(57)【要約】【課題】信頼性の向上したエネルギーデバイス電極構造およびその製造方法、およびエネルギーデバイス電極構造を適用したエネルギーデバイスを提供する。【解決手段】集電極１０と、集電極１０上に配置されたアンダーコート層１２と、アンダーコート層１２上に配置され、融点が２００℃より高い高温耐熱性を有する第１バインダーを含む活物質電極層１４とを備えるエネルギーデバイス電極構造２およびその製造方法、およびエネルギーデバイス電極構造を適用したエネルギーデバイスを提供する。【選択図】図１
2013042053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電極と、
前記集電極上に配置されたアンダーコート層と、
前記アンダーコート層上に配置され、融点が２００℃より高い高温耐熱性を有する第１バインダーを含む活物質電極層と
を備えることを特徴とするエネルギーデバイス電極構造。
【請求項２】
前記アンダーコート層は、第２バインダーを含み、前記第１バインダーと前記第２バインダーは、融点が異なることを特徴とする請求項１に記載のエネルギーデバイス電極構造。
【請求項３】
前記第１バインダーはアラミド樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギーデバイス電極構造。
【請求項４】
前記アンダーコート層は、第２バインダーを含み、前記第１バインダーと前記第２バインダーは、融点が等しいことを特徴とする請求項１に記載のエネルギーデバイス電極構造。
【請求項５】
前記第１バインダーと前記第２バインダーは、共にアラミド樹脂であることを特徴とする請求項４に記載のエネルギーデバイス電極構造。
【請求項６】
前記アラミド樹脂は、ポリメタフェニレンイソフタルアミドであることを特徴とする請求項３または５に記載のエネルギーデバイス電極構造。
【請求項７】
前記第２バインダーは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であることを特徴とする請求項２に記載のエネルギーデバイス電極構造。
【請求項８】
集電極上にアンダーコート層用塗布液を塗布する工程と、
前記アンダーコート層用塗布液を乾燥させて、アンダーコート層を形成する工程と、
前記アンダーコート層上に第１バインダーを含む活物質電極層用塗布液を塗布する工程と、
前記活物質電極層用塗布液を乾させて、活物質電極層を形成する工程と、
前記集電極、前記アンダーコート層および前記活物質電極層からなる積層構造をロールプレスする工程と
を有することを特徴とするエネルギーデバイス電極構造の製造方法。
【請求項９】
前記活物質電極層を乾燥する工程は、真空乾燥を含むことを特徴とする請求項８に記載のエネルギーデバイス電極構造の製造方法。
【請求項１０】
前記ロールプレスする工程は、加熱工程を併用することを特徴とする請求項８に記載のエネルギーデバイス電極構造の製造方法。
【請求項１１】
前記アンダーコート層用塗布液を塗布する工程は、前記集電極の表裏両面に実施することを特徴とする請求項８に記載のエネルギーデバイス電極構造の製造方法。
【請求項１２】
前記活物質電極層用塗布液を塗布する工程は、前記集電極の表裏両面に形成された前記アンダーコート層上に実施することを特徴とする請求項１１に記載のエネルギーデバイス電極構造の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備えることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項１４】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備えることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
【請求項１５】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備えることを特徴とするリチウムイオン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーデバイス電極構造およびその製造方法、およびエネルギーデバイスに関し、特に、信頼性の向上したエネルギーデバイス電極構造およびその製造方法、およびエネルギーデバイス電極構造を適用したエネルギーデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エネルギーデバイスとしては、ラミネート型の蓄電デバイスや電気二重層キャパシタなどが知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００３】
また、カレンダー処理によって高密度の電極層を有する電極を得る電気二重層キャパシタ用電極の製造方法についても開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１２４０７号公報
【特許文献２】特開２００１−３３８８４８号公報
【特許文献３】特開２００３−２１７６４６号公報
【特許文献４】特開２００５−１９１４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献４における電気二重層キャパシタ用電極の製造方法においては、集電極上に導電粒子に結着可能なバインダーを含むアンダーコート層を形成する工程と、アンダーコート層上に、導電粒子・バインダー・溶剤および活性炭を含む電極層用塗布液を塗布して電極層を形成する工程とを有する。さらに、電極層を形成する工程においては、電極層用塗布液を塗布後、集電極上の層に含まれる残留溶剤量が５〜３５重量％になるように、２００℃以下で乾燥する工程と、乾燥後、ロールプレスを行う工程と、さらに真空乾燥を行う工程とを有する。
【０００６】
