(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極材料として活性炭を用いた電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、活性炭粉、熱硬化性樹脂及びパルプを含むスラリーを原料として、抄造を行ってシート状成形体を作製し、次いで該シート状成形体を熱間加圧し、しかる後、得られた該シート状高密度成形体を非酸化性雰囲気中で温度が８００〜１２００℃の範囲で焼成することを特徴とする電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。
【請求項２】
前記シート状成形体を複数枚重ねたものを熱間加圧して一体化させ、しかる後、得られた該シート状高密度成形体を非酸化性雰囲気中で温度が８００〜１２００℃の範囲で焼成することを特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。
【請求項３】
電極材料として活性炭を用いた電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、活性炭粉、熱硬化性樹脂及びパルプを含むスラリーを原料として、抄造を行ってシート状成形体を作製し、次いで該シート状成形体を非酸化性雰囲気中で温度が８００〜１２００℃の範囲で焼成することを特徴とする電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角型大容量の電気二重層コンデンサに用いられる分極性電極を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサは、活性炭を主成分とする分極性電極と電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電荷による電気エネルギーを利用するものであり、急速充放電が可能であること、充放電の繰り返しに対し安定なため極めて長寿命であること、有害な重金属を使用しておらず環境汚染の心配がないことなどの特徴がある。
【０００３】
これらの特徴が注目されて、ミリアンペア（ｍＡ）〜アンペアオーダーの大きな大電流での放電が可能な大容量のいわゆるパワー用の電気二重層コンデンサが開発されており、パワー用として角型大容量の電気二重層コンデンサが知られている。この角型大容量の電気二重層コンデンサは、矩形あるいは正方形のシート状（板状）をなす分極性電極とアルミニウム製の正極用集電極とからなる正極を複数有するとともに、同様に、シート状をなす分極性電極とアルミニウム製の負極用集電極とからなる負極を複数有し、この複数の正極と負極とをそれらの間に多孔性セパレータを介在させて交互に積層して電極積層体を形成し、この電極積層体をこれに電解液を含浸させて角形の外装ケース内に収納したものである。
【０００４】
さて本出願人は、先に、このような角型大容量の電気二重層コンデンサに用いられる分極性電極を製造する方法を提案している（特開平１０−２４２００７号公報）。この分極性電極の製造方法は、活性炭粉に、結着剤として粒状あるいは粉末状のフェノール樹脂とフェノール樹脂分散用溶剤とを加え、これらを混合し混合物をつくる混合工程と、この混合物を材料として造粒を行い造粒品をつくる造粒工程と、この造粒品を加圧成形して板状成形体を得る加圧成形工程と、該板状成形体を非酸化性雰囲気中で焼成する焼成工程とからなるものである。この場合、前記加圧成形工程では、発熱体が埋設された熱板を先端部に取り付けた加圧パンチを備えた熱板付きプレス機を使用し、金型内に粒状造粒品を充填し、熱板付きプレス機により加圧成形を行うようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述した従来の分極性電極製造方法では、活性炭粉を含む混合物を材料として造粒を行い、次いで金型内に粒状造粒品を充填し、熱板付きプレス機により該粒状造粒品の金型成形を行って板状成形体を得るようにしたものであるから、造粒自体の生産性が低く、また加圧成形工程においては金型内に粒状造粒品を均一な厚さで充填するには金型内の盛り上がっている余分な粒状造粒品を除去するための人手による慎重な「すみ切り作業」が必要であった。このように時間と手間がかかって生産性が悪いという欠点があった。また該従来方法では、薄肉の分極性電極を得ようとする場合、金型からの板状成形体の取り出しが難しく離型時に板状成形体にひび割れが発生するため、厚みの下限が０．