電気二重層キャパシタ電極及びその製造方法
【課題】静電容量が十分に大きく、かつ、内部抵抗が十分に低い電気二重層キャパシタを作製するのに有用な電気二重層キャパシタ電極及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る電気二重層キャパシタ電極の製造方法は、一対のロールを有し、当該ロール間隔を変更自在の圧延装置を用いた方法であって、電気二重層キャパシタ電極用の活性物質含有組成物から電極シートを作製するに際し、ロール間隔変更を３段階以上経て徐々に狭めながら繰り返し圧延を行うことを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る電気二重層キャパシタ電極の製造方法は、一対のロールを有し、当該ロール間隔を変更自在の圧延装置を用いた方法であって、電気二重層キャパシタ電極用の活性物質含有組成物から電極シートを作製するに際し、ロール間隔変更を３段階以上経て徐々に狭めながら繰り返し圧延を行うことを特徴とする。
【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電極及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは分極性電極（炭素電極等）で構成されるアノード及びカソードを備えている。分極性電極として、活性炭を含有する炭素電極を使用する場合、電気二重層キャパシタの静電容量を大きくするためには、炭素電極を高密度化し、活性炭の充填率を高くすることが有効である。
【０００３】
しかしながら、電気二重層キャパシタにおいて、高密度の炭素電極を使用すると電解液の導電性が阻害され、内部抵抗が増大する傾向にある。なお、内部抵抗を低くするには、炭素電極の薄型化が有効であるが、薄型化に伴って炭素電極に含まれる活性炭の量が少なくなるため、静電容量の低下につながる。
【０００４】
静電容量が十分に大きく、かつ、内部抵抗が十分に低い電気二重層キャパシタを作製するため、圧延による炭素電極の製造方法について様々な検討がなされている。例えば、特許文献１には、スクリュー押出し成形と圧延による成形とを併用する方法が記載されている。また、特許文献２には、集電体とシート状の電極材料との積層体を圧延する方法が記載されている。更に、特許文献３には、炭素電極用の混練物を乾燥、粉砕した後、これを圧延する方法が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−２８３８８７号公報
【特許文献２】特開２００２−１７５９５０号公報
【特許文献３】特開２００６−２７８９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の圧延処理を経て製造された電気二重層キャパシタ電極を備える電気二重層キャパシタは、静電容量及び内部抵抗について未だ改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、静電容量が十分に大きく、かつ、内部抵抗が十分に低い電気二重層キャパシタを作製するのに有用な電気二重層キャパシタ電極及びそ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】
本発明者らは、電気二重層キャパシタ電極用の活性物質含有組成物を圧延装置で処理して電極シートを成形する際、圧延装置のロール間隔を段階的に狭めながら繰り返し圧延することによって、高密度であっても電気二重層キャパシタの内部抵抗の増大を抑制できる電気二重層キャパシタ電極が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明に係る電気二重層キャパシタ電極の製造方法は、一対のロールを有し、当該ロール間隔を変更自在の圧延装置を用いた方法であって、電気二重層キャパシタ電極用の活性物質含有組成物を、所定のロール間隔に設定され一対のロールで１回又は２回以上圧延する第１圧延工程と、第１圧延工程で得られた被圧延体を、第１圧延工程におけるロール間隔よりも狭いロール間隔に設定された一対のロールで１回又は２回以上圧延する第２圧延工程と、第２圧延工程で得られた被圧延体を、第２圧延工程におけるロール間隔よりも狭いロール間隔に設定された一対のロールで１回又は２回以上圧延する第３圧延工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る方法によれば、圧延装置のロール間隔を段階的に狭めながら被圧延体を繰り返し圧延することによって、多段階の圧延工程を経て得られる電極シートの高密度化及び薄型化の両方を高水準に達成できる。このような電極シートによって電気二重層キャパシタ電極を構成すると、静電容量が十分に大きく、かつ、内部抵抗が十分に低い電気二重層キャパシタを作製できる。
【００１０】
この電気二重層キャパシタ電極が高密度ながらも十分に低い内部抵抗を達成できる理由は十分に明らかではないが、その主因は以下のように推察される。すなわち、ロール間隔を段階的に狭めて圧延を繰り返すと、電極シートを構成する活性物質含有組成物の均一性が向上するためと考えられる。これに加え、被圧延体を繰り返しローラ間に通すことによって、被圧延体の表面が十分に平坦となり、かつ、厚さが十分に均一になるためと考えられる。
【００１１】
本発明の電気二重層キャパシタ電極は、上記本発明に係る電気二重層キャパシタ電極の製造方法によって製造されたものである。本発明の電気二重層キャパシタ電極を使用することで、静電容量が十分に大きく、かつ、内部抵抗が十分に低い電気二重層キャパシタを作製できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、静電容量が十分に大きく、かつ、内部抵抗が十分に低い電気二重層キャパシタを作製するのに有用な電気二重層キャパシタ電極及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ電極の製造方法を示す工程図である。図１に示すように、本実施形態に係る製造方法は、活性物質含有組成物を調製する原料混練工程と、活性物質含有組成物を圧延装置に導入し、圧延によって当該組成物からなる電極シートを作製する圧延工程と、この電極シートと集電体と貼り合せて電気二重層キャパシタ電極を作製する貼合工程と、を備える。以下、各工程について説明する。
【００１５】
（原料混練工程）
原料混練工程は、活性炭と、導電性助剤と、結着剤とを混練して活性物質含有組成物を調製する工程である。
【００１６】
活性炭としては、炭素原料を賦活して得られたものであれば特に限定されない。具体例としては、メソフェーズピッチやそれを紡糸したメソフェーズ系炭素繊維を不融化・炭素化して得られるもの、石油コークスや石炭ピッチコークス等を炭素化して得られるもの、フェノール樹脂等の合成高分子系の炭化物等の炭素原料を賦活したものを例示できる。活性炭用の炭素原料の好適な例として、炭素質メソフェーズ、石油生コークス及び石炭生コークスを例示できる。
【００１７】
炭素原料を賦活処理する方法としては、従来公知の方法を採用することができる。例えば、二酸化炭素や水蒸気を含有する酸化性ガス中で炭素原料を５００〜１０００℃程度に加熱する方法、及び、炭素原料と金属水酸化物とを混合して熱処理する方法が知られている。これらの方法のうち、炭素原料と金属水酸化物とを混合して熱処理する方法が好ましく採用される。