上記の各工程では、適用したバインダーの耐熱性が低いため、高温乾燥を行うと、電極層が劣化してしまう。また、高温乾燥が行えないため、残留水分量を低減させることが難しい。また、残留溶剤を含んだ状態でロールプレスを行うと、ロールプレス機に活性炭などの活物質が付着し、集電極（アルミ箔）から電極層が剥がれ易くなってしまう。また、電極層の熱による変性・劣化があり、アンダーコート層との密着性が悪くなり、電極層が剥がれてしまう。
【０００７】
本発明の目的は、信頼性の向上したエネルギーデバイス電極構造およびその製造方法、およびこのエネルギーデバイス電極構造を適用したエネルギーデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、集電極と、前記集電極上に配置されたアンダーコート層と、前記アンダーコート層上に配置され、融点が２００℃より高い高温耐熱性を有する第１バインダーを含む活物質電極層とを備えるエネルギーデバイス電極構造が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、集電極上にアンダーコート層を形成する工程と、前記アンダーコート層を乾燥する工程と、前記アンダーコート層上に第１バインダーを含む活物質電極層を形成する工程と、前記活物質電極層を乾燥する工程と、前記集電極、前記アンダーコート層および前記活物質電極層からなる積層構造をロールプレスする工程とを有するエネルギーデバイス電極構造の製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、上記のエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備える電気二重層キャパシタが提供される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、上記のエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備えるリチウムイオンキャパシタが提供される。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、上記のエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備えるリチウムイオン電池が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、信頼性の向上したエネルギーデバイス電極構造およびその製造方法、およびこのエネルギーデバイス電極構造を適用したエネルギーデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の模式的断面構造図。
【図２】第１の実施の形態の変形例１に係るエネルギーデバイス電極構造の模式的断面構造図。
【図３】第１の実施の形態の変形例２に係るエネルギーデバイス電極構造の模式的断面構造図。
【図４】第１の実施の形態の変形例３に係るエネルギーデバイス電極構造の模式的断面構造図。
【図５】第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造に適用されるバインダーとして、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の化学式を表す図。
【図６】第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造に適用されるバインダーとして、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を適用した活物質電極層のＳＥＭ写真例。
【図７】第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造に適用されるバインダーとして、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を適用した活物質電極層の模式的説明図。
【図８】比較例のバインダーとして、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）の化学式を表す図。
【図９】比較例のバインダーとして、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を適用した活物質電極層のＳＥＭ写真例。
【図１０】（ａ）比較例のバインダーとして、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を適用した活物質電極層の模式的説明図、（ｂ）図１０（ａ）の細部の詳細図。
【図１１】第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造に適用されるバインダーとしてアラミド樹脂（ポリメタフェニレンイソフタルアミド）の化学式を表す図。
【図１２】第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造において、バインダーとしてアラミド樹脂（ポリメタフェニレンイソフタルアミド）を適用した活物質電極層のＳＥＭ写真例。
【図１３】（ａ）第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造において、バインダーとしてアラミド樹脂（ポリメタフェニレンイソフタルアミド）を適用した活物質電極層の模式的説明図、（ｂ）図１３（ａ）の細部の詳細図。
【図１４】第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法であって、（ａ）製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図（その１）、（ｂ）製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図（その２）、（ｃ）製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図（その３）、（ｄ）製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図（その４）。
