電気二重層キャパシタの製造方法

【課題】容易に電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）を製造する。
【解決手段】電気二重層キャパシタの製造方法において、セパレータの両面にアノード電極及びカソード電極を設けてなる帯を用意し、回転体の外周面上に帯の一端を固定し、回転体を回転させることで、外周面上に、帯を巻き取る。次に、回転体の外周面上に積層された帯を、帯の厚み方向に沿って切断することで、帯の断片の積層体を作製する。そして、この積層体を包囲体内に封入する。少なくともセパレータの近傍には電解質（液）が存在している必要があるので、好適には包囲体内に積層体とともに電解液を封入する。
【効果】この方法により、容易に積層体を製造することができる。

【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（ＥＤＬＣ）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型テレビなどの普及に伴い、関連する電源を含む基板部品全てに対して低背化が期待されている。また、環境問題への関心の高まりから、自動車や各種の工場にける電動装置を含めた数多くの分野において、これらに用いられる電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）においても低背化が期待されている。ＥＤＬＣは、通常のキャパシタの千倍以上の大容量を有している一方で、急速な充放電も可能であり、半永久的な寿命を有する優れた電子部品である。しかしながら、円筒型のＥＤＬＣは、その形状が本質的に低背化には不向きである。
【０００３】
そこで、低背化のために、積層型のＥＤＬＣが提案されている。一般的な積層型のＥＤＬＣは、セパレータの両側に正極および負極を有してなる積層体を、アルミラミネートなどの外装体内に封入し、内部に電解液などを入れてなる。多くの正極及び負極は、それぞれ活性炭質構造体などからなる分極性電極と、アルミニウム箔などからなる集電体を結合させてなる。これらの積層体を、一枚ずつ重ねることで、全体としては、大容量のＥＤＬＣを構成することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３５３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、積層型のＥＤＬＣの製造方法において、積層体を一枚ずつ重ねるのは大変な作業を要していた。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、容易にＥＤＬＣを製造することが可能な、ＥＤＬＣの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明に係る電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の製造方法は、セパレータの両面にアノード電極及びカソード電極を設けてなる帯を用意し、回転体の外周面上に前記帯の一端を固定し、前記回転体を回転させることで、前記外周面上に、前記帯を巻き取り、前記外周面上に積層された前記帯を、前記帯の厚み方向に沿って切断することで、前記帯の断片の積層体を作製し、前記積層体を包囲体内に封入することを特徴とする。
【０００８】
この場合、セパレータを含む帯を、回転体に巻きつけて切断するだけで、積層体を製造することができるため、非常に容易にＥＤＬＣを製造することができる。
【０００９】
また、前記アノード電極及びカソード電極は、それぞれ分極性導電体に集電体を結合させたものからなり、それぞれ電極の前記集電体の位置は、前記帯の幅方向に沿ってずれていることが好ましい。分極性導電体と電解質（液）との間には電荷が薄い層となって配列し、これらの間のバイアス印加によって電荷が蓄えられる。この製造方法には、セパレータに、分極性導電体に集電体を結合させた電極を貼り付ける方法と、セパレータに分極性導電体を印刷したものに、集電体を貼り付ける方法がある。上述のように、集電体の位置がずれている場合には、アノード電極同士と、カソード電極同士を、容易に、レーザなどを用いて溶着し、電気的に接続することができる。
【００１０】
また、本発明に係るＥＤＬＣの製造方法は、前記帯の切断前及び／又は切断後において、積層された前記帯をその幅方向から一緒に挟むことで、前記帯の幅方向の位置を揃える工程を更に備えることが好ましい。これにより、帯の幅方向の位置ずれを容易に修正することができるため、特性のバラつきが少ないＥＤＬＣを製造することができる。
