電気二重層キャパシタの製造方法
【課題】容易に高品質な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、外周面が平坦面を有する回転体を用意し、こ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、回転体の外周面の平坦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。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】この方法によれば、平坦面上に帯が積層されて積層体が形成されるので、巻き取り時に積層体内部に発生する応力が小さくなり、高品質な積層体を容易に製造することができる。
【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、外周面が平坦面を有する回転体を用意し、こ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、回転体の外周面の平坦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。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】この方法によれば、平坦面上に帯が積層されて積層体が形成されるので、巻き取り時に積層体内部に発生する応力が小さくなり、高品質な積層体を容易に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、容易に高品質な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、外周面が平坦面を有する回転体を用意し、こ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、帯を巻き取り、外周面の平坦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し、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。また、回転体の平坦面上に帯が積層され、積層体が形成されるため、巻き取り時に積層体内部に発生する応力が小さくなり、高品質な積層体を容易に製造することができ、したがって、高品質なEDLCの製造が容易になる。
【0009】
また、前記平坦面の数は複数であり、これらの平坦面は前記回転体の回転軸周りを囲むように位置していることが好ましい。この場合、平坦面の数が複数であるため、1回転当たりに、平坦面上に形成される積層体の数を増加させることができる。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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】
【0013】
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】
【0014】
【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】
【0015】
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。
【0016】
図1はEDLC製造用の巻き取り装置の斜視図である。
【0017】
この巻取り装置は、多角形板状(多角柱)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、複数(本例では8つ)の平坦面からなる角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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
図3はセパレータの帯の平面図である。
【0023】
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。
【0024】
図4は図3に示した帯のIV−IV矢印断面図である。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
上述のように、回転体Wの外周面上に帯Sを巻き取ると、この外周面の平坦面上に帯Sが積層され、キャパシタユニットSKが、平坦面上において、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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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、この外周面の平坦面上に帯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、帯S(積層体)の位置は、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。
【0033】
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。
【0034】
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、その平坦部において、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。カットラインCUTは、平坦面内と、隣接する平坦部の境界線上の双方に設定される。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。
【0035】
また、回転体Wの平坦面上に帯Sが積層され、積層体が形成されるため、巻き取り時に積層体内部に発生する応力が小さくなり、高品質な積層体を容易に製造することができ、したがって、高品質なEDLCの製造が容易になる。
【0036】
更に、回転体Wの平坦面Sの数は複数であり、これらの平坦面は回転体Wの回転軸周りを囲むように位置している。この場合、平坦面の数が複数であるため、1回転当たりに、平坦面上に形成される積層体の数を増加させることができる。
【0037】
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。
【0038】
図10は直列接続タイプのEDLCの縦断面図である。
【0039】
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。
【0040】
図11は並列接続タイプのEDLCの縦断面図である。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。なお、上記の回転体は、多角形であるが、これは円形の外周の一箇所のみを平坦にしたものなど、外周面が少なくとも1箇所の平坦面を含む形状であれば、上述の効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【0056】
本発明は、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】
【0057】
A・・・アノード電極、K・・・カソード電極、S・・・セパレータ。
【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、容易に高品質な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、外周面が平坦面を有する回転体を用意し、こ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、帯を巻き取り、外周面の平坦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し、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。また、回転体の平坦面上に帯が積層され、積層体が形成されるため、巻き取り時に積層体内部に発生する応力が小さくなり、高品質な積層体を容易に製造することができ、したがって、高品質なEDLCの製造が容易になる。
【0009】
また、前記平坦面の数は複数であり、これらの平坦面は前記回転体の回転軸周りを囲むように位置していることが好ましい。この場合、平坦面の数が複数であるため、1回転当たりに、平坦面上に形成される積層体の数を増加させることができる。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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】
【0013】
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】
【0014】
【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】
【0015】
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。
【0016】
図1はEDLC製造用の巻き取り装置の斜視図である。
【0017】
この巻取り装置は、多角形板状(多角柱)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、複数(本例では8つ)の平坦面からなる角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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
図3はセパレータの帯の平面図である。
【0023】
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。
【0024】
図4は図3に示した帯のIV−IV矢印断面図である。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
上述のように、回転体Wの外周面上に帯Sを巻き取ると、この外周面の平坦面上に帯Sが積層され、キャパシタユニットSKが、平坦面上において、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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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、この外周面の平坦面上に帯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、帯S(積層体)の位置は、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。
【0033】
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。
【0034】
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、その平坦部において、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。カットラインCUTは、平坦面内と、隣接する平坦部の境界線上の双方に設定される。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。
【0035】
また、回転体Wの平坦面上に帯Sが積層され、積層体が形成されるため、巻き取り時に積層体内部に発生する応力が小さくなり、高品質な積層体を容易に製造することができ、したがって、高品質なEDLCの製造が容易になる。
【0036】
更に、回転体Wの平坦面Sの数は複数であり、これらの平坦面は回転体Wの回転軸周りを囲むように位置している。この場合、平坦面の数が複数であるため、1回転当たりに、平坦面上に形成される積層体の数を増加させることができる。
【0037】
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。
【0038】
図10は直列接続タイプのEDLCの縦断面図である。
【0039】
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。
【0040】
図11は並列接続タイプのEDLCの縦断面図である。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。なお、上記の回転体は、多角形であるが、これは円形の外周の一箇所のみを平坦にしたものなど、外周面が少なくとも1箇所の平坦面を含む形状であれば、上述の効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【0056】
本発明は、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】
【0057】
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、
外周面が平坦面を有する回転体を用意し、こ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、
前記外周面の平坦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】
前記平坦面の数は複数であり、これらの平坦面は前記回転体の回転軸周りを囲むように位置している、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。
【請求項5】
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4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。
【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、
外周面が平坦面を有する回転体を用意し、こ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、
前記外周面の平坦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】
前記平坦面の数は複数であり、これらの平坦面は前記回転体の回転軸周りを囲むように位置している、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。
【請求項5】
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4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】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2011−9520(P2011−9520A)
【公開日】平成23年1月13日(2011.1.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−152290(P2009−152290)
【出願日】平成21年6月26日(2009.6.26)
【出願人】(000003067)TDK株式会社 (7,238)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年1月13日(2011.1.13)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年6月26日(2009.6.26)
【出願人】(000003067)TDK株式会社 (7,238)
【Fターム(参考)】
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