【００１８】
賦活処理に使用する金属水酸化物としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及び水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化マグネシウム及び水酸化バリウム等のアルカリ土類金属水酸化物を例示できる。これらの金属水酸化物は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。活性炭の微細孔を効率よく形成できる点から、金属水酸化物として水酸化カリウムを使用することが特に好ましい。
【００１９】
炭素原料と金属水酸化物との混合比率（質量比）は、炭素原料の質量をＷｃ、金属水酸化物の質量をＷｍとすると、Ｗｃ／Ｗｍの値は、０．１〜２であることが好ましく、０．２〜１であることがより好ましい。当該混合比率が０．１未満であると、賦活反応の効率が低下しやすいと共に、製造される活性炭のかさ密度が不十分となりやすい。他方、当該混合比率が２を超えると、活性炭に形成される微細孔が不十分となり、製造される活性炭の比表面積が不十分となりやすい。
【００２０】
炭素原料の賦活処理には、賦活炉を用いることができる。賦活炉内を不活性ガス雰囲気に置換した後、炭素原料と金属水酸化物との混合物を５００〜１２００℃で加熱することによって活性炭を製造することができる。賦活処理の温度条件は、十分な微細孔を有する活性炭を効率的に製造する観点から、６００〜１０００℃であることがより好ましく、６００〜８００℃であることが更に好ましい。賦活処理の処理時間は、温度条件等との関連において適宜設定すればよいが、例えば３〜６時間に設定することができる。
【００２１】
賦活処理を行う賦活炉内を置換する不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス又はヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスを挙げることができる。賦活処理を行う賦活炉内は、酸素濃度を１００容量ｐｐｍ以下に保持することが好ましい。ただし、賦活反応においては、炭化物及び金属水酸化物の他に、水等が共存していてもよい。
【００２２】
賦活処理を経て得られる活性炭に対しては、洗浄液を用いた洗浄処理を行うことが好ましい。洗浄処理を行うことによって、賦活処理後の活性炭の微細孔に残留するアルカリ金属などを除去することができる。活性炭を洗浄液中に浸漬して必要に応じて攪拌及び／又は加熱などを行った後、洗浄液と活性炭とを固液分離する。
【００２３】
洗浄液としては、水又は酸水溶液を用いることが好ましい。酸水溶液としては、例えば、塩酸、ヨウ化水素酸及び臭化水素酸などのハロゲン化水素酸、硫酸及び炭酸などの無機酸を例示できる。酸水溶液の濃度は、０．０１〜３Ｎであることが好ましい。洗浄処理は、複数の洗浄液を使用して繰り返し実施してもよい。例えば、まず水による洗浄処理を行い、その後、酸水溶液による洗浄処理を行い、更に水による洗浄処理を行ってもよい。洗浄処理が施された活性炭を回収し、適宜加熱又は風乾などを行って水分を除去することによって、乾燥した活性炭を得ることができる。
【００２４】
洗浄処理を経て得られた活性炭は、比表面積が１０〜３０００ｍ２／ｇであることが好ましく、１００〜２４００ｍ２／ｇであることがより好ましい。ここでいう「比表面積」とは、窒素ガス吸着法（吸着温度条件：−１９６℃）により得られるＢＥＴプロットにおける相対圧０．０５〜０．３の範囲での近似直線の傾きと切片とから求められる比表面積を意味する。なお、製造した活性炭の比表面積が上記の範囲外であった場合は、賦活処理の温度及び／又は処理時間を適宜調整して、再度、活性炭を製造すればよい。
【００２５】
導電性助剤としては、電気二重層キャパシタ電極内及び当該電極と集電体との間のスムーズな電荷移動を実現可能なものであれば特に制限されない。具体例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック、粉末グラファイト、酸化チタン、酸化ルテニウム等の粉末を例示できる。
【００２６】
結着剤としては、従来公知のものを使用することができる。具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン／ビニルエーテル共重合体架橋ポリマー等のフッ素化ポリマー、カルボキシメチルセルロース等のセルロース類、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール等のビニル系ポリマー、ポリアクリル酸等を例示できる。
【００２７】
活性物質含有組成物は、上記の活性炭、導電性助剤及び結着剤を含有することが好ましい。なお、各成分の配合量は、使用する各成分の物性等に応じて適宜選択されるが、好ましい範囲は以下の通りである。
【００２８】
活性炭の配合量は、活性炭、導電性助剤及び結着剤の合計量を１００質量部とすると、５０〜９５質量部であることが好ましく、７０〜９０質量部であることがより好ましい。活性炭の当該配合量が５０質量部未満であると、電気二重層キャパシタ電極の表面積低下が生じ、静電容量が低下しやすい。他方、活性炭の当該配合量が９５質量部を超えると、導電助剤不足による抵抗増大又は結着剤不足による電極強度低下が生じやすい。
【００２９】
導電性助剤の配合量は、活性炭、導電性助剤及び結着剤の合計量を１００質量部とすると、１〜５０質量部であることが好ましく、２〜３０質量部であることがより好ましい。導電性助剤の当該配合量が１質量部未満であると、導電助剤不足による抵抗増大が生じやすい。他方、導電性助剤の当該配合量が５０質量部を超えると、電気二重層キャパシタ電極の表面積低下が生じ、静電容量が低下しやすい。
【００３０】
結着剤の含有量は、活性炭、導電性助剤及び結着剤の合計量を１００質量部とすると、０．１〜３０質量部であることが好ましい。結着剤の当該配合量が０．１質量部未満であると、結着剤不足による電極強度低下が生じやすい。他方、結着剤の当該配合量が３０質量部を超えると、電気二重層キャパシタ電極の表面積低下が生じ、静電容量が低下しやすい。
【００３１】
なお、上記の成分を効率的且つ十分に混練する観点から、水、イソプロピルアルコール等の液体を更に配合してもよい。かかる液体の配合量は、活性炭、導電性助剤及び結着剤の合計量を１００質量部とすると、５００質量部以下であることが好ましく、２５０〜３５０質量部であることがより好ましい。
【００３２】
各成分を混練する装置としては、従来公知の装置を使用することができる。例えば、ニーダー等の混練機を例示できる。十分に均一に混合された活性物質含有組成物を得ることができれば、混練処理時の温度及び時間は特に限定されない。混練処理時の好適な温度条件は、１０〜１００℃であり、好適な処理時間は、０．１〜１時間である。
【００３３】
（圧延工程）
圧延工程は、原料混練工程を経て得られた粘土状の活性物質含有組成物を圧延装置に導入し、圧延によって当該組成物からなる電極シートを作製する工程である。図１に示す通り、圧延工程は、第１〜第３圧延工程からなる。圧延工程の各工程では、一対のロールを有し、当該ロール間隔を変更自在の圧延装置を使用する。
【００３４】
