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JP5163216B2 - Hybrid capacitor electrode and hybrid capacitor - Google Patents

Hybrid capacitor electrode and hybrid capacitor Download PDF

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JP5163216B2
JP5163216B2 JP2008079299A JP2008079299A JP5163216B2 JP 5163216 B2 JP5163216 B2 JP 5163216B2 JP 2008079299 A JP2008079299 A JP 2008079299A JP 2008079299 A JP2008079299 A JP 2008079299A JP 5163216 B2 JP5163216 B2 JP 5163216B2
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  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for hybrid capacitor having a low internal resistance, and to provide a hybrid capacitor. <P>SOLUTION: Collection of current in the thickness direction, and the contact area of an electrode composition layer and a current collector by protrusions are improved by extending a plurality of protrusions from the current collector to the electrode composition layer. Furthermore, adhesion of the electrode composition layer and the current collector is improved and the interface resistance of the electrode composition layer and the current collector can be reduced by forming a conductive adhesive layer on the current collector having protrusions. As compared with a plane current collector having neither a protrusion nor an aperture, the contact area of the electrode composition layer and the current collector exceeds one time that of the plane current collector, and the internal resistance is reduced sufficiently by setting the number of protrusions for the electrode composition layer at 1/mm<SP>2</SP>or more, setting the proportion of protrusions occupying the electrode composition layer at 1 vol.% or more, and setting the length (D) of the protrusion for the thickness (L) of the electrode composition layer as 0&lt;D/L&lt;1. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン及び/又はアニオンを可逆的に担持可能な物質からなる正極とリチウムイオンを可逆的に担持可能な物質からなる負極で構成されるハイブリッドキャパシタに好適に用いられる電極に関する。より詳しくは、リチウムイオン及び/又はアニオンを効率よく、均一にセル内の電極にドープを行うことができ、さらに充放電特性に優れた低い内部抵抗を有するハイブリッドキャパシタ用電極とハイブリッドキャパシタに関する。   The present invention relates to an electrode suitably used for a hybrid capacitor including a positive electrode made of a material capable of reversibly supporting lithium ions and / or anions and a negative electrode made of a material capable of reversibly supporting lithium ions. More specifically, the present invention relates to an electrode for a hybrid capacitor and a hybrid capacitor which can efficiently and uniformly dope lithium ions and / or anions and have a low internal resistance with excellent charge / discharge characteristics.

近年、ハイブリッドキャパシタは、電気二重層キャパシタよりも高容量であり、リチウムイオン電池よりも高出力であるため、電気自動車又はハイブリッド自動車への応用、太陽電池と併用したソーラー発電エネルギー貯蔵システムなどのへの応用が期待されている。特に、電気自動車又はハイブリッド自動車等の容量と出力を要する分野において注目を集めている。   In recent years, hybrid capacitors have a higher capacity than electric double layer capacitors and higher output than lithium ion batteries, so that they can be applied to electric vehicles or hybrid vehicles, solar power generation energy storage systems combined with solar cells, etc. The application of is expected. In particular, it has attracted attention in the fields that require capacity and output, such as electric vehicles or hybrid vehicles.

ハイブリッドキャパシタにおいて、内部抵抗の低減は大電流充放電時のI2Rにより発生する熱損失を抑え、充放電効率の改善に繋がるため重要な課題となっている。 In hybrid capacitors, reduction of internal resistance is an important issue because it reduces heat loss caused by I 2 R during large current charge / discharge and improves charge / discharge efficiency.

従来、ハイブリッドキャパシタでは、リチウムイオンを負極及び/又は正極にドーピングする方法が提案されており、効率よく、均一にセル内の電極にリチウムイオンをドープするために貫通孔を有する集電体が使用されている。例えば、特許文献1記載の有機電解質キャパシタでは、厚さ32μm(気孔率50%)の銅製、またはアルミニウム製のエキスパンドメタルが使用されている。しかし、上記文献記載のように集電体に貫通孔を設けていると、電極にリチウムイオンのドープが行えても、集電体と電極組成物層が接している面積が少なく、内部抵抗を低減できないという問題点があった。   Conventionally, in a hybrid capacitor, a method of doping lithium ions into a negative electrode and / or a positive electrode has been proposed, and a current collector having a through-hole is used to efficiently and uniformly dope lithium ions into an electrode in a cell. Has been. For example, in the organic electrolyte capacitor described in Patent Document 1, an expanded metal made of copper or aluminum having a thickness of 32 μm (porosity 50%) is used. However, if the current collector is provided with a through-hole as described in the above document, the area where the current collector and the electrode composition layer are in contact with each other is small even if the electrode can be doped with lithium ions. There was a problem that it could not be reduced.

