(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる集電体の両面シート状の分極性電極を取り付けて電極体シートとし、同電極体シートに帯状のセパレータを挟んで巻き回し、前記電極体シートと電解液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電気二重層コンデンサにおいて、少なくとも対向する２本以上の剛体ロールで前記電極体シートを加圧し、表面粗さをＲｍａｘで７．８１μｍ以下にした電気二重層コンデンサ。
【請求項２】
金属箔からなる集電体の両面にシート状の分極性電極を取り付けて電極体シートとし、同電極体シートに帯状のセパレータを挟んで巻き回し、前記電極体シートと電解液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電気二重層コンデンサにおいて、少なくとも対向する２本以上の剛体ロールで前記電極体シートを加圧し、表面粗さをＲｍａｘで７．８１μｍ以下にすることを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。
【請求項３】
前記剛体ロールの加圧力が線圧力５０Kg/cm以上１０００Kg/cm未満であることを特徴とする請求項２記載の電気二重層コンデンサの製造方法。
【請求項４】
前記剛体ロールの材質が硬度８５°以上の樹脂ロールで構成されることを特徴とする請求項２記載の電気二重層コンデンサの製造方法。
【請求項５】
前記金属の剛体ロールに加熱する温度は常温以上１５０℃未満であることを特徴とする請求項２記載の電気二重層コンデンサの製造方法。
【請求項６】
前記剛体ロールの回転周速度は２００m/min以下であることを特徴とする請求項２記載の電気二重層コンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気二重層コンデンサ、特には大容量の電気二重層コンデンサ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大電流放電に適する大容量の電気二重層コンデンサは、図２に示したように広幅の金属集電体、例えば化学エッチング法により粗面化したアルミニウム箔の両面に活性炭を主成分とする活性炭スラリーを塗布、乾燥させて分極性電極２，３（以下電極層と呼ぶ）を有する電極体シートを作成する。この電極体シートを必要寸法に裁断して、帯状の金属集電体１上の両面に形成された正極としての電極層２と、全く同じ構成からなる帯状の金属集電体１’上の両面に形成された負極としての電極層３の間に、同じく帯状のセパレータ４を挟み込んで渦巻き状に巻き回した後、円筒状の金属ケース５内に収納して、例えばプロピレンカーボネートのような有機溶媒に電解質を溶解させた有機溶液系電解液を含浸して気密に封口したものである。図２中の６，６’は電極層２及び３の集電体１，１’から引き出されたリードであり、電気絶縁性の蓋体８に設けてある外部端子７，７’にそれぞれ接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電気二重層コンデンサにおける大容量化への一つの取り組み方法として、図２に示した電極層２，３を構成している活性炭の比表面積を大きくすることにより、すなわち活性炭を細かくして単位容積当たりの活性炭密度（以下塗膜密度と呼ぶ）を高くしてコンデンサの大容量化に対応するべく検討を行っている。活性炭の比表面積を大きくする手段としては、湿式あるいは乾式の分散、粉砕機を用いて活性炭を小さくする取り組みがなされるが、希望する最適粒径に歩留り高く調整するには技術的に極めて難しいため、活性炭コストも高くなり製品コストを圧迫していた。
【０００４】
もう一つの課題は、金属集電体１，１’の両面に形成される電極層２，３の厚みバラツキが挙げられる。一般的な電極層２，３の形成方法としては、集電体１，１’の両面に同時に電極層２，３を形成するディップコート法、集電体１，１’の片方の面から電極層２，３を形成するナイフブレードコート法、リバースコート法、グラビアコート法、及びノズルコート法等が代表的な形成方法であるが、このような形成方法では厚みバラツキとして５％以上あり、場合によっては１０〜１５％を越えるものも発生する。電気二重層コンデンサの場合、この厚みバラツキが静電容量のバラツキとなって製品不良となり、製品歩留りを著しく低減させてしまう原因となっている。また、渦巻状に巻き回して金属ケース５に収納する場合においても、電極層２，３の厚みバラツキが大きいと形状不良が発生して必要以上に金属ケース５内に空間ができたり、極端な場合は金属ケース５に入らない状況も発生して工程不良を誘発している。