一対のロールのロール間隔を段階的に狭めながら圧延を繰り返すことで徐々に薄い被圧延体を作製し、目的の厚さの電極シートを作製する。圧延装置としては、一対のロールを有し、当該ロール間隔を変更自在のものであれば、従来公知の装置を使用できる。圧延装置の具体例としては、宝泉株式会社製のロールプレス（商品名）を例示できる。
【００３５】
第１圧延工程は、電気二重層キャパシタ電極用の活性物質含有組成物を、所定のロール間隔に設定された一対のロールで１回又は２回以上圧延する工程である。この第１圧延工程では、粘土状の活性物質含有組成物からシート状の被圧延体を作製する。第１圧延工程におけるロール間隔は、作業性及び電極シート厚の均一性を確保する観点から、２００〜６００μｍであることが好ましく、３５０〜４５０μｍであることがより好ましい。なお、第１圧延工程におけるロール間隔は活性物質含有組成物の粘度等に応じて適宜設定することができる。
【００３６】
第１圧延工程においては、活性物質含有組成物を圧延して得られた被圧延体を、繰り返し一対のロール間に通し、同一のロール間隔に設定されたままの一対のロールで複数回圧延を行ってもよい。これにより、活性物質含有組成物の成分の均一性及び被圧延体の厚さの均一性が向上する。第１圧延工程において圧延を行う処理回数は、１〜１０回であることが好ましく、２〜５回であることがより好ましい。
【００３７】
第２圧延工程は、第１圧延工程で得られた被圧延体を、第１圧延工程におけるロール間隔よりも狭いロール間隔に設定された一対のロールで１回又は２回以上圧延する工程である。この第２圧延工程では、第１圧延工程で得られた被圧延体よりも薄いシート状の被圧延体を作製する。
【００３８】
第２圧延工程においては、第１圧延工程で得られた被圧延体を１回圧延した後、これを繰り返し一対のロール間に通し、同一のロール間隔に設定されたままの一対のロールで複数回圧延を行ってもよい。これにより、活性物質含有組成物の成分の均一性及び被圧延体の厚さの均一性が向上する。第２圧延工程において圧延を行う処理回数は、１〜１０回であることが好ましく、２〜５回であることがより好ましい。
【００３９】
第３圧延工程においては、ロール間隔が更に狭く設定される以外は、第２圧延工程を同様にして圧延処理を行う。本実施形態においては、圧延工程の最終工程である第３圧延工程を経て所望の厚さの電極シートが作製される。
【００４０】
圧延工程の最終的なロール間隔は、目的とする電極シートの厚さに調整される。最終的なロール間隔は、電気二重層キャパシタ電極に要求される性能の観点から、１０〜３００μｍであることが好ましく、５０〜１５０μｍであることがより好ましい。なお、電極シートの最終的な厚さは、作製する電気二重層キャパシタの種類や用途に応じて適宜設定することができる。
【００４１】
圧延時に活性物質含有組成物がロールに付着することを防止するため、活性物質含有組成物を離型性のフィルムに挟んで圧延を行ってもよい。この場合、ロール間隔はフィルムの厚さを考慮して適宜設定すればよい。離型性のフィルムとしては、トリアセテート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等からなるフィルムを例示できる。
【００４２】
なお、圧延工程におけるロール外表面の線速度は０．５〜１０ｃｍ／秒であることが好ましく、１〜５ｃｍ／秒であることがより好ましい。ロール温度は１０〜１００℃であることが好ましく、２０〜８０℃であることがより好ましい。
【００４３】
圧延工程によれば、厚さが十分に薄い電極シートを作製できると共に、この電極シートの高密度化及び厚さの均一化が高度に達成される。また、圧延を繰り返し行うことで、電極シートを構成する活性物質含有組成物の均一性が一層向上する。電極シートのこれらの特性により、これを用いて作製された電気二重層キャパシタは優れた性能を発揮できる。すなわち、電極シートの高密度化に起因して十分に大きい静電容量が達成される一方、電極の構成材料の均一性の向上等によって内部抵抗の上昇が十分に抑制される。
【００４４】
（貼合工程）
貼合工程は、上記の圧延工程を経て作製された電極シートと、集電体と貼り合せて電気二重層キャパシタ電極を作製する工程である。電極シートを予め裁断し、電気二重層キャパシタの作製時に集電体と貼り合わせてもよいが、電極シートと集電体を貼り合せて一体化した後、この積層体を裁断することが好ましい。
【００４５】
集電体としては、公知の材質および形状のものを使用することができる。例えば、好適な集電体の例として、アルミニウム、チタン、タンタル及びニッケル等の金属及びステンレス等の合金からなるシートを例示できる。
【００４６】
電極シートと集電体とを貼り合せる方法は、特に限定されるものではない。例えば、カーボンブラック等の高導電性の粉末を混合した接着剤を使用する方法が挙げられる。かかる接着剤を集電体又は電極シートの一方に塗布した後、圧延装置を用いて貼り合わせればよい。電極シートと集電体との積層体を所定の大きさに裁断し、電気二重層キャパシタ電極が作製される。
【００４７】
（電気二重層キャパシタ）
次に、電気二重層キャパシタについて説明する。本実施形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルは、上記のようにして作製した一対の電気二重層キャパシタ電極と、当該電極の間に配置されるセパレータとを備え、当該電極及びセパレータの微細孔には電解液が充填されている。
【００４８】
セパレータとしては、従来公知のものを使用できる。具体例として、ポリプロピレン繊維不織布、ガラス繊維不織布、合成セルロース紙等を例示できる。
【００４９】
電解液としては、公知の水系電解液及び有機系電解液を使用することができるが、有機系電解液を用いることがより好ましい。有機系電解液としては、電気化学の電解液の溶媒として使用されているものを用いることができ、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、スルホラン誘導体、３−メチルスルホラン、１，２−ジメトキシエタン、アセトニトリル、グルタロニトリル、バレロニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、メチルフォルメート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等を例示できる。これらの電解液は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００５０】
また、有機電解液中の支持電解質としては、特に限定されないが、電気化学の分野又は電池の分野で通常使用される塩類、酸類、アルカリ類等の各種のものを使用できる。例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等の無機イオン塩、４級アンモニウム塩、環状４級アンモニウム塩、４級ホスホニウム塩等を例示できる。好適な支持電解質として、（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢＦ４、（Ｃ２Ｈ５）３（ＣＨ３）ＮＢＦ４、（Ｃ２Ｈ５）４ＰＢＦ４、（Ｃ２Ｈ５）３（ＣＨ３）ＰＢＦ４等を例示できる。電解液中のこれらの塩の濃度は、通常０．１〜５モル／リットルであり、好ましくは０．５〜３モル／リットルである。
【００５１】