【００１１】
また、本発明に係る前記積層体における複数の前記アノード電極同士と、複数の前記カソード電極同士とを溶着する工程を更に備えることが好ましい。積層体においては、アノード電極及びカソード電極の位置はそれぞれ厚み方向に整列しているので、これらを容易に溶着することができ、並列接続されたキャパシタを容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、容易にＥＤＬＣを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＥＤＬＣ製造用の巻き取り装置の斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢印に沿った巻き取り装置の水平部分断面図である。
【図３】セパレータの帯の平面図である。
【図４】図３に示した帯のＩＶ−ＩＶ矢印断面図である。
【図５】帯の幅方向の位置を揃える工程を説明するための図である。
【図６】変形した構造の帯の断面図である。
【図７】帯の幅方向の位置を揃える工程を説明するための図である。
【図８】積層した帯の切断工程を説明するための図である。
【図９】積層した帯の切断工程を説明するための図である。
【図１０】直列接続タイプのＥＤＬＣの縦断面図である。
【図１１】並列接続タイプのＥＤＬＣの縦断面図である。
【図１２】セパレータへの電極の取り付け方法を説明するための図である。
【図１３】セパレータへの電極の別の取り付け方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施の形態に係る電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）の製造方法について説明する。なお、同一要素には、同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１はＥＤＬＣ製造用の巻き取り装置の斜視図である。
【００１６】
この巻取り装置は、円板状の回転体Ｗと、回転体Ｗの中心に固定された回転軸ＡＸとを有している。回転体Ｗの外周面は、回転軸ＡＸから一定の距離に位置する円筒面を構成しており、外周面の一部には、セパレータＳの一端を固定する治具Ｅが埋設され、螺子又はボルトＢによって、治具Ｅが回転体Ｗに固定されている。回転体Ｗを回転軸ＡＸの回りに回転させると、セパレータＳからなる帯が回転体Ｗの外周面上に巻き取られる。回転軸ＡＸの延びた方向をＺ軸とし、Ｚ軸に垂直なに軸をＸ軸及びＹ軸とする。セパレータＳからなる帯の幅方向はＺ軸に一致している。帯の長手方向Ｌには、所定の間隔で電極が設けられている。
【００１７】
すなわち、ＥＤＬＣの製造においては、まず、セパレータＳの両面に、対向するアノード電極（正極）Ａ及びカソード電極（負極）Ｋを設けてなる帯を用意する。なお、この帯の実体はセパレータＳであるため、以下の説明では、帯の符号もＳを用いることとする。
【００１８】
次に、回転体Ｗの外周面上に帯Ｓの一端を固定し、回転軸ＡＸを回転させることで、これに一体化した回転体Ｗを回転させる。この回転は手動によるものであってもよいが、モータなどを用いてもよい。回転に大きな力を要する場合には、回転軸ＡＸの直径を太くして、その外周に形成された歯車に噛合う回転軸ＡＸよりも小径の歯車やウォーム歯車を回転させればよい。いずれにしても、回転体Ｗを回転させると、回転体Ｗの外周面上に、帯Ｓが巻き取られる。
【００１９】
図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢印に沿った巻き取り装置の水平部分断面図である。
【００２０】
帯Ｓの一端は、回転体Ｗの外周面に設けられた凹部ＲＣ内に位置しており、凹部ＲＣ内には、治具Ｅが嵌まっている。すなわち、凹部ＲＣの内面と治具Ｅとによって、帯Ｓの一端が挟持されている。なお、回転体Ｗの径方向に治具Ｅを貫通する螺子又はボルトＢによって、治具Ｅは回転体Ｗに固定されている。また、帯Ｓの二周目以降の巻き取りの支障にならないように、螺子又はボルトＢの頂部は、治具Ｅの外周面よりも内側に引っ込んだ場所に位置しているが、これは併せて表面が平らな皿螺子の頂部形状としてもよい。
【００２１】
図３はセパレータの帯の平面図である。
【００２２】
