(57)【要約】【課題】  コンデンサー、キャパシター、電池などの電気・電子部品に使用でき、高エネルギー、大出力に十分な効果を示し、かつ機械的特性が改善された複合体シートを提供すること。【解決手段】  電極部材とセパレーターからなり、セパレーターの体積固有抵抗値が１０10Ωcm以上であることを特徴とする複合体シート。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極部材とセパレーターからなり、セパレーターの体積固有抵抗値が１０10Ωcm以上であることを特徴とする複合体シート。
【請求項２】
電極部材が金属、金属誘導体、ハロゲン誘導体、導電性高分子、炭素、炭素誘導体、酸素誘導体、硫黄誘導体およびそれらの混合物から選ばれる少なくとも１種の成分または該成分とバインダー成分からなることを特徴とする請求項１に記載の複合体シート。
【請求項３】
電極部材が金属、金属誘導体、ハロゲン誘導体、導電性高分子、炭素、炭素誘導体、酸素誘導体、硫黄誘導体およびそれらの混合物から選ばれる少なくとも１種の成分または該成分とバインダー成分を含む有機フィルムであることを特徴とする請求項１または２に記載の複合体シート。
【請求項４】
セパレーターが織布、不職布、紙又は微多孔フィルムの形態であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の複合体シート。
【請求項５】
セパレーターを構成する主な部材の融点及びまたは熱分解開始温度が２３０℃以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の複合体シート。
【請求項６】
電極部材およびセパレーターのそれぞれ少なくとも１層を積層一体化することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の複合体シートの製造方法。
【請求項７】
セパレーターに電極部材を塗布することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の複合体シートの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載の複合体シートを使用することを特徴とする電気・電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサー、キャパシター、電池などのエネルギー貯蔵電気・電子部品において有用な、電極部材とセパレーターを複合化したシートおよびその製造方法に関する。特に、エネルギー放出時の高エネルギー、大出力に十分な効果を示し、かつ機械的特性が改善された複合体シートおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯通信機器や高速情報処理機器などの最近の進歩に象徴されるように、エレクトロニクス機器の小型軽量化、高性能化には目覚しいものがある。なかでも、小型、軽量、高容量で、長期保存にも耐える高性能なコンデンサー、キャパシター、電池などの電気・電子部品への期待は大きく、幅広く応用が図られ、部品開発が急速に進展している。
【０００３】
コンデンサー、キャパシター、電池などの電気・電子部品に要求されるさまざまな特性の中でも次の四つの特性項目が特に重要と認識される。
１）高エネルギー、
２）大出力、
３）耐環境性、
４）長寿命。
【０００４】
これらに応えるため、部材、例えば電極及びその隔壁材料であるセパレーターに関しても技術・品質開発の必要性が高まっている。
【０００５】
電極に使用される部材は、
１）微細化することができること、
２）表面に微細孔を作製し、表面積を増大することができること、
３）高密度に充填することができること、
などが要求されている。
【０００６】
また、セパレーターに使用される部材に対しては、
１）電解質を保持した状態での導電性がよいこと、
２）高い電極間遮蔽性、
３）機械的強度を有すること、
などが要求されている。
【０００７】
従来、電極としては、電池の場合、活物質として単位電気量あたりの体積、質量が小さく、電極電位の絶対値が大きい、リチウム、ニッケル、鉛、マンガン、モリブデン、チタン、バナジウム、鉄、ナトリウムなどの金属および／またはその誘導体などが使用され、そして、キャパシターの場合、電気二重層を発現する活性炭などが広く使用されている。
【０００８】
一方、セパレーターとしては、ポリエチレンやポリプロピレンのようなポリオレフィン系ポリマーを用いて製膜した多孔質シート（特許文献１）、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系ポリマー繊維を用いてシート化した不織布（特許文献２）、ナイロン繊維を用いてシート化した不織布（特許文献３）などが広く使用されている。
【０００９】
電極は、集電部材上に接着された後、セパレーターに積層一体化し、あるいはロール状に巻いてコンデンサー、キャパシター、電池などの電気・電子部品内に用いられる。
【特許文献１】特開昭６３−２７３６５１号公報
【特許文献２】特開２００１−１１７６１号公報
【特許文献３】特開昭５８−１４７９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらの電極及びセパレーターは良好な物性を有しているが、近年、電気自動車用のコンデンサー、キャパシター、電池など電気・電子部品に要求されている高エネルギー化や大出力化には必ずしも十分に対応することができない。
【００１１】
高エネルギー、大出力が要求されるコンデンサー、キャパシター、電池などの電気・電子部品中においては、電極とセパレーターとの組み合わせは、
１）高エネルギー、
２）大出力、
