JP2007273889A - Electrode for electric double layer capacitor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】高密度で均質な電気二重層キャパシタ用電極を製造する方法、並びに内部抵抗の小さい電気二重層キャパシタ用電極、特に高容量で大電流を流すことが必要とされる用途向けの電気二重層キャパシタ用の電極を提供する。
【解決手段】炭素質材料、加工助剤及びポリテトラフルオロエチレンを含む混合物を押出してシート状または棒状に成形した成形体を、押出し方向に沿って一定長さに切断して成形体片とした後、成形体片同士をその厚さ方向に沿って積層し、積層方向に沿ってシート状に押出し、得られたシート状成形体を所定の厚さに圧延した後、電極形状に切断する電気ニ重層キャパシタ用電極の製造方法、並びに圧延方向及び該圧延方向と直交する方向における引張強さが何れも2.0kg/cm2以上である電気二重層キャパシタ用電極。
【選択図】図3A method of manufacturing a high-density and homogeneous electrode for an electric double layer capacitor, and an electrode for an electric double layer capacitor having a low internal resistance, particularly for an application requiring a high capacity and a large current flow. An electrode for a multilayer capacitor is provided.
A molded body obtained by extruding a mixture containing a carbonaceous material, a processing aid and polytetrafluoroethylene into a sheet shape or a rod shape is cut into a certain length along the extrusion direction to obtain a molded body piece. Thereafter, the molded pieces are stacked along the thickness direction, extruded into a sheet shape along the stacking direction, and the obtained sheet-shaped formed body is rolled to a predetermined thickness and then cut into an electrode shape. A method for producing a double layer capacitor electrode, and an electrode for an electric double layer capacitor, each having a tensile strength in a rolling direction and a direction perpendicular to the rolling direction of 2.0 kg / cm 2 or more.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、炭素物質からなる電気二重層キャパシタ用電極と、この電極を用いた電気二重層キャパシタに関する。 The present invention relates to an electrode for an electric double layer capacitor made of a carbon material, and an electric double layer capacitor using this electrode.
分極性電極と電解質界面で形成される電気二重層を利用した電気二重層キャパシタ、特にコイン型形状のものは、メモリバックアップ電源として近年急速に需要が伸びている。一方、自動車をはじめとした各種輸送機の電源等の大容量が必要とされる用途に対しても、単位体積あたりの容量が大きく内部抵抗が低い高エネルギ密度かつ高出力密度の電気二重層キャパシタの開発が望まれている。また、メモリバックアップ向けの電気二重層キャパシタについても内部抵抗の低減が望まれており、このような特性を実現するために、二重層キャパシタ用電極には薄膜で長尺なシート状であることが必要となる。この種のシート状電極の製造方法として種々の方法が提案されている。 In recent years, demand for an electric double layer capacitor using an electric double layer formed at a polarizable electrode and an electrolyte interface, particularly a coin type capacitor, has been rapidly increasing as a memory backup power source. On the other hand, high energy density and high power density electric double layer capacitors with large capacity per unit volume and low internal resistance for applications that require large capacity such as power supplies for various transportation equipment including automobiles Development is desired. In addition, the electric double layer capacitor for memory backup is also required to reduce the internal resistance, and in order to realize such characteristics, the electrode for the double layer capacitor must be a thin and long sheet. Necessary. Various methods have been proposed for producing this type of sheet-like electrode.
例えば、炭素微粉、導電性助剤及びバインダーとしてフッ素樹脂からなる原料を混合、混練して混練物とした後、この混練物をロールプレスで所定の厚さのシート状成形体とすることが知られている(特許文献1参照)。しかしながら、この方法で得られる電極は、混合後混錬を行う事によってバインダーが不均一に繊維化され、シート状に成形、圧延した時にシート密度の粗密が発生し、電極の引張り強度が低下したり、薄肉のシート化では割れ等が発生して成形が困難になる問題があった。 For example, it is known that carbon fine powder, a conductive assistant and a raw material made of a fluororesin as a binder are mixed and kneaded to obtain a kneaded product, and then the kneaded product is formed into a sheet-like molded body having a predetermined thickness by a roll press. (See Patent Document 1). However, in the electrode obtained by this method, the binder is non-uniformly fiberized by kneading after mixing, and when the sheet is formed and rolled, the density of the sheet density is increased, and the tensile strength of the electrode is reduced. In addition, there has been a problem that formation of a thin sheet makes cracking and the like difficult to form.