上述のように、セパレータＳの両面には、それぞれアノード電極Ａ及びカソード電極Ｋが固定されている。アノード電極Ａと、カソード電極Ｋの形状は実質的に同一であるが、表裏一対のアノード電極Ａ及びカソード電極Ｋ（特にその集電体）は、セパレータＳの幅方向に沿った位置がずれており、それぞれ一部分がセパレータＳの外部に位置している。セパレータＳの長手方向Ｌに沿って位置するアノード電極Ａ（又はカソード電極Ｋ）の隣接するもの同士の間隔（重心間距離）をＬ１，Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４・・・とすると、この間隔ＬＮ（Ｎは整数）は、治具に固定された一端からの距離が大きくなるほど、大きくなる。
【００２３】
図４は図３に示した帯のＩＶ−ＩＶ矢印断面図である。
【００２４】
セパレータＳの両面には、それぞれアノード電極Ａ及びカソード電極Ｋが固定されている。セパレータＳの厚み方向に重なる電極間領域をＲとすると、領域Ｒにおいて実効的な電荷の蓄積が行われる。なお、アノード電極Ａには正の電位を与え、カソード電極Ｋには負の電位を与える。なお、以下の説明では、セパレータＳ、アノード電極Ａ及びカソード電極Ｋを含む１つの積層構造をキャパシタユニットＳＫとする。
【００２５】
図５は帯の幅方向の位置を揃える工程を説明するための図である。
【００２６】
上述のように、回転体Ｗの外周面上に帯Ｓを巻き取ると、この外周面上に帯Ｓが積層され、キャパシタユニットＳＫが、その厚み方向に積層されることとなる。これらの幅方向に、帯Ｓ（積層体）の位置は、ずれているので（図５（ａ）参照）、水平面を有する揃え部材Ｐ１，Ｐ２を用意し、これらの水平面をセパレータＳの幅方向端部に当接させ、図の矢印方向に移動させる（図５（ｂ））参照）。言うなれば、この製造方法は、積層された帯Ｓを、その幅方向から一緒に挟むことで、帯Ｓの幅方向の位置を揃える工程を備えている。積層された帯Ｓは厚み方向（本例では回転体の径方向）に沿って切断されるものであるが、この帯Ｓの切断前及び／又は切断後において、揃え部材Ｐ１，Ｐ２を用いることで、上記位置を揃えることができる。これにより、帯Ｓの幅方向（Ｚ軸方向）の位置ずれを容易に修正することができるため、特性のバラつきが少ないＥＤＬＣを製造することができる。なお、図５（ｂ）の領域Ｍ１，Ｍ２内に位置する電極部分は、場合によっては不要であり、また、隣接して接触するアノード電極Ａ及びカソード電極Ｋは、これらが接触しない構造、いずれか一方を必要に応じて省略することも可能である。
【００２７】
なお、帯Ｓの構造としては様々な種類のものが考えられる。
【００２８】
図６は変形した構造の帯の断面図である。
本例のキャパシタユニットＳＫは、図５に示したセパレータＳ、アノード電極Ａ及びカソード電極Ｋに加え、付加的なセパレータＳ’をカソードＫのセパレータＳの設けられた面とは反対側の面に取り付けている。このような帯を回転体に巻きつけてから、積層された帯を切断してもよい。
【００２９】
図７は帯の幅方向の位置を揃える工程を説明するための図である。
【００３０】
複数のキャパシタユニットＳＫが、厚み方向に沿って積層されているが、図５の構造と比較して、アノード電極Ａとカソード電極Ｋとの間に付加的セパレータＳ’が介在している点のみが異なる。
【００３１】
この構造の場合においても、回転体Ｗの外周面上に帯Ｓを巻き取ると、この外周面上に帯Ｓが積層され、キャパシタユニットＳＫが、その厚み方向に積層されることとなるが、これらの幅方向に位置はずれているので（図７（ａ）参照）、水平面を有する揃え部材Ｐ１，Ｐ２を用意し、これらの水平面をセパレータＳの幅方向端部にそれぞれ当接させ、図の矢印方向に移動させる（図７（ｂ））参照）。この場合も、積層された帯Ｓは厚み方向に沿って切断されるものであるが、この帯Ｓの切断前及び／又は切断後において、揃え部材Ｐ１，Ｐ２を用いることで、上記位置を揃えることができるため、上述の場合と同様の作用効果を有する。なお、この構造の場合、アノード電極Ａの集電体と、カソード電極Ｋの集電体の位置は、帯Ｓの幅方向に沿ってずれているので、アノード電極Ａ同士と、カソード電極Ｋ同士を、容易に、レーザなどを用いて溶着し、電気的に接続することができる。溶着工程と、帯の切断工程とは、順番を入れ替えることができる。
【００３２】
図８は積層した帯の切断工程を説明するための図である。なお、同図では、説明の明確化のため、アノード電極Ａ及びカソード電極Ｋの図示を省略しているが、これらの電極間領域Ｒは示されている。
【００３３】
