(57)【要約】開示されていることは、スーパーキャパシタのための電極の製造方法であって、凝固工程を完了するために十分な長さの時間内に、活性炭が結着剤と混合され、続いて、こうして得られた集合体が、分散媒を除去するために固められ、電極を形成（鋳造）するために使用される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気２重層キャパシタのための電極の製造方法であって、
-粒子径が５０μｍより小さい活性炭を使用し、
-凝固工程を完了するために十分な長さの時間内に、前記炭素をバインダと混合し、
-分散媒の除去によって前記集合体を高密度化し（固め）、
-前記固められた集合体から電極を形成（鋳造）する
ことを特徴とする電極の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電極の製造方法であって、前記活性炭が０．５〜３ｎｍの範囲内の細孔半径を有することを特徴とする電極の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電極の製造方法であって、前記活性炭が、ベンゼン吸着等温線を用いて定められる０．３ｃｍ３／ｇ以上の、微細小孔の比容積を有することを特徴とする電極の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の電極の製造方法であって、炭素と全質量の１〜２０％の量のバインダとの集合体が、１０〜３０分間撹拌されることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は４に記載の電極の製造方法であって、水フッ素樹脂懸濁液がバインダとして使用されることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の電極の製造方法であって、炭素とバインダとの混合集合体の高密度化（固めること）は、その集合体をローラに通過させることによって行われることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項７】
請求項１又は６に記載の電極の製造方法であって、その集合体の高密度化が、５０〜９０％の多孔度に到達するように、続けられることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項８】
請求項１又は６に記載の電極の製造方法であって、前記電極は、その厚みが、０．１〜０．９ｍｍになるように、高密度化した（固められた）集合体のいくつかの層で形成されることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の電極の製造方法であって、前記電極が２００〜３００℃の温度で形成（鋳造）されることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項１０】
電気２重層キャパシタのための電極であって、請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法によって製造されることを特徴とする電極。
【請求項１１】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法によって製造された電極を備える電気２重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ貯蔵電気キャパシタの設計に関する。これは、２つの媒体、電極と電解質との間の界面で電荷を蓄積することによってエネルギを貯蔵する。ゆえに、“電気２重層キャパシタ”（ＥＤＬＣ）、“スーパーキャパシタ”、“ハイブリッドキャパシタ”、“ハイパーキャパシタ”（日本）、“ウルトラキャパシタ”（ドイツ、アメリカ合衆国）、“電気化学キャパシタ”（フランス、カナダ）、“イオニスタ”（ロシアや他の独立国家共同体）と呼ばれている。
【０００２】
伝統的な電解キャパシタを超えるＥＤＬＣの主要な利点は、増加した特定のエネルギに存在する。そのようなタイプのキャパシタのいくつかは、１０ｋＪ／ｋｇを超える特定のエネルギを蓄積することが可能であり、約１〜１０ｋＷ／ｋｇのオーダの特定の力で負荷に放電する（ｗｗｗ.ｋｉｔ−ｅｒｕ/ａｒｔｉｃｌｅｓ/ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ／２００５_６_１２.ｐｈｐ）。
【０００３】
これには、広範な動作温度範囲はもちろん、“充放電”可能サイクルを非常に多数にすることと、信頼性及び耐久性が追加されなければならない。
【０００４】
ＥＤＬＣのこれらの特性のこの独特な組み合わせは、その利用の可能性及び実行可能性を、まず最初に、電気輸送及び混成応用において、かなりの程度まで決定する。別の有望な分野は、不安定な特性を示す発電装置、例えば、風力駆動発電システム、太陽電池発電所、潮流発電所で、“補償装置”としてＥＤＬＣを使用することである。
【０００５】
より具体的には、本発明は、キャパシタの主要部品、すなわち電極、に関する。
【背景技術】
【０００６】
一般に、ＥＤＬＣ電極は、通常は高分子の結着剤（バインダ）と結合（混合）された活性炭から製造される。
【０００７】
技術分野で知られているものは、活性炭粒子を、炭素粒子の平均サイズの０．０８〜０．０９の平均サイズであるポリマー粒子と混合し、その混合物をポリマー粒子軟化温度まで熱するＥＤＬＣ電極の製造方法（米国特許７１１０２４２）である。
【０００８】