また、電気二重層キャパシタ用として、薄型で、かつ長尺なシート状電極を製造する方法としては、炭素微粉末と含フッ素重合体樹脂と液状潤滑剤との混合物を、シート状に予備成形し、予備成形体同士を端部で重ねて圧延接合して、連続した長尺の予備成形体にした後に、液状潤滑剤を除去し、次いで予備成形体を加熱した圧延ロールで成形する方法が提案されている(特許文献2参照)。しかしながら、この方法で長尺のシート状電極を得るためには、ペースト状の粘稠混和物を調製し、それを圧延して厚さ1mm程度のシート状の予備成形体を複数調製し、複数の予備成形体同士を端部で重ねて圧延ロールで接合するという複雑な工程を経て長尺の予備成形体を製造する必要があり、生産効率の悪い問題がある。またこのような製造方法によるシート状の予備成形物は厚さおよび硬さのばらつきを有することが多く、さらにその端部を重ねて接合すると、接合部がその他の部位と均質にはならないため、接合された長尺のシート状の予備成形体は、厚さおよび硬さのばらつきを有する。したがって、このような予備成形体を圧延して得られる薄型のシート状電極は、厚さおよび硬さが均一にならないという問題があった。 As a method for producing a thin and long sheet-like electrode for an electric double layer capacitor, a mixture of a fine carbon powder, a fluoropolymer resin, and a liquid lubricant is preformed into a sheet. A method is proposed in which the preforms are rolled and joined at the edges to form a continuous long preform, the liquid lubricant is removed, and then the preform is molded with a heated rolling roll. (See Patent Document 2). However, in order to obtain a long sheet-like electrode by this method, a paste-like viscous mixture is prepared and rolled to prepare a plurality of sheet-like preforms having a thickness of about 1 mm. It is necessary to produce a long preform through a complicated process of stacking the preforms at the ends and joining them with a rolling roll, resulting in a problem of poor production efficiency. In addition, the sheet-like preform by such a manufacturing method often has variations in thickness and hardness, and when the end portions are overlapped and joined, the joint portion does not become homogeneous with other parts, The joined long sheet-like preform has variations in thickness and hardness. Therefore, the thin sheet-like electrode obtained by rolling such a preform has a problem that the thickness and hardness are not uniform.
また、活性炭粉末とポリテトラフルオロエチレンを混合してペースト化し、集電体に塗工し乾燥した後、ポリテトラフルオロエチレンの融点以上に加熱し、プレス成形して電極を薄膜化し、密度を上げる方法も提案されている(特許文献3参照)。しかしながら、この方法では結着剤のポリテトラフルオロエチレンが高度に繊維化しておらず、塊状で存在するため、電極の内部抵抗が上がる問題を有している。 Also, the activated carbon powder and polytetrafluoroethylene are mixed to form a paste, applied to the current collector, dried, then heated to a temperature higher than the melting point of polytetrafluoroethylene, press-molded to reduce the thickness of the electrode and increase the density. A method has also been proposed (see Patent Document 3). However, this method has a problem in that the internal resistance of the electrode is increased because the polytetrafluoroethylene binder is not highly fiberized and exists in a lump.
本発明は前述した従来の問題を解決すべくなされたものであり、高密度で均質な電気二重層キャパシタ用電極を製造する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、内部抵抗の小さい電気二重層キャパシタ用電極、特に高容量で大電流を流すことが必要とされる用途向けの電気二重層キャパシタ用の電極を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a high-density and homogeneous electrode for an electric double layer capacitor. Another object of the present invention is to provide an electrode for an electric double layer capacitor having a low internal resistance, particularly an electrode for an electric double layer capacitor for applications that require a large current to flow with a high capacity.
上記目的を達成するために、本発明は下記の電気二重層キャパシタ用電極及びその製造方法を提供する。
(1)炭素質材料、加工助剤及びポリテトラフルオロエチレンを含む混合物を押出してシート状または棒状に成形する第1の押出工程と、第1の押出工程で得られた成形体を押出し方向に沿って一定長さに切断した成形体片をその厚さ方向に沿って積層し、積層方向に沿ってシート状に押出す第2の押出工程と、第2の押出工程で得られたシート状成形体を所定の厚さに圧延する圧延工程とを含むことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
(2)第2の押出工程において、押出用のシリンダーが空になる前に新た成形体片を補給し、長尺のシート状成形体を押出すことを特徴とする上記(1)記載の電気ニ重層キャパシタ用電極の製造方法。
(3)ポリテトラフルオロエチレンが、該ポリテトラフルオロエチレンと炭素質材料との合計量の1〜50質量%であり、加工助剤がポリテトラフルオロエチレンと炭素質材料との合計量に対して20〜90質量%である混合物を使用することを特徴とする上記(1)または(2)記載の電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
(4)第1の押出工程において押出比率が5〜500であり、第2の押出工程において押出比率が1〜300であることを特徴とする上記(1)〜(3)の何れか1項に記載の電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
(5)炭素質材料、加工助剤及びポリテトラフルオロエチレンを含み、上記(1)〜(4)の何れか1項に記載の製造方法により得られ、かつ、シート面における幅方向及び長さ方向の各引張強さが何れも2.0kg/cm2以上であることを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following electrode for an electric double layer capacitor and a method for producing the same.
(1) A first extrusion step in which a mixture containing a carbonaceous material, a processing aid and polytetrafluoroethylene is extruded to form a sheet or rod shape, and the molded body obtained in the first extrusion step in the extrusion direction A molded body piece cut to a certain length along the thickness direction, laminated along the thickness direction, and extruded into a sheet shape along the lamination direction, and a sheet shape obtained in the second extrusion process A method of manufacturing an electrode for an electric double layer capacitor, comprising: a rolling step of rolling the formed body to a predetermined thickness.