【図１５】第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法であって、（ａ）製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図（その５）、（ｂ）製造方法の一工程を説明する模式的断面構造図（その６）。
【図１６】第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造であって、ロールプレス工程を説明する模式的断面構造図。
【図１７】第２の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法であって、（ａ）製造方法の一工程を説明する模式的鳥瞰構造図（その１）、（ｂ）製造方法の一工程を説明する模式的鳥瞰構造図（その２）、（ｃ）製造方法の一工程を説明する模式的鳥瞰構造図（その３）、（ｄ）製造方法の一工程を説明する模式的鳥瞰構造図（その４）。
【図１８】第２の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法であって、（ａ）製造方法の一工程を説明する模式的断鳥瞰造図（その５）、（ｂ）製造方法の一工程を説明する模式的鳥瞰構造図（その６）。
【図１９】第２の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造であって、ロールプレス工程を説明する模式的断面構造図。
【図２０】実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用した電気二重層キャパシタの模式的断面構造図。
【図２１】実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオンキャパシタの模式的断面構造図。
【図２２】実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオン電池の模式的断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１６】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１７】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造２は、図１に示すように、集電極１０と、集電極１０上に配置されたアンダーコート層１２と、アンダーコート層１２上に配置され、融点が２００℃より大きな高温耐熱性を有する第１バインダー２２を含む活物質電極層１４とを備える。
【００１８】
第１の実施の形態の変形例１に係るエネルギーデバイス電極構造２は、図２に示すように、集電極１０と、集電極１０上に配置されたアンダーコート層１２と、アンダーコート層１２上に配置され、融点が２００℃より大きな高温耐熱性を有する第１バインダー２２を含む活物質電極層１４とを備え、アンダーコート層１２は、第２バインダー２４を含み、第１バインダー２２と第２バインダー２４は、融点が異なる。
【００１９】
第１の実施の形態の変形例２に係るエネルギーデバイス電極構造２の模式的断面構造は、図３に示すように、集電極１０と、集電極１０上に配置されたアンダーコート層１２と、アンダーコート層１２上に配置され、融点が２００℃より大きな高温耐熱性を有する第１バインダー２６を含む活物質電極層１４とを備え、第１バインダー２６はアラミド樹脂であり、アンダーコート層１２は、アラミド樹脂とは異なる第２バインダー２８を含む。ここで、アラミド樹脂は、例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミドによって形成可能である。また、第２バインダー２８は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって形成可能である。尚、ＰＴＦＥ以外には、例えば、ＰＴＦＥとは同じフッ素系樹脂で、ＰＴＦＥの構造に枝分かれ部や架橋部分を有する樹脂なども適用可能である。例えば、ＰＴＦＥの構造の枝分かれ部にＰＭＶＥ(:perfluoromethylvinyl ether)をもつ樹脂などである。
【００２０】
第１の実施の形態の変形例３に係るエネルギーデバイス電極構造２の模式的断面構造は、図４に示すように、集電極１０と、集電極１０上に配置されたアンダーコート層１２と、アンダーコート層１２上に配置され、融点が２００℃より大きな高温耐熱性を有する第１バインダー３０を含む活物質電極層１４とを備え、アンダーコート層１２は、第１バインダー３０と融点が等しい第２バインダー３２を含む。また、第１バインダーと第２バインダーは、共にアラミド樹脂で形成されていても良い。ここで、アラミド樹脂は、例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミドによって形成可能である。
【００２１】
第１の実施の形態およびその変形例１〜３に係るエネルギーデバイス電極構造２においては、図１〜図４に示すように、アンダーコート層１２と活物質電極層１４とからなる積層構造によって、活物質電極構造１６が形成される。
【００２２】
第１の実施の形態およびその変形例１〜３に係るエネルギーデバイス電極構造２においては、融点が２００℃より高い高耐熱性のバインダーを、アンダーコート層１２と活物質電極層１４の一方、若しくは両層に適用した積層構造を形成する。このような融点が２００℃より高い高耐熱性のバインダーとしては、例えば、アラミド樹脂を適用可能である。アラミド樹脂の融点は、例えば、約２５０℃程度であり、２００℃よりも充分に高温であるため、アラミドバインダーを含む活物質電極層１４／アンダーコート層１２は、高耐熱性を有することになる。
