(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層型の電気二重層コンデンサの正極および負極として用いられ、金属製集電極と分極性電極とを一体化してなる一体型電極を製造するに際し、
活性炭に少なくとも結着剤を加えたものを混練して分極性電極形成用の混練物を用意し、平面視矩形をなす凹部が形成された金型内に前記混練物を所定量投入して第１の混練物層とし、次いでその上に金属製集電極を、その周囲と金型側壁との間に隙間ができるように載置し、さらにその上に前記混練物を所定量投入して第２の混練物層とし、しかる後、加圧機にて該第１の混練物層と第２の混練物層とが該隙間で接触して一体となるまで加圧成型を行うことにより、集電極リード部が外部に引き出された状態で該集電極リード部以外の金属製集電極をその端部まで分極性電極の中に埋め込み、金属製集電極と分極性電極とを一体化するようにしたことを特徴とする電気二重層コンデンサ用の一体型電極（その後切断されるものを除く）の製造方法。
【請求項２】
活性炭に少なくとも結着剤を加えたものを混練して分極性電極形成用の混練物を用意し、平面視矩形をなす凹部が形成された金型内に前記混練物を所定量投入して第１の混練物層とし、次いでその上に金属製集電極を、その周囲と金型側壁との間に隙間ができるように載置し、さらにその上に前記混練物を所定量投入して第２の混練物層とし、しかる後、加圧機にて該第１の混練物層と第２の混練物層とが該隙間で接触して一体となるまで加圧成型を行うことにより、集電極リード部が外部に引き出された状態で金属製集電極を分極性電極の中に埋め込み、金属製集電極と分極性電極とを一体化するようにした一体型電極（その後切断されるものを除く）を得る工程；及び
該一体型電極を、セパレータを間に介在させて交互に複数枚積層し、締め付け用の板を両側の最外部に配してその上に締め付け用ベルトを巻き付けることで積層方向に締め付けて、電極積層体を得る工程；
を包含する、電気二重層コンデンサ用の電極積層体の製造方法。
【請求項３】
前記金属製集電極がメッシュ状をなす金属製集電極である請求項１又は２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動自転車、電動工具などの電源として利用できる静電容量１０００〜１００００Ｆ程度の大容量の積層型電気二重層コンデンサの構成部品であって、正極および負極として用いられ、金属製集電極と分極性電極とを一体化してなる一体型電極を、従来より少ない工程数にて製造できるようにした、電気二重層コンデンサ用の一体型電極の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一時的に大きなエネルギを供給する電源として利用できる大容量の電気二重層コンデンサとして、正極用の金属製集電極と正電荷蓄積用の分極性電極とからなる正極と、負極用の金属製集電極と負電荷蓄積用の分極性電極とからなる負極とをセパレータを間に介在させて交互に積層し、電解液と分極性電極との界面に形成される電気二重層に電荷を蓄積することを利用する積層型の電気二重層コンデンサが提案されている。図５は従来方法で作製された一体型電極である正極を示す斜視図、図６は図５に示す一体型電極が組み込まれた積層型の電気二重層コンデンサの全体構成をその一部を切り欠いて示す斜視図である。
【０００３】
図５に示すように、平板状をなす正極５０は、その一部に帯状のリード部５２ａが形成された矩形をなす金属製集電極５２の両側に、活性炭粉末をシート化してなる矩形の分極性電極５３，５３′を、導電性フィルムを用いた熱融着などによって接着し、金属製集電極５２と分極性電極５３，５３′とを一体化した一体型電極として作製されている。ここで、各分極性電極５３，５３′は、電荷を蓄積するための活性炭粉末と結着剤（バインダ）としてのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を混練し、この混練物をプレス機あるいは圧延ロール等を用いて成型し作製される。
【０００４】
前記各分極性電極５３，５３′は、その厚みが０．１〜２．０ｍｍ程度のものであり、この分極性電極５３，５３′から電荷を集めるための金属製集電極５２は、厚みが５〜３００μｍ程度であって、アルミニウムあるいはステンレスよりなるものである。金属製集電極５２のリード部５２ａは、外部端子との電気的導通をとるためのものである。なお、負極５１も正極５０と同一構造であって一体型電極として構成されている。
【０００５】
この正極５０と負極５１とが、図６に示すように、分極性電極５３，５３′と同一外形寸法のセパレータ５４を間に介して交互に積層される。セパレータ５４は、イオン透過性及び電気絶縁性を有する多孔質材料よりなり、例えばポリプロピレン繊維不織布が用いられる。そして、図６に示すように、多数枚の正極用の各リード部５２ａを、リード体５５を介して電気絶縁性の蓋体５８に設けられた正極外部端子５６へ接続する。同様にして、負極用の各リード部５２ａ′を負極外部端子５６′へ接続する。次いで、電極５０，５１を重ね合わせた電極積層体を角形外装ケース５７内に収納し、しかる後、前記蓋体５８を取り付けて密閉するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前述した従来の、金属製集電極５２と分極性電極５３，５３′とを一体化してなる一体型電極５０の製造方法では、予めプレス機あるいはロール圧延などにより各分極性電極５３，５３′を成型しておく工程と、金属製集電極５２に前記得られた各分極性電極５３，５３′を固定一体化する工程とが必要であり、金属製集電極との固定一体化と分極性電極自体の成型とを同時になしうるようにすることにより、製造工程数を減らし、これにより電気二重層コンデンサの生産性を向上させる余地があった。