(2) In the second extruding step, before the cylinder for extrusion becomes empty, a new formed body piece is replenished, and a long sheet-shaped formed body is extruded. Manufacturing method of electrode for double layer capacitor.
(3) The polytetrafluoroethylene is 1 to 50% by mass of the total amount of the polytetrafluoroethylene and the carbonaceous material, and the processing aid is based on the total amount of the polytetrafluoroethylene and the carbonaceous material. The method for producing an electrode for an electric double layer capacitor as described in (1) or (2) above, wherein a mixture of 20 to 90% by mass is used.
(4) The extrusion ratio is 5 to 500 in the first extrusion process, and the extrusion ratio is 1 to 300 in the second extrusion process. Any one of (1) to (3) above A manufacturing method of the electrode for electric double layer capacitors given in 2.
(5) A carbonaceous material, a processing aid, and polytetrafluoroethylene, which are obtained by the production method according to any one of (1) to (4) above, and in the width direction and length on the sheet surface An electrode for an electric double layer capacitor, wherein each of the tensile strengths in the direction is 2.0 kg / cm 2 or more.
本発明によれば、炭素質材料、加工助剤及びポリテトラフルオロエチレンを含む混合物を押出方向の異なる2段階の押出工程によりシート状に成形するため、高密度で均質な電気二重層キャパシタ用電極が得られる。また、本発明の電気二重層キャパシタ用電極は内部抵抗が小さくなり、本発明の電気二重層キャパシタ用電極を用いることで、内部容量の大きな電気二重層キャパシタが得られる。 According to the present invention, a mixture containing a carbonaceous material, a processing aid, and polytetrafluoroethylene is formed into a sheet by a two-stage extrusion process with different extrusion directions. Is obtained. Further, the internal resistance of the electrode for an electric double layer capacitor of the present invention is reduced, and an electric double layer capacitor having a large internal capacitance can be obtained by using the electrode for an electric double layer capacitor of the present invention.
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明では、炭素質材料、加工助剤及びポリテトラフルオロエチレンを含む混合物を成形用の出発材料とする。 In the present invention, a mixture containing a carbonaceous material, a processing aid and polytetrafluoroethylene is used as a starting material for molding.
炭素質材料としては、活性炭、カーボンブラック等からなり、かつ比表面積が200〜3500m2 /gである粉末が好ましい。また、カーボンファイバ、カーボンウィスカ、グラファイト等の繊維又は粉末も、比表面積が200〜3500m2 /gであれば好ましく使用できる。活性炭としてはヤシガラ系、石油ピッチ系、石油コークス系又はフェノール樹脂系等が使用でき、粒径が0.1〜100μm、特には1〜20μmであると、薄膜化しやすく、容量密度も高くなりやすいので好ましい。また、カーボンブラックは、導電材として他の炭素質材料と混合して使用することも好ましい。カーボンブラックの粒径は0.001〜1μm、特には0.01〜0.5μmが好ましく、また、その比表面積としては200〜2000m2 /g、好ましくは500〜1500m2 /gである。また、カーボンファイバ、カーボンウィスカ等の繊維においては、繊維径が0.01〜50μm、特に0.1〜30μmが好ましく、繊維長は1〜500μm、特に5〜100μmが好ましく、グラファイト粉末の粒径は0.1〜100μm、特に1〜50μmが好ましい。このような繊維径、繊維長または粒径であれば、薄膜化しやすく、内部抵抗を小さくすることができる。 As the carbonaceous material, a powder made of activated carbon, carbon black or the like and having a specific surface area of 200 to 3500 m 2 / g is preferable. Further, fibers or powders such as carbon fibers, carbon whiskers, and graphite can also be preferably used if the specific surface area is 200 to 3500 m 2 / g. As activated carbon, coconut husk type, petroleum pitch type, petroleum coke type or phenol resin type can be used, and when the particle size is 0.1 to 100 μm, particularly 1 to 20 μm, it is easy to form a thin film and the capacity density tends to be high. Therefore, it is preferable. Carbon black is also preferably used as a conductive material mixed with other carbonaceous materials. Carbon black having a particle size of 0.001 to, particularly preferably 0.01 to 0.5 [mu] m, also, that as the specific surface area of 200-2000 m 2 / g, preferably from 500 to 1500 2 / g. Further, in fibers such as carbon fiber and carbon whisker, the fiber diameter is preferably 0.01 to 50 μm, particularly preferably 0.1 to 30 μm, the fiber length is preferably 1 to 500 μm, particularly preferably 5 to 100 μm, and the particle size of the graphite powder. Is preferably 0.1 to 100 μm, particularly preferably 1 to 50 μm. With such a fiber diameter, fiber length, or particle diameter, it is easy to make a thin film and the internal resistance can be reduced.
