JP2002158147A

JP2002158147A - 電気二重層キャパシタの製造方法

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Publication number: JP2002158147A
Application number: JP2000352293A
Authority: JP
Inventors: Wataru Oizumi; 亘大泉
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】電気二重層キャパシタの構成部材の乾燥時間
を短縮させ、かつ静電容量の保持率が高い電気二重層キ
ャパシタの製造方法を得る。【解決手段】炭素材料を主成分とする分極性電極を集
電体と一体化させた電極体からなる正極および負極をセ
パレータを介して対向させ、積層または巻回してキャパ
シタ素子を形成し、該キャパシタ素子を金属ケースに挿
入し電解液を加えた後、該金属ケースを封口部材で封口
し密封する電気二重層キャパシタの製造方法において、
キャパシタ素子を作製する前に構成部材である前記電極
体と前記セパレータを乾燥させる第一の乾燥工程と、キ
ャパシタ素子を作製した後に前記キャパシタ素子を乾燥
させる第二の乾燥工程を有する電気二重層キャパシタの
製造方法とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層キャパ
シタの製造方法に関するものであり、特に電気二重層キ
ャパシタの構成部材および素子の乾燥方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気二重層キャパシタは、ニッケル−カ
ドミニウム二次電池と比較して、充電容量は６０分の１
程度と低いものの、充放電時に化学反応を伴う二次電池
とは異なり、原理的にイオンの吸脱着を利用した充放電
機構であるため、充放電による劣化が少なく、短時間で
充電できる特徴を有している。また、同様な理由で充放
電サイクルも半永久的であり、使用温度範囲も二次電池
よりも広いことが特徴となっている。

【０００３】図３に、従来の電気二重層キャパシタのキ
ャパシタ素子の説明図を示す。図４に、従来の巻回型の
電気二重層キャパシタの断面図を示す。図３、図４に示
すように、巻回型の電気二重層キャパシタは、活性炭粉
末と導電材とバインダとを混ぜて得られたスラリー状の
ペーストをアルミ箔状集電体、若しくは金属ネット状集
電体上に塗工、圧延成形して担持させた電極シートに、
アルミ電極リードを針カシメにより集電体に機械接続さ
せたものを、セパレータを介して対向させ、巻回または
積層してキャパシタ素子を形成し、該キャパシタ素子に
電解液を含浸後、アルミ外装ケースに、ゴム封口材を用
いて封入された構造である。

【０００４】この巻回型の電気二重層キャパシタは、分
極性電極の面積が比較的大きくなるため、内部抵抗の小
さなキャパシタが得られ、大電流での充放電が可能とな
る。

【０００５】前記巻回型の電気二重層キャパシタのキャ
パシタ素子は、多孔体の活性炭粉末を含んでいるため、
多量の水分を含有しており、また同様に、セパレータに
も多量の水分を含んでいる。このため、キャパシタ素子
に電解液を含浸する際は、同キャパシタ素子から水分を
除去する必要があり、この水分除去が充分に行われない
と、同キャパシタ素子への電解液の含浸が不充分とな
り、等価直列抵抗が高くなってしまう。

【０００６】また、非水系の電解液を使用する場合、キ
ャパシタ素子中に含まれている水分の影響で電解液の分
解電圧が低くなり、電気二重層キャパシタの耐電圧低下
の原因（非水系電解液の分解電圧は３〜４Ｖであるが、
水系電解液は分解電圧が約１Ｖと低いため）となってし
まう。

【０００７】そのため、キャパシタ素子は、電解液を含
浸する前に乾燥処理が施され、水分除去がなされる。乾
燥処理としては、キャパシタ素子に組み上げてから恒温
槽で加熱しながら恒温槽内部を減圧することで、水分を
除去する方法が用いられてきた。図２は、従来の電気二
重層キャパシタの製造方法を示す図である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、キャパ
シタ素子に組み上げてから恒温槽で加熱しながら恒温槽
内部を減圧する方法は、キャパシタ素子の構成部材が熱
により変化しない温度以下に設定する必要があるため、
キャパシタ素子から水分を除去するのに非常に時間が掛
かってしまう問題があった。ここで、キャパシタ素子の
構成部材のなかで、熱により変化しやすい部材として
は、バインダもしくはセパレータが挙げられ、その種類
にもよるが、およそ２００℃以上に温度を上げると劣化
しやすいものが多い。

