(57)【要約】【課題】  正極体、負極体、及びセパレータを積層する工程、積層体を乾燥する工程、積層体を容器に収納する工程、容器に電解液を注入する工程、積層体を減圧処理する工程、及び積層体を収納した容器を密封する工程を含む電気二重層キャパシタの製造方法であって、乾燥工程中において、積層体に存在する水分、特に分極性電極の構成材料として用いられる活性炭等の細孔内に存在する水分を、効率よく極めて低濃度になるまで除去できる電気二重層キャパシタの製造方法を提供する。【解決手段】  積層体を乾燥する際に、積層体を加熱減圧乾燥する処理、及び積層体に乾燥ガスを供給する処理を複数回繰返して行なう。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極体、負極体、及びセパレータを積層する工程、該積層体を乾燥する工程、該積層体を容器に収納する工程、該容器に電解液を注入する工程、該積層体を減圧処理する工程、及び該積層体を収納した容器を密封する工程を含む電気二重層キャパシタの製造方法であって、該積層体を乾燥する工程中に、該積層体を加熱減圧乾燥する処理、及び該積層体に乾燥ガスを供給する処理を複数回繰返して行なうことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項２】
積層体を乾燥する工程は、内部が加熱可能であり、真空ポンプと連通し、乾燥ガスの供給口及び排出口を有する容器に、該積層体を収納することにより行なう請求項１に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項３】
積層体に乾燥ガスを供給する処理は、積層体を加熱減圧乾燥する処理より高い圧力下、及び１００〜２５０℃の温度下で行なう請求項１に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項４】
乾燥ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素、または空気である請求項１に記載の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、活性炭等の分極性電極と電解液の界面である電気二重層に電気を蓄積する電気二重層キャパシタの製造方法において、正極体、負極体、及びセパレータからなる積層体の水分除去を効率よく行なう方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、活性炭等の分極性電極と電解液の界面である電気二重層に電気を蓄積する電気二重層キャパシタが蓄電媒体として実用化され始めている。電気二重層キャパシタの一般的な構成としては、金属箔等の集電体及び活性炭等の分極性電極からなる電極シートと、セパレータが交互に積層され、電解液が含浸された構成を有する電気二重層キャパシタセルが形成され、さらに電気二重層キャパシタセルが容器に密封されて電気二重層キャパシタとされる。
【０００３】
また、電気二重層キャパシタの製造は、電極シートとセパレータの積層体を、角型の電気二重層キャパシタにおいてはサンドウィッチ状に、円筒型の電気二重層キャパシタにおいてはロール状に形成し、集電体（正極体及び負極体）のリード部を各々の端子に接続し、積層体を容器に収納した後、容器の開口部から電解液を注入して積層体に電解液を含浸し、電極端子の先端を外部に露出した状態で容器を密封する方法が多く実施されている。
【０００４】
このような電気二重層キャパシタにおいては、電解液として、高い耐電圧が得られる有機系電解液が一般的に用いられているが、微量の水分の存在でも充放電を繰返すと徐々に電解液と水が反応し、一酸化炭素、二酸化炭素等のガスが生成して耐電圧が低下し劣化しやすくなるという不都合が生じるので、電解液を注入する前に積層体及び容器を充分に乾燥させ、その後の操作は容器を密封するまで乾燥ガス雰囲気下で行なわれている。
【０００５】
従来から、積層体の乾燥は、水分を極めて低い含有率になるまで除去するために、積層体を加熱減圧乾燥している。しかし、積層体は分極性電極として活性炭等の細孔を有し比表面積が大きいものを使用していること、積層体は分極性電極とセパレータを密着して積層した構成であること、セパレータは通常はセルロース製のものを使用しているため乾燥の際の加熱温度の上限は１５０〜２００℃程度が限界であること等により、積層体の乾燥は真空乾燥機を用いても通常は１０時間以上かかっていた。
【０００６】