中でも、カーボンブラックと、比表面積200〜3500m2 /gで粒径0.1〜100μmの活性炭とを併用することで、電気二重層キャパシタ用電極の内部抵抗を低くでき、電気二重層キャパシタの内部容量を高く維持できるので好ましい。 In particular, the combined use of carbon black and activated carbon having a specific surface area of 200-3500 m 2 / g and a particle size of 0.1-100 μm can reduce the internal resistance of the electrode for the electric double layer capacitor, This is preferable because the capacity can be maintained high.
ポリテトラフルオロエチレンは、テトラフルオロエチレンの単独重合体だけでなく、テトラフルオロエチレンに対して他の単量体を0.5モル%以下加えて共重合させて得られる共重合体も含まれる。他の単量体が0.5モル%以下であれば、ポリテトラフルオロエチレンに溶融流動性が付与されず、テトラフルオロエチレン単独重合体同様に繊維化して高強度かつ低抵抗のシート状の電極を作製できる。他の単量体としては、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、トリフルオロエチレン、パーフルオロアルキルエチレン等が例示される。 Polytetrafluoroethylene includes not only a homopolymer of tetrafluoroethylene but also a copolymer obtained by copolymerizing another monomer with 0.5 mol% or less of tetrafluoroethylene. If other monomer is 0.5 mol% or less, melt flowability is not imparted to polytetrafluoroethylene, and it is made into a fiber like a tetrafluoroethylene homopolymer and has a high strength and low resistance in the form of a sheet-like electrode Can be produced. Examples of other monomers include hexafluoropropylene, chlorotrifluoroethylene, perfluoroalkyl vinyl ether, trifluoroethylene, and perfluoroalkylethylene.
また、ポリテトラフルオロエチレンは、低分子量であると液状又はゲル状となり繊維化しにくいので、標準比重から計算される分子量が1×106以上の重合体を50質量%以上含んでいることが好ましい。また、ポリテトラフルオロエチレンは、乳化重合により得られるものが繊維化しやすいので好ましい。 In addition, since polytetrafluoroethylene has a low molecular weight and is in a liquid or gel form and is difficult to be fiberized, it preferably contains 50% by mass or more of a polymer having a molecular weight calculated from the standard specific gravity of 1 × 10 6 or more. . In addition, polytetrafluoroethylene is preferable because the one obtained by emulsion polymerization is easily fiberized.
加工助剤は、ポリテトラフルオロエチレンが適度に繊維化及び塑性変形するように加えるものであり、ポリテトラフルオロエチレンを容易に湿潤させかつ成形された電極より容易に除去できる液体であればいずれも使用できる。具体的には、エタノール、メタノール、灯油、ソルベントナフサ、ホワイトナフサ、イソパラフィン等の炭化水素類、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン等のアルコール系溶剤、エチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテル系溶剤等が挙げられ、特にソルベントナフサ又はイソパラフィンが好ましく使用できる。 The processing aid is added so that the polytetrafluoroethylene is moderately fibrillated and plastically deformed, and any liquid that can easily wet the polytetrafluoroethylene and easily remove it from the molded electrode. Can be used. Specifically, hydrocarbons such as ethanol, methanol, kerosene, solvent naphtha, white naphtha, isoparaffin, alcohol solvents such as methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, glycerin, Examples include ether solvents such as ethylene glycol monobutyl ether, and particularly, solvent naphtha or isoparaffin can be preferably used.
また、ポリテトラフルオロエチレン水性ディスパージョン等のフッ素樹脂ディスパージョン類も加工助剤として使用でき、単独で使用しても他の加工助剤と併用してもよい。 Also, fluororesin dispersions such as polytetrafluoroethylene aqueous dispersion can be used as a processing aid, and may be used alone or in combination with other processing aids.
ポリテトラフルオロエチレン、炭素質材料及び加工助剤の混合比は、ポリテトラフルオロエチレンが、炭素質材料とポリテトラフルオロエチレンとの合計量に対して1〜50質量%、さらには3〜30質量%であることが好ましい。ポリテトラフルオロエチレンは電極の形状を保つバインダーとして電極中に含まれる成分であるから、ポリテトラフルオロエチレンが1質量%未満であると強度が弱く、50質量%を超えると電極の内部抵抗が増大しやすい。また、加工助剤は、炭素質材料とポリテトラフルオロエチレンとの合計量に対して20〜90質量%、好ましくは40〜80質量%である。加工助剤が20質量%未満であると押出し圧力が高くなりすぎて成形が困難となる。90質量%を超えると押出し圧力が上がらず、ポリテトラフルオロエチレンが充分に繊維化されず強度の低いシートになりやすい。 The mixing ratio of the polytetrafluoroethylene, the carbonaceous material and the processing aid is such that the polytetrafluoroethylene is 1 to 50% by mass, more preferably 3 to 30% by mass with respect to the total amount of the carbonaceous material and polytetrafluoroethylene. % Is preferred. Since polytetrafluoroethylene is a component contained in the electrode as a binder that maintains the shape of the electrode, if the polytetrafluoroethylene is less than 1% by mass, the strength is weak, and if it exceeds 50% by mass, the internal resistance of the electrode increases. It's easy to do. Further, the processing aid is 20 to 90 mass%, preferably 40 to 80 mass%, based on the total amount of the carbonaceous material and polytetrafluoroethylene. If the processing aid is less than 20% by mass, the extrusion pressure becomes too high and molding becomes difficult. When it exceeds 90% by mass, the extrusion pressure does not increase, and the polytetrafluoroethylene is not sufficiently fiberized and tends to be a low-strength sheet.
