(57)【要約】【課題】本発明は、電気二重層キャパシタ用電極の生産性を効率良く行うことができる製造方法を提供する。【解決手段】本発明の電気二重層キャパシタ用電極の製造方法は、金属集電体の少なくとも片面に、分極性電極層となる塗布液を未塗布部分が存在するように塗布してコーティング電極を作成する塗布工程と、前記コーティング電極の分極性電極層の未塗布部分を打ち抜いて集電リード部分を形成する集電リード部分形成工程と、前記分極性電極層が塗布された塗布部分を長手方向にスリットするスリット工程と、スリットされたコーティング電極を所定の長さに切断して電極を形成する切断工程と、を含む製造方法からなることを特徴とする。【選択図】図１
2009088275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属集電体の少なくとも片面に、分極性電極層となる塗布液を未塗布部分が存在するように塗布してコーティング電極を作成する塗布工程と、
前記コーティング電極の分極性電極層の未塗布部分を打ち抜いて集電リード部分を形成する集電リード部分形成工程と、
前記分極性電極層が塗布された塗布部分を長手方向にスリットするスリット工程と、
スリットされたコーティング電極を所定の長さに切断して電極を形成する切断工程と、
を含むことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
【請求項２】
前記電極が、前記切断工程において、コーティング電極の表裏両方向からの切断刃によるせん断加工で切断される請求項１に記載の電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタに用いられるシート状の分極性電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、ファラッド級の大容量を有し、充放電サイクル特性にも優れることから、電子機器のバックアップ電源や自動車をはじめとした各種輸送機のバッテリーとして用いられている他、エネルギーの有効利用の観点からは、夜間電力の貯蔵といった用途での使用も検討されている。
【０００３】
これらの各用途において、電気二重層キャパシタに要求される重要な特性は、エネルギー密度が高いこと、及び又は出力密度が大きいことである。このような特性に適する電気二重層キャパシタの一つの構成として、図４（ａ）に示すように、通常矩形の集電体の両側に炭素材料からなる分極性電極層が形成され、さらに、正極集電リードを備えた構造のコーティング電極となっている。同様な構成の負極電極体の間にセパレータを配置し、交互に積層してキャパシタ素子を形成し、集電リード部分を電気的に接続した後に角型ケースに電解液とともに収納、密閉されて電気二重層キャパシタが作成される。
【０００４】
ここで使用されるシート状電極の製造方法として、例えば特開２００６−３２４２８４号公報には、キャパシタ用電極の分極性電極の材料となる塗布液をロール状の集電体の表面に塗布して乾燥し、コーティング電極を作成し、そのコーティング電極を型打ち抜きにより電極を作成する電気二重層キャパシタ用電極の製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−３２４２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、電気二重層キャパシタ用電極を製造する方法として、まず、集電体上に分極性電極層となる塗布液を塗布して接着させ、その塗布液を乾燥させて分極性電極層を形成したコーティング電極を作製する方法がある。このコーティング電極を所定の形状に型打ち抜きすることにより電気二重層キャパシタ用電極を形成し、セパレータを介してこの電極を多段に積層した後にキャパシタ用ケースに収容する。その後、ケース内に電解質溶液を注入してケース内の電極積層体に電解質溶液を含浸させ、エージングや脱泡等を行い、ケースを気密封止し、最後に性能検査を行って、電気二重層キャパシタを完成させる。
【０００６】
この塗布方式により金属集電体上に直接分極性電極層を形成する電気二重層キャパシタ用電極の形成方法においては、塗布した液が垂れて流動しないように、また、コーティング電極をローラで長手方向に搬送する際に、塗布液がローラ側に付着して金属集電体から剥離しないように、塗布液を急速に加熱して乾燥し硬化させる必要がある。また、金属集電体に形成された分極性電極層は柔軟性に乏しく固形化している。
【０００７】