【００２３】
第１の実施の形態およびその変形例１〜３に係るエネルギーデバイス電極構造２においては、融点が２００℃より高い高耐熱性のバインダーを、アンダーコート層１２と活物質電極層１４の一方、若しくは両層に適用したことで、バインダー適用層の高温乾燥による劣化・変性を防ぐことができ、各層間およびアルミ箔などからなる集電極１０と活物質電極構造１６との密着性を保持することができ、劣化・変性による剥がれを低減させることができる。
【００２４】
第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造２に適用されるバインダーとして、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の化学式は、図５に示すように表される。また、ＰＴＦＥを適用した活物質電極層のＳＥＭ写真例は、図６に示すように表され、図６の活物質電極層の模式的説明図は、図７に示すように表される。バインダーとして、ＰＴＦＥを適用した活物質電極層は、図６に示すように、ＰＴＦＥがフィブリル状（繊維状）に活性炭ＡＣ同士を結合している。また、図７に模式的に示されるように、電解液４０中では、活性炭ＡＣ表面を繊維状にＰＴＦＥで結合した活物質電極層が得られる。ＰＴＦＥの融点は、例えば、約２６０℃である。ＰＴＦＥは、高耐熱性を有することから、アンダーコート層若しくは活物質電極層のバインダーとして適用可能である。
【００２５】
比較例のバインダーとして、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）の化学式は、図８に示すように表される。また、ＰＶｄＦを適用した活物質電極層のＳＥＭ写真例は、図９に示すように表され、図９の活物質電極層は、図１０（ａ）に示すように模式的に表され、図１０（ａ）の細部の詳細は、図１０（ｂ）に示すように表される。バインダーとして、ＰＶｄＦを適用した活物質電極層は、ＰＶｄＦが活性炭ＡＣ表面を被覆して、活性炭ＡＣ同士を結合しているため、図９では、ＰＶｄＦそのものは見えていない。また、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に模式的に示されるように、電解液４０中では、ＰＶｄＦは、活性炭ＡＣ表面を被覆して、活性炭ＡＣ同士を面接合によって、結合した活物質電極層が得られる。ＰＶｄＦの融点は、例えば、約１５０℃である。
【００２６】
第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造２に適用されるバインダーとしてアラミド樹脂（ポリメタフェニレンイソフタルアミド）の化学式は、図１１に示すように表される。また、バインダーとしてアラミド樹脂（ポリメタフェニレンイソフタルアミド）を適用した活物質電極層のＳＥＭ写真例は、図１２に示すように表され、図１２の活物質電極層は、図１３（ａ）に示すように模式的に表され、図１３（ａ）の細部の詳細は、図１３（ｂ）に示すように表される。バインダーとして、アラミド樹脂（ポリメタフェニレンイソフタルアミド）を適用した活物質電極層は、アラミド樹脂ＡＲが活性炭ＡＣ同士を点接合で結合している。また、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に模式的に示されるように、電解液４０中では、アラミド樹脂ＡＲは、活性炭ＡＣ表面に付着し、活性炭ＡＣ同士を点接合によって、結合した活物質電極層が得られる。アラミド樹脂（ポリメタフェニレンイソフタルアミド）の融点は、例えば、約２５０℃である。
【００２７】
（製造方法）
第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法であって、製造方法の一工程を説明する模式的断面構造は、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）、および図１５（ａ）〜図１５（ｂ）に示すように表される。また、第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造であって、ロールプレス工程を説明する模式的断面構造は、図１６に示すように表される。
【００２８】
第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法は、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）、図１５（ａ）〜図１５（ｂ）、および図１６に示すように、集電極１０上にアンダーコート層用塗布液１２０を塗布する工程と、アンダーコート層用塗布液１２０を乾燥して、アンダーコート層１２を形成する工程と、アンダーコート層１２上に第１バインダーを含む活物質電極層用塗布液１４０を形成する工程と、活物質電極層用塗布液１４０を乾燥させて、活物質電極層１４を形成する工程と、集電極１０、アンダーコート層１２および活物質電極層１４からなる積層構造をロールプレスする工程とを有する。
【００２９】
また、活物質電極層１４を乾燥する工程は、真空乾燥を有していても良い。
【００３０】
また、ロールプレスする工程は、加熱工程を併用しても良い。
【００３１】
以下、第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法の各工程を詳細に説明ずる。
【００３２】
（ａ）まず、図１４（ａ）に示すように、集電極１０を準備する。集電極１０は、例えば、アルミ箔、銅箔などを用いて形成することができる。
【００３３】