３）機械的強度を有すること、
４）化学的・電気化学的に安定であること、
５）高温の乾燥に耐えうること（耐熱性）、
の五つの特性を同時に満たすことが要求されている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、かかる状況に鑑み、高エネルギー化に要求される高密度に充填された電極と、大出力化に要求される低厚みのセパレーターからなり、製造工程中の応力にも耐えうる機械的強度を発現しうる複合材料を開発すべく鋭意検討を進めた結果、本発明を完成するに至った。
【００１３】
かくして、本発明は、コンデンサー、キャパシター、電池などのエネルギー貯蔵電気・電子部品の電極部材及びセパレーターとして有用な、電極部材とセパレーターからなり、セパレーターの体積固有抵抗値が１０10Ωcm以上であることを特徴とする複合体シートを提供するものである。
【００１４】
本発明は、また、電極部材およびセパレーターのそれぞれ少なくとも１層を積層一体化することを特徴とする上記の複合体シートの製造方法を提供するものである。
【００１５】
本発明は、さらに、セパレーターに電極部材を塗布することを特徴とする上記の複合体シートの製造方法を提供するものである。
【００１６】
本発明は、さらにまた、上記の複合体シートを使用することを特徴とする電気・電子部品を提供するものである。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００１７】
（電極部材）
本発明における電極部材は、コンデンサー、キャパシター、電池などの電気・電子部品において電極として通常使用することが可能な部材であり、たとえば、金属、金属誘導体、ハロゲン誘導体、導電性高分子、炭素、炭素誘導体、酸素誘導体、硫黄誘導体およびこれらの２種もしくはそれ以上の混合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。具体的には、たとえば、電池の電極部材の場合、活物質として単位電気量あたりの体積、質量が小さく、電極電位の絶対値が大きい、リチウム、ニッケル、鉛、マンガン、モリブデン、チタン、バナジウム、鉄、ナトリウムなどの金属および／またはその誘導体などを使用することができ、また、キャパシターの電極部材の場合、電気二重層を発現する活性炭などを使用することができる。
【００１８】
また、上記部材を層状に成形するに際して、必要に応じて、バインダー成分を添加することができ、あるいは上記部材または上記部材とバインダー成分を有機フィルム中に填料として含ませることもできる。上記のバインダーおよび／または有機フィルムが絶縁性である場合に、コンデンサー、キャパシター、電池などの素子を組み立てた後で、加熱処理するかあるいは適当な溶剤に溶解させて、バインダーおよび／または有機フィルムを炭化させまたは少なくとも部分的に除去することにより、電極部材層の導電性を高めることもできる。このようなバインダー成分としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどが挙げられるが，これらに限定されるものではない。また、上記有機フィルムの構成成分としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステルなどが挙げられるが，これらに限定されるものではない。
【００１９】
（セパレーター）
本発明におけるセパレーターとしては、たとえば、コンデンサー、キャパシター、電池などのセパレーターとして通常使用することが可能な織布、不職布、紙、微多孔フィルムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２０】
セパレーターは１０10Ωcm以上の体積固有抵抗値を有していることが好ましい。体積固有抵抗値が１０10Ωcmよりも低いセパレーターを使用すると、電極間の十分な遮蔽性を保持できず短絡し、コンデンサー、キャパシター、電池などの電気・電子部品のセパレーターとして十分な機能を発揮できない可能性がある。
【００２１】
本発明において、「体積固有抵抗値」は、材料の内部を流れる電流の方向と平行方向の電位の傾きをその電流密度で割った値である(単位はΩcm)。
【００２２】
セパレーターとしては、一般に、ポリエチレンやポリプロピレンのようなポリオレフィン系ポリマーを用いて製膜した多孔質シート（特開昭６３−２７３６５１号公報）、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系ポリマー繊維を用いてシート化した不織布（特開２００１−１１７６１号公報）、ナイロン繊維を用いてシート化した不織布（特開昭５８−１４７９５６号公報）、アラミド薄葉材（特開２００３−６４５９５号公報）などが実用的である。
【００２３】
キャパシターの場合、活性炭電極中の水分を除去する等の目的でキャパシターの素子を組み立てた後で１５０℃以上の高温乾燥を行うことがあるので、そのような用途に用いるセパレーターを構成する主な部材は、２３０℃以上の融点及びまたは熱分解開始温度有することが望ましい。
【００２４】
（複合体シート）
本発明の複合体シートは、以上に述べた電極部材とセパレーターからなるものであり、その構造については特に制約はない。たとえば、セパレーター内部に電極部材が充填された構造、あるいは電極部材とセパレーターのそれぞれ独立した層を少なくとも各一層づつ積層一体化した多層構造を有することができる。さらに、セパレーターが多孔質構造体であり、電極部材が実質的にセパレーター内部に浸透した状態の構造を有することもできる。具体的には、電極部材１層とセパレーターからなる２層構造、セパレーターを２層の電極部材で挟んだ３層構造、電極部材を２枚のセパレーターで挟んだ３層構造、更に層数を重ねた多層構造などを例示することができる。本発明の複合体シートの厚みは、使用目的、使用形態などに応じて変えることができ、一般には、０.０１mm〜１００mmの範囲内から選択することができるが、これに限定されるものではない。また、本発明の複合体シートは、電極部材と接するようにしてアルミニウム、銅などの集電体を含んでいてもよい。