電気二重層キャパシタの具体的な構造は特に限定されず、例えば、コイン型、捲回型、積層型などのいずれであってもよい。コイン型は、厚さ１０〜５００μｍの略円形の一対の電極（正極と負極）の間にセパレータを配置した積層構造体が金属ケースに収容された構造を有する。捲回型は、一対の電極がセパレータを介して捲回された構造を有する。積層型は、セパレータを介して多数の電極群が積み重ねられた構造を有する。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について圧延工程が第１〜第３圧延工程からなる場合を例示して詳しく説明した。
【００５３】
圧延工程の第ｎ圧延工程は、第ｎ−１圧延工程で得られた被圧延体を、第ｎ−１圧延工程におけるロール間隔よりも狭いロール間隔に設定された一対のロールで１回又は２回以上圧延する工程（ｎは２以上の整数）と表記できる。この表記を用いると圧延工程は、電気二重層キャパシタ電極用の活性物質含有組成物を、所定のロール間隔に設定された一対のロールで１回又は２回以上圧延する第１圧延工程と、第２〜第Ｎ圧延工程と、を備える工程（Ｎは３以上の整数）と表記できる。上記実施形態の圧延工程はＮの値は３であるが、Ｎの値を４以上とし、圧延を更に多段階に分けて実施してもよい。ただし、作業性及び経済性の点から、Ｎの上限は７であることが好ましく、５であることがより好ましい。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例及び比較例に基づき本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００５５】
（実施例１）
＜活性炭の調製＞
易黒鉛化炭素原料として石油生コークスを使用し、これを５００℃で３時間炭化処理を行った。この炭化物粒子（粒径２ｍｍ以下）１質量部と、水酸化カリウム（ＫＯＨ）２．５質量部とを混合した。この混合物をニッケル製反応容器に入れ、窒素気流下７５０℃で１時間加熱し、賦活処理を行った。
【００５６】
賦活処理後、反応容器内の反応混合物を３００℃まで冷却し、窒素に代えて二酸化炭素を流し、金属カリウムを失活させた。その後、反応混合物を塩酸で洗浄し、洗液が中性になるまで水洗を繰り返した。この反応混合物を１５０℃で加熱して乾燥させた。得られた活性炭（活性炭Ａ）を、さらに１００容量ｐｐｍの酸素を含む窒素気流下、８００℃にて１．５時間乾式加熱を行い、活性炭Ｂを得た。
【００５７】
＜電気二重層キャパシタ電極の作製及び評価＞
上記で得られた活性炭Ｂ８０質量部、ケッチェンブラック１０質量部、およびポリテトラフルオロエチレン１０質量部を配合し、配合助剤としてイソプロピルアルコールを２５０質量部添加し、温度条件６０℃で０．２時間混練した。次いで、粘土状の混練物を厚さ０．１ｍｍのトリアセテートフィルム２枚の間に挟み、表１に示す通り、第１〜第６圧延工程を実施した。すなわち、ロール間隔を５段階に分けて段階的に狭くしながら圧延を繰り返した。最終的なロール間隔（第６圧延工程におけるロール間隔）は２４０μｍとした。なお、第１〜第６圧延工程においては、各ロール間隔にてそれぞれ４回ずつ圧延処理を行った。
【００５８】
第６圧延工程を経て得られた電極シートから２枚の円形シート（直径１６ｍｍ）を打ち抜いた。この円形シートを真空乾燥機で２時間乾燥し、炭素電極（電気二重層キャパシタ電極）を得た。この炭素電極の厚さ及び質量を測定し、炭素電極の密度を算出した。結果を表１に示す。
【００５９】
＜電気二重層キャパシタセルの作製及び評価＞
プロピレンカーボネート１リットル中に（Ｃ２Ｈ５）３（ＣＨ３）ＮＢＦ４を１モル溶解させ、電解液を調製した。上記のようにして作製した２枚の炭素電極にこの電解液を含浸させた。次いで、この一対の炭素電極で厚さ５０μｍのセルロース製セパレータを挟み、電解液と共にコインセル本体（直径２０ｍｍ、ＳＵＳ３１６製）内に封入した。なお、炭素電極とセル本体との間には、アルミ箔からなる集電体（厚さ２０μｍ）を配置した。集電体の一方の面にカーボン塗料を塗布し、この面と炭素電極の表面とが当接するように配置した。
【００６０】
このようにして作製した電気二重層キャパシタセルの静電容量及び内部抵抗の測定を行った。電気二重層キャパシタセルに対し、１０ｍＡにて２．７Ｖまで定電流充電、２．７Ｖにて３０分間の定電圧充電及び１ｍＡにて０Ｖまで定電流放電を行った。放電曲線から求めたエネルギー量と、炭素電極中の活性炭含有率とを用いて、活性炭単位質量あたりの静電容量及び活性炭単位体積あたりの静電容量をそれぞれ求めた。また、放電開始直後の電圧降下より内部抵抗値を算出した。結果を表１に示す。
【００６１】
（実施例２）
圧延工程の条件を表１に示す条件としたことの他は、実施例１と同様にして電気二重層キャパシタ電極及び電気二重層キャパシタセルを作製し、それぞれの評価を行った。すなわち、第１〜４圧延工程を実施し、ロール間隔を３段階に分けて段階的に狭くしながら圧延を繰り返した。最終的なロール間隔（第４圧延工程におけるロール間隔）は２８０μｍとした。なお、第１〜第４圧延工程においては、各ロール間隔にてそれぞれ４回ずつ圧延処理を行った。結果を表１に示す。
【００６２】
（比較例１）
圧延工程の条件を表１に示す条件としたことの他は、実施例１と同様にして電気二重層キャパシタ電極及び電気二重層キャパシタセルを作製し、それぞれの評価を行った。すなわち、第１及び第２圧延工程を実施することで圧延を行った。最終的なロール間隔（第２圧延工程におけるロール間隔）は４５０μｍとした。なお、第１及び第２圧延工程においては、各ロール間隔にてそれぞれ４回ずつ圧延処理を行った。結果を表１に示す。本比較例で作製した電気二重層キャパシタセルは、実施例１及び２の電気二重層キャパシタセルと比較すると、静電容量（活性炭単位質量あたり及び活性炭単位体積あたり）が小さく、内部抵抗が高かった。
【００６３】
（比較例２）
圧延工程の条件を表１に示す条件としたことの他は、実施例１と同様にして電気二重層キャパシタ電極及び電気二重層キャパシタセルを作製し、それぞれの評価を行った。すなわち、段階的な圧延処理を行うことなく、第１圧延工程のみを実施することで圧延を行った。ロール間隔は２４０μｍとした。なお、第１圧延工程においては、このロール間隔にて６回圧延処理を行った。結果を表１に示す。本比較例で作製した炭素電極は、実施例１及び２の炭素電極と比較すると、密度が低かった。また、本比較例で作製した電気二重層キャパシタセルは、実施例１及び２の電気二重層キャパシタセルと比較すると、活性炭単位体積あたりの静電容量が小さく、内部抵抗が高かった。
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る電気二重層キャパシタ電極の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気二重層キャパシタ電極及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは分極性電極（炭素電極等）で構成されるアノード及びカソードを備えている。分極性電極として、活性炭を含有する炭素電極を使用する場合、電気二重層キャパシタの静電容量を大きくするためには、炭素電極を高密度化し、活性炭の充填率を高くすることが有効である。
【０００３】