（ｂ）次に、図１４（ｂ）に示すように、集電極１０上の一部分にアンダーコート層用塗布液１２０を塗布する。アンダーコート層用塗布液１２０の成分は、アセチレンブラック、ケロチェンブラックなどの導電助剤と、アラミドバインダー等のバインダーと、これらの溶剤とを含む。図１４（ｂ）から明らかなように、集電極１０上のアンダーコート層用塗布液１２０の未塗布部分は、集電極１０が露出している。アンダーコート層用塗布液１２０には、図１４（ｂ）に示すように、残留水分３４が含まれている。
【００３４】
（ｃ）次に、図１４（ｃ）に示すように、アンダーコート層用塗布液１２０を乾燥させて、集電極１０上にアンダーコート層１２を形成する。図１４（ｃ）に示す乾燥工程では、上記の溶剤の除去と残留水分３４の低減化が実施される。
【００３５】
（ｄ）次に、図１４（ｄ）に示すように、アンダーコート層１２上に、活物質電極層用塗布液１４０を塗布する。活物質電極層用塗布液１４０は、アセチレンブラック、ケロチェンブラックなどの導電助剤と、アラミドバインダー等のバインダーと、これらの溶剤と、活性炭の混合物である。図１４（ｄ）から明らかなように、集電極１０上の活物質電極層用塗布液１４０の未塗布部分は、集電極１０が露出している。活物質電極層用塗布液１４０には、図１４（ｄ）に示すように、残留水分３４が含まれている。
【００３６】
（ｅ）次に、図１５（ａ）に示すように、活物質電極層用塗布液１４０を乾燥させて、集電極１０上のアンダーコート層１２上に活物質電極層１４を形成する。ここで、活物質電極層用塗布液１４０を乾燥する工程は、真空乾燥により実施しても良い。結果として、図１５（ａ）に示すように、乾燥後の活物質電極層１４の厚さはＤ２、乾燥後のアンダーコート層１２の厚さは、Ｄ１となる。ここで、具体的な数値例としては、乾燥前の活物質電極層１４の厚さは、例えば、約５０μｍに対して、乾燥後の活物質電極層１４の厚さＤ２は、例えば、約３５μｍである。
【００３７】
（ｆ）次に、図１６に示すように、集電極１０、アンダーコート層１２および活物質電極層１４からなる積層構造をロールプレス機１８ｕ・１８ｄを用いてロールプレスする。ロールプレス機１８は、作業台２０上に配置され、下ロール１８ｄに対して上ロール１８ｕの高さを調節することによって、ロール１８ｕ・１８ｄ間の幅を調整可能である。尚、このロールプレス工程は、ヒータなどを用いた加熱工程を併用しても良い。
【００３８】
上記のロールプレス工程の結果、図１５（ｂ）に示すように、活物質電極層１４の厚さはｄ２、アンダーコート層１２の厚さは、ｄ１となる。ここで、具体的な数値例としては、活物質電極層１４の厚さｄ２は、例えば、約２８μｍである。このように、活物質電極層１４の厚さが薄くなる理由は、ロールプレスにより、活性炭ＡＣ同士の密着性が高くなるからである。
【００３９】
第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法においては、バインダーとして高耐熱性バインダーを適用することにより、高温乾燥（２００℃より高い温度）することができるため、残留水分量を低減することができる。
【００４０】
また、第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法においては、高温乾燥し、溶剤を除去後にロールプレスを実施することができるので、ロールプレス時の活物質などの剥がれを少なくすることができる。
【００４１】
また、第１の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法においては、熱を加えながらロールプレスすることで、より残留水分量を低減化可能である。
【００４２】
第１の実施の形態によれば、バインダー適用層の高温乾燥による劣化・変性を抑制し、活物質電極層の剥がれを防止し、信頼性の向上したエネルギーデバイス電極構造およびその製造方法を提供することができる。
【００４３】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造２は、集電極１０の表裏両面にアンダーコート層１２ｕ・１２ｄ、および活物質電極層１４ｕ・１４ｄを有する積層構造を備える。さらに、このような積層構造が繰り返し積層された構成を備えていても良い。
【００４４】
第２の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造２は、図１８（ｂ）に示すように、集電極１０と、集電極１０上に配置されたアンダーコート層１２ｕ・１２ｄと、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄ上に配置され、融点が２００℃より大きな高温耐熱性を有する第１バインダー２２（図１と同様）を含む活物質電極層１４ｕ・１４ｄとを備える。
【００４５】
第２の実施の形態の変形例１に係るエネルギーデバイス電極構造２は、図２と同様に、集電極１０と、集電極１０上に配置されたアンダーコート層１２ｕ・１２ｄと、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄ上に配置され、融点が２００℃より大きな高温耐熱性を有する第１バインダー２２を含む活物質電極層１４ｕ・１４ｄとを備え、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄは、第２バインダー２４を含み、第１バインダー２２と第２バインダー２４は、融点が異なる。
【００４６】
第２の実施の形態の変形例２に係るエネルギーデバイス電極構造２の模式的断面構造は、図３と同様に、集電極１０と、集電極１０上に配置されたアンダーコート層１２ｕ・１２ｄと、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄ上に配置され、融点が２００℃より大きな高温耐熱性を有する第１バインダー２６を含む活物質電極層１４ｕ・１４ｄとを備え、第１バインダー２６はアラミド樹脂であり、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄは、アラミド樹脂とは異なる第２バインダー２８を含む。ここで、アラミド樹脂は、例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミドを適用可能である。また、第２バインダー２８は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を適用可能である。