【００２５】
（ 複合体シートの製造方法）
本発明の複合体シートは、たとえば、層状の電極部材およびセパレーターのそれぞれ少なくとも一層を常法に従い積層一体化する方法、セパレーターに電極部材をバインダーとともに塗布する方法等により製造することができる。特に、積層法で製造する場合、複数の層の組み合わせが可能なコンビネーション抄紙機を用いることが好ましい。コンビネーション抄紙機での製造は、複合体シートとしての機械的強度が十分であればシート化が可能であり、各層の機械的強度が反映せず、セパレーター層を薄くすることができ、しかもコンデンサー、キャパシター、電池などの電気・電子部品としての出力向上が期待できるので、実用的である。
【００２６】
また、出来上がった複合体シートを、一対の平板間または金属製ロール間にて高温高圧で熱圧することにより、密度、機械強度を向上させることができる。熱圧の条件は、たとえば、金属製ロール使用の場合、温度５０〜４００度、線圧５０〜４００kg／cmの範囲内を例示することができるが、これらに限定されるものではない。加熱操作を加えずに常温で単にプレスだけを行うこともできる。熱圧の際に、複数の複合体シートおよび／または集電体シートを積層することもできる。金属製ロール間の熱圧と単なるプレスを任意の順序で複数回行うこともできる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により提供される複合体シートは、従来の欠点であった電極部材、セパレーターを別々に成形する際の各々の機械的強度不足による裂けやすさ、取り扱いの難しさなどを解決することができる。したがって、本発明の複合体シートをコンデンサー、キャパシター、電池などの電気・電子部品の電極及びセパレーターとして使用する場合に、従来と比較して、セパレーターを薄くし、電極の量、密度を増やすことができるため、コンデンサー、キャパシター、電池などの電気・電子部品として高エネルギー化、大出力化を達成することができる。
【００２８】
また、本発明の複合体シートを使用したコンデンサー、キャパシター、電池等の電気・電子部品は、構成素材の耐熱性が高いことから、その製造工程中、微細孔を含むアルミ箔、活性炭などの電極とともに、１５０℃以上の高温での乾燥が可能であり、残存水分によるコンデンサー、キャパシター、電池等の電気・電子部品の電気特性に対する悪影響が見られない。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。なお、これらの例は本発明の趣旨を説明し補足するものであって、本発明の範囲を何ら制限するためのものではない。
【００３０】
（複合体シートの特性値の測定方法）
(１) シートの坪量、厚みの測定
ＪＩＳ Ｃ２１１１に準じて実施した。
(２) 引張り強さ
ＡＳＴＭ Ｄ−８２８に基づいて実施した。
(３) 体積固有抵抗率
５×５cmサイズの複合体シートのサンプルに直流９ボルトを印加し、３０秒後の電流値から抵抗値Ｒ(ル)をテスターで測定した。体積固有抵抗値ｒは次式から算出した。
【００３１】
ｒ＝２５Ｒ／（サンプル厚み：cm）
【００３２】
（原料調製）
特公昭５２−１５１６２４号公報に記載のステーターとローターの組み合わせで構成される湿式沈殿機を用いる方法で、ポリメタフェニレンイソフタルアミドのファイブリッドを製造した。これを離解機、叩解機で処理し、重量平均繊維長を0.9ｍｍに調節した。
【００３３】
一方、帝人社製メタアラミド繊維（テイジンコーネックス（登録商標）；短繊維繊度０．８デニール）を長さ５ｍｍに切断し、また、活性炭繊維（短繊維繊度１０デニール）を平均繊維長３ｍｍに調製し、抄紙用原料とした。
【００３４】
実施例（複合体シートの製造）
調製したアラミドファイブリッドとアラミド短繊維と活性炭繊維をおのおの水中で分散しスラリーを作製した。このスラリーを、アラミドファイブリッド、アラミド短繊維、活性炭繊維が表１に示す配合比率になるようにして混合し、タッピー式手抄き機（断面積３２５ｃｍ2）にて２層から成るシート状物を作製した。次いで、これを金属製カレンダーロールにより温度３３０℃、線圧３００ｋｇ／ｃｍで熱圧加工し、複合体シートを得た。このようにして得られた複合体シートの主要特性値を表１に示す。
【００３５】
【表１】
2005311190.tif 000002
【００３６】
実施例の複合体シートは、引っ張り強度が  ０．８ｋｇｆ／１５ｍｍあり、機械的強度としては十分であり、また、体積固有抵抗率も１０１０Ωｃｍ以上（実際は導通しないため測定不可）であるため、電極間の遮蔽性も十分であり、さらには、セパレーター層が十分に薄く、電極層の密度も高いことから、高エネルギー、大出力のキャパシターの電極及びセパレーターとして有用である。
【００３７】
比較例（セパレーターの製造）
調製したアラミドファイブリッドとアラミド短繊維をおのおの水中で分散しスラリーを作製した。このスラリーを、アラミドファイブリッド、アラミド短繊維が表２に示す配合比率となるようにして混合し、タッピー式手抄き機（断面積３２５ｃｍ2）にてシート状物を作製しようとしたが、強度不十分のためシート状にできなかった。主要特性値を表２に示す。
【００３８】
【表２】
2005311190.tif 000003
【００３９】
比較例のセパレーターは、強度不十分であるため、電極間の隔離板として使用し難い。