【０００５】
さらには、前述した種々のコート法で形成した電極層２，３の表面は凹凸が著しく、金属集電体１，１’上に形成した電極層を渦巻状に巻き回した時、正極側の電極層２と負極側の電極層３の間に挟んであるセパレータ４を突き破って、ショート不良を発生させ製品の信頼性を損なうと言った課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、従来の材料を用いても塗膜密度を高くして大容量化を図ることができ、また電極層２，３の厚みバラツキや電極層２，３の表面性をも同時に向上させてショート不良による信頼性劣化や形状不良による工程不良を低減することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そしてこの目的を達成するために本発明の電気二重層コンデンサの製造方法は、少なくとも対向する２本以上の剛体ロールで電極体シートを加圧することにより、信頼性にすぐれた電気二重層コンデンサを提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、金属箔からなる集電体の両面シート状の分極性電極を取り付けて電極体シートとし、同電極体シートに帯状のセパレータを挟んで巻き回し、前記電極体シートと電解液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電気二重層コンデンサにおいて、少なくとも対向する２本以上の剛体ロールで前記電極体シートを加圧し、表面粗さをＲｍａｘで７．８１μｍ以下にした電気二重層コンデンサであり、少なくとも対向する２本以上の剛体ロールで前記電極体シートを加圧することにより、表面性を表面粗さをＲｍａｘで７．８１μｍ以下にするという作用を有する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、金属箔からなる集電体の両面にシート状の分極性電極を取り付けて電極体シートとし、同電極体シートに帯状のセパレータを挟んで巻き回し、前記電極体シートと電解液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電気二重層コンデンサにおいて、少なくとも対向する２本以上の剛体ロールで前記電極体シートを加圧し、表面粗さをＲｍａｘで７．８１μｍ以下にすることにより、従来より塗膜密度を高くして大容量化を図ることができ、また電極層の厚みバラツキを軽減して電極層を均一化し表面性を表面粗さをＲｍａｘで７．８１μｍ以下にするという作用を有する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記剛体ロールの加圧力を線圧力５０Kg/cm以上１０００Kg/cm未満とすることにより、電極層の厚みバラツキを大幅に軽減して電極層をより均一化し表面性をさらに向上することができるという作用を有する。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記剛体ロールの材質が硬度８５°以上の樹脂ロールとすることにより樹脂ロールの変形を大幅に改善して、電極層の均一性を著しく向上することができるという作用を有する。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、前記金属の剛体ロールを常温以上１５０℃未満で加熱することにより、電極層の表面性を大幅に向上することができるという作用を有する。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、前記剛体ロールの回転周速度が２００m/min以下であることにより、従来より塗膜密度を高くして大容量化を図ることができ、かつ生産性に優れているという作用を有する。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図１および図２を用いて説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
比表面積１８００m2 ／ｇ、平均粒径３．５μｍの活性炭粉末１０重量部とアセチレンブラック２重量部及びカルボキシメチルセルロース１．５重量部とを、純水中に均一に混合攪拌して活性炭スラリー（以下電極液と呼ぶ）を作成する。この電極液を化学エッチング法によって粗面化した幅２００mm、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に、ディップコート法で塗布、乾燥させて長さ１０００ｍの広幅の電極体シートをロール状に巻き取る。そして、ロール状に巻き取られた長さ１０００ｍの広幅の電極体シート９をロールプレス機を用いて加圧する。図１にはロールプレス機（図示せず）の動作方向を矢印で示している。