電気二重層キャパシタやリチウムイオン電池では、従来、内部抵抗低減のために、複数の突起を集電体上に形成することで電極の内部抵抗を低減することが提案されている。例えば、特許文献2記載の電気二重層キャパシタでは、金属箔を打ち抜き、貫通孔と高さ300μm、寸法0.4mm×0.4mmの突起を4個/mmとなるように形成することで、電気二重層キャパシタの内部抵抗を低減している。この際、突起の高さは、電極の厚さ1.0としたときに0.5〜0.8にすることが好ましい。しかしながら、上記文献で提案されている突起では、電極組成物層に対する突起の数や電極組成物層と集電体が接する面積が少ないため、十分な内部抵抗の低減を図ることができなかった。 In the electric double layer capacitor and the lithium ion battery, conventionally, in order to reduce the internal resistance, it has been proposed to reduce the internal resistance of the electrode by forming a plurality of protrusions on the current collector. For example, in the electric double layer capacitor described in Patent Document 2, a metal foil is punched out, and a through hole and a protrusion having a height of 300 μm and a size of 0.4 mm × 0.4 mm are formed to 4 pieces / mm 2 , The internal resistance of the electric double layer capacitor is reduced. In this case, the height of the protrusion is preferably 0.5 to 0.8 when the electrode thickness is 1.0. However, with the protrusions proposed in the above-mentioned document, the number of protrusions with respect to the electrode composition layer and the area where the electrode composition layer and the current collector are in contact with each other are small, so that sufficient internal resistance cannot be reduced.

特許第4015993号Patent No. 4015993 特開平9−134726号公報JP-A-9-134726

本発明の目的は、リチウムイオン及び/又はアニオンを可逆的に担持可能な物質からなる正極とリチウムイオンを可逆的に担持可能な物質からなる負極で構成されたハイブリッドキャパシタにおいて、上記文献記載の方法では十分に解決されたとは言えない、ハイブリッドキャパシタの内部抵抗の低減であり、大電流での高速充放電に適したハイブリッドキャパシタを得ることができるハイブリッドキャパシタ用電極を提供することにある。   The object of the present invention is to provide a hybrid capacitor comprising a positive electrode made of a material capable of reversibly supporting lithium ions and / or anions and a negative electrode made of a material capable of reversibly supporting lithium ions, and the method described in the above document. Therefore, an object of the present invention is to provide an electrode for a hybrid capacitor, which is a reduction in internal resistance of the hybrid capacitor, which cannot be said to be sufficiently solved, and can provide a hybrid capacitor suitable for high-speed charge / discharge with a large current.

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、集電体から複数の突起を電極組成物層に伸ばすことと、集電体上に開孔部を有すことにより、厚み方向での電流の集電と、突起による電極組成物層と集電体との接触面積の向上が図れ、さらに、リチウムイオンキャパシタのプレドープ工程において、リチウムイオンが集電体を通過し、効率よく、均一にセル内の電極にドープを行えることを見出した。このことより、従来、平坦な集電体を使用していたため、解決することができなかった電極組成物層と集電体との接触面積の向上を図ることができ、ハイブリッドキャパシタの内部抵抗を飛躍的に低減できることを見出した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have extended a plurality of protrusions from the current collector to the electrode composition layer, and have a hole portion on the current collector. Current collection at the electrode and the contact area between the electrode composition layer and the current collector due to the protrusions can be improved, and in the pre-doping step of the lithium ion capacitor, lithium ions pass through the current collector, It was found that the electrode in the cell can be doped uniformly. As a result, the contact area between the electrode composition layer and the current collector, which could not be solved because a flat current collector has been conventionally used, can be improved, and the internal resistance of the hybrid capacitor can be reduced. We found that it can be drastically reduced.