【００４７】
第２の実施の形態の変形例３に係るエネルギーデバイス電極構造２の模式的断面構造は、図４と同様に、集電極１０と、集電極１０上に配置されたアンダーコート層１２ｕ・１２ｄと、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄ上に配置され、融点が２００℃より大きな高温耐熱性を有する第１バインダー３０を含む活物質電極層１４ｕ・１４ｄとを備え、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄは、第１バインダー３０と融点が等しい第２バインダー３２を含む。また、第１バインダーと第２バインダーは、共にアラミド樹脂で形成されていても良い。ここで、アラミド樹脂は、例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミドを適用可能である。
【００４８】
第２の実施の形態およびその変形例１〜３に係るエネルギーデバイス電極構造２においては、図１８（ｂ）、および図１〜図３に示すように、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄと活物質電極層１４ｕ・１４ｄとからなる積層構造によって、活物質電極構造１６ｕ・１６ｄが形成される。
【００４９】
第２の実施の形態およびその変形例１〜３に係るエネルギーデバイス電極構造２においては、融点が２００℃より高い高耐熱性のバインダーを、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄと活物質電極層１４ｕ・１４ｄの一方、若しくは両層に適用した積層構造を形成する。このような融点が２００℃より高い高耐熱性のバインダーとしては、例えば、アラミド樹脂を適用可能である。アラミド樹脂の融点は、例えば、約２５０℃程度であり、２００℃よりも充分に高温であるため、アラミドバインダーを含む活物質電極層１４ｕ・１４ｄ／アンダーコート層１２ｕ・１２ｄは、高耐熱性を有することになる。
【００５０】
第２の実施の形態およびその変形例１〜３に係るエネルギーデバイス電極構造２においては、融点が２００℃より高い高耐熱性のバインダーを、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄと活物質電極層１４ｕ・１４ｄの一方、若しくは両層に適用したことで、バインダー適用層の高温乾燥による劣化・変性を防ぐことができ、各層間およびアルミ箔などからなる集電極１０と活物質電極構造１６ｕ・１６ｄとの密着性を保持することができ、劣化・変性による剥がれを低減させることができる。
【００５１】
（製造方法）
第２の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法であって、製造方法の一工程を説明する模式的鳥瞰構造は、図１７（ａ）〜図１７（ｄ）、および図１８（ａ）〜図１８（ｂ）に示すように表される。また、第２の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法の一工程を説明する模式的断面構造であって、ロールプレス工程を説明する模式的断面構造は、図１９に示すように表される。
【００５２】
第２の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法においては、集電極１０上にアンダーコート層１２ｕ・１２ｄを形成する工程は、集電極１０の表裏両面に実施する。
【００５３】
また、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄ上に第１バインダーを含む活物質電極層１４ｕ・１４ｄを形成する工程は、集電極１０の表裏両面に形成されたアンダーコート層１２ｕ・１２ｄ上に実施する。
【００５４】
以下、第２の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法の各工程を詳細に説明する。
【００５５】
（ａ）まず、図１７（ａ）に示すように、集電極１０を準備する。集電極１０は、例えば、アルミ箔、銅箔などを用いて形成することができる。
【００５６】
（ｂ）次に、図１７（ｂ）に示すように、集電極１０の表裏両面上の一部分にアンダーコート層用塗布液１２０ｕ・１２０ｄを塗布する。アンダーコート層用塗布液１２０ｕ・１２０ｄの成分は、アセチレンブラック、ケロチェンブラックなどの導電助剤と、アラミドバインダー等のバインダーと、これらの溶剤とを含む。図１７（ｂ）から明らかなように、集電極１０上のアンダーコート層用塗布液１２０ｕ・１２０ｄの未塗布部分は、集電極１０が露出している。アンダーコート層用塗布液１２０ｕ・１２０ｄには、図１７（ｂ）に示すように、残留水分３４が含まれている。
【００５７】
（ｃ）次に、図１７（ｃ）に示すように、アンダーコート層用塗布液１２０ｕ・１２０ｄを乾燥させて、集電極１０上にアンダーコート層１２ｕ・１２ｄを形成する。図１７（ｃ）に示す乾燥工程では、上記の溶剤の除去と残留水分３４の低減化が実施される。
【００５８】
（ｄ）次に、図１７（ｄ）に示すように、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄ上に、活物質電極層用塗布液１４０ｕ・１４０ｄを塗布する。活物質電極層用塗布液１４０ｕ・１４０ｄは、アセチレンブラック、ケロチェンブラックなどの導電助剤と、アラミドバインダー等のバインダーと、これらの溶剤と、活性炭の混合物である。図１７（ｄ）から明らかなように、集電極１０上の活物質電極層用塗布液１４０ｕ・１４０ｄの未塗布部分は、集電極１０が露出している。活物質電極層用塗布液１４０ｕ・１４０ｄには、図１７（ｄ）に示すように、残留水分３４が含まれている。