【００１６】
ロールプレス機の動作について図１を用いて詳細に説明する。ロール状に巻き取られた広幅の電極体シート９は、図中の左方から右方に連続して繰り出される。繰り出された電極体シート９は剛体ロール１０，１１で加圧されて、加圧処理済みの電極体シート１２として再びロール状に巻き取られる。前記剛体ロール１０，１１は金属で製作されており、表面はハードクロムメッキが施され鏡面状態に研磨されている。剛体ロール１０は矢印Ａのように上下に昇降する手段を備えており、下降時には矢印Ｐの方向から一定圧力で電極体シート９を加圧できる構造となったロールプレス機である。
【００１７】
加圧条件は任意に調整することが可能となっている。剛体ロール１１は固定されており昇降の手段は備えていない。本実施の形態では剛体ロール１０を昇降させて電極体シート９を加圧する構造としているが、剛体ロール１０を固定ロールとし剛体ロール１１を昇降できる構造としても何ら差し支えはない。矢印Ｃ，Ｄはそれぞれ剛体ロール１０，１１の回転方向を示し、連続して繰り出される電極体シート９の進行方向である矢印Ｂと同方向に任意の周速度で回転することができる。さらに剛体ロール１０，１１は電気的に加熱できる手段も剛体ロールの内部に備えており、剛体ロール１０，１１の表面が２００℃まで任意に加熱調整することが可能となっている。
【００１８】
以下、図２に示した電気二重層コンデンサを作成する工程を説明する。まず、加圧処理済みの電極体シート１２を長さ１０００mm、幅９０mmに裁断して、端部から約２５０mmおきの３箇所にアルミニウム製リード６，６’を電気溶接により接合し、帯状の電極層２，３を得た。これら一対の電極層２，３の間に、ポリプロピレン製不織布のセパレータ４を挟んで渦巻状に巻き回し、１モル／ｌの（Ｃ2 Ｈ5 )4 ＰＢＦ4 ／プロピレンカーボネート溶液と含浸させた後、アルミニウム製の金属ケース５に収納し、樹脂製蓋体８に設けられたアルミニウム製外部端子７，７’に正極としての電極層２、負極としての電極層３側をそれぞれリード６，６’を溶接した後、蓋体８と金属ケース５の開口部をかしめて封口し、直径７７mm、高さ１２５mmで静電容量２２００Ｆの円筒形の電気二重層コンデンサを得た。ここで、図１に示した剛体ロール１０の加圧力を５０，１００，３００，５００，１０００，１２００Kg/cmの線圧力で加圧処理した。剛体ロール１０，１１は金属製のロールを使用し表面温度は常温とした。回転周速度は５０m/minで一定とした。
【００１９】
（実施の形態２）
実施の形態１と全く同様にして、図１に示した剛体ロール１０，１１の材質をショア硬度Ｄで８０°，８５°，９１°の樹脂ロールを各硬度ごとに２本用意した。この時の剛体ロール１０，１１の表面温度は常温とし、回転周速度は５０m/minで一定とした。以下実施の形態１と同様にして円筒形のコンデンサを得た。
【００２０】
（実施の形態３）
実施の形態１と全く同様にして、図１に示した剛体ロール１０，１１の表面温度を常温５０，１００，１５０℃の条件で加圧処理を行った。使用したロールは金属ロールであり、加圧力は５００Kg/cm、回転周速度は５０m/minで一定とした。他は実施の形態１と全く同様にして円筒形のコンデンサを得た。
【００２１】
（実施の形態４）
実施の形態１と同様にして、図１に示した剛体ロール１０，１１の回転周速度を１０，１００，１５０，２００，２５０m/minの各条件で加圧処理を実施した。使用したロールは金属ロールであり表面温度は常温とした。また、加圧力は５００Kg/cmで処理した。他は実施の形態１と全く同様にして円筒形のコンデンサを得た。
【００２２】
（比較例）
実施の形態１と全く同様にして、円筒形のコンデンサを得た。ただしロールプレス機による加圧処理は施さずに、従来通りの方法で円筒形のコンデンサを作成して本発明の比較例とした。
【００２３】
以上の実施の形態で得られたコンデンサの特性を比較例とならべて（表１）に示す。
【００２４】
【表１】
0003849212.tif 000002
【００２５】
（表１）中の塗膜密度は、各実施の形態１〜４で得られた各サンプルを１００mm×１００mmに裁断し、ｎ＝１０の平均値を示した。
【００２６】