混合物の調製に際し、炭素質材料とポリテトラフルオロエチレンとを混合した後に加工助剤を添加し、更に混合してもよいし、炭素質材料、ポリテトラフルオロエチレン及び加工助剤を同時混合してもよい。 In preparing the mixture, the carbonaceous material and polytetrafluoroethylene may be mixed and then a processing aid may be added and further mixed, or the carbonaceous material, polytetrafluoroethylene and the processing aid may be mixed simultaneously. Also good.
電気二重層キャパシタ用電極を製造するには、先ず、炭素質材料とポリテトラフルオロエチレンと加工助剤との混合物を予備成形した後、図1に示す押出機10に入れて押出成形して、ロッド、シート等の形状の成形体2を得る(第1の押出工程)。
In order to produce an electrode for an electric double layer capacitor, first, a mixture of a carbonaceous material, polytetrafluoroethylene, and a processing aid is preformed, then placed in an
次いで、図2に示すように、第1の押出工程で得られた成形体2を、押出し方向に沿って一定長さに切断して成形体片2aとする。
Next, as shown in FIG. 2, the molded
次いで、図3に示すように、成形体片2aを、その厚さ方向に沿って積層した状態で押出機20のシリンダーに充填し、積層方向に沿って加圧してシート状の成形体3を得る(第2の押出工程)。従って、第2の押出工程で得られる成形体3は、第1の押出工程における加圧方向と直交する方向に加圧されたものとなる。尚、この第2の押出工程において、成形体片2aは、押出機20のシリンダー内での安定性や加圧のし易さから、平面形状で矩形であることが好ましく、第1の押出工程において、成形体2を長尺のシート状とし、その長手方向に切断することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 3, the molded body piece 2 a is filled in the cylinder of the
また、第2の押出工程において、押出機20のシリンダーが空になる前に新たな成形体片2aを補給し、加圧して間歇的に押出成形することで、連続した長尺のシート状の成形体3が得られる。
Also, in the second extrusion step, a continuous long sheet-like sheet is formed by replenishing a new molded body piece 2a before the cylinder of the
上記第1の押出工程において、押出比率、即ち押出機10において、予備成形体を入れるシリンダーの断面積を押出しノズルの断面積で割った値を5〜500とすることが好ましく、より好ましくは10〜100とする。この押出比率が5未満では成形体2が柔らかすぎて形状を保持しがたい。500超では押出しが困難となり、成形体2が脆く、第2の押出工程において連続シート化が困難となる。
In the first extrusion step, the extrusion ratio, that is, the value obtained by dividing the cross-sectional area of the cylinder into which the preform is put by the cross-sectional area of the extrusion nozzle in the
また、第2の押出工程においては、押出比率を1〜300とすることが好ましく、より好ましくは3〜100とする。この押出比率が1未満では成形体3が柔らかすぎて形状を連続化しがたい。300超では押出しが困難となり、成形体3が脆く、連続したシート化が困難となる。
In the second extrusion step, the extrusion ratio is preferably 1 to 300, more preferably 3 to 100. If the extrusion ratio is less than 1, the molded
次いで、シート状の成形体3を圧延ロールの間に通して圧延することにより、所定の厚さのシートとする(圧延工程)。電気二重層キャパシタは、容量密度を高めるためにシート厚は薄いことが好ましいが、薄すぎると電気二重層キャパシタを作製するときに、シートの強度が不足して取り扱いが困難となるため、厚さを0.002〜0.35mmとすることが好ましく、0.003〜0.30mmとすることがより好ましい。そこで、この圧延工程では、成形体3をこのようなシート厚に圧延する。尚、ロール圧延するときの圧延温度、即ちシートと接する圧延ロールの温度は、20〜350℃が好ましく、より好ましくは40〜180℃である。圧延温度が20℃未満ではポリテトラフルオロエチレンが充分に繊維化されず脆いシートとなりやすい。圧延温度が350℃を超えると加工助剤の蒸発が激しいため、シート表面にヒビ割れ、剥離等が生じやすい。
Next, the sheet-like
ロール圧延して成形されたシートは、その後、加工助剤を除去するために乾燥する。乾燥温度は、加工助剤の沸点以上でかつポリテトラフルオロエチレンの融点以下の温度が好ましい。また、乾燥後又は加工助剤を一部除去した半乾燥後のシート状物を、延伸処理してもよい。更に、延伸処理した後、再びロール圧延をしてもよい。 The sheet formed by roll rolling is then dried to remove the processing aid. The drying temperature is preferably a temperature not lower than the boiling point of the processing aid and not higher than the melting point of polytetrafluoroethylene. Moreover, you may extend | stretch the sheet-like material after drying or the semi-drying which removed some processing aids. Further, after the stretching treatment, roll rolling may be performed again.