【００５９】
（ｅ）次に、図１８（ａ）に示すように、活物質電極層用塗布液１４０ｕ・１４０ｄを乾燥させて、集電極１０上のアンダーコート層１２ｕ・１２ｄ上に活物質電極層１４ｕ・１４ｄを形成する。ここで、活物質電極層用塗布液１４０ｕ・１４０ｄを乾燥する工程は、真空乾燥により実施しても良い。結果として、図１８（ａ）に示すように、乾燥後の活物質電極層１４ｕ・１４ｄの厚さはＤ２、乾燥後のアンダーコート層１２ｕ・１２ｄの厚さは、Ｄ１となる。ここで、具体的な数値例としては、乾燥前の活物質電極層１４ｕ・１４ｄの厚さは、例えば、約５０μｍに対して、乾燥後の活物質電極層１４ｕ・１４ｄの厚さＤ２は、例えば、約３５μｍである。
【００６０】
（ｆ）次に、図１９に示すように、集電極１０、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄおよび活物質電極層１４ｕ・１４ｄからなる積層構造をロールプレス機１８を用いてロールプレスする。ロールプレス機１８は、作業台２０上に配置され、下ロール１８ｄに対して上ロール１８ｕの高さを調節することによって、ロール１８ｕ・１８ｄ間の幅を調整可能である。尚、このロールプレス工程は、ヒータなどを用いた加熱工程と併用しても良い。
【００６１】
上記のロールプレス工程の結果、図１８（ｂ）に示すように、活物質電極層１４ｕ・１４ｄの厚さはｄ２、アンダーコート層１２ｕ・１２ｄの厚さは、ｄ１となる。ここで、具体的な数値例としては、活物質電極層１４ｕ・１４ｄの厚さｄ２は、例えば、約２８μｍである。このように、活物質電極層１４ｕ・１４ｄの厚さが薄くなる理由は、ロールプレスにより、活性炭ＡＣ同士の密着性が高くなるからである。
【００６２】
第２の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法においては、バインダーとして高耐熱性バインダーを適用することにより、高温乾燥（２００℃より高い温度）することができるため、残留水分量を低減することができる。
【００６３】
また、第２の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法においては、高温乾燥し、溶剤を除去後にロールプレスを実施することができるので、ロールプレス時の活物質などの剥がれを少なくすることができる。
【００６４】
また、第２の実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造の製造方法においては、熱を加えながらロールプレスすることで、より残留水分量を低減化可能である。
【００６５】
第２の実施の形態によれば、バインダー適用層の高温乾燥による劣化・変性を抑制し、活物質電極層の剥がれを防止し、信頼性の向上したエネルギーデバイス電極構造およびその製造方法を提供することができる。
【００６６】
（エネルギーデバイス）
実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用した電気二重層キャパシタ４の模式的断面構造は、図２０に示すように表される。
【００６７】
実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオンキャパシタ６の模式的断面構造は、図２１に示すように表される。
【００６８】
実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオン電池８の模式的断面構造は、図２２に示すように表される。
【００６９】
図２０〜図２２を参照して、実施の形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したエネルギーデバイス（例えば、蓄電デバイス）の基本構造を説明する。尚、実施の形態の変形例１〜３に係るエネルギーデバイス電極構造も同様に適用可能である。図２０〜図２２においては、電解液がしみ込んでおり、セパレータ３０を通じてイオンが充放電移動するが、電解液については、図示を省略している。
【００７０】
実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を正負極の活物質電極構造に備える電気二重層キャパシタ４は、活物質電極層１４ａと活物質電極層１４ｂとの間に、電解液のイオンのみが通過するセパレータ３０を介在させている。集電極１０ａ・１０ｂ上には、アンダーコート層１２ａ・１２ｂを介して活物質電極層１４ａ・１４ｂが配置されている。集電極１０ａ・１０ｂは電源電圧に接続されている。図２０においては、アンダーコート層１２ａと活物質電極層１４ａの積層構造、およびアンダーコート層１２ｂと活物質電極層１４ｂの積層構造により、それぞれ活物質電極構造が形成される。
【００７１】
セパレータ３０は、耐熱性が必要ない場合にはポリプロピレン等を、耐熱性が必要な場合にはセルロース系のものを用いることができる。
【００７２】
実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用した電気二重層キャパシタ４は、電解液が含侵されており、セパレータ３０を通して、電解液のイオンのみが充放電時に移動する。
【００７３】
実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用した電気二重層キャパシタは、ＬＥＤフラッシュ、モータ駆動用パワー電源（例えば、玩具向け）、電気自動車用蓄電素子（例えば、回生、スタータ用として）、太陽電池や振動発電からのエネルギー蓄電素子、高出力通信向けパワー蓄電素子、耐環境性蓄電素子（例えば、道路、鉄道、自転車用ライトの蓄電素子）などに適用できる。
【００７４】