また、３σは各実施の形態１〜４で得られたサンプルの厚みバラツキを示しており、加圧処理初期から５０ｍごとに１００mm×１００mmのカットサンプルを２０枚採取し、各カットサンプルにつき１００箇所の膜厚測定を市販のデンキマイクロメータで行い３σを求めた。そしてカットサンプル２０枚の３σの平均値を表中に示した。
【００２７】
さらに表面粗さに関しては、３σの測定時に得られた同様のカットサンプルを利用し、さらに各カットサンプルを幅１０mm×長さ１５mmに裁断した。この裁断したサンプルをＬ＝１０mmで３箇所の表面粗さを測定し、カットサンプル２０枚の平均値とした。表面粗さ計は市販の３次元表面粗さ計を用い、Ｒmax値を（表１）中に示した。
【００２８】
以上の各実施の形態１〜４から得られた電気二重層コンデンサは、比較例に比べて静電容量については格段に優れていることが（表１）より分かる。
【００２９】
（表１）中の実施の形態１において線圧力１２００Kg/cmはロールプレス機による加圧処理時に電極層の割れが確認できた。従って、特性的には優れているものの製造使用条件としては好ましくなく、実質的な使用条件としては１０００Kg/cmまでが好ましい。また、（表１）中の実施の形態２で使用した樹脂ロールは、実施の形態１で使用した金属ロールの同一使用条件である線圧力５００Kg/cm、処理速度５０m/minより静電容量は劣るが、厚みバラツキを示す３σとしては金属ロールより優れていることが分かった。ただし硬度８０°で使用した樹脂ロールは加圧処理時において樹脂ロールの樹脂層の変形が著しく、その結果電極層の表面を削り取る現象が発生しており、使用条件としては硬度８５°以上の樹脂ロールを使用することが好ましい。さらに、（表１）中の実施の形態３では処理温度２００℃において電極層の軟化が一部確認でき、表面性の不均一が見受けられたので使用条件としては好ましくない。（表１）中の実施の形態４に関しては、処理速度が２５０m/min付近より急激に静電容量が劣化して比較例と優位差が観察できなくなった。従って処理速度としては、２００m/minまでが好ましい。
【００３０】
ロールプレス機により加圧処理を行うことの効果として、膜厚バラツキ低減や表面性向上を図った製品が得られることは（表１）より明らかであるが、これらの効果が最終的に電極層の異常突起によるショート不良及び巻き回した電極体シートが金属ケースに収納できないといった信頼性、工程不良が著しく低減したことはいうまでもない。さらには、電極層を構成している活性炭の微粉化処理も不要であり、従来から使用している材料及び分散方法がそのまま変更せずに使用できるため、製品コストを圧迫することもない。
【００３１】
また、本実施の形態においては金属ロールと金属ロールの組合せ及び樹脂ロールと樹脂ロールの組合せについて説明したが、金属ロールと樹脂ロールの組合せでも差し支えないことは容易に類推できることであり、加圧順序も金属ロール、樹脂ロールのどちら側からでも何ら制約を受けるものではない。さらに、本実施の形態で用いて電気二重層コンデンサは、巻き回しタイプの大型のコンデンサで一般的には捲回型と呼ばれるもので説明したが、箔上あるいはフィルム上に電極層を片面もしくは両面に形成するコンデンサであれば全てのコンデンサに適応することが可能であり制約を受けるものではない。
【００３２】
【発明の効果】
以上の実施の形態の説明で明らかなように、本発明の少なくとも２本以上の剛体ロールで電極体シートを加圧することにより得られる電気二重層コンデンサは、静電容量が従来よりも極めて大容量であり、電極体シートの厚みバラツキも小さく、かつ表面性にも優れているためショート不良による信頼性劣化や形状不良による工程不良を低減させることができることから、その工業的価値は極めて大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態のロールプレス機を示す概略構成図
【図２】  従来の電気二重層コンデンサの構成を示す概略展開斜視図
【符号の説明】
１  金属集電体
１’  金属集電体
２  電極層（分極性電極）
３  電極層（分極性電極）
４  セパレータ
５  金属ケース
６  リード
６’  リード
７  外部端子
７’  外部端子
８  蓋体
９  電極体シート
１０  剛体ロール
１１  剛体ロール
１２  加圧処理済み電極体シート
Ａ  昇降方向
Ｂ  電極体シート進行方向
Ｃ  剛体ロール回転方向
Ｄ  剛体ロール回転方向
Ｐ  剛体ロール加圧方向
【図１】
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【図２】
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