しかしながら、電気二重層キャパシタにおいて、高密度の炭素電極を使用すると電解液の導電性が阻害され、内部抵抗が増大する傾向にある。なお、内部抵抗を低くするには、炭素電極の薄型化が有効であるが、薄型化に伴って炭素電極に含まれる活性炭の量が少なくなるため、静電容量の低下につながる。
【０００４】
静電容量が十分に大きく、かつ、内部抵抗が十分に低い電気二重層キャパシタを作製するため、圧延による炭素電極の製造方法について様々な検討がなされている。例えば、特許文献１には、スクリュー押出し成形と圧延による成形とを併用する方法が記載されている。また、特許文献２には、集電体とシート状の電極材料との積層体を圧延する方法が記載されている。更に、特許文献３には、炭素電極用の混練物を乾燥、粉砕した後、これを圧延する方法が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−２８３８８７号公報
【特許文献２】特開２００２−１７５９５０号公報
【特許文献３】特開２００６−２７８９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の圧延処理を経て製造された電気二重層キャパシタ電極を備える電気二重層キャパシタは、静電容量及び内部抵抗について未だ改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、静電容量が十分に大きく、かつ、内部抵抗が十分に低い電気二重層キャパシタを作製するのに有用な電気二重層キャパシタ電極及びそ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】
本発明者らは、電気二重層キャパシタ電極用の活性物質含有組成物を圧延装置で処理して電極シートを成形する際、圧延装置のロール間隔を段階的に狭めながら繰り返し圧延することによって、高密度であっても電気二重層キャパシタの内部抵抗の増大を抑制できる電気二重層キャパシタ電極が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明に係る電気二重層キャパシタ電極の製造方法は、一対のロールを有し、当該ロール間隔を変更自在の圧延装置を用いた方法であって、電気二重層キャパシタ電極用の活性物質含有組成物を、所定のロール間隔に設定され一対のロールで１回又は２回以上圧延する第１圧延工程と、第１圧延工程で得られた被圧延体を、第１圧延工程におけるロール間隔よりも狭いロール間隔に設定された一対のロールで１回又は２回以上圧延する第２圧延工程と、第２圧延工程で得られた被圧延体を、第２圧延工程におけるロール間隔よりも狭いロール間隔に設定された一対のロールで１回又は２回以上圧延する第３圧延工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る方法によれば、圧延装置のロール間隔を段階的に狭めながら被圧延体を繰り返し圧延することによって、多段階の圧延工程を経て得られる電極シートの高密度化及び薄型化の両方を高水準に達成できる。このような電極シートによって電気二重層キャパシタ電極を構成すると、静電容量が十分に大きく、かつ、内部抵抗が十分に低い電気二重層キャパシタを作製できる。
【００１０】
この電気二重層キャパシタ電極が高密度ながらも十分に低い内部抵抗を達成できる理由は十分に明らかではないが、その主因は以下のように推察される。すなわち、ロール間隔を段階的に狭めて圧延を繰り返すと、電極シートを構成する活性物質含有組成物の均一性が向上するためと考えられる。これに加え、被圧延体を繰り返しローラ間に通すことによって、被圧延体の表面が十分に平坦となり、かつ、厚さが十分に均一になるためと考えられる。
【００１１】
本発明の電気二重層キャパシタ電極は、上記本発明に係る電気二重層キャパシタ電極の製造方法によって製造されたものである。本発明の電気二重層キャパシタ電極を使用することで、静電容量が十分に大きく、かつ、内部抵抗が十分に低い電気二重層キャパシタを作製できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、静電容量が十分に大きく、かつ、内部抵抗が十分に低い電気二重層キャパシタを作製するのに有用な電気二重層キャパシタ電極及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ電極の製造方法を示す工程図である。図１に示すように、本実施形態に係る製造方法は、活性物質含有組成物を調製する原料混練工程と、活性物質含有組成物を圧延装置に導入し、圧延によって当該組成物からなる電極シートを作製する圧延工程と、この電極シートと集電体と貼り合せて電気二重層キャパシタ電極を作製する貼合工程と、を備える。以下、各工程について説明する。
【００１５】
（原料混練工程）
原料混練工程は、活性炭と、導電性助剤と、結着剤とを混練して活性物質含有組成物を調製する工程である。
【００１６】
活性炭としては、炭素原料を賦活して得られたものであれば特に限定されない。具体例としては、メソフェーズピッチやそれを紡糸したメソフェーズ系炭素繊維を不融化・炭素化して得られるもの、石油コークスや石炭ピッチコークス等を炭素化して得られるもの、フェノール樹脂等の合成高分子系の炭化物等の炭素原料を賦活したものを例示できる。活性炭用の炭素原料の好適な例として、炭素質メソフェーズ、石油生コークス及び石炭生コークスを例示できる。
【００１７】
炭素原料を賦活処理する方法としては、従来公知の方法を採用することができる。例えば、二酸化炭素や水蒸気を含有する酸化性ガス中で炭素原料を５００〜１０００℃程度に加熱する方法、及び、炭素原料と金属水酸化物とを混合して熱処理する方法が知られている。これらの方法のうち、炭素原料と金属水酸化物とを混合して熱処理する方法が好ましく採用される。
【００１８】
賦活処理に使用する金属水酸化物としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及び水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化マグネシウム及び水酸化バリウム等のアルカリ土類金属水酸化物を例示できる。これらの金属水酸化物は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。活性炭の微細孔を効率よく形成できる点から、金属水酸化物として水酸化カリウムを使用することが特に好ましい。
【００１９】
炭素原料と金属水酸化物との混合比率（質量比）は、炭素原料の質量をＷｃ、金属水酸化物の質量をＷｍとすると、Ｗｃ／Ｗｍの値は、０．１〜２であることが好ましく、０．２〜１であることがより好ましい。当該混合比率が０．１未満であると、賦活反応の効率が低下しやすいと共に、製造される活性炭のかさ密度が不十分となりやすい。他方、当該混合比率が２を超えると、活性炭に形成される微細孔が不十分となり、製造される活性炭の比表面積が不十分となりやすい。
【００２０】
炭素原料の賦活処理には、賦活炉を用いることができる。賦活炉内を不活性ガス雰囲気に置換した後、炭素原料と金属水酸化物との混合物を５００〜１２００℃で加熱することによって活性炭を製造することができる。賦活処理の温度条件は、十分な微細孔を有する活性炭を効率的に製造する観点から、６００〜１０００℃であることがより好ましく、６００〜８００℃であることが更に好ましい。賦活処理の処理時間は、温度条件等との関連において適宜設定すればよいが、例えば３〜６時間に設定することができる。