通常、積層型の電気二重層キャパシタは同一形状の電極を大量に積層して使用するために、従来の電極の形成方法は、通常所定の電極形状のパンチ（上型）とダイ（下型）を用いて電極形状に打ち抜く型打ち抜き方法で行われる。この型打ち抜きによる形成方法は、同一形状の電極を大量に生産できるメリットがある一方で、この方法ではパンチとダイの隙間であるクリアランスを多く設定する必要がある。この場合、パンチがダイ上に置かれたコーティング電極を、パンチとダイとの隙間であるクリアランスを設けて打ち抜くと、分極性電極層が柔軟性に乏しいため、パンチとダイが当接した切断端部にクラックや剥離が発生しやすい。
【０００８】
また、型打ち抜き方法により形成された電極の端部は、分極性電極層が柔軟性に乏しいため、金属集電体と分極性電極層が剥離しやすく、打ち抜き端部に発生したクラックにより分極性電極層にワレや崩れ、粉落ちが発生する。このため、型打ち抜きによる切断方法においては、隣接する打ち抜き部分から所定の間隔（マージン）を設けて打ち抜かなければならないため、材料の歩留まりが悪い原因となっている。柔軟性に乏しい分極性電極層をトムソン型やダイカットロール法によって打ち抜いた場合でも、一方向からの型押しによる打ち抜きのため、切断端部にダレや剥離が発生することから、その影響が出ないように隣接電極間に所定の間隔を設けなければならないため、歩留まりが悪くなっている。
【０００９】
さらに、電極の形成を、トムソン型やダイカットロール法などを含めた型打ち抜きによる方法で行うと、コーティング電極の塗布面と未塗布面に段差がある状態で打ち抜かれるため、特に集電リード部分が波を打ったようなフリルを発生しやすい。この集電リード部分のフリルは、集電リード部分を積層して溶接等により接合する場合、積層部に隙間が生じて所定の接合ができない原因となっていた。また、フリルを有した電極を積層すると、積層した電極間に隙間が生じるため、キャパシタ素子の厚みが厚くなり、ケースに収容できない等の不具合が生じていた。
【００１０】
このため、電気二重層キャパシタ用電極の形成方法を、トムソン型やダイカットロール法を含む型打ち抜きで行うことは、電極材料の歩留まりが悪く、効率的に電気二重層キャパシタ用電極を生産することが困難であった。
【００１１】
本発明の目的は、電極材料の歩留まりを改善し、柔軟性に乏しい分極性電極層を有する塗布方式による電気二重層キャパシタ用電極の製造方法の場合でも、生産効率の良い電極の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の電気二重層キャパシタ用電極の製造方法は、金属集電体の少なくとも片面に、分極性電極層となる塗布液を未塗布部分が存在するように塗布してコーティング電極を作成する塗布工程と、前記コーティング電極の分極性電極層の未塗布部分を打ち抜いて集電リード部分を形成する集電リード部分形成工程と、前記分極性電極層が塗布された塗布部分を長手方向にスリットするスリット工程と、スリットされたコーティング電極を所定の長さに切断して電極を形成する切断工程と、を含むことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極の製造方法である。
【００１３】
また、前記電極は、前記切断工程において、コーティング電極の表裏両方向からの切断刃によるせん断加工で切断される切断方法を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コーティング電極の集電リード部分を型打ち抜きした後、コーティング電極を長手方向にスリットすることにより、分極性電極層が一定の幅を有したコーティング電極が形成される。この場合、スリットはロータリーカッタによるせん断加工のため、柔軟性に乏しい分極性電極層が型打ち抜きで生じるようなクラックや剥離が発生しにくいとともに、一定幅のコーティング電極が連続的に生産できるようになる。
【００１５】
また、スリットによると分極性電極層に掛かる負荷が小さいため、スリットされた分極性電極層の変形が少ないことから、スリットで分割された隣接間のコーティング電極で長さが異なるような不具合が発生しない。このため、スリットで分割されたコーティング電極を一緒に切断すると一定幅を持った電極を複数同時に形成することができるため、電極の生産効率の向上が図れる。
【００１６】
次に、スリットされたコーティング電極の長さ方向を所定の長さ毎に、表裏両面からの切断刃で切断される。分極性電極層の切断が表裏両方向からの切断刃によるせん断加工で行われることにより、型打ち抜き時にその切断端部に発生していたクラックが抑制され、柔軟性に乏しい分極性電極層のワレや剥離、崩れ、粉落ちを防止することができる。
【００１７】