上記一連の工程において、第1の押出工程で押出された成形体2は、ポリテトラフルオロエチレンが押出し方向と同方向に繊維化されている。また、第2の押出工程では成形体2は、第1の押出工程での押出し方向と直角方向にポリテトラフルオロエチレンが繊維化される。そして、ロール圧延を第2の押出工程の押出し方向と同方向に行う事で圧延方向の繊維化が進み、ポリテトラフルオロエチレンが縦横に繊維化された網目構造となり、炭素質材料がこの網目構造により保持される。そのため、ポリテトラフルオロエチレンが少量であっても形状保持性に優れており、容易に薄膜化でき、耐亀裂性や耐破壊性に優れ、高強度のシート状が得られる。また、相対的に炭素質材料の量が多くなり、導電性が高まり、低抵抗にもなる。あるいは、少量の炭素質材料であっても、十分な導電性を確保することができる。
In the series of steps described above, the molded
次いで、圧延されたシートを所定の形状に切断してシート片とし、本発明の電気二重層キャパシタ用電極が得られる(切断工程)。 Next, the rolled sheet is cut into a predetermined shape to obtain a sheet piece, and the electric double layer capacitor electrode of the present invention is obtained (cutting step).
また、必要に応じて、シート片を焼成してもよい。焼成は、ポリテトラフルオロエチレンの融点以上の温度における完全焼成であっても、ポリテトラフルオロエチレンの融点未満の温度における不完全焼成であってもよい。 Moreover, you may bake a sheet piece as needed. The firing may be complete firing at a temperature equal to or higher than the melting point of polytetrafluoroethylene or incomplete firing at a temperature lower than the melting point of polytetrafluoroethylene.
このようにして得られる本発明の電気二重層キャパシタ用電極は、縦横2方向の各引張強さが共に2.0kg/cm2 以上であり、高強度となる。より好ましくは、4.0kg/cm2 以上である。尚、引張強さとは、シート状の電極を250℃で1時間乾燥した後、JIS−K6301に規定される1号形のダンベル状試験片の形状に打ち抜き、雰囲気温度25±2℃にて引張速度20mm/minで引張試験を行ったときの最大荷重を断面積(電極の厚さ×平行部の幅)で割った値をいう。 The electric double layer capacitor electrode of the present invention thus obtained has a tensile strength of 2.0 kg / cm 2 or more in both the vertical and horizontal directions, and has high strength. More preferably, it is 4.0 kg / cm 2 or more. The tensile strength means that after a sheet-like electrode is dried at 250 ° C. for 1 hour, it is punched into the shape of No. 1 dumbbell-shaped test piece defined in JIS-K6301 and pulled at an ambient temperature of 25 ± 2 ° C. A value obtained by dividing the maximum load when the tensile test is performed at a speed of 20 mm / min by the cross-sectional area (electrode thickness × width of parallel part).
次に、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。 Next, examples of the present invention will be described. However, this invention is not limited only to those Examples.
[実施例1]
予め120℃で2時間真空乾燥した比表面積1800m2/gの活性炭を80質量%、カーボンブラック10質量%、ポリテトラフルオロエチレン粉末10質量%をミキサの容器内に投入し混合を行い、更に混合粉末体全量に対して、イソパラフィン系加工助剤62質量%を容器内に添加・混合して混合物を得た。
[Example 1]
80% by mass of an activated carbon having a specific surface area of 1800 m 2 / g, which has been vacuum-dried at 120 ° C. for 2 hours in advance, 10% by mass of carbon black and 10% by mass of polytetrafluoroethylene powder are put into a mixer container and mixed. With respect to the total amount of the powder body, 62% by mass of an isoparaffin-based processing aid was added and mixed in the container to obtain a mixture.
次に第1の押出工程を行うために、40kg/cm2 の圧力で混合物を予備成形した。この予備成形品を内径40mmのシリンダーを有し、ノズルが7mm角、押出比率25の矩形ノズルを備えた押出機で押出成形し、7mm角状の成形体を得た(図1参照)。次いで、得られた成形体を長さ100mmに切断して成形体片とし(図2参照)、成形体片10本を、その長さ方向が押出機の押出方向と直角するように押出比率7の角型シリンダーに入れ、第2の押出工程を行った(図3参照)。その際、シリンダーのノズル部分に成形体片を残した状態で新たな成形体片を10本補給し、押出成形を行った。この第2の押出工程により、厚み1mm、幅100mm、長さ約600mmの長尺シートが得られた。 Next, the mixture was preformed at a pressure of 40 kg / cm 2 for the first extrusion step. This preform was extruded with an extruder having a cylinder with an inner diameter of 40 mm, a nozzle having a 7 mm square, and a rectangular nozzle with an extrusion ratio of 25 to obtain a 7 mm square molded body (see FIG. 1). Next, the obtained molded body was cut to a length of 100 mm to form a molded body piece (see FIG. 2), and the 10 molded body pieces were extruded at an extrusion ratio of 7 so that the length direction thereof was perpendicular to the extrusion direction of the extruder. The second extrusion process was performed (see FIG. 3). At that time, 10 new molded body pieces were replenished while the molded body piece was left in the nozzle portion of the cylinder, and extrusion molding was performed. By this second extrusion step, a long sheet having a thickness of 1 mm, a width of 100 mm, and a length of about 600 mm was obtained.