【００２１】
賦活処理を行う賦活炉内を置換する不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス又はヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガスを挙げることができる。賦活処理を行う賦活炉内は、酸素濃度を１００容量ｐｐｍ以下に保持することが好ましい。ただし、賦活反応においては、炭化物及び金属水酸化物の他に、水等が共存していてもよい。
【００２２】
賦活処理を経て得られる活性炭に対しては、洗浄液を用いた洗浄処理を行うことが好ましい。洗浄処理を行うことによって、賦活処理後の活性炭の微細孔に残留するアルカリ金属などを除去することができる。活性炭を洗浄液中に浸漬して必要に応じて攪拌及び／又は加熱などを行った後、洗浄液と活性炭とを固液分離する。
【００２３】
洗浄液としては、水又は酸水溶液を用いることが好ましい。酸水溶液としては、例えば、塩酸、ヨウ化水素酸及び臭化水素酸などのハロゲン化水素酸、硫酸及び炭酸などの無機酸を例示できる。酸水溶液の濃度は、０．０１〜３Ｎであることが好ましい。洗浄処理は、複数の洗浄液を使用して繰り返し実施してもよい。例えば、まず水による洗浄処理を行い、その後、酸水溶液による洗浄処理を行い、更に水による洗浄処理を行ってもよい。洗浄処理が施された活性炭を回収し、適宜加熱又は風乾などを行って水分を除去することによって、乾燥した活性炭を得ることができる。
【００２４】
洗浄処理を経て得られた活性炭は、比表面積が１０〜３０００ｍ２／ｇであることが好ましく、１００〜２４００ｍ２／ｇであることがより好ましい。ここでいう「比表面積」とは、窒素ガス吸着法（吸着温度条件：−１９６℃）により得られるＢＥＴプロットにおける相対圧０．０５〜０．３の範囲での近似直線の傾きと切片とから求められる比表面積を意味する。なお、製造した活性炭の比表面積が上記の範囲外であった場合は、賦活処理の温度及び／又は処理時間を適宜調整して、再度、活性炭を製造すればよい。
【００２５】
導電性助剤としては、電気二重層キャパシタ電極内及び当該電極と集電体との間のスムーズな電荷移動を実現可能なものであれば特に制限されない。具体例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック、粉末グラファイト、酸化チタン、酸化ルテニウム等の粉末を例示できる。
【００２６】
結着剤としては、従来公知のものを使用することができる。具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン、フルオロオレフィン／ビニルエーテル共重合体架橋ポリマー等のフッ素化ポリマー、カルボキシメチルセルロース等のセルロース類、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール等のビニル系ポリマー、ポリアクリル酸等を例示できる。
【００２７】
活性物質含有組成物は、上記の活性炭、導電性助剤及び結着剤を含有することが好ましい。なお、各成分の配合量は、使用する各成分の物性等に応じて適宜選択されるが、好ましい範囲は以下の通りである。
【００２８】
活性炭の配合量は、活性炭、導電性助剤及び結着剤の合計量を１００質量部とすると、５０〜９５質量部であることが好ましく、７０〜９０質量部であることがより好ましい。活性炭の当該配合量が５０質量部未満であると、電気二重層キャパシタ電極の表面積低下が生じ、静電容量が低下しやすい。他方、活性炭の当該配合量が９５質量部を超えると、導電助剤不足による抵抗増大又は結着剤不足による電極強度低下が生じやすい。
【００２９】
導電性助剤の配合量は、活性炭、導電性助剤及び結着剤の合計量を１００質量部とすると、１〜５０質量部であることが好ましく、２〜３０質量部であることがより好ましい。導電性助剤の当該配合量が１質量部未満であると、導電助剤不足による抵抗増大が生じやすい。他方、導電性助剤の当該配合量が５０質量部を超えると、電気二重層キャパシタ電極の表面積低下が生じ、静電容量が低下しやすい。
【００３０】
結着剤の含有量は、活性炭、導電性助剤及び結着剤の合計量を１００質量部とすると、０．１〜３０質量部であることが好ましい。結着剤の当該配合量が０．１質量部未満であると、結着剤不足による電極強度低下が生じやすい。他方、結着剤の当該配合量が３０質量部を超えると、電気二重層キャパシタ電極の表面積低下が生じ、静電容量が低下しやすい。
【００３１】
なお、上記の成分を効率的且つ十分に混練する観点から、水、イソプロピルアルコール等の液体を更に配合してもよい。かかる液体の配合量は、活性炭、導電性助剤及び結着剤の合計量を１００質量部とすると、５００質量部以下であることが好ましく、２５０〜３５０質量部であることがより好ましい。
【００３２】
各成分を混練する装置としては、従来公知の装置を使用することができる。例えば、ニーダー等の混練機を例示できる。十分に均一に混合された活性物質含有組成物を得ることができれば、混練処理時の温度及び時間は特に限定されない。混練処理時の好適な温度条件は、１０〜１００℃であり、好適な処理時間は、０．１〜１時間である。
【００３３】
（圧延工程）
圧延工程は、原料混練工程を経て得られた粘土状の活性物質含有組成物を圧延装置に導入し、圧延によって当該組成物からなる電極シートを作製する工程である。図１に示す通り、圧延工程は、第１〜第３圧延工程からなる。圧延工程の各工程では、一対のロールを有し、当該ロール間隔を変更自在の圧延装置を使用する。
【００３４】
一対のロールのロール間隔を段階的に狭めながら圧延を繰り返すことで徐々に薄い被圧延体を作製し、目的の厚さの電極シートを作製する。圧延装置としては、一対のロールを有し、当該ロール間隔を変更自在のものであれば、従来公知の装置を使用できる。圧延装置の具体例としては、宝泉株式会社製のロールプレス（商品名）を例示できる。
【００３５】
第１圧延工程は、電気二重層キャパシタ電極用の活性物質含有組成物を、所定のロール間隔に設定された一対のロールで１回又は２回以上圧延する工程である。この第１圧延工程では、粘土状の活性物質含有組成物からシート状の被圧延体を作製する。第１圧延工程におけるロール間隔は、作業性及び電極シート厚の均一性を確保する観点から、２００〜６００μｍであることが好ましく、３５０〜４５０μｍであることがより好ましい。なお、第１圧延工程におけるロール間隔は活性物質含有組成物の粘度等に応じて適宜設定することができる。
【００３６】
第１圧延工程においては、活性物質含有組成物を圧延して得られた被圧延体を、繰り返し一対のロール間に通し、同一のロール間隔に設定されたままの一対のロールで複数回圧延を行ってもよい。これにより、活性物質含有組成物の成分の均一性及び被圧延体の厚さの均一性が向上する。第１圧延工程において圧延を行う処理回数は、１〜１０回であることが好ましく、２〜５回であることがより好ましい。
【００３７】
第２圧延工程は、第１圧延工程で得られた被圧延体を、第１圧延工程におけるロール間隔よりも狭いロール間隔に設定された一対のロールで１回又は２回以上圧延する工程である。この第２圧延工程では、第１圧延工程で得られた被圧延体よりも薄いシート状の被圧延体を作製する。
【００３８】