さらに、突起を有する集電体に導電性接着剤層を形成することで、電極組成物層と集電体との界面抵抗を低減できることを見出した。また、電極組成物層と集電体が接する面積(A)が、突起および開孔部を有さないプレーン集電体(B)に比べ、面積比率A/B=1倍超、電極組成物層に対する突起の数を1個/mm以上、電極組成物層中に占める突起の割合を、1体積%以上、突起の長さ(D)を電極組成物層の厚み(L)に対して0<D/L<1にすることで、内部抵抗の低減を十分に図れることを見出した。 Furthermore, it has been found that the interface resistance between the electrode composition layer and the current collector can be reduced by forming a conductive adhesive layer on the current collector having protrusions. Further, the area (A) where the electrode composition layer and the current collector are in contact with each other is larger than the area ratio A / B = 1 times compared to the plain current collector (B) having no protrusions and no openings, and the electrode composition The number of protrusions relative to the layer is 1 / mm 2 or more, the ratio of protrusions in the electrode composition layer is 1% by volume or more, and the protrusion length (D) is the thickness (L) of the electrode composition layer. It was found that the internal resistance can be sufficiently reduced by setting 0 <D / L <1.

集電体に導電性接着剤を塗布し、その後、突起を付与させる工程を設けることで、突起の側部にも導電性接着剤層を形成させることができ、突起の開孔部を塞ぐことなく、集電体と電極組成物層の密着性を向上させることができることを見出した。   By applying a conductive adhesive to the current collector and then providing a protrusion, it is possible to form a conductive adhesive layer on the side of the protrusion and block the opening of the protrusion. It was found that the adhesion between the current collector and the electrode composition layer can be improved.

ハイブリッドキャパシタ電極の製造方法としては、導電性接着剤層を形成させた集電体に突起を付与させることで、効率良く導電性接着剤付き突起集電体を作製することできことを見出した。   As a method for manufacturing a hybrid capacitor electrode, it has been found that a protrusion current collector with a conductive adhesive can be efficiently produced by providing protrusions on a current collector on which a conductive adhesive layer is formed.

本発明者らは、これらの知見に基づき本発明を完成させるに至った。   Based on these findings, the present inventors have completed the present invention.

かくして本発明によれば、下記(1)〜(3)が提供される。
(1)電極活物質および結着剤を含む電極組成物層が集電体上に形成されてなるハイブリッドキャパシタ用電極であって、前記集電体が前記電極組成物層に伸びる複数の突起を有することを特徴とするハイブリッドキャパシタ用電極
Thus, according to the present invention, the following (1) to (3) are provided.
(1) An electrode for a hybrid capacitor in which an electrode composition layer containing an electrode active material and a binder is formed on a current collector, wherein the current collector has a plurality of protrusions extending to the electrode composition layer. Electrode for hybrid capacitor characterized by having

(2)集電体に導電性接着剤を塗布する工程、該集電体に突起を付与する工程、電極組成物を該集電体上に塗布する工程、塗布された電極組成物を熱プレスする工程を有するハイブリッドキャパシタ用電極の製造方法。 (2) A step of applying a conductive adhesive to the current collector, a step of providing protrusions on the current collector, a step of applying an electrode composition onto the current collector, and hot pressing the applied electrode composition The manufacturing method of the electrode for hybrid capacitors which has a process to carry out.

(3)上記(1)記載のハイブリッドキャパシタ用電極を有するハイブリッドキャパシタ。 (3) A hybrid capacitor having the hybrid capacitor electrode according to (1).

本発明のハイブリッドキャパシタ用電極は、集電体から複数の突起を電極組成物層に伸ばすことと、集電体上に開孔部を有すことにより、厚み方向での電流の集電と、突起による電極組成物層と集電体との接触面積の向上が図れ、さらに、リチウムイオンキャパシタのプレドープ工程において、リチウムイオンが集電体を通過し、効率よく、均一にセル内の電極にドープを行える。このことより、従来、貫通孔を有する集電体を使用していたため、解決することができなかった電極組成物層と集電体との接触面積の向上を図ることができ、ハイブリッドキャパシタの内部抵抗を飛躍的に低減できる。   The electrode for a hybrid capacitor of the present invention has a current collector in the thickness direction by extending a plurality of protrusions from the current collector to the electrode composition layer, and having an aperture on the current collector. The contact area between the electrode composition layer and the current collector can be improved by the protrusion, and further, in the pre-doping process of the lithium ion capacitor, lithium ions pass through the current collector and efficiently and uniformly dope the electrodes in the cell. Can be done. As a result, since the current collector having a through hole has been used, the contact area between the electrode composition layer and the current collector, which could not be solved, can be improved. Resistance can be drastically reduced.