【０００７】
また、金属製集電極５２に分極性電極５３，５３′を導電性フィルムによる熱融着などによって接着して固定一体化するようにしたものであるから、電極同士が確実かつ強固に固定されないことがあった。このため、このような一体型電極が組み込まれた電気二重層コンデンサは、その内部抵抗値が大きくなることで充放電時の抵抗損失が大きくなり、また、電動自転車や電気自動車などに搭載した場合、機械的振動や衝撃によって一体型電極が剥がれやすいという不具合がある。
【０００８】
そこでこの発明は、金属製集電極と分極性電極とを一体化してなる積層型電気二重層コンデンサ用の一体型電極を、従来より少ない工程数にて製造でき、これにより電気二重層コンデンサの生産性の向上を図ることができ、さらに金属製集電極と分極性電極とを確実で強固に密着一体化することができ、これにより電気二重層コンデンサに組み込むことで、内部抵抗値が小さく、機械的振動や衝撃に強い電気二重層コンデンサを得られるようにした、電気二重層コンデンサ用の一体型電極の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、この発明による電気二重層コンデンサ用の一体型電極の製造方法は、積層型の電気二重層コンデンサの正極および負極として用いられ、金属製集電極と分極性電極とを一体化してなる一体型電極を製造するに際し、活性炭に少なくとも結着剤を加えたものを混練して分極性電極形成用の混練物を用意し、金型内に前記混練物を所定量投入して第１の混練物層とし、次いでその上にメッシュ状をなす金属製集電極を載置し、さらにその上に前記混練物を所定量投入して第２の混練物層とし、しかる後、加圧機にて加圧成型を行うことにより、集電極リード部が外部に引き出された状態で金属製集電極を分極性電極の中に埋め込み、金属製集電極と分極性電極とを一体化するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
前記のように構成されるこの発明による製造方法では、加圧機にて加圧成型を一回行うだけで、分極性電極自体の成型と、その分極性電極と金属製集電極との固定一体化とを同時になしえ、従来より製造工程数を減らすことができる。
【００１１】
また、金属製集電極として、アルミニウムのネット箔、アルミニウム箔にパンチングメタルのような孔あけ加工を施したアルミパンチング箔、アルミニウム箔にエキスパンド加工を施したアルミエキスパンド箔などのような、金属箔あるいは金属板に多数の小孔が形成されたメッシュ状のものよりなる金属製集電極を用いるようにしている。このため加圧成型を行うことで、メッシュ状の金属製集電極の前記多数の小孔内に分極性電極形成用の混練物が食い込み、金属製集電極と分極性電極とを確実で強固に密着一体化することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１はこの発明方法に係る加圧成型の様子をその説明のために模式的に示す説明図、図２はこの発明方法に用いられるメッシュ状金属製集電極の一例を模式的に示す正面図である。
【００１３】
まず、メッシュ状金属製集電極（以下、メッシュ状集電極という）を作製しておく。この例では正極用のメッシュ状集電極１１は、図２に示すように、エキスパンド加工が施されて表面がささくれだった例えば厚み５０μｍのアルミニウム箔を刃付きプレス機により型抜きすることにより、矩形をなす集電極本体と幅が狭く帯状をなすリード部１１ａとが一体成形されている。このメッシュ状集電極１１の寸法は、この例では、集電極本体：幅５０ｍｍ，長さ１００ｍｍ、リード部１１ａ：幅１５ｍｍ，長さ１００ｍｍである。なお、後述の負極用のメッシュ状集電極１４も前記集電極１１と同様にして作製される。
【００１４】
次に、分極性電極形成用の混練物を用意する。すなわち、活性炭粉末８０重量％、結着剤としてフッ素樹脂系のＰＴＦＥ１０重量％、および電導性改善用のカーボンブラック１０重量％に、混練助剤として水あるいはアルコールを加え（例えばアルコールの場合、活性炭粉末１ｇに対して１．５ｃｃを加える）、ニーダー（kneader ）等によりゴム状につながった状態まで混練する。そして、この混練物を温度１００℃程度に設定された乾燥器内に収容して前記混練助剤を除去し、しかる後に、塊状のものは成型しやすい大きさである粒度０．５ｍｍ以下の大きさに粉砕して、分極性電極形成用混練物を得る。
【００１５】
次いで、図１に示すように、所定寸法にて平面視矩形をなす凹部が形成された金型４内に、前記分極性電極形成用混練物を仕上がり時の分極性電極の半分の重量分投入し、厚みがほぼ均一になるようにならして第１の混練物層１とする。次に、この混練物層１上に、そのリード部１１ａが金型４の凹部の外に引き出された状態で前記メッシュ状集電極１１を載置し、さらにその上に、第１の混練物層１と同様にして、分極性電極形成用混練物を仕上がり時の分極性電極の半分の重量分投入し、厚みがほぼ均一になるようにならして第２の混練物層２とする。