【０００９】このため、キャパシタ素子の乾燥工程で
は、１２０℃から１８０℃までの範囲しか加熱できなか
った。また、キャパシタ素子は、その巻回構造のため、
素子内部の気化分子は拡散しづらく、よって、素子内部
の部材の乾燥には、多くの時間を要していた。また、容
量の大きな電気二重層キャパシタほどキャパシタ素子が
大きくなるため、キャパシタ素子を乾燥するには、より
時間を要することになった。

【００１０】そこで、本発明の目的は、電気二重層キャ
パシタの構成部材の乾燥時間を短縮させ、かつ静電容量
の保持率が高い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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による電気二重層
キャパシタの製造方法は、炭素材料を主成分とする分極
性電極を集電体と一体化させた電極体からなる正極およ
び負極をセパレータを介して対向させ、積層または巻回
してキャパシタ素子を形成し、該キャパシタ素子を金属
ケースに挿入し電解液を加えた後、該金属ケースを封口
部材で封口し密封する電気二重層キャパシタの製造方法
において、キャパシタ素子を作製する前に構成部材であ
る前記電極体と前記セパレータを乾燥させる第一の乾燥
工程と、キャパシタ素子を作製した後に前記キャパシタ
素子を乾燥させる第二の乾燥工程を有することを特徴と
する電気二重層キャパシタの製造方法とするものであ
る。

【００１２】ここで、乾燥工程は、乾燥温度が１００℃
以上から３００℃以下の範囲の温度であり、露点が−２
０℃以下の乾燥空気、あるいは不活性ガスからなる雰囲
気下、または１０ｋＰａ以下の減圧下で行うことを特徴
とする電気二重層キャパシタの製造方法である。

【００１３】本発明の電気二重層キャパシタの製造方法
では、キャパシタ素子の構成部材である電極とセパレー
タを乾燥させる（第一の乾燥工程）ため、それら部材を
用いて組み上げたキャパシタ素子の乾燥（第二の乾燥工
程）に必要な時間が短くなり、結果として、乾燥時間を
短縮することが可能となる。

【００１４】即ち、本発明は、炭素材料を主成分とする
分極性電極を集電体と一体化させた電極体からなる正極
および負極をセパレータを介して対向させ、積層または
巻回してキャパシタ素子を形成し、該キャパシタ素子を
金属ケースに挿入し電解液を加えた後、該金属ケースを
封口部材で封口し密封する電気二重層キャパシタの製造
方法において、キャパシタ素子を作製する前に構成部材
である前記電極体と前記セパレータを乾燥させる第一の
乾燥工程と、キャパシタ素子を作製した後に前記キャパ
シタ素子を乾燥させる第二の乾燥工程を有する電気二重
層キャパシタの製造方法である。

【００１５】また、本発明は、前記第一の乾燥工程およ
び第二の乾燥工程の乾燥温度が１００℃以上から３００
℃以下の範囲の温度であることを特徴とする前記電気二
重層キャパシタの製造方法である。

【００１６】また、本発明は、前記第一の乾燥工程およ
び第二の乾燥工程を、圧力１０ｋＰａ以下の減圧下で行
う電気二重層キャパシタの製造方法である。

【００１７】また、本発明は、前記第一の乾燥工程およ
び第二の乾燥工程を、乾燥ガス雰囲気下で行うこと電気
二重層キャパシタの製造方法である。

【００１８】前記乾燥ガスは、露点が−２０℃以下の乾
燥空気である電気二重層キャパシタの製造方法である。

【００１９】前記乾燥ガスは、露点が−２０℃以下の不
活性ガスである電気二重層キャパシタの製造方法であ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による電気二
重層キャパシタの製造方法について、以下に説明する。

【００２１】図１は、本発明の実施の形態による電気二
重層キャパシタの製造方法を示す図である。ここで、本
発明の電気二重層キャパシタの構成は、先に説明した図
４の巻回型の電気二重層キャパシタと同様である。

【００２２】また、本発明の電気二重層キャパシタのキ
ャパシタ素子は、先に説明した図３のキャパシタ素子と
同様である。本発明の電気二重層キャパシタのキャパシ
タ素子においても、図３と同様に、正極あるいは負極の
電極体は、炭素材料を主成分とする分極性電極を集電体
と一体化させたものである。