このような状況下、従来から容器内の水分を除去して高い耐電圧を長期間にわたり維持する方法として、例えば、分極性電極とセパレータに水分吸着材を含ませる方法、容器内に乾燥剤を入れる方法、電解液を含浸する前に高周波電流を電極に印加し水分を除去する方法等が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−１４４５７０号公報
【特許文献２】特開平１０−３２１４８３号公報
【特許文献３】特開平１１−５４３７８号公報
【特許文献４】特開２０００−１８２９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、水分吸着材あるいは乾燥剤を用いる方法は、分極性電極の構成材料として一般的に用いられている活性炭等の細孔内に存在する水分を除去することが困難であり、また高周波電流を電極に印加する方法も、水分を極めて低濃度まで除去するために長時間の印加処理が必要であった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、積層体に存在する水分、特に分極性電極として用いられる活性炭等の細孔内に存在する水分を、効率よく極めて低濃度になるまで除去できる電気二重層キャパシタの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、積層体を加熱減圧乾燥する処理、及び積層体に乾燥ガスを供給する処理を複数回繰返して行なうことにより、分極性電極の構成材料として一般的に用いられている活性炭等の細孔内に存在する水分を、効率よく極めて低濃度になるまで除去できることを見出し、本発明の電気二重層キャパシタの製造方法に到達した。
【０００９】
すなわち本発明は、正極体、負極体、及びセパレータを積層する工程、該積層体を乾燥する工程、該積層体を容器に収納する工程、該容器に電解液を注入する工程、該積層体を減圧処理する工程、及び該積層体を収納した容器を密封する工程を含む電気二重層キャパシタの製造方法であって、該積層体を乾燥する工程中に、該積層体を加熱減圧乾燥する処理、及び該積層体に乾燥ガスを供給する処理を複数回繰返して行なうことを特徴とする電気二重層キャパシタの製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電気二重層キャパシタの製造方法により、従来から長時間かかっていた積層体の乾燥処理時間を大幅に短縮することができる。また、正極体、負極体、及びセパレータを積層させた後に乾燥する方法は、これらの表面が密着しているため、極めて乾燥の効率が悪く実質的に不可能であったが、本発明の電気二重層キャパシタの製造方法により、積層後の乾燥が可能となった。そのため、従来からグローボックス等、水分が極めて低濃度になるまで除去された空間内で行なわれていた積層を、空気存在下で行なうことが可能となり、積層工程を極めて効率よく容易に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、正極体、負極体、及びセパレータを積層する工程、該積層体を乾燥する工程、該積層体を容器に収納する工程、該容器に電解液を注入する工程、該積層体を減圧処理する工程、及び該積層体を収納した容器を密封する工程を含む電気二重層キャパシタの製造方法に適用される。また、本発明は、角型の電気二重層キャパシタの製造方法及び円筒型の電気二重層キャパシタの製造方法に適用される。以下、角型の電気二重層キャパシタを例に挙げて詳細に説明するが、本発明がこれにより限定されるものではない。
【００１２】
本発明における積層体は、図１に示すように、通常は、活性炭、カーボンブラック等を含む混合物からなる分極性電極にアルミ箔を貼り合わせた正極体１と、同様に分極性電極にアルミ箔を貼り合わせた負極体２を、紙、パルプ、またはプラスチック等からなるセパレータを介して交互に積層させたものであり、正極体のリード部３及び負極体のリード部４が、各々電極端子に接続できるように、一辺が５０〜２００ｍｍの程度の正方形または長方形の積層体となるように、合計１０〜１００枚程積層させたものである。また、本発明における積層体は、図１に示すような積層体のほか、正極体のリード部３と正極端子５の接着、負極体のリード部４と負極端子６の接着が行なわれた図２に示すような積層体が含まれる。
【００１３】
また、本発明における容器は、図３に示すように、前記のような積層体７を密封するための偏平状の容器８であり、その構成は、通常はアルミ箔等の金属箔の表面を、熱溶融性のプラスチックフィルムで被覆したものである。前記のような積層体を収納する際は、予め正方形または長方形の金属箔の表面に熱溶融性のプラスチックフィルムが被覆されたシートを、２枚重ね合わせ、積層体を収納するための開口部を除いた周辺部を加熱加圧接着して袋状にされる。尚、容器の内部についても、積層体を収納する前に、加熱減圧乾燥する処理、あるいは加熱減圧乾燥する処理及び乾燥ガスを供給する処理が必要である。
