(57)【要約】【課題】  内部ガス発生などによる影響を低減し、内部抵抗が低く、容量の大きなシート型電気二重層キャパシタの製造を実現する。【解決手段】  シート型電気二重層キャパシタの製造において、電極およびセパレータの積層方向に加圧しながら外装体を封口する。または、外装体封口後に電極およびセパレータの積層方向に加圧する。さらに、加圧方法として、物体を１回以上衝突させ、その衝突速度を２０ｃｍ／秒以上とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属集電体に担持された電極と、前記電極間に配置されたセパレータと、電解質と、外装体を有するシート型電気二重層キャパシタにおいて、前記電極および前記セパレータの積層方向に加圧しながら前記外装体を封口することを特徴とするシート型電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項２】
金属集電体に担持された電極と、前記電極間に配置されたセパレータと、電解質と、外装体を有するシート型電気二重層キャパシタにおいて、前記外装体封口後に前記電極および前記セパレータの積層方向に加圧することを特徴とするシート型電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項３】
前記電極および前記セパレータの積層方向に、物体を１回以上衝突させることによって加圧することを特徴とする請求項１または２に記載のシート型電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項４】
前記物体を衝突させる時の速度が、２０ｃｍ／秒以上であることを特徴とする請求項３に記載のシート型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、シート型電気二重層キャパシタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、リチウムイオン二次電池などと比較して、容量は小さいものの、急速充電でき、大電流を流せるという特徴を有し、携帯機器のバックアップ用途などに用いられている。そのため、容量を増大させれば、更なる用途拡大が期待でき、様々な改良がなされている。例えば、電気二重層キャパシタは、過電圧の印加などで電解液が電気分解するなどし、内部にガスが発生するが、外装体を封口する前に電圧を印加し、事前にガスを発生させて除去することが行われている（例えば特許文献１参照）。また、電極密度を上げて容量を増大させるために、集電体に担持された電極とセパレータの積層体を電解液とともに可撓性収納袋に収納し、その収納袋を押圧する手段を設けている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−２２２９５号公報（第２〜３頁、第２図）
【特許文献２】特許２９８７１６２号公報（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の電気二重層キャパシタは、封口前の電圧印加などにより、内部ガスの発生を少なくしているものの、完全にガス発生を防止するには至っておらず、特にシート型の場合には大きな問題となる。すなわち、薄いラミネートフィルムなどを外装体として使用するシート型の場合には、内部ガス発生による内圧上昇によって外装体が容易に膨らみ、電極や集電体などの接触が悪化したり、電極間距離が離れてしまう。また、できるだけ薄いことが要求されることが多いため、電極間を常に押圧するような構造体を設けることはできず、外装体自体も電極間を押圧するような力は殆どない。そのため、キャパシタ内でガスが発生すると内部抵抗が上昇して容量の低下を招いてしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明では、金属集電体に担持された電極、電極間に配置されたセパレータ、電解質、金属層と樹脂層からなるラミネートフィルムの外装体を少なくとも有するシート型電気二重層キャパシタにおいて、電極およびセパレータの積層方向に加圧しながら外装体を封口すること、または、外装体封口後に電極およびセパレータの積層方向に加圧することとした。さらに、加圧方法として、物体を１回以上衝突させることとし、その衝突速度を２０ｃｍ／秒以上とした。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のシート型電気二重層キャパシタは、加圧により電極、集電体などが密着し、内部抵抗を低下させ、容量を増大させる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のシート型電気二重層キャパシタは、金属集電体に担持された電極、電極間に配置されたセパレータ、電解質、金属層と樹脂層からなるラミネートフィルムの外装体を少なくとも有している。ここで、金属集電体は、アルミニウムやステンレスなどが用いられ、電極は、主として炭素材料、導電材料、バインダーで構成され、炭素材料にはやし殻系活性炭やフェノール系活性炭などが用いられる。また、導電材料には、カーボンブラックや天然黒鉛など、バインダーには、ポリテトラフルオロエチレンやフッ化ビニリデン共重合体などが用いられる。電極は、上記材料の混練物をシート状に加工して集電体に貼り付けたり、集電体に直接塗布して作製されることが多い。電極間に配置されるセパレータは、一般的に電気二重層キャパシタで使用されるもので良く、ガラス繊維などからなる不織布やポリオレフィン多孔質フィルムなどが用いられる。電解質も、一般的に電気二重層キャパシタで使用されるもので良く、水系電解液の硫酸水溶液、プロピレンカーボネートなどを溶媒としアンモニウム塩やホスホニウム塩などを溶質とした非水系電解液などが用いられる。さらに、外装体は、アルミニウムと樹脂層からなるラミネートフィルムを用いるのが一般的である。
【０００７】