本発明に最も近いのは、ＲＦ特許第２４２７０５２号で開示されているスーパーキャパシタのための電極の製造方法である。この方法によれば、活性炭は、高分子のバインダ、有機溶剤、導電性添加剤と混合される。ここで、導電性添加剤は、多壁カーボンナノチューブ及び／又はテクニカル・カーボンであってもよい。前記混合物は、微小繊維化され、ベルトを形成するために固められ、それから熱処理される。
【０００９】
思いがけなく、本発明の発明者らは、活性炭から作られた電極の質が、活性炭と結合剤との撹拌期間によって著しく影響されることを発見した。彼らは、そのような撹拌は、撹拌された集合体がゼリー状になって凝固過程が終了する瞬間まで持続されるべきであるとの結論に達した。この瞬間は、その混合が相当に長時間持続した場合にやってくる。ここで、その長時間とは、活性炭とバインダとが撹拌された集合体における炭素とバインダとの間のバランス（バインダの１〜２０％の範囲での増減）及び混合物の全質量に依存するが、１０分乃至３０分である。
【００１０】
本発明にとってもまた重要なのは、使用される活性炭の特性である。すなわち、その粒子サイズは５０μｍ以下であるべきであり、細孔半径は、０．５から３．０ｎｍであるべきであり、（ベンゼン吸着等温線を用いて測定される）微細孔の比容積は、０．３ｃｍ３／ｇ以上であるべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、スーパーキャパシタ電極の製造技術と、この技術に従って製造された電極と、この技術に従って製造された電極を備えるキャパシタに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
電極の製造方法は、電極の集合体を準備する工程とこの集合体から電極を形成する工程を有する。
【００１３】
電極の集合体を準備する工程は以下の作業を有する。
（１）  活性炭と高分子バインダとの混合物を準備する。活性炭は、木炭、黒炭、コークス、籾殻系炭素等の様々な種類のものであってよい。
炭素粒子のサイズは、５０μｍより小さくなければならない。細孔半径は０．５〜３ｎｍの範囲内であり、ベンゼン吸着等温線を用いて定められる微細孔の比容積は、０．３ｃｍ３／ｇ以上であると適切である。
バインダとして、全質量の１〜２０％の範囲内の水フッ素樹脂懸濁液を使用するのが実用的である。
（２）  活性炭とバインダとの混合物は、混合器内へ配置され、凝固工程を完了するために十分な長さの時間内（１０〜３０分）で撹拌される。
（３）  凝固した集合体は、そこからの分散媒の除去によって固められる（高密度化される）。高密度化の手続きは、ロール（ｒｏｌｌｓ）やウォーム（ｗｏｒｍｓ）等のような、様々な機構の使用により実行される。５０〜９０％の多孔度を達成するまで、高密度化を持続することが適切である。
【００１４】
電極形成工程は以下の作業を有していても良い。
（１）  電極の集合体をローラに通すことによって、電極の集合体からベルトを作る。
（２）  前記ベルトを切断することによって、前記ベルトから工業用電極を製造する。電極を０．１〜０．９ｍｍの厚さにするために、ベルトのいくつかの層を重ね合わせても良い。
電極の形成（又は鋳造）工程は２００〜３００℃の温度で行うことが実用的である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１の実施形態］
活性炭（粒子の平均サイズは２３μｍ、細孔容積は半径３ｎｍ未満、０．８ｃｍ３／ｇ）が、フッ素樹脂２％の懸濁液Ｆ４Ｄとエチルアルコールとに混合された。その混合物は、凝固のために２０分間撹拌された。得られた集合体は、それからローラに８回通し、いくつかの層を加えることによって、固められた。４００μｍの厚さで８０％の多孔度の電極ベルトは、２００℃で２時間熱せられた。ベルトから切断された電極は、真空中で０．５時間、大気圧で０．５時間硫酸に含浸された。それから電極は、スーパーキャパシタセルを形成するために組み立てられた。圧縮力は１０気圧（＝１．０１３メガパスカル）だった。それから、その電極は電気化学試験にかけられた。スーパーキャパシタセルの重さあたりのエネルギ密度は、乾燥炭素に対しては９．７Ｗｈ／ｋｇであり、炭素と電解質の全質量に対しては３．７Ｗｈ／ｋｇだった。
【００１６】
［第２の実施形態］
籾殻系活性炭素（粒子の平均サイズは９μｍ、細孔容積は半径３ｎｍ未満、０．７ｃｍ３／ｇ）が、フッ素樹脂２％の懸濁液Ｆ４Ｄとエチルアルコールとに混合された。その混合物は、凝固のために１０分間撹拌された。得られた集合体は、ローラに８回通し、いくつかの層を加えることによって、固められた。３００μｍの厚さで７５％の多孔度の電極ベルトは、３００℃で２時間熱せられた。ベルトから切断された電極は、真空中で０．５時間、大気圧で０．５時間硫酸に含浸された。それから電極は、スーパーキャパシタセルを形成するために組み立てられた。圧縮力は３０気圧（＝３．０４０メガパスカル）だった。それから、その電極は電気化学試験にかけられた。スーパーキャパシタセルのエネルギ密度は、乾燥炭素に対しては８．６Ｗｈ／ｋｇであり、炭素と電解質の全質量に対しては３．０Ｗｈ／ｋｇだった。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明に従って製造された電極を使用したキャパシタの消費者品質について受け取った情報は、スーパーキャパシタとして好結果な使用に関する十分な証拠をもたらした。
【国際調査報告】
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