また、本発明のハイブリッドキャパシタは集電体に開孔部を有することで、リチウムイオンキャパシタのプレドープ工程において、リチウムイオンが集電体を通過し、効率よく、均一にセル内の電極にドープを行うことができる。   In addition, the hybrid capacitor of the present invention has an aperture in the current collector, so that lithium ions pass through the current collector in the pre-doping process of the lithium ion capacitor, and dope the electrodes in the cell efficiently and uniformly. It can be carried out.

本発明のハイブリッドキャパシタ用電極は、電極活物質および結着剤を含む電極組成物層を集電体上に形成してなるハイブリッドキャパシタ用電極用電極であって、前記集電体が前記電極組成物層に伸びる複数の突起を有することを特徴とするハイブリッドキャパシタ用電極である。   The electrode for a hybrid capacitor according to the present invention is an electrode for a hybrid capacitor formed by forming an electrode composition layer containing an electrode active material and a binder on a current collector, wherein the current collector is the electrode composition. A hybrid capacitor electrode having a plurality of protrusions extending in a physical layer.

<突起付き集電体>
本発明に使用される集電体材料の種類は、例えば、金属、炭素、導電性高分子等を用いることができ、好適には金属が用いられる。集電体用金属としては、通常、アルミニウム、白金、ニッケル、タンタル、チタン、ステンレス鋼、その他合金等が使用される。
<Current collector with protrusion>
As the type of the current collector material used in the present invention, for example, metal, carbon, conductive polymer and the like can be used, and metal is preferably used. As the current collector metal, aluminum, platinum, nickel, tantalum, titanium, stainless steel, other alloys and the like are usually used.

本発明に使用される集電体は、電極組成物層との接触抵抗の低減、または電極組成物層との付着性向上のために、必要に応じて表面化学処理、表面粗面化処理があらかじめ施されていても良い。表面化学処理としては、酸処理、クロメート処理等が挙げられる。表面粗面化処理としては、電気化学的エッチング処理、酸またアルカリによるエッチング処理が挙げられる。   The current collector used in the present invention may be subjected to surface chemical treatment or surface roughening treatment as necessary in order to reduce contact resistance with the electrode composition layer or improve adhesion to the electrode composition layer. It may be given in advance. Examples of the surface chemical treatment include acid treatment and chromate treatment. Examples of the surface roughening treatment include electrochemical etching treatment and etching treatment with acid or alkali.

本発明に使用される集電体の厚みは、通常1〜200μm、好ましくは5〜100μm、より好ましくは10〜60μmである。   The thickness of the current collector used in the present invention is usually 1 to 200 μm, preferably 5 to 100 μm, more preferably 10 to 60 μm.

本発明に使用される集電体の電極組成物層に対する突起の数は、通常1個/mmより大きく、好ましくは2〜30個/mmである。ここで、本発明において突起とは、集電体平面に対し垂直方向に1μm以上の高さを有する突起であって、エッチドアルミやプレーン集電体の表面を粗面化した集電体の凹凸は突起には含まない。 The number of protrusions on the electrode composition layer of the current collector used in the present invention is usually larger than 1 piece / mm 2 , preferably 2-30 pieces / mm 2 . Here, the protrusion in the present invention is a protrusion having a height of 1 μm or more in the direction perpendicular to the current collector plane, and is a current collector having a roughened surface of etched aluminum or a plain current collector. Unevenness is not included in the protrusions.