また、コーティング電極の長さ方向を所定の長さで切断する切断方式のため、切断する電極間に所定の間隔（マージン）を設けないですみ、コーティング電極が無駄なく連続的に使用できることから、集電体材料及び分極性電極層材料の歩留まりが向上する。
【００１８】
集電リード部分は、電極の一部に凸形状の引出し構造を有していることから、スリットやカットによる切断方法で凸形状を形成すると加工数が大幅に増えるため、連続生産が困難になる。このため、集電リード部分は型打ち抜きで形成することにより、一定形状の集電リード部分が連続的に形成され、生産効率が向上する。
【００１９】
また、電極の集電リード部分と分極性電極層の部分がそれぞれ別の工程で形成されることから、コーティング電極において塗布面と未塗布面が段差のある状態で型打ち抜きされた場合に比べ、集電リード部分のフリルが改善され、集電リード部分の溶接による接合が安定化するとともに、積層した電極間の隙間を解消することができ、電極形状が安定したキャパシタ素子の作製が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る電気二重層キャパシタ用電極の好ましい実施形態に係る製造工程を示すフローチャートである。
【００２２】
図１に示すように、この製造工程は、金属集電体１の少なくとも片面に、分極性電極層１２，１３となる塗布液を未塗布部分１０１ａ，１０１ｂが存在するように塗布してコーティング電極を作成する塗布工程と、前記コーティング電極の分極性電極層の未塗布部分１０１ａ，１０１ｂを打ち抜いて集電リード部分１４ａ，１４ｂを形成する集電リード部分形成工程と、前記分極性電極層が塗布された塗布部分１０２を長手方向にスリットするスリット工程と、スリットされたコーティング電極を所定の長さに切断して電極２１を形成する切断工程と、を含む製造方法である。
【００２３】
初めに、金属集電体１に分極性電極層となる塗布液を塗布する塗布工程において、ロール状の金属集電体１の少なくとも片面の中央部分に分極性電極の材料となる塗布液を長手方向に帯状に塗布することによって分極性電極層を形成する。
【００２４】
このとき、金属集電体１の中央部分に分極性電極の塗布部分１０２と、金属集電体１の両端部に集電用リード部分１４ａ，１４ｂが形成されるような幅を有した分極性電極の未塗布部分１０１ａ，１０１ｂを形成する。
【００２５】
金属集電体１は、分極性電極層への電荷の移動を十分に行うことができる良導体であれば、特に制限は無く、公知の電気二重層キャパシタ用電極に用いられる集電材料、例えばアルミニウムを用いることができる。本発明においては、金属集電体１の表裏両表面は粗面化されていることが好ましく、これによって、分極性電極層との密着性が高められている。本発明においては、表面がエッチングにより粗面化された厚さ４０μｍのアルミニウム箔を使用した。
【００２６】
分極性電極層の材料となる塗布液Ｌ１は、多孔体粒子と導電性助剤とバインダーを、溶剤とともに混練し、塗布液を調整する。溶剤としては各種のアルコール類或いはエチレングリコール等を用いることができる。
【００２７】
多孔体粒子は、主に活性炭粉末を用いるが、それ以外にも繊維状炭素、カーボンナノチューブ等も用いることができる。活性炭は電気二重層の発現に寄与する主材であり、その形態としては粉末状のものが好適に用いられ、その平均粒径は、２〜５０μｍであることが好ましい。また、その比表面積は８００〜３５００ｍ3 ／ｇのものが好適である。粉末の形態に制限はなく、球状、針状、板状等種々の形態のものを用いることができる。
【００２８】
導電性助剤としては、その例としてケッチェンブラック、アセチレンブラック、グラファイト等を用いることができる。ケッチェンブラックは平均粒径が極めて小さいため成形性の面でも導電性の面でも導電性フィラーとして最も好ましいものであり、分極性電極層の導電性を向上させ、内部抵抗の低減に寄与することができる。
【００２９】
また、バインダーは、電解液に溶解せず、かつ電気化学反応に対する耐久性に優れるものが用いられ、具体的にはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）をはじめとする熱可塑性フッ素樹脂が好適に用いられる。
【００３０】
塗布液Ｌ１を金属集電体１の表面上に塗布する方法としては、公知である種々の塗布手段を制限無く使用できる。例えば、グラビアコート法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、リバースコート法等の方法を採用することができる。金属集電体１の両面への塗布方法は、まず片面に塗布した後に、残りの片面に塗布する、又は同時に両面に塗布する方法のいずれでもよく、特に制限は無い。