【００２３】分極性電極の炭素材料は、比表面積が７０
０〜３０００ｍ^２／ｇ、特に１０００〜２０００ｍ^２／
ｇの活性炭粉末、カーボンブラック、ポリアセン等が挙
げられ、特に活性炭粉末が好ましい。ただし、活性炭粉
末だけでは導電性が低いため、高導電性カーボンブラッ
クを５〜３０重量％程度を添加するのがより好ましい。

【００２４】分極性電極は、３〜２０重量％程度のバイ
ンダを含んで作製させるのが好ましい。分極性電極の作
製方法として、例を挙げると、活性炭粉末とカーボンブ
ラックをバインダにて混練し、次いで、圧延を行いシー
ト状に成形する。得られたシート状分極性電極は、導電
性カーボンペーストを用いて集電体に接着し、加熱乾燥
することで一体化を行い、これを電極体とする。分極性
電極は、集電体の片面に接着してもよいし、両面に接着
してもよい。バインダには、ポリテトラフルオロエチレ
ンが耐熱性、耐薬品性、シート強度の観点から好まし
い。

【００２５】上記の調製法以外にも、メチルセルロース
やポリフッ化ビニリデン等のバインダを溶媒に溶解した
溶液に炭素材料を分散させてスラリとし、該スラリを集
電体に塗工することで電極体を作製してもよい。集電体
には、アルミニウムやチタン等のバルブ金属、ステンレ
ス鋼や導電性ゴム等が好ましいが、なかでも、導電性に
優れて電気化学的に安定で軽量なアルミニウムが特に好
ましい。

【００２６】セパレータには、電解紙、ポリエチレン不
織布、ポリプロピレン不織布、ポリエステル不織布、ク
ラフト紙、マニラ麻シート、ガラス繊維シート等が好ま
しい。上記より得られた電極体を正極および負極とし、
これらをセパレータを介して対向し、巻回してキャパシ
タ素子を形成し、有底円筒型の容器に収納する。あるい
は、前記正極および負極をセパレータを介して対向し、
複数交互に積層してキャパシタ素子を形成し、有底角筒
型の容器に収納してもよい。

【００２７】電極体には、針カシメや超音波溶接法等の
方法により、リード端子が取り付けられるのが好まし
い。また、リードは、集電体の一部から構成してもよ
い。

【００２８】図４は、上述したようにして作製された巻
回型電気二重層キャパシタの断面図である。図４の巻回
型電気二重層キャパシタにおいて、金属ケース４は、電
解液に対して耐蝕性に優れ、軽量のものが好ましく、特
に、非水系電解液を使用する場合は、アルミニウムが好
ましい。また、ガスケット６については、金属、ゴム、
樹脂等が使用することができるが、金属ケースをカシメ
により封口する場合は、樹脂製またはゴム製が好まし
く、超音波溶接の場合は、アルミニウム製が好ましい。

【００２９】ここで、非水系電解液としては、特に限定
されず、電気二重層キャパシタ用として通常用いられる
もの、すなわち電気化学的に安定な電解質を有機溶媒に
溶解させたものが適宜使用される。上記電解質として
は、(Ｃ_２Ｈ_５)_４Ｎ^＋や(Ｃ_４Ｈ_９)_４Ｎ＋や(Ｃ_２Ｈ_５)
_４Ｐ^＋等の第４級オニウムカチオンと、ＢＦ_４ ⁻やＰＦ
_６ ⁻やＣｌＯ_４ ⁻等のアニオンからなる塩の使用が好ま
しい。

【００３０】上記有機溶媒としては、プロピレンカーボ
ネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート
等のカーボネート類、γ-ブチルラクトン等のラクトン
類やスルホラン等が好ましく使用できる。これらは、単
独ならず、二種以上併用してもよい。

【００３１】次に、上述した巻回型電気二重層キャパシ
タについて、本発明による製造方法について、図１を用
いて説明する。

【００３２】まず、電極体（正極および負極）とセパレ
ータとを個別、あるいは同時に乾燥させる（第一の乾燥
工程）。乾燥させた電極体をセパレータを介して対向さ
せ、巻回してキャパシタ素子を製作した後（巻回工
程）、キャパシタ素子を乾燥する（第二の乾燥工程）。
キャパシタ素子を容器に挿入し、非水系電解液を注入
（含浸工程）し、容器と蓋体をガスケットを介して封口
（カシメ工程）して巻回型電気二重層キャパシタを製造
する。