上述のように、回転体の外周面上にセパレータ（帯）Ｓを巻きつけると、厚み方向に沿って電極間領域Ｒが整列するので、厚み方向に沿った領域Ｒ間のカットラインＣＵＴに沿って、セパレータ（帯）Ｓを切断する。このように、外周面上に積層された帯Ｓを、帯Ｓの厚み方向に沿って切断することで、帯Ｓの断片の積層体が作製される。この積層体は電解質（液）とともに包囲体内に封入され、ＥＤＬＣが形成される。
【００３４】
図９は積層した帯の切断工程を説明するための図であるが、図７の場合とは、電極間領域Ｒが、積層した帯の厚み方向の１つおきに存在し、整列している点が、異なる。この場合も、帯の厚み方向（積層方向）に沿って電極間領域Ｒが１つおきに整列しているので、厚み方向に沿った領域Ｒ間のカットラインＣＵＴに沿って、セパレータ（帯）Ｓを切断すると、帯の断片からなる積層体が製造される。
【００３５】
図１０は直列接続タイプのＥＤＬＣの縦断面図である。
【００３６】
上述の図４の構造の帯を用いて、図８の巻き付け工程と切断を行った場合、帯の断片からなる積層体は、図示の如く直列に接続されることとなる。この場合、少なくとも両端のアノード電極Ａ及びカソード電極Ｋは一定の長さが必要である。アルミラミネートなどの包囲体ＬＭ内に電解質（液）ＥＳとともに、当該積層体を封入し、電解質（液）ＥＳ内に積層体を含浸させることで、ＥＤＬＣを製造することができる。
【００３７】
図１１は並列接続タイプのＥＤＬＣの縦断面図である。
【００３８】
上述の図６の構造の帯を用いて、図８の巻き付け工程と切断を行った場合、或いは、図４の構造の帯を用いて、図９の巻き付け工程と切断を行った場合、帯の断片からなる積層体は、図示の如く並列に接続されることとなる。積層体の同種の電極の端部は、帯の切断前又は切断後において、溶着され、電気的に接続される。この積層体を、アルミラミネートなどの包囲体ＬＭ内に電解質（液）ＥＳとともに封入し、電解質（液）ＥＳ内に積層体を含浸させることで、ＥＤＬＣを製造することができる。
【００３９】
このように、本製造方法では、積層体における複数のアノード電極Ａ同士と、複数のカソード電極Ｋ同士とを溶着する。積層体においては、アノード電極Ａ及びカソード電極Ｋの位置はそれぞれ厚み方向に整列しているので、これらを容易に溶着することができ、並列接続されたキャパシタを容易に製造することができる。
【００４０】
以上、説明したように、上述の製造方法によれば、セパレータを含む帯を回転体に巻きつけて切断するだけで、積層体を製造することができるため、非常に容易にＥＤＬＣを製造することができる。なお、上述の積層体は、必要に応じてそれらの相対位置関係を固定治具や接着剤を用いて固定する。
【００４１】
図１２はセパレータへの電極の取り付け方法を説明するための図である。
セパレータＳの両面に、接着剤ＡＤＡ，ＡＤＫを滴下、塗布又は印刷し、これらの面にアノード電極Ａ及びカソード電極Ｋをそれぞれ貼り付けることで、図４に示した帯が完成する。なお、この帯に、更に付加的セパレータＳ’を、接着剤ＡＤＳを介して貼り付ければ、図６の構造の帯が完成する。なお、接着剤ＡＤＳの付加的セパレータＳ’への適用方法としては、滴下、塗布又は印刷が可能である。
【００４２】
また、アノード電極Ａ及びカソード電極Ｋは、それぞれ分極性導電体Ａ１，Ｋ１に集電体Ａ２，Ｋ２を結合させたものからなる。集電体Ａ１，Ｋ２の更に表面上に適当な被覆層Ａ３，Ｋ３を設けることも可能である。この被覆層Ａ３，Ｋ３が導電性を有していることもでき、分極性導電体からなることもできる。
【００４３】
ＥＤＬＣにおいては、分極性導電体と電解質（液）との間には電荷が薄い層となって配列し、これらの間のバイアス印加によって電荷が蓄えられる。電解液には水溶液系と有機系のものが知られている。この製造方法では、セパレータＳに、分極性導電体に集電体を結合させたアノード電極Ａ及びカソード電極Ｋを貼り付けている。
【００４４】
図１３はセパレータへの電極の別の取り付け方法を説明するための図である。
セパレータＳの両面に、分極性導電体Ａ１及び分極性導電体Ｋ１をそれぞれ印刷し、これに接着剤ＡＤＡ’ＡＤＫ’を介して、それぞれ集電体Ａ２，Ｋ２を貼り付ける。これにより、図４に示した帯が完成する。なお、この帯に、更に付加的セパレータＳ’を、接着剤ＡＤＳを介して貼り付ければ、図６の構造の帯が完成する。なお、接着剤ＡＤＳの付加的セパレータＳ’への適用方法としては、滴下、塗布又は印刷が可能である。また、多孔質の分極性導電体は、気相中でセパレータＳ上に印刷することもできる。
【００４５】
