが抵抗が低くなっている。
【００２３】
【表２】
0004797505.tif 000003
【００２４】
【表３】
0004797505.tif 000004
【００２５】
【表４】
0004797505.tif 000005
【００２６】
このように説明したように、本実施例によれば、従来不織布セパレータと比較して極めて厚さが薄く、かつ同等な電気遮蔽性を持つポリオレフィン系微多孔膜の使用が可能となり、キャパシタの内部抵抗を低減させる事が可能となる。
【実施例１】
【００２７】
本発明の第１の実施例に係る電気二重層キャパシタは、以下の手順に従って製造される。
先ず、一方の電極Ａに規定量の電解液（溶媒＋電解質）を浸透させる。
次に、ポリオレフィン系微多孔膜であるセパレータをプロピレンカーボネート槽の中に入れ、プロピレンカーボネートを浸透させる。
引き続き、プロピレンカーボネートの浸透したセパレータを一方の電極Ａ上に置き、この上に他方の電極Ｂを乗せる。
その後、他方の電極Ｂに規定量の電解液を浸透させる。
そして、これらセパレータ、電極Ａ，Ｂの両側を集電極、締め付け板で押さえる。
【実施例２】
【００２８】
本発明の第２の実施例に係る電気二重層キャパシタは、以下の手順に従って製造される。
先ず、ポリオレフィン系微多孔膜であるセパレータをプロピレンカーボネート槽の中に入れ、プロピレンカーボネートを浸透させる。
次に、プロピレンカーボネートの浸透したセパレータを、電解液がまだ浸透していない電極Ａ，Ｂで挟む。
引き続き、これらセパレータ、電極Ａ，Ｂの両側を集電極、締め付け板で押さえる。
その後、これらよりなるセル内に規定量の電解液（溶媒＋電解質）を導入し、電極Ａ，Ｂに電解液を浸透させる。
【実施例３】
【００２９】
本発明の第３の実施例に係る電気二重層キャパシタは、以下の手順に従って製造される。
先ず、ポリオレフィン系微多孔膜であるセパレータをプロピレンカーボネート槽の中に入れ、プロピレンカーボネートを浸透させる。
次に、プロピレンカーボネートの浸透したパレータの両側に、電解液の浸透していない電極Ａ，Ｂ、集電極を配し共に巻き取る。
引き続き、巻き取ったセパレータ、電極Ａ，Ｂ、集電極をアルミ缶等の筐体に納め、規定量の電解液（溶媒＋電解質）を筐体に入れ、電極Ａ，Ｂに電解液を浸透させる。
その後、端子を取り出し封止を行う。
実施例１，２については、単セルのみならず、バイポーラ、モノポーラ構造の多積層体でも効果があると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、電気二重層キャパシタの製造方法に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】セパレータの孔径分布例を示すグラフである。
【図２】キャパシタの放電カーブを示すグラフである。
【図３】自己放電特性を示すグラフである。
【図４】従来の電気二重層キャパシタの組立斜視図である。
【図５】従来の電気二重層キャパシタの断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  セパレータ
２，３  活性炭電極
４，５  集電極基材
６，７  集電極板
８，９  エンドプレート
１０  絶縁カラー
１１，１２  ネジ
【図１】
0004797505.tif 000006
【図２】
0004797505.tif 000007
【図３】
0004797505.tif 000008
【図４】
0004797505.tif 000009
【図５】
0004797505.tif 000010