【００１４】
本発明の電気二重層キャパシタの製造方法は、積層体を乾燥する工程中に、積層体を加熱減圧乾燥する処理、及び該積層体に乾燥ガスを供給する処理を、複数回繰返して行なう製造方法である。
本発明における前記の乾燥は、正極体、負極体、及びセパレータを積層した後であって、偏平状の容器に収納する前に行なわれる。乾燥を積層工程前に行なう場合は、乾燥処理時間を大幅に短縮することができるが、乾燥を積層工程後に行なう場合は、正極体、負極体、及びセパレータの積層作業を極めて効率よく行なうことができるので、積層工程後の乾燥の方が好ましい。
【００１５】
本発明における積層体の乾燥は、通常は、内部が加熱可能であり、真空ポンプと連通し、乾燥ガスの供給口及び排出口を有する容器に、積層体を収納することにより行なわれる。
積層体を加熱減圧乾燥する際の圧力条件としては、通常は５ＫＰａ（絶対圧力）以下、好ましくは１ＫＰａ（絶対圧力）以下であり、温度条件としては、通常は１００〜２５０℃、好ましくは１５０〜２２０℃である。また、積層体に乾燥ガスを供給する際の圧力条件としては、積層体を加熱減圧乾燥する処理より高い圧力下（１０〜２００ＫＰａ（絶対圧力）程度）であり、温度条件としては、通常は１００〜２５０℃、好ましくは１５０〜２２０℃である。
【００１６】
本発明における積層体の乾燥は、前記の加熱減圧乾燥処理、及び乾燥ガスの供給処理を繰返すことにより行なわれる。各々の処理時間は、積層体の状態、処理条件等により異なり一概に限定することはできないが、通常は１回の各処理時間は１〜１００分であり、各処理は通常は２回以上、好ましくは３〜２０回行なわれる。前記の乾燥に要する時間は、通常は２〜１０時間である。尚、本発明に係る乾燥の前に、積層体の構成材料の予備乾燥を行なって、本発明に係る乾燥の負担を軽減させることもできる。
【００１７】
本発明において、積層体の乾燥処理時間が大幅に短縮できるメカニズムについては明確ではないが、加熱減圧乾燥処理の後に、加熱された乾燥ガスを供給することにより、積層体の構成材料の表面（特に分極性電極として用いられる活性炭等の細孔内）が加熱乾燥ガスにより掃気され、これらの表面及び内部に存在する水分が効率よく除去されると考えられる。尚、乾燥ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素、または空気を主成分とするガスが用いられる。乾燥ガスは、通常は１００ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１ｐｐｍ以下まで水分を除去したものが使用される。
【００１８】
本発明においては、正極体、負極体、及びセパレータを積層する工程、積層体を乾燥する工程が終了した後、積層体を容器に収納する工程、容器に電解液を注入する工程、積層体を減圧処理する工程、及び積層体を収納した容器を密封する工程が行なわれる。
積層体の容器への収納は、積層体の電極端子が容器の開口部側となるように積層体が容器に収納される。次に、容器の開口部から電解液が注入され、続いて容器内が減圧され、積層体の減圧処理が行なわれる。この減圧処理により、活性炭等の分極性電極に吸着されているガスが除去されるとともに、積層体に電解液を効率よく含浸することができる。また、必要に応じて、電解液の注入から容器の密封までの間に、分極性電極に含まれる水分や官能基を電気分解し除去するために、電極端子に通電して電解精製を行なうこともできる。積層体の減圧処理後、例えば加熱された２本のヒートシールバーを、容器を挟んだ状態で押圧することにより容器の密封が行なわれ、図３に示すような構成の電気二重層キャパシタが得られる。尚、本発明においては、電解液の注入から容器の密封まで、乾燥ガス雰囲気下で行なわれる。
【００１９】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【実施例１】
【００２０】
（積層体の製作）
活性炭、カーボンブラック等の混合物からなる分極性電極にアルミ箔を貼り合わせた正極体、負極体と、紙製のセパレータを、正極体のリード部及び負極体のリード部が、各々電極端子に接続できるように、合計３０枚積層させて、図１に示すような一辺が１００ｍｍの正方形の積層体（厚さ１５ｍｍ）を得た。次に、正極体のリード部及び負極体のリード部を、各々電極端子に溶接により接着して図２に示すような積層体を製作した。この間の積層作業は、空気中（２５℃、湿度６０％）で行なったので、グローボックス内における積層作業に比べて半分以下の時間で効率よく行なうことができた。