【００１６】
しかる後、プレス機３にて加圧成型を行うことにより、図３に示すように、リード部１１ａが外部に引き出された状態でメッシュ状集電極１１を分極性電極１２の中に埋め込み、この例では厚み１．０ｍｍの分極性電極１２とメッシュ状集電極１１とを一体化してなる正極用の一体型電極１０を作製する。なおプレス機３による加圧条件は、例えば、加圧力：５００ｋｇｆ／ｃｍ2 、加圧時間：１ｍｉｎである。
【００１７】
このようにして加圧成型を一回行うだけで、分極性電極１２自体の成型と、その分極性電極１２とメッシュ状集電極１１との固定一体化とを同時になしえ、しかもメッシュ状集電極１１に形成された多数の小孔内に分極性電極形成用の混練物が食い込み、メッシュ状集電極１１と分極性電極１２とを確実で強固に密着一体化することができる。なお同様の製造手順にて、図３に示すように、リード部１４ａが外部に引き出された状態でメッシュ状集電極１４を分極性電極１５の中に埋め込み、メッシュ状集電極１４と分極性電極１５とを一体化してなる負極用の一体型電極１３が得られる。
【００１８】
図４は図３に示す一体型電極が組み込まれた積層型の電気二重層コンデンサの全体構成例をその一部を切り欠いて示す斜視図である。
【００１９】
図４に示すように、正極用の一体型電極１０と負極用の一体型電極１３とを、この例では厚み２５μｍ程度のポリプロピレン繊維不織布よりなるセパレータ１６を間に介在させて交互に多数枚積層する。そして、この電極積層体を、締めつけ用の板１７を両側の最外部に配してその上に締めつけ用ベルト１８を巻き付けることで積層方向に締めつけた状態で、角形外装ケース１９に収納する。次いで有機系電解液を含浸させ、ケース上蓋２０に固定される正極外部端子２１に、正極用の各一体型電極１０のメッシュ状集電極１１のリード部１１ａをそれぞれ接続し、同様して負極外部端子２２に、負極用の各一体型電極１３のメッシュ状集電極１４のリード部１４ａをそれぞれ接続する。しかる後、ケース１９の開口部にケース上蓋２０を取り付けて密閉する。
【００２０】
このように、この発明による一体型電極の製造方法によると、プレス機にて加圧成型を一回行うだけで、分極性電極自体の成型と、その分極性電極とメッシュ状金属製集電極との固定一体化とを同時になしえ、従来より少ない製造工程数にて一体型電極１０，１３を得ることができ、これにより電気二重層コンデンサの生産性の向上を図ることができる。しかも、金属製集電極として、アルミエキスパンド箔などのような多数の小孔が形成されたメッシュ状のものよりなる金属製集電極１１，１４を用いるようにしているので、加圧成型を行うことで、メッシュ状金属製集電極に形成された多数の小孔内に分極性電極形成用の混練物が食い込み、金属製集電極と分極性電極とが確実で強固に密着一体化された一体型電極１０，１３を製造することができる。これにより電気二重層コンデンサに組み込むことで、内部抵抗値が小さく、また、機械的振動や衝撃に強い電気二重層コンデンサを得ることができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明による電気二重層コンデンサ用の一体型電極の製造方法によると、金属製集電極と分極性電極とを一体化してなる一体型電極を、従来より少ない工程数にて製造でき、これにより電気二重層コンデンサの生産性の向上を図ることができ、さらに金属製集電極と分極性電極とが確実で強固に密着一体化された一体型電極を製造することができ、この一体型電極を電気二重層コンデンサに組み込むことにより、内部抵抗値が小さくて大電流を流す大容量に適した、また、機械的振動や衝撃に強くて電動自転車や電気自動車への搭載に適した電気二重層コンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明方法に係る加圧成型の様子をその説明のために模式的に示す説明図である。
【図２】この発明方法に用いられるメッシュ状金属製集電極の一例を模式的に示す正面図である。
【図３】この発明に係る一体型電極を模式的に示す斜視図である。
【図４】図３に示す一体型電極が組み込まれた積層型の電気二重層コンデンサの全体構成例をその一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図５】従来方法で作製された一体型電極である正極を示す斜視図である。
【図６】図５に示す一体型電極が組み込まれた積層型の電気二重層コンデンサの全体構成をその一部を切り欠いて示す斜視図である。
【符号の説明】
１…第１の混練物層  ２…第２の混練物層  ３…プレス機  ４…金型  １０…正極用の一体型電極  １１…正極用のメッシュ状金属製集電極  １１ａ…リード部  １２…分極性電極  １３…負極用の一体型電極  １４…負極用のメッシュ状集電極  １４ａ…リード部  １５…分極性電極  １６…セパレータ  １９…角形外装ケース  ２０…ケース上蓋  ２１…正極外部端子  ２２…負極外部端子
【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６】
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