実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオンキャパシタ６は、活物質電極層３６と活物質電極層１４ｂ間に、電解液のイオンのみが通過するセパレータ３０を介在させている。集電極１１ａ・１０ｂ上には、アンダーコート層１２ａ・１２ｂを介して活物質電極層３６・１４ｂが配置されている。集電極１０ａ・１０ｂは電源電圧に接続されている。ここで、集電極１１ａは、例えば、銅箔から形成され、集電極１０ｂは、例えば、アルミ箔から形成される。図２１においては、アンダーコート層１２ａと活物質電極層３６の積層構造およびアンダーコート層１２ｂと活物質電極層１４ｂの積層構造により、それぞれ活物質電極構造が形成される。
【００７５】
負極側の活物質電極層３６は、例えば、アラミドバインダー等のバインダーを含有するＬｉドープカーボン（活性炭）から形成される。
【００７６】
リチウムイオンキャパシタ６には、電解液が含侵されており、セパレータ３０を通して、電解液のイオンのみが充放電時に移動する。
【００７７】
実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオンキャパシタは、太陽電池や風力発電からのエネルギー蓄電素子、モータ駆動用パワー電源などに適用できる。
【００７８】
実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオン電池８は、活物質電極層３６と活物質電極層３８間に、電解液のイオンのみが通過するセパレータ３０を介在させている。集電極１１ａ・１０ｂ上には、アンダーコート層１２ａ・１２ｂを介して活物質電極層３６・３８が配置されている。集電極１０ａ・１０ｂは電源電圧に接続されている。ここで、集電極１１ａは、例えば、銅箔から形成され、集電極１０ｂは、例えば、アルミ箔から形成される。図２２においては、アンダーコート層１２ａと活物質電極層３６の積層構造およびアンダーコート層１２ｂと活物質電極層３８の積層構造により、それぞれ活物質電極構造が形成される。
【００７９】
正極側の活物質電極層３８は、例えば、アラミドバインダー等のバインダーを含有するＬｉＣｏＯ2から形成される。負極側の活物質電極層３６は、例えば、アラミドバインダー等のバインダーを含有するＬｉドープカーボン（活性炭）から形成される。
【００８０】
リチウムイオン電池８には、電解液が含侵されており、セパレータ３０を通して、電解液のイオンのみが充放電時に移動する。
【００８１】
実施形態に係るエネルギーデバイス電極構造を適用したリチウムイオン電池は、携帯機器用のバッテリー、電気自動車用蓄電素子（定常運転時）、大規模蓄電素子（一般家庭向け）などに適用できる。
【００８２】
本発明によれば、バインダー適用層の高温乾燥による劣化・変性を抑制し、活物質電極層の剥がれを防止し、信頼性の向上したエネルギーデバイス電極構造およびその製造方法を提供することができる。
【００８３】
また、このエネルギーデバイス電極構造を適用したエネルギーデバイスを提供することができる。
【００８４】
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００８５】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明のエネルギーデバイスは、ＬＥＤ−フラッシュモジュール、通信（高出力）モジュール、太陽電池モジュール、電源モジュール、玩具等のバックアップ用電源などとして適用可能である。また、ＬＳＩ、時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、パソコン、携帯電話、玩具等のバックアップ用電源として、太陽光発電、ダイナモ発電、振動発電、熱電素子や発電等からの低出力エネルギーを蓄えるマイクロエナジー用蓄電素子として、カップリング用コンデンサとして、または平滑用コンデンサなどとして適用可能である。
【符号の説明】
【００８７】
２…エネルギーデバイス電極構造
４…電気二重層キャパシタ
６…リチウムイオンキャパシタ
８…リチウムイオン電池
１０、１０ａ、１０ｂ、１１ａ…集電極
１２、１２ｕ、１２ｄ、１２ａ、１２ｂ…アンダーコート層
１４、１４ｕ、１４ｄ、１４ａ、１４ｂ、３６、３８…活物質電極層
１６、１６ｕ、１６ｄ…活物質電極構造
１８…ロールプレス機
１８ｕ、１８ｄ…ロール
２０…作業台
２２、２４、２６、２８、３０、３２…バインダー
３４…残留水分
４０…電解液
１２０、１２０ｕ、１２０ｄ…アンダーコート層用塗布液
１４０、１４０ｕ、１４０ｄ…活物質電極層用塗布液
ＡＣ…活性炭
ＡＲ…アラミド樹脂
ＰＴＦＥ…ポリテトラフルオロエチレン
ＰＶｄＦ…ポリフッ化ビニリデン
Ｄ１、Ｄ２、ｄ１、ｄ２…厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１５】
2013042053.tif 000011
【図１６】
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【図１７】
2013042053.tif 000013
【図１８】
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【図１９】
2013042053.tif 000015
【図２０】
2013042053.tif 000016
【図２１】
2013042053.tif 000017
【図２２】
2013042053.tif 000018
【図６】
2013042053.tif 000019
【図７】
2013042053.tif 000020
【図９】
2013042053.tif 000021
【図１０】
2013042053.tif 000022
【図１２】
2013042053.tif 000023
【図１３】
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