【００２１】
（積層体の乾燥）
次に、内部が加熱可能であり、真空ポンプと連通し、乾燥ガスの供給口及び排出口を有する容積４００ｃｃの乾燥用容器にこの積層体を収納した。続いて、乾燥用容器の温度を２００℃に昇温するとともに減圧して、２００℃、２〜８ＫＰａ（絶対圧力）の条件で２０分間加熱減圧乾燥した。次に、２００℃の乾燥窒素ガスを２０００ｃｃ／ｍｉｎの条件で２０分間供給した。さらに、前記の加熱減圧乾燥する処理、及び積層体に乾燥窒素ガスを供給する処理を５回繰返して（合計で６回、合計処理時間：４時間）積層体を乾燥する工程を終了した。尚、２回目以後の加熱減圧乾燥する処理における圧力は、２ＫＰａ以下であった。
【００２２】
（水分含有率の測定）
表面をポリプロピレンが含まれるフィルムで被覆したアルミ箔を基材とする一辺が１５０ｍｍの正方形の偏平状の容器を、真空乾燥機を用いて５０℃で１５時間減圧乾燥した。尚、この偏平状の容器は、一辺に開口部を有するものであった。次に、乾燥窒素ガス雰囲気下において、積層体を電極端子が容器の開口部（貼り合せ部）側になるように偏平状の容器に挿入した後、プロピレンカーボネート溶媒にアンモニウム塩等を分散させた電解液１２０ｍｌを容器に注入した。続いて、容器内を３０分間真空ポンプにより減圧にして、積層体の減圧処理を行なった。また、この間、電極端子に通電して電解精製を行なった。その後、容器を密封すれば電気二重層キャパシタが得られるが、その前に電解液をサンプリングして電解液の水分含有率を測定した。その結果、水分含有率は９ｐｐｍであった。
【実施例２】
【００２３】
（積層体の乾燥）
実施例１と同様にして図２に示すような積層体を製作した。この間の積層作業は、実施例１と同様に空気中（２５℃、湿度６０％）で行なった。
次に、積層体を加熱減圧乾燥する処理、及び積層体に乾燥窒素ガスを供給する処理を合計で３回（合計処理時間：２時間）行なったほかは実施例１と同様にして積層体を乾燥した。
【００２４】
（水分含有率の測定）
実施例１と同様にして減圧乾燥した偏平状の容器に積層体を挿入し、プロピレンカーボネート溶媒にアンモニウム塩等を分散させた電解液１２０ｍｌを容器に注入した。続いて、容器内を３０分間真空ポンプにより減圧にして、積層体の減圧処理を行なった。また、この間、電極端子に通電して電解精製を行なった。その後、実施例１と同様に電解液をサンプリングして電解液の水分含有率を測定した。その結果、水分含有率は２５ｐｐｍであった。
【００２５】
［比較例１］
（積層体の乾燥）
実施例１と同様にして図２に示すような積層体を製作した。この間の積層作業は、実施例１と同様に空気中（２５℃、湿度６０％）で行なった。
次に、内部が加熱可能であり、真空ポンプと連通し、乾燥ガスの供給口及び排出口を有する実施例１と同様の容積４００ｃｃの乾燥用容器にこの積層体を収納した。続いて、乾燥用容器の温度を２００℃に昇温するとともに減圧して、２００℃、８ＫＰａ（絶対圧力）以下の条件で１８時間加熱減圧乾燥した。
【００２６】
（水分含有率の測定）
実施例１と同様にして減圧乾燥した偏平状の容器に積層体を挿入し、プロピレンカーボネート溶媒にアンモニウム塩等を分散させた電解液１２０ｍｌを容器に注入した。続いて、容器内を３０分間真空ポンプにより減圧にして、積層体の減圧処理を行なった。また、この間、電極端子に通電して電解精製を行なった。その後、実施例１と同様に電解液をサンプリングして電解液の水分含有率を測定した。その結果、水分含有率は６０ｐｐｍであった。
【００２７】
以上のように、本発明の電気二重層キャパシタの製造方法は、積層体の乾燥時間を大幅に短縮できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明における積層体の一例示す斜視図
【図２】本発明における図１以外の積層体の一例示す斜視図
【図３】本発明における電気二重層キャパシタの一例を示す構成図
【符号の説明】
【００２９】
１  正極体
２  負極体
３  正極体のリード部
４  負極体のリード部
５  正極端子
６  負極端子
７  積層体
８  容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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