第２圧延工程においては、第１圧延工程で得られた被圧延体を１回圧延した後、これを繰り返し一対のロール間に通し、同一のロール間隔に設定されたままの一対のロールで複数回圧延を行ってもよい。これにより、活性物質含有組成物の成分の均一性及び被圧延体の厚さの均一性が向上する。第２圧延工程において圧延を行う処理回数は、１〜１０回であることが好ましく、２〜５回であることがより好ましい。
【００３９】
第３圧延工程においては、ロール間隔が更に狭く設定される以外は、第２圧延工程を同様にして圧延処理を行う。本実施形態においては、圧延工程の最終工程である第３圧延工程を経て所望の厚さの電極シートが作製される。
【００４０】
圧延工程の最終的なロール間隔は、目的とする電極シートの厚さに調整される。最終的なロール間隔は、電気二重層キャパシタ電極に要求される性能の観点から、１０〜３００μｍであることが好ましく、５０〜１５０μｍであることがより好ましい。なお、電極シートの最終的な厚さは、作製する電気二重層キャパシタの種類や用途に応じて適宜設定することができる。
【００４１】
圧延時に活性物質含有組成物がロールに付着することを防止するため、活性物質含有組成物を離型性のフィルムに挟んで圧延を行ってもよい。この場合、ロール間隔はフィルムの厚さを考慮して適宜設定すればよい。離型性のフィルムとしては、トリアセテート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等からなるフィルムを例示できる。
【００４２】
なお、圧延工程におけるロール外表面の線速度は０．５〜１０ｃｍ／秒であることが好ましく、１〜５ｃｍ／秒であることがより好ましい。ロール温度は１０〜１００℃であることが好ましく、２０〜８０℃であることがより好ましい。
【００４３】
圧延工程によれば、厚さが十分に薄い電極シートを作製できると共に、この電極シートの高密度化及び厚さの均一化が高度に達成される。また、圧延を繰り返し行うことで、電極シートを構成する活性物質含有組成物の均一性が一層向上する。電極シートのこれらの特性により、これを用いて作製された電気二重層キャパシタは優れた性能を発揮できる。すなわち、電極シートの高密度化に起因して十分に大きい静電容量が達成される一方、電極の構成材料の均一性の向上等によって内部抵抗の上昇が十分に抑制される。
【００４４】
（貼合工程）
貼合工程は、上記の圧延工程を経て作製された電極シートと、集電体と貼り合せて電気二重層キャパシタ電極を作製する工程である。電極シートを予め裁断し、電気二重層キャパシタの作製時に集電体と貼り合わせてもよいが、電極シートと集電体を貼り合せて一体化した後、この積層体を裁断することが好ましい。
【００４５】
集電体としては、公知の材質および形状のものを使用することができる。例えば、好適な集電体の例として、アルミニウム、チタン、タンタル及びニッケル等の金属及びステンレス等の合金からなるシートを例示できる。
【００４６】
電極シートと集電体とを貼り合せる方法は、特に限定されるものではない。例えば、カーボンブラック等の高導電性の粉末を混合した接着剤を使用する方法が挙げられる。かかる接着剤を集電体又は電極シートの一方に塗布した後、圧延装置を用いて貼り合わせればよい。電極シートと集電体との積層体を所定の大きさに裁断し、電気二重層キャパシタ電極が作製される。
【００４７】
（電気二重層キャパシタ）
次に、電気二重層キャパシタについて説明する。本実施形態に係る電気二重層キャパシタの単位セルは、上記のようにして作製した一対の電気二重層キャパシタ電極と、当該電極の間に配置されるセパレータとを備え、当該電極及びセパレータの微細孔には電解液が充填されている。
【００４８】
セパレータとしては、従来公知のものを使用できる。具体例として、ポリプロピレン繊維不織布、ガラス繊維不織布、合成セルロース紙等を例示できる。
【００４９】
電解液としては、公知の水系電解液及び有機系電解液を使用することができるが、有機系電解液を用いることがより好ましい。有機系電解液としては、電気化学の電解液の溶媒として使用されているものを用いることができ、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、スルホラン誘導体、３−メチルスルホラン、１，２−ジメトキシエタン、アセトニトリル、グルタロニトリル、バレロニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、メチルフォルメート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等を例示できる。これらの電解液は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００５０】
また、有機電解液中の支持電解質としては、特に限定されないが、電気化学の分野又は電池の分野で通常使用される塩類、酸類、アルカリ類等の各種のものを使用できる。例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等の無機イオン塩、４級アンモニウム塩、環状４級アンモニウム塩、４級ホスホニウム塩等を例示できる。好適な支持電解質として、（Ｃ２Ｈ５）４ＮＢＦ４、（Ｃ２Ｈ５）３（ＣＨ３）ＮＢＦ４、（Ｃ２Ｈ５）４ＰＢＦ４、（Ｃ２Ｈ５）３（ＣＨ３）ＰＢＦ４等を例示できる。電解液中のこれらの塩の濃度は、通常０．１〜５モル／リットルであり、好ましくは０．５〜３モル／リットルである。
【００５１】
電気二重層キャパシタの具体的な構造は特に限定されず、例えば、コイン型、捲回型、積層型などのいずれであってもよい。コイン型は、厚さ１０〜５００μｍの略円形の一対の電極（正極と負極）の間にセパレータを配置した積層構造体が金属ケースに収容された構造を有する。捲回型は、一対の電極がセパレータを介して捲回された構造を有する。積層型は、セパレータを介して多数の電極群が積み重ねられた構造を有する。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について圧延工程が第１〜第３圧延工程からなる場合を例示して詳しく説明した。
【００５３】
圧延工程の第ｎ圧延工程は、第ｎ−１圧延工程で得られた被圧延体を、第ｎ−１圧延工程におけるロール間隔よりも狭いロール間隔に設定された一対のロールで１回又は２回以上圧延する工程（ｎは２以上の整数）と表記できる。この表記を用いると圧延工程は、電気二重層キャパシタ電極用の活性物質含有組成物を、所定のロール間隔に設定された一対のロールで１回又は２回以上圧延する第１圧延工程と、第２〜第Ｎ圧延工程と、を備える工程（Ｎは３以上の整数）と表記できる。上記実施形態の圧延工程はＮの値は３であるが、Ｎの値を４以上とし、圧延を更に多段階に分けて実施してもよい。ただし、作業性及び経済性の点から、Ｎの上限は７であることが好ましく、５であることがより好ましい。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例及び比較例に基づき本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００５５】
（実施例１）
＜活性炭の調製＞
易黒鉛化炭素原料として石油生コークスを使用し、これを５００℃で３時間炭化処理を行った。この炭化物粒子（粒径２ｍｍ以下）１質量部と、水酸化カリウム（ＫＯＨ）２．５質量部とを混合した。この混合物をニッケル製反応容器に入れ、窒素気流下７５０℃で１時間加熱し、賦活処理を行った。