なお、上述のセパレータ、分極性導電体、集電体、接着剤の材料としては、公知のものを用いればよい。これらの材料について、以下に一例を示すが、本発明は、これらの材料に限定されるものではない。
【００４６】
セパレータは、例えば重量比１０％以上のポリオレフィン系樹脂を含有した不織布または多孔質フィルムからなる。ポリオレフィン系樹脂の軟化点温度以上の温度環境下で、一対の分極性電極に圧力を加えることにより、分極性電極とセパレータとは接着することもできる。セパレータとして、セルロース不織布やアラミド繊維の不織布を用いることもできる。
【００４７】
分極性電極は、多孔質材料からなり、活性炭にバインダー樹脂を混ぜて製造する。バインダー樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素を含む高分子化合物、又は、スチレンブタジエンゴムのようなゴム系の高分子化合物が挙げられる。必要に応じてカーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は黒鉛の微粒子、微細繊維を導電助剤として配合することもできる。
【００４８】
集電体としては、アルミ箔や銅箔の表面をエッチングによって表面を荒く加工したものを使用することができる。なお、電極製造方法として、活性炭に導電補助剤とバインダーを加えてシート状にして集電極に接着する方法のほか、活性炭をスラリー状にして集電極に塗工する方法なども無数に存在する。
【００４９】
電解液としては水溶液系と有機系のものが知られている。有機系の電解液の溶媒としては、プロピレンカーボネート、アセトニトリルなどあり、溶質としては、アンモニウム塩、アミン塩、或いはアミジン塩などが知られている。
【００５０】
接着剤としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビリニデン）などの熱可塑性樹脂や、導電性高分子、又はイオン性液体を用いることができる。
【００５１】
以上、説明したように、上述の方法によれば、取扱いが困難なアルミ箔や銅箔からなる集電体を有する積層体の作製が容易にできる。また、容易に積層体の位置を揃えることができるので、積層体の位置ずれを少なくすることができる。また、従来の積層体に存在したリード部分を省略することも可能である。また、一例としてのＥＤＬＣのサイズは、３４ｍｍ×５６ｍｍ×５ｍｍであり、電池容量は８００ｍＡｈである。なお、積層型のＥＤＬＣは、円筒型のＥＤＬＣのインピーダンス（１００ｍΩ）の１／５以下のインピーダンス（２０ｍΩ）を有する。
【００５２】
以上、従来は積層数が増加すると、位置ずれや時間を要する点に課題があったが、本工法によれば、積層体を短時間で容易に組み立てることができる。また、その結果、円筒型に比べ、インピーダンスを下げることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明、家電製品や自動車等に組み込まれるＥＤＬＣの製造方法に用いることができる。
【符号の説明】
【００５４】
Ａ・・・アノード電極、Ｋ・・・カソード電極、Ｓ・・・セパレータ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気二重層キャパシタの製造方法において、
セパレータの両面にアノード電極及びカソード電極を設けてなる帯を用意し、
回転体の外周面上に前記帯の一端を固定し、前記回転体を回転させることで、前記外周面上に、前記帯を巻き取り、
前記外周面上に積層された前記帯を、前記帯の厚み方向に沿って切断することで、前記帯の断片の積層体を作製し、
前記積層体を包囲体内に封入する、
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】
前記アノード電極及びカソード電極は、それぞれ分極性導電体に集電体を結合させたものからなり、それぞれ電極の前記集電体の位置は、前記帯の幅方向に沿ってずれてい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】
前記帯の切断前及び／又は切断後において、積層された前記帯をその幅方向から一緒に挟むことで、前記帯の幅方向の位置を揃える工程を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項４】
前記積層体における複数の前記アノード電極同士と、複数の前記カソード電極同士とを溶着する工程を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。

【図１】