次いで、得られた長尺シートをロール径200mm、温度80℃でロール圧延し、250℃で1時間乾燥して、加工助剤を除去して厚み300μmのシートを成形した。 Next, the obtained long sheet was roll-rolled at a roll diameter of 200 mm and a temperature of 80 ° C., dried at 250 ° C. for 1 hour, and the processing aid was removed to form a sheet having a thickness of 300 μm.
得られたシートをJIS−K6301に規定される1号形のダンベル状試験片の形状に打ち抜き、雰囲気温度23℃にて引張速度20mm/minで引張試験を行い、最大荷重を測定した。この測定を3回繰り返し、引張試験前のシート断面積でその最大荷重を割り引張強さとした。その平均値をこのシートの引張強さとした。なお、第1の押出工程における押出方向のシートの引張強さを測定するため、ダンベル状試験片はその長さ方向が圧延方向となるように打ち抜いた。上記試験によるシートの引張強さは、圧延方向が7.5kg/cm2であり、圧延方向と直交する方向が5.4kg/cm2であった。 The obtained sheet was punched into the shape of a No. 1 dumbbell-shaped test piece defined in JIS-K6301, and a tensile test was performed at an ambient temperature of 23 ° C. and a tensile speed of 20 mm / min to measure the maximum load. This measurement was repeated three times, and the maximum load was divided by the sheet cross-sectional area before the tensile test to obtain the tensile strength. The average value was taken as the tensile strength of this sheet. In addition, in order to measure the tensile strength of the sheet | seat of the extrusion direction in a 1st extrusion process, the dumbbell-shaped test piece was pierced so that the length direction might turn into a rolling direction. The tensile strength of the sheet according to the above test was 7.5 kg / cm 2 in the rolling direction and 5.4 kg / cm 2 in the direction orthogonal to the rolling direction.
また、リード端子を有し幅4cm、長さ4cmの矩形で、厚さ40μmのエッチングアルミニウム箔の片面に、導電性接着剤を膜状に均一に塗布した。次に、上記シートを面積4cm×4cmに切り抜いて電極シートとし、この電極シートを接合して電極体とした。この電極体を2枚作製し、2枚の電極体の電極面を対向させ、これらの間に厚さ30μmのセルロース繊維製セパレーターを介在させた状態で厚さ2mm、幅5cm、長さ5cmの2枚のガラス製保持板で固定し、キャパシタ素子とした。2枚の電極体とセパレーターとの合計の厚さはデジタルノギスの測定で0.73mmであった。 In addition, a conductive adhesive was uniformly applied in a film form on one side of an etching aluminum foil having a lead terminal and a rectangular shape having a width of 4 cm and a length of 4 cm and a thickness of 40 μm. Next, the sheet was cut into an area of 4 cm × 4 cm to form an electrode sheet, and the electrode sheet was joined to form an electrode body. Two electrode bodies were prepared, the electrode surfaces of the two electrode bodies were opposed to each other, and a cellulose fiber separator having a thickness of 30 μm was interposed therebetween, and the thickness was 2 mm, the width was 5 cm, and the length was 5 cm. The capacitor element was fixed with two glass holding plates. The total thickness of the two electrode bodies and the separator was 0.73 mm as measured by a digital caliper.
電解液として、プロピレンカーボネートに1.0mol/Lのテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解した電解液を調製した。そして、上記素子を200℃で2時間真空加熱することにより素子の不純分を除去し、この電解液を真空含浸させてアルミニウム箔製の角型封筒状容器に収容し、電気二重層キャパシタを作製した。電流密度20mA/cm2で容量と直流抵抗とを測定し、単位体積あたりの容量(容量密度)と単位体積あたりの抵抗を算出した。結果を表1に示す。 As an electrolytic solution, an electrolytic solution in which 1.0 mol / L tetraethylammonium tetrafluoroborate was dissolved in propylene carbonate was prepared. Then, the device is vacuum-heated at 200 ° C. for 2 hours to remove the impurity of the device, and this electrolytic solution is impregnated with vacuum and accommodated in a square envelope container made of aluminum foil to produce an electric double layer capacitor. did. The capacity and DC resistance were measured at a current density of 20 mA / cm 2 , and the capacity per unit volume (capacity density) and the resistance per unit volume were calculated. The results are shown in Table 1.