５ｍｍ程度で、これより薄肉の分極性電極をつくることが難しかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、角型大容量の電気二重層コンデンサに用いられる分極性電極を製造するに際し、量産に適し生産性良く製造できるとともに、薄肉から厚肉までの分極性電極を製造することができるようにした、電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明（第１の発明）は、電極材料として活性炭を用いた電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、活性炭粉、熱硬化性樹脂及びパルプを含むスラリーを原料として、抄造を行ってシート状成形体を作製し、次いで該シート状成形体を熱間加圧し、しかる後、得られた該シート状高密度成形体を非酸化性雰囲気中で温度が８００〜１２００℃の範囲で焼成することを特徴とする電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、前記シート状成形体を複数枚重ねたものを熱間加圧して一体化させ、しかる後、得られた該シート状高密度成形体を非酸化性雰囲気中で温度が８００〜１２００℃の範囲で焼成することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明（第２の発明）は、電極材料として活性炭を用いた電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法において、活性炭粉、熱硬化性樹脂及びパルプを含むスラリーを原料として、抄造を行ってシート状成形体を作製し、次いで該シート状成形体を非酸化性雰囲気中で温度が８００〜１２００℃の範囲で焼成することを特徴とする電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法である。
【００１０】
前記第１の発明に係る分極性電極製造方法では、シート状成形体の作製には生産性が良く量産に適しているという利点を持つ抄造装置、例えば製紙用抄造装置を用いることができ、また、熱間加圧によるシート状高密度成形体の作製には金型を使用しないから金型内への投入・離型作業を行う必要がないので、手間がかからない。そして、紙の製造などに使用される抄造装置により抄造を行ってシート状成形体を作製するものであるから、厚みがほぼ０．２〜１ｍｍの範囲のシート状成形体が得られ、これに加えて、得られたシート状成形体を複数枚積み重ねたものを熱間加圧して一体化させることができるので、厚みがほぼ０．１〜２ｍｍの範囲のように薄肉から厚肉までの分極性電極を生産性良く安定して製造することができる。従来方法では前述のように厚みの下限値が０．５ｍｍ程度であった。
【００１１】
第１の発明に係る製造方法において、抄造装置に原料として供給されるスラリーは、活性炭粉（粉末活性炭）と、結着剤として熱硬化性樹脂（例えば粉末状フェノール樹脂）と、抄造を行うための必須原料であるパルプと、溶媒である水とを混ぜて調製してなるものである。前記パルプは、抄造を行うために必須であるとともに、中間物であるシート状成形体の機械的強度を高めてその取り扱い（ハンドリング）を容易にし、また、最終製品である分極性電極の機械的強度を高めるという効果をも発揮するものである。
【００１２】
また、第１の発明に係る製造方法では、熱間加圧を行うことにより、シート状成形体を熱硬化させるとともに適切に圧縮して高密度化させることができ、抄造で得たシート状成形体よりも高密度化されたシート状高密度成形体が得られる。例えば、シート状成形体の密度（ｇ／ｍｌ）よりも約１０％程度大きい密度のシート状高密度成形体が得られる。シート状成形体の熱間加圧には例えば熱板付きプレス機を使用すればよい。熱板付きプレス機では、内部に発熱体が埋設された熱板を先端部に取り付けた加圧パンチによって、平板定盤上に載せ置かれたシート状成形体を熱間加圧することにより、シート状高密度成形体が容易に得られる。このとき、熱板温度は熱硬化性樹脂を熱硬化させるために１５０〜１８０℃の範囲がよい。また、圧力は高密度化するために２９．４２ＭＰａ（３００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）以上がよく、加圧時間は５〜１０分程度でよい。
【００１３】