本発明に使用される集電体は、開孔部を有することが好ましい。その開孔率は、通常10〜90%、好ましくは20〜60%である。本発明記載の開孔率とは、開孔部を有する突起について、その突起の底面積(集電体平面と接する面の面積)の、集電体単位面積あたりの割合(面積%)のことを言う。開孔部を有することで、リチウムイオンキャパシタのプレドープ工程において、リチウムイオンが集電体を通過し、効率よく、均一にセル内の電極にドープを行える。また、ハイブリッドキャパシタを作製した際に、起るキャパシタセルのロット間の容量バラツキを抑えることができる。通常の開孔部を有さない集電体を用いたハイブリッドキャパシタ用電極では、積層型のハイブリッドキャパシタを作製した際に電極同士が向かい合わない非対向面ができると、その非対抗面からは静電容量は取り出せず、さらに電極の単位面積当たりの活物質量にバラツキが生じると、活物質量の重量から計算された静電容量に比べ、実際に取り出せる静電容量は少なくなることがある。そのため、ハイブリッドキャパシタセルのロット間での容量バラツキが生じることがある。これは電解質イオンの拡散は正負極の対抗面のみでしか起らないためである。しかし、集電体に開孔部を有することで、電解質イオンが集電体を通過するため電極が向かい合わない非対向面からも静電容量を取り出すことができ、さらに、電極の単位面積あたりの活物質量が異なっている電極を用いても、電極活物質の総重量さえ合わせれば、容易にキャパシタセル内で容量バランスを取ることができるため、ハイブリッドキャパシタセルのロット間での容量バラツキを抑えられる。   The current collector used in the present invention preferably has an aperture. The porosity is usually 10 to 90%, preferably 20 to 60%. The hole area ratio described in the present invention refers to the ratio (area%) per unit area of the current collector to the bottom area (area of the surface in contact with the current collector plane) of the protrusion having the opening. Say. By having the opening portion, in the pre-doping step of the lithium ion capacitor, lithium ions pass through the current collector, and the electrodes in the cell can be doped efficiently and uniformly. Further, when the hybrid capacitor is manufactured, it is possible to suppress the capacity variation between lots of capacitor cells. In an electrode for a hybrid capacitor using a current collector that does not have a normal aperture, if a non-facing surface is formed where the electrodes do not face each other when a multilayer hybrid capacitor is produced, the non-facing surface is static. If the capacitance cannot be taken out and the amount of active material per unit area of the electrode varies, the capacitance actually taken out may be smaller than the capacitance calculated from the weight of the active material amount. For this reason, capacity variation among lots of hybrid capacitor cells may occur. This is because the diffusion of electrolyte ions occurs only on the opposing surface of the positive and negative electrodes. However, by having an aperture in the current collector, the electrolyte ions can pass through the current collector, so that the capacitance can be taken out from the non-facing surface where the electrodes do not face each other. Even if electrodes with different amounts of active material are used, as long as the total weight of the electrode active material is matched, it is possible to easily balance the capacity within the capacitor cell, thereby suppressing capacity variation between lots of hybrid capacitor cells. It is done.

本発明に使用される集電体の開孔径は0.01〜10μm、好ましくは1〜5μmである。   The aperture diameter of the current collector used in the present invention is 0.01 to 10 μm, preferably 1 to 5 μm.

本発明に使用される集電体は、電極組成物層と集電体が接する面積(A)が、突起を有さないプレーン集電体(B)に比べ、その面積比率がA/B=1倍超、好ましくは1.5倍以上である。電極組成物層と集電体との接触面積とは、突起集電体の単位面積当たりに形成された突起の数、突起寸法および開孔部寸法を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定し、さらに、突起の高さを厚さ計より求め(突起の高さ=突起集電体厚さ−突起加工前厚さ)、電極片面の単位体積当たりに接触すると考えられる電極組成物層と集電体との接触面積を算出したものを言う。この面積比率をA/B=1倍超にすることで、電極組成物層と集電体との接触抵抗が低減し、ハイブリッドキャパシタの内部抵抗を低減できる。   The current collector used in the present invention has an area (A) where the electrode composition layer and the current collector are in contact with each other, and the area ratio is A / B = compared to the plain current collector (B) having no protrusions. It is more than 1 time, preferably 1.5 times or more. The contact area between the electrode composition layer and the current collector is the number of protrusions formed per unit area of the protrusion current collector, the protrusion dimensions, and the aperture dimensions measured using a scanning electron microscope (SEM). Further, the height of the protrusion is obtained from a thickness meter (the height of the protrusion = the thickness of the protrusion current collector−the thickness before the protrusion processing), and the electrode composition layer that is considered to contact per unit volume of one electrode surface; This means the contact area calculated with the current collector. By making this area ratio A / B = 1 times or more, the contact resistance between the electrode composition layer and the current collector can be reduced, and the internal resistance of the hybrid capacitor can be reduced.