[実施例2]
圧延によって厚さを200μmとした以外は実施例1と同様にしてシートを作製した。そして、実施例1と同様にこのシートの引張強さを測定したところ、圧延方向が8.5kg/cm2、圧延方向と直交する方向が5.7kg/cm2であった。また、このシートから電極シートを得た以外は実施例1と同様にして電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 2]
A sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness was changed to 200 μm by rolling. And when the tensile strength of this sheet | seat was measured similarly to Example 1, the rolling direction was 8.5 kg / cm < 2 > and the direction orthogonal to a rolling direction was 5.7 kg / cm < 2 >. Further, an electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that an electrode sheet was obtained from this sheet, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
[実施例3]
圧延によって厚さを80μmとした以外は実施例1と同様にしてシートを作製した。そして、実施例1と同様にこのシートの引張強さを測定したところ、圧延方向が11.7kg/cm2、圧延方向と直交する方向が7.1kg/cm2であった。また、このシートから電極シートを得た以外は実施例1と同様にして電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 3]
A sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness was changed to 80 μm by rolling. And when the tensile strength of this sheet | seat was measured similarly to Example 1, the rolling direction was 11.7 kg / cm < 2 > and the direction orthogonal to a rolling direction was 7.1 kg / cm < 2 >. Further, an electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that an electrode sheet was obtained from this sheet, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
[実施例4]
圧延によって厚さ120μmとした以外は実施例1と同様にしてシートを作製した。そして、実施例1と同様にこのシートの引張強さを測定したところ、圧延方向が6.9kg/cm2、圧延方向と直交する方向が4.5kg/cm2であった。また、このシートから電極シートを得た以外は実施例1と同様にして電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 4]
A sheet was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 120 μm by rolling. Then, the measured tensile strength of the sheet in the same manner as in Example 1, the rolling direction is 6.9 kg / cm 2, a direction perpendicular to the rolling direction was 4.5 kg / cm 2. Further, an electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that an electrode sheet was obtained from this sheet, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
[比較例1]
第1の押出工程のみを行い第2の押出工程をせずに、第1の押出工程の押出方向と同方向にロール圧延を行い厚さを250μmとした以外は実施例1と同様にしてシートを作製した。そして、実施例1と同様にこのシートの引張強さを測定したところ、圧延方向が3.8kg/cm2、圧延方向と直交する方向が1.1kg/cm2であった。また、このシートから電極シートを得た以外は実施例1と同様にして電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
A sheet as in Example 1 except that only the first extrusion process was performed and the second extrusion process was not performed, and the thickness was 250 μm by roll rolling in the same direction as the extrusion direction of the first extrusion process. Was made. And when the tensile strength of this sheet | seat was measured similarly to Example 1, the rolling direction was 3.8 kg / cm < 2 > and the direction orthogonal to a rolling direction was 1.1 kg / cm < 2 >. Further, an electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that an electrode sheet was obtained from this sheet, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
[比較例2]
第1の押出工程のみを行い第2の押出工程をせずに、第1の押出工程の押出方向と同方向にロール圧延を行い厚さを130μmとした以外は例1と同様にしてシートを作製した。そして、実施例1と同様にこのシートの引張強さを測定したところ、圧延方向が4.3kg/cm2、圧延方向と直交する方向が0.9kg/cm2であった。また、このシートから電極シートを得た以外は実施例1と同様にして電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
The sheet was formed in the same manner as in Example 1 except that only the first extrusion process was performed and the second extrusion process was not performed, and the roll rolling was performed in the same direction as the extrusion direction of the first extrusion process to make the thickness 130 μm. Produced. And when the tensile strength of this sheet | seat was measured similarly to Example 1, the rolling direction was 4.3 kg / cm < 2 > and the direction orthogonal to a rolling direction was 0.9 kg / cm < 2 >. Further, an electric double layer capacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that an electrode sheet was obtained from this sheet, and the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、本発明に従い第1の押出工程及び第2の押出工程を行うことで、縦方向及び横方向の何れにおいても引張強さに優れる電気二重層キャパシタ用電極が得られる。また、本発明に従う電気二重層キャパシタ用電極を用いることで、内部抵抗が小さく、静電容量が大きな電気二重層キャパシタが得られる。 As shown in Table 1, by performing the first extrusion process and the second extrusion process according to the present invention, an electrode for an electric double layer capacitor having excellent tensile strength in both the longitudinal direction and the transverse direction can be obtained. Further, by using the electrode for an electric double layer capacitor according to the present invention, an electric double layer capacitor having a small internal resistance and a large capacitance can be obtained.
1 混合物
2 成形体
2a 成形体片
3 成形体
10 押出機
20 押出機
DESCRIPTION OF
Claims (5)
Each of the tensile strengths in the width direction and the length direction on the sheet surface is obtained by the production method according to any one of claims 1 to 4, including a carbonaceous material, a processing aid, and polytetrafluoroethylene. Is an electrode for an electric double layer capacitor, characterized in that all are 2.0 kg / cm 2 or more.
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JP2006100495A JP2007273889A (en) | 2006-03-31 | 2006-03-31 | Electrode for electric double layer capacitor and method for manufacturing the same |
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KR101414459B1 (en) * | 2012-04-12 | 2014-07-03 | 에코레스(주) | Surface mount devices type electric double layer capacitor electrode and thereof manufacturing method |
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