【００３１】
次に、前述した塗布工程の終了後に、乾燥手段により金属集電体１の表面に塗布された塗布液Ｌ１を乾燥させて、塗布液に含まれる溶剤を除去する乾燥工程が行わる。その後、分極性電極層が所定の厚さになるように圧延ローラで加圧圧縮される。本発明では両片面にそれぞれ約１００μｍの厚さで分極性電極層を形成し、コーティング電極とした。
【００３２】
次に、このコーティング電極は、図３に示すように、分極性電極層の未塗布部分１０１ａ，１０１ｂに所定の集電リード部分１４ａ、１４ｂが形成される。この集電リード部分１４ａ、１４ｂの形成方法としては、金属集電体のみの切断のため、連続的に同一形状の集電リード部分が形成される型打ち抜きによる切断方法が好ましい。
【００３３】
また、コーティング電極の集電リード部分をリードフレーム状に連結して形成する場合は、集電リード部分の一部を型打ち抜きで形成し、スリット工程で分極性電極層が分割された後に、集電リード部分とリードフレーム部を切断分離しても良い。
【００３４】
集電リード部分１４が形成されたコーティング電極は、上下一対からなるロータリーカッタを有したスリット手段１２０，１２１に掛けられ、分極性電極層が塗布された塗布部分１０２の中央部のスリット部５０によって左右に２分割される。
【００３５】
尚、図３において、塗布された分極性電極層の中央部分を分割して２本の電極条を作成する方法を示したが、電極寸法の関係から、片側にのみ集電リード部分を形成する電極条１本取りの場合、その反対側は集電リード部分を形成せず、スリットによる切断除去のみであっても良い。
【００３６】
また、本発明ではスリット工程を集電リード部分形成工程の後としたが、コーティング電極をスリットした後に集電リード部分を形成するように工程を入れ替えても良い。
【００３７】
さらに、スリットされたコーティング電極の表裏両面に切断刃１３０，１３１を押し当てながら、所定の長さに切断して電極２１を形成する。この切断方法としては、シャーリングによるせん断加工が好ましい。あるいは、コーティング電極の表裏両面にロータリーカッタを当てるスリットによる切断でもよい。
【００３８】
ここで、切断された電極２１が変形している場合は、電極２１を上下方向から加圧して矯正する工程を追加しても良い。  
【００３９】
この電極２１を、正極電極体２２及び負極電極体２３として、それぞれの電極体の間にセパレータ３０を挟みこんで所定の枚数を積層し、集電リード部分をまとめて溶接等により電気的に接続し電気二重層キャパシタ用素子４０を形成する。
【００４０】
この電気二重層キャパシタ用素子４０を有底容器に収納し、電解液を含浸した後にて密封し、積層型の電気二重層キャパシタを得た。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る電気二重層キャパシタ用電極の好ましい実施形態における製造工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明を実施するための工程を示す説明図。
【図３】コーティング電極から電極が形成される状態を示す説明図。
【図４】積層構造の電気二重層キャパシタの組み立てを示す説明図。
【符号の説明】
【００４２】
１，１１              金属集電体
１２，１３            分極性電極層
１４，１４ａ，１４ｂ    集電リード部分
２１，２１ａ，２１ｂ    電極
２２                  正極電極体
２３                  負極電極体
２４                  正極集電リード
２５                  負極集電リード
３０                  セパレータ
４０                  電気二重層キャパシタ用素子
４１                  素子止めテープ
４２                  正極集電端子
４３                  負極集電端子
５０                  スリット部
１０１ａ，１０１ｂ    未塗布部分
１０２                塗布部分              
１１０，１１１        集電リード部分打ち抜き手段
１２０，１２１        スリット手段
１３０，１３１        切断刃
Ｌ１                  塗布液        
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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