【００３３】ここで、乾燥工程は、乾燥温度が１００℃
以上から３００℃以下の範囲の温度であることが好まし
い。なぜなら、１００℃未満では、キャパシタ構成部材
から水分の除去が不充分となり、電気二重層キャパシタ
の性能が充放電サイクルにより劣化を起こしやすくな
る。また、３００℃を超えると、キャパシタ構成部材で
あるバインダやセパレータの熱分解が顕著となり、構成
部材の強度劣化等が生じてしまう。

【００３４】第一の乾燥工程では、セパレータと電極体
とを個別に乾燥するのもよいし、同時に乾燥するのもよ
い。セパレータは、その材料によって乾燥温度が異なる
が、おおよそ１００〜２５０℃が好ましく、特に１２０
〜２００℃で乾燥することが、より好ましい。電極体も
バインダの種類によって乾燥温度が異なるが、おおよそ
１００〜３００℃が好ましく、特に１５０〜２５０℃で
乾燥することが、より好ましい。

【００３５】第二の乾燥工程では、キャパシタ素子を乾
燥するため、乾燥温度は素子構成部材のなかで最も低い
耐熱性の部材が変化しない温度にする必要があり、１０
０〜２００℃で乾燥するのが好ましい。

【００３６】第一の乾燥工程および第二の乾燥工程は、
乾燥ガス雰囲気下あるいは、減圧下で行うことが好まし
い。乾燥ガス雰囲気下で乾燥する場合、露点が−２０℃
以下の乾燥空気あるいは不活性ガスが好ましい。各構成
部材の酸化を防ぐためにも、露点−４０℃以下の窒素雰
囲気下が、より好ましい。また、減圧下で乾燥する場
合、より効果的に水分の除去が可能となり、特に１０ｋ
Ｐａ以下に減圧することが好ましい。

【００３７】なお、電極体をセパレータを介して連続的
に巻回または複数積層してキャパシタ素子を製作する工
程は、露点−２０℃以下の乾燥ガス雰囲気下で行うのが
好ましい。露点−２０℃以下の乾燥ガス雰囲気下で素子
を製作することで、構成部材への水分の吸着を極力抑え
ることができる。

【００３８】本発明の電気二重層キャパシタの製造方法
によれば、キャパシタ素子の構成部材である電極とセパ
レータを乾燥させる（第一の乾燥工程）ため、それら部
材を用いて組み上げたキャパシタ素子の乾燥（第二の乾
燥工程）に必要な時間が短くなり、結果として乾燥時間
を短縮することが可能となる。

【００３９】

【実施例】本発明による電気二重層キャパシタの製造方
法の実施例について、以下に説明する。

【００４０】本発明の電気二重層キャパシタは、以下の
製造方法で作製した。即ち、比表面積１５００ｍ^２／ｇ
のフェノール系活性炭とカーボンブラックを重量比８：
１の割合で混合し、この混合粉末にバインダとしてＮメ
チルピロリドンに溶解したポリフッ化ビニリデンを加
え、混練してスラリ状にした。次いで、集電体２１のア
ルミニウム箔に均一に塗布し、乾燥後、集電体２１が変
形しない程度に圧延を行い、電極体を得た。

【００４１】得られた電極体とマニラ麻シートは、１５
０℃で乾燥処理（第一の乾燥工程）を行い、次いで、前
記電極体をセパレータを介して対向させ、巻回してキャ
パシタ素子を形成した。得られたキャパシタ素子は、１
５０℃で乾燥（第二の乾燥工程）して、有底円筒型の容
器に収納後、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロ
ボレートを０.７ｍｏｌ／Ｌの濃度でプロピレンカーボ
ネートに溶解することによって調製した電解液を滴下
し、容器と蓋体をガスケットを介して封口して、電気二
重層キャパシタを製造した。

【００４２】次に、比較品について説明する。各比較品
の製造方法は、図２に示した従来の電気二重層キャパシ
タの製造方法による。比表面積１５００ｍ^２／ｇのフェ
ノール系活性炭とカーボンブラックを重量比８：１の割
合で混合し、この混合粉末にバインダとしてＮメチルピ
ロリドンに溶解したポリフッ化ビニリデンを加え混練し
て、スラリ状にした。次いで、集電体２１のアルミニウ
ム箔に均一に塗布し、乾燥後、集電体２１が変形しない
程度に圧延を行い、電極体を得た。電極体をセパレータ
を介して対向させ、巻回してキャパシタ素子を形成し
た。