【００５６】
賦活処理後、反応容器内の反応混合物を３００℃まで冷却し、窒素に代えて二酸化炭素を流し、金属カリウムを失活させた。その後、反応混合物を塩酸で洗浄し、洗液が中性になるまで水洗を繰り返した。この反応混合物を１５０℃で加熱して乾燥させた。得られた活性炭（活性炭Ａ）を、さらに１００容量ｐｐｍの酸素を含む窒素気流下、８００℃にて１．５時間乾式加熱を行い、活性炭Ｂを得た。
【００５７】
＜電気二重層キャパシタ電極の作製及び評価＞
上記で得られた活性炭Ｂ８０質量部、ケッチェンブラック１０質量部、およびポリテトラフルオロエチレン１０質量部を配合し、配合助剤としてイソプロピルアルコールを２５０質量部添加し、温度条件６０℃で０．２時間混練した。次いで、粘土状の混練物を厚さ０．１ｍｍのトリアセテートフィルム２枚の間に挟み、表１に示す通り、第１〜第６圧延工程を実施した。すなわち、ロール間隔を５段階に分けて段階的に狭くしながら圧延を繰り返した。最終的なロール間隔（第６圧延工程におけるロール間隔）は２４０μｍとした。なお、第１〜第６圧延工程においては、各ロール間隔にてそれぞれ４回ずつ圧延処理を行った。
【００５８】
第６圧延工程を経て得られた電極シートから２枚の円形シート（直径１６ｍｍ）を打ち抜いた。この円形シートを真空乾燥機で２時間乾燥し、炭素電極（電気二重層キャパシタ電極）を得た。この炭素電極の厚さ及び質量を測定し、炭素電極の密度を算出した。結果を表１に示す。
【００５９】
＜電気二重層キャパシタセルの作製及び評価＞
プロピレンカーボネート１リットル中に（Ｃ２Ｈ５）３（ＣＨ３）ＮＢＦ４を１モル溶解させ、電解液を調製した。上記のようにして作製した２枚の炭素電極にこの電解液を含浸させた。次いで、この一対の炭素電極で厚さ５０μｍのセルロース製セパレータを挟み、電解液と共にコインセル本体（直径２０ｍｍ、ＳＵＳ３１６製）内に封入した。なお、炭素電極とセル本体との間には、アルミ箔からなる集電体（厚さ２０μｍ）を配置した。集電体の一方の面にカーボン塗料を塗布し、この面と炭素電極の表面とが当接するように配置した。
【００６０】
このようにして作製した電気二重層キャパシタセルの静電容量及び内部抵抗の測定を行った。電気二重層キャパシタセルに対し、１０ｍＡにて２．７Ｖまで定電流充電、２．７Ｖにて３０分間の定電圧充電及び１ｍＡにて０Ｖまで定電流放電を行った。放電曲線から求めたエネルギー量と、炭素電極中の活性炭含有率とを用いて、活性炭単位質量あたりの静電容量及び活性炭単位体積あたりの静電容量をそれぞれ求めた。また、放電開始直後の電圧降下より内部抵抗値を算出した。結果を表１に示す。
【００６１】
（実施例２）
圧延工程の条件を表１に示す条件としたことの他は、実施例１と同様にして電気二重層キャパシタ電極及び電気二重層キャパシタセルを作製し、それぞれの評価を行った。すなわち、第１〜４圧延工程を実施し、ロール間隔を３段階に分けて段階的に狭くしながら圧延を繰り返した。最終的なロール間隔（第４圧延工程におけるロール間隔）は２８０μｍとした。なお、第１〜第４圧延工程においては、各ロール間隔にてそれぞれ４回ずつ圧延処理を行った。結果を表１に示す。
【００６２】
（比較例１）
圧延工程の条件を表１に示す条件としたことの他は、実施例１と同様にして電気二重層キャパシタ電極及び電気二重層キャパシタセルを作製し、それぞれの評価を行った。すなわち、第１及び第２圧延工程を実施することで圧延を行った。最終的なロール間隔（第２圧延工程におけるロール間隔）は４５０μｍとした。なお、第１及び第２圧延工程においては、各ロール間隔にてそれぞれ４回ずつ圧延処理を行った。結果を表１に示す。本比較例で作製した電気二重層キャパシタセルは、実施例１及び２の電気二重層キャパシタセルと比較すると、静電容量（活性炭単位質量あたり及び活性炭単位体積あたり）が小さく、内部抵抗が高かった。
【００６３】
（比較例２）
圧延工程の条件を表１に示す条件としたことの他は、実施例１と同様にして電気二重層キャパシタ電極及び電気二重層キャパシタセルを作製し、それぞれの評価を行った。すなわち、段階的な圧延処理を行うことなく、第１圧延工程のみを実施することで圧延を行った。ロール間隔は２４０μｍとした。なお、第１圧延工程においては、このロール間隔にて６回圧延処理を行った。結果を表１に示す。本比較例で作製した炭素電極は、実施例１及び２の炭素電極と比較すると、密度が低かった。また、本比較例で作製した電気二重層キャパシタセルは、実施例１及び２の電気二重層キャパシタセルと比較すると、活性炭単位体積あたりの静電容量が小さく、内部抵抗が高かった。
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る電気二重層キャパシタ電極の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のロールを有し、当該ロール間隔を変更自在の圧延装置を用いた電気二重層キャパシタ電極の製造方法であって、
電気二重層キャパシタ電極用の活性物質含有組成物を、所定のロール間隔に設定された前記一対のロールで１回又は２回以上圧延する第１圧延工程と、
前記第１圧延工程で得られた被圧延体を、前記第１圧延工程におけるロール間隔よりも狭いロール間隔に設定された前記一対のロールで１回又は２回以上圧延する第２圧延工程と、
前記第２圧延工程で得られた被圧延体を、前記第２圧延工程におけるロール間隔よりも狭いロール間隔に設定された前記一対のロールで１回又は２回以上圧延する第３圧延工程と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法によって製造された電気二重層キャパシタ電極。
【請求項１】
一対のロールを有し、当該ロール間隔を変更自在の圧延装置を用いた電気二重層キャパシタ電極の製造方法であって、
電気二重層キャパシタ電極用の活性物質含有組成物を、所定のロール間隔に設定された前記一対のロールで１回又は２回以上圧延する第１圧延工程と、
前記第１圧延工程で得られた被圧延体を、前記第１圧延工程におけるロール間隔よりも狭いロール間隔に設定された前記一対のロールで１回又は２回以上圧延する第２圧延工程と、
前記第２圧延工程で得られた被圧延体を、前記第２圧延工程におけるロール間隔よりも狭いロール間隔に設定された前記一対のロールで１回又は２回以上圧延する第３圧延工程と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法によって製造された電気二重層キャパシタ電極。
【図１】
【公開番号】特開２００８−２５２０２３（Ｐ２００８−２５２０２３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９４６９０（Ｐ２００７−９４６９０）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００４４４４）新日本石油株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００４４４４）新日本石油株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
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