また、第１の発明に係る製造方法において、窒素ガス雰囲気のような非酸化性雰囲気中で行うシート状高密度成形体の焼成は、前記熱硬化性樹脂を所定度合いに炭化させてこれに導電性を付与することで活性炭粒子同士を電気的に結合したり、シート状高密度成形体中の不純物を除去したり、さらに緻密化させて機械的強度を得るなどのために行うものである。焼成温度は８００〜１２００℃の範囲がよい。
【００１４】
これに対し、第２の発明に係る製造方法では、前記第１の発明の製造方法とは違って高密度化のための熱間加圧を行わず、抄造で得たシート状成形体を熱間加圧することなく焼成を行うようにしたものである。これにより、第１の発明の製造方法に比べて、分極性電極の密度が多少小さくなるためにコンデンサ単位容積（単位体積）当たりの静電容量とコンデンサ内部抵抗の点において性能が多少低下するものの、工程数を減らすことで製造コストを下げることができ、安価な電気二重層コンデンサを提供することができる。
【００１５】
なお、第２の発明に係る製造方法において、第１の発明の製造方法とは違ってシート状成形体の熱硬化は焼成によってなされることになり、シート状成形体の焼成は、熱硬化性樹脂を熱硬化させるとともに所定度合いに炭化させてこれに導電性を付与することで活性炭粒子同士を電気的に結合したり、シート状成形体中の不純物を除去したり、さらに緻密化させて機械的強度を得るなどのために行うものである。焼成温度については、第１の発明の製造方法と同様に、８００〜１２００℃の範囲がよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施に使用される円網（まるあみ）式の製紙用抄造装置の濾し網部（ワイヤパート）を略示する図、図２は図１に示す製紙用抄造装置においてシート状集成層がフェルト製ベルト上に転写される様子を模式的に示す図である。
【００１７】
以下の手順にて角型大容量の電気二重層コンデンサに用いられる分極性電極を製造した。まず、攪拌翼を備えた図示しない攪拌槽を用いて、活性炭粉（比表面積３０００ｍ2 ／ｇ）、粉末状フェノール樹脂、パルプ及び水を混ぜてスラリーを調製する。この場合、活性炭粉／粉末状フェノール樹脂／パルプの三者の配合割合は、重量比で７０／２０／１０とした。またパルプとしては、合成繊維などよりなる導電性のものが望ましい。そして、図１に示すように、このスラリー１は前記攪拌槽から抄造バット２に供給されるようになっている。
【００１８】
図１に示すように、抄造バット２は、その内部に、図における反時計方向に回転し円筒形状の金網よりなる抄造ドラム３を備えている。この抄造ドラム３はスラリー１にその下半分が浸漬した状態で回転駆動されるようになっており、スラリー１は、この回転に伴って金網よりなる抄造ドラム３にすくい上げられ、抄造ドラム３の外周部から内方へろ過・脱水されながら抄造ドラム３の外周部上に残留してシート状集成層４として形成される。この抄造ドラム３上に形成された活性炭粉、フェノール樹脂及びパルプからなるシート状集成層４は、図２に示すように、無端状あるいは長尺のフェルト製ベルト５上に転写される。
【００１９】
フェルト製ベルト５上のシート状集成層４は、図示しない下流側へ搬送されて、圧搾ロール群を備えた脱水部（プレスパート）にて水分を搾り取られ、次いで加熱ロール群を備えた乾燥部（ドライヤパート）にて乾燥され、しかる後、フェルト製ベルトから剥がされて、長尺のシート状成形体となる。
【００２０】
そして本例では、この厚みが０．１９ｍｍの長尺シート状成形体を矩形に切断し、厚み０．１９ｍｍ×幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍのシート状成形体を所要数得た。
【００２１】
ここまでの工程は、本発明による第１、第２の製造方法において共通するものである。以後の工程について、まず、第１の製造方法による実施形態について説明する。
【００２２】
第１の製造方法では、次に、シート状成形体の熱間加圧を行った。すなわち、熱板付きプレス機により、平板定盤上に載置された前記シート状成形体を本例では温度１５０℃×圧力２９．４２ＭＰａ（３００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）×時間１０ｍｉｎの条件にて熱間加圧し、厚み０．１３ｍｍ×幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍのシート状高密度成形体を得た。
【００２３】