【００４３】得られたキャパシタ素子は、１５０℃で乾
燥（乾燥工程）して、有底角筒型の容器に収納後、テト
ラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを０.７
ｍｏｌ／Ｌの濃度でプロピレンカーボネートに溶解する
ことによって調製した電解液を滴下し、容器と蓋体をガ
スケットを介して封口して電気二重層キャパシタを製造
した。

【００４４】表１に、今回の第一の乾燥工程と第二の乾
燥工程の乾燥条件を示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】比較品の乾燥条件は、第二の乾燥工程の部
分に記載してある。なお、今回の実施例では、第一の乾
燥工程と第二の乾燥工程を同じ乾燥雰囲気下（温度、乾
燥ガス、露点等）で行ったが、これに限定されるもので
はない。

【００４７】上記のようにして得られた電気二重層キャ
パシタは、２.５Ｖの直流電圧を７２時間、印加した
後、放電特性を測定して初期放電容量を用いた。その
後、６０℃の大気中で２.０Ｖ直流電圧を１０００時
間、印加し、再び２.５Ｖに充電して放電容量を求め、
初期放電容量に対する容量維持率を算出した。結果は表
１に示す。

【００４８】上記の実施例と比較品１，２で得られた電
気二重層キャパシタを、それぞれ１０個用意し、これら
の電気二重層キャパシタに７０℃の雰囲気下で２.５Ｖ
の直流電圧を印加して、電圧印加時間と電気二重層キャ
パシタの特性変化および封止部分からの電解液の漏れを
検証した結果を表１に示した。

【００４９】表１より明らかなように、本発明の製造方
法により製造された電気二重層キャパシタは、静電容量
の保持に優れていることがわかる。

【００５０】

【発明の効果】以上本発明によれば、キャパシタ素子の
製造中に、第一の乾燥工程と第二の乾燥工程を有してい
るため、キャパシタ構成部材に付着している水分を効果
的に除去することが可能であり、乾燥時間を短縮させる
ことも可能であり、静電容量の保持率が高く、信頼性の
高い電気二重層キャパシタの製造方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による電気二重層キャパシ
タの製造方法を示す図。

【図２】従来の電気二重層キャパシタの製造方法を示す
図。

【図３】一般の電気二重層キャパシタのキャパシタ素子
の説明図。

【図４】一般の巻回型電気二重層キャパシタの断面図。

【符号の説明】

１電極体２セパレータ３，７リード端子４金属ケース５キャパシタ素子６ガスケット２１集電体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素材料を主成分とする分極性電極を集
電体と一体化させた電極体からなる正極および負極をセ
パレータを介して対向させ、積層または巻回してキャパ
シタ素子を形成し、該キャパシタ素子を金属ケースに挿
入し電解液を加えた後、前記金属ケースを封口部材で封
口し密封する電気二重層キャパシタの製造方法におい
て、前記キャパシタ素子を作製する前に、構成部材であ
る前記電極体とセパレータを乾燥させる第一の乾燥工程
と、キャパシタ素子を作製した後に前記キャパシタ素子
を乾燥させる第二の乾燥工程を有することを特徴とする
電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項２】前記第一の乾燥工程および第二の乾燥工
程の乾燥温度が１００℃以上から３００℃以下の範囲の
温度であることを特徴とする請求項１に記載の電気二重
層キャパシタの製造方法。
【請求項３】前記第一の乾燥工程および第二の乾燥工
程を、圧力１０ｋＰａ以下の減圧下で行うことを特徴と
する請求項１または２に記載の電気二重層キャパシタの
製造方法。
【請求項４】前記第一の乾燥工程および第二の乾燥工
程を、乾燥ガス雰囲気下で行うことを特徴とする請求項
１または２に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項５】前記乾燥ガスは、露点が−２０℃以下の
乾燥空気であることを特徴とする請求項４に記載の電気
二重層キャパシタの製造方法。
【請求項６】前記乾燥ガスは、露点が−２０℃以下の
不活性ガスであることを特徴とする請求項４に記載の電
気二重層キャパシタの製造方法。