本発明では、電極およびセパレータの積層方向に加圧しながら外装体を封口する。これは、金属集電体、電極、セパレータを密着させて、電極間距離を狭め、内部抵抗を低下させるためである。また、封口前の電圧印加処理で発生した残留ガスや分解によりガス発生源となる余分な電解液を電極およびセパレータから除去する効果もある。さらに、密着性を向上させた電極およびセパレータは、製品使用時のガス発生に対しても密着性が悪化し難いために、内部抵抗が増加し難い。すなわち、密着性の悪い場合には、発生したガスは主として電極とセパレータの間の空隙に溜まり、電極間距離を広げてしまい、内部抵抗を増加させる。これに対して、密着性が良い場合は、電極とセパレータの間に空隙が少ないため、主として電極またはセパレータの空孔を通って、電極およびセパレータの積層体の外へ出る。積層体の外へ出たガスは、外装体と電極を担持する金属集電体の間に入り、外装体を膨らます原因となるが、電極間距離は広がらないため、内部抵抗を増加させることはほとんどない。したがって、外装体封口時には、残留ガスや余分な電解液を効率良く系外へ排出させ、電極およびセパレータの密着性を高めるために、外装体内部を真空吸引などすることが望ましい。
【０００８】
また、外装体封口後に電極およびセパレータの積層方向に加圧するのは、封口時の加圧の場合と同様に、金属集電体、電極、セパレータを密着させて、電極間距離を狭め、内部抵抗を低下させるためである。外装体封口時に排出し切れなかった残留ガスや余分な電解液が、電極およびセパレータから除去され、電極およびセパレータの密着性が高まる。
【０００９】
また、上記の加圧は、電極全体へほぼ均等に加重が加われば良く、方法は限定されない。平板などの重量物を載せ、一定加重を加えれば良い。加重は、電極の面積などを考慮して決定されるが、重いほど効果がある。また、平板などの重量物を単に載せるのではなく、衝突させれば、さらに効果的である。衝突は、１回以上行えば良いが、複数回連続で行うことが望ましい。また、衝突速度は、速い方が良く、２０ｃｍ／秒以上の速度が望ましい。衝突速度が遅いと、重量物を単に載せた場合と同様の効果となる。
【００１０】
以下、本発明の実施例について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
本発明の実施例について、図１〜図３に基づいて説明する。まず、図１に電気二重層キャパシタ素子を示す。一対の金属集電体１０１に担持された電極１０２を電極１０２が対向するように配置し、その間にセパレータ１０３をセットした電気二重層キャパシタ素子を作製した。ここで、金属集電体１０１は、厚み４０μmのアルミニウム箔であり、電極１０２を担持していない部分をリード１０４とした。また、電極１０２は、やし殻活性炭を主成分とし、寸法は１１ｍｍ×２０ｍｍ×厚み８０μｍである。次に、図２に示すように、作製した電気二重層キャパシタ素子１０５を二つ折りにしたアルミラミネートの外装体１０６の間に入れ、第一周縁部１０７をヒートシールした。さらに、第二周縁部１０８側から電解液を注入した後、第二周縁部１０８をヒートシールして封止し、電気二重層キャパシタの仮封止品を得た。次に、この仮封止品を、２．８Ｖの電圧を印加した状態で７０℃の恒温槽に３時間入れてガス発生させた後、０Ｖまで放電させてから第二周縁部１０８付近の外装体１０６を切断して開封した。さらに、図３に示すように、外装体１０６内を真空排気しながら、重さ約２０ｋｇの加圧板１０９で電極１０２がある部分を積層方向に加圧し、封止部１１０をヒートシールして、電気二重層キャパシタサンプルＡを完成させた。
【００１２】
また、加圧方法のみを変え、重さ約２００ｇの加圧板を載せた状態で、重さ約１ｋｇの物体を速度１０ｃｍ／秒で繰り返し３回加圧板に衝突させたサンプルＢ、２０ｃｍ／秒で繰り返し３回加圧板に衝突させたサンプルＣ、加圧しないで封止したサンプルＤをそれぞれ作製した。
【００１３】
作製したサンプルの内部抵抗及び容量を測定したところ、加圧していないサンプルＤと比較して、サンプルＡ〜Ｃの内部抵抗は低く、容量が大きくなった。また、物体を速度２０ｃｍ／秒で衝突させたサンプルＣは、内部抵抗及び容量のバラツキも小さくなった。
【００１４】
【表１】
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【実施例２】
【００１５】
まず、実施例１のサンプルＤと同様の手順でサンプルを作製した。このサンプルを図４に示すように、重さ約２０ｋｇの加圧板１０９で電極１０２がある部分を積層方向に加圧し、サンプルＥを作製した。また、重さ約２００ｇの加圧板を載せた状態で、重さ約１ｋｇの物体を速度２０ｃｍ／秒で繰り返し３回加圧板に衝突させ、サンプルＦを作製した。
【００１６】
作製したサンプルの内部抵抗及び容量を測定したところ、加圧していないサンプルＤと比較して、サンプルＥ〜Ｆの内部抵抗は低く、容量が大きくなった。また、物体を速度２０ｃｍ／秒で衝突させたサンプルＦは、内部抵抗及び容量のバラツキも小さくなった。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明の製造方法によれば、内部抵抗が低く、容量の大きなシート型電気二重層キャパシタを安定して製造でき、携帯機器などの小型化、高性能化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る電気二重層キャパシタ素子を示した図である。
【図２】本発明のシート型電気二重層キャパシタを示した図である。
【図３】本発明による加圧製造方法を示した図である。
【図４】本発明による加圧製造方法を示した図目である。
【符号の説明】
【００１９】
１０１  金属集電体
１０２  電極
１０３  セパレータ
１０４  リード
１０５  電気二重層キャパシタ素子
１０６  外装体
１０７  第一周縁部
１０８  第二周縁部
１０９  加圧板
１１０  封止部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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