しかる後、このシート状高密度成形体を窒素ガス雰囲気中にて１０００℃×２ｈの条件で焼成し、寸法が厚み０．１３ｍｍ×幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍで密度が０．４５ｇ／ｍｌの分極性電極を得た。このようにして、厚みの下限が０．５ｍｍ程度であった従来方法とは違って、厚み０．１ｍｍ程度の薄肉の分極性電極を生産性良く製造することができた。
【００２４】
また、抄造を行って得たシート状成形体を複数枚積み重ねたものを熱間加圧して一体化させることができるので、厚みが０．５ｍｍ未満の薄肉から１ｍｍ以上の厚肉までの各分極性電極をつくることができる。例えば、前記厚み０．１３ｍｍのものに加えて、厚みが０．２、０．３５、０．６及び１．２ｍｍの各分極性電極を得ることができた。
【００２５】
またさらに、抄造装置により抄造を行ってシート状成形体を作製する際には、抄造ドラム３を備えた抄造バット２を複数個直列に並べて設置し、該個数を変更することにより、薄いものから厚いものまで厚みの異なるシート状成形体をつくることもできる。このように本発明による第１の製造方法では、角型大容量の電気二重層コンデンサに用いられる分極性電極を製造するに際し、量産に適し生産性良く製造できるとともに、厚みがほぼ０．１〜２ｍｍの範囲のように薄肉から厚肉までの分極性電極を製造することができる。
【００２６】
一方、本発明による第２の製造方法では、第１の製造方法とは違って高密度化のための熱間加圧を行わず、抄造によって得た前記シート状成形体を窒素ガス雰囲気中にて１０００℃×２ｈの条件で焼成し、寸法が厚み０．１９ｍｍ×幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍで密度が０．４０ｇ／ｍｌの分極性電極を得た。
【００２７】
このようにして、第２の製造方法によると、厚みの下限が０．５ｍｍ程度であった従来方法とは違って、厚み０．２ｍｍ程度の薄肉の分極性電極を生産性良く製造することができた。また、抄造を行ってシート状成形体を作製するようにしたものであるから、第１の製造方法とは違って複数枚積み重ねたシート状成形体の熱間加圧によるに厚肉化を行わないものの、厚みがほぼ０．２〜１ｍｍの範囲のように薄肉から厚肉までの分極性電極を製造することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、第１の発明に係る電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法によると、角型大容量の電気二重層コンデンサに用いられる分極性電極を製造するに際し、活性炭粉を含むスラリーを原料として製紙用などの抄造装置により抄造を行ってシート状成形体をつくり、熱板付きプレス機などによりシート状成形体を熱間加圧してシート状高密度成形体を作製するようにしたものであるから、量産に適し生産性良く分極性電極を製造することができる。またこれとともに、厚みがほぼ０．１〜２ｍｍの範囲のように薄肉から厚肉までの分極性電極を製造することができるので、低抵抗の性能が要求される電気二重層コンデンサ用には薄肉の分極性電極で対応でき、コンデンサ単位容積当たり高静電容量の性能が要求されるものには厚肉の分極性電極で対応できることから、ニーズに対応して容易に分極性電極をつくり分けることができる。
【００２９】
また、第２の発明に係る電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法によると、厚みがほぼ０．２〜１ｍｍの範囲のように薄肉から厚肉までの分極性電極を製造することができ、また、前記第１の発明の製造方法とは違って高密度化のための熱間加圧を行わず、抄造で得たシート状成形体を熱間加圧することなく焼成を行うようにしたものであるから、コンデンサ単位容積当たりの静電容量とコンデンサ内部抵抗の点において性能が多少低下するものの、工程数を減らすことで製造コストを下げることができ、安価な電気二重層コンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に使用される円網式の製紙用抄造装置の濾し網部（ワイヤパート）を略示する図である。
【図２】図１に示す製紙用抄造装置においてシート状集成層がフェルト製ベルト上に転写される様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１…スラリー  ２…抄造バット  ３…抄造ドラム  ４…シート状集成層  ５…フェルト製ベルト
【図１】
0004035275.tif 000002
【図２】
0004035275.tif 000003