本発明に使用される集電体の電極組成物層中に占める突起の割合は、1体積%以上、好ましくは10体積%以上である。電極組成物層中に占める突起の割合(体積%)とは、突起付き集電体の単位面積当たりに形成された突起の数、突起寸法および開孔部寸法を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定し、さらに、突起の高さを厚さ計より求め(突起の高さ=突起集電体厚さ−突起加工前厚さ)、集電体片面上に形成された突起の体積を算出し、これより電極片面の電極組成物層の単位体積中に占める突起体積の割合を求めたものを言う。電極組成物層中に占める突起の割合を、この範囲にすることで、電極組成物層中からの集電を十分に行えるようになり、ハイブリッドキャパシタの内部抵抗を低減できる。   The proportion of the protrusions in the electrode composition layer of the current collector used in the present invention is 1% by volume or more, preferably 10% by volume or more. The ratio (volume%) of protrusions in the electrode composition layer is the number of protrusions formed per unit area of the current collector with protrusions, the protrusion dimensions, and the dimensions of the apertures measured with a scanning electron microscope (SEM). Furthermore, the height of the protrusion is obtained from a thickness meter (the height of the protrusion = the thickness of the protrusion current collector−the thickness before the protrusion processing), and the volume of the protrusion formed on one surface of the current collector is calculated. It is calculated and the ratio of the protrusion volume in the unit volume of the electrode composition layer on one side of the electrode is calculated. By setting the ratio of the protrusions in the electrode composition layer within this range, the current collection from the electrode composition layer can be sufficiently performed, and the internal resistance of the hybrid capacitor can be reduced.

本発明に使用される突起の形状は、上底面積が、下底面積よりも狭い、三角錐台状または四角錐台状であることが好ましく、このような形状にすることで、
突起の強度を保つことができる。
The shape of the projection used in the present invention is preferably a triangular frustum shape or a quadrangular frustum shape whose upper base area is narrower than the lower base area.
The strength of the protrusion can be maintained.

本発明に使用される集電体への突起付与方法は、公知の方法が使用できるが、中でも生産性とコストの面から反対方向に回転する上下一対のエンボスロールを用いた方法が好ましい。このエンボスロールの対向間隙に、突起が付与されていない集電体を通すことで突起集電体を製造することができる。上下一対の各エンボスロールの表面には、多数の凸部と凹部とが、縦横交互に互い違いに碁盤の目状に配設されており、その凸凹部の配設は集電体に付与される突起形状が三角錐台状または四角錐台状になるように配設されていることが好ましい。さらに、エンボスロールに配設された多数の凸部と凹部の各片が鋭利な刃になっており、突起の上部に開孔部を設けられるようにすることがより好ましい。   As a method for imparting protrusions to the current collector used in the present invention, a known method can be used. Among them, a method using a pair of upper and lower embossing rolls rotating in opposite directions from the viewpoint of productivity and cost is preferable. A protruding current collector can be manufactured by passing a current collector to which no protrusion is provided through the facing gap of the embossing roll. On the surface of each pair of upper and lower embossing rolls, a large number of convex portions and concave portions are alternately arranged in a grid pattern alternately in the vertical and horizontal directions, and the arrangement of the convex concave portions is imparted to the current collector. It is preferable that the protrusions are arranged so as to have a triangular frustum shape or a quadrangular frustum shape. Furthermore, it is more preferable that each of the convex portions and the concave portions provided on the embossing roll is a sharp blade, and an opening is provided on the upper portion of the protrusion.

<導電性接着剤>
本発明に使用される集電体は、導電性接着剤層を有していることが好ましい。導電性接着剤層を有することで、電極組成物層と集電体との密着性が向上し、電極組成物層と集電体との界面抵抗を低減できる。導電性接着剤は、公知のものを使用することができるが、その中でも、導電剤、結合剤、増粘剤を溶媒に溶解または分散して得た導電性接着剤が好ましい。
<Conductive adhesive>
The current collector used in the present invention preferably has a conductive adhesive layer. By having a conductive adhesive layer, the adhesion between the electrode composition layer and the current collector is improved, and the interface resistance between the electrode composition layer and the current collector can be reduced. As the conductive adhesive, known ones can be used, and among them, a conductive adhesive obtained by dissolving or dispersing a conductive agent, a binder, and a thickener in a solvent is preferable.

本発明に使用される導電性接着剤に用いられる導電剤は、導電性を有するものであれば特に限定されないが、中でも、導電性カーボンブラック、黒鉛等が特に好ましい。   The conductive agent used in the conductive adhesive used in the present invention is not particularly limited as long as it has conductivity, and among them, conductive carbon black, graphite and the like are particularly preferable.

本発明に使用される導電性接着剤に用いられる導電剤の体積平均粒子径は、通常0.001〜10μm、好ましくは0.05〜5μm、より好ましくは0.01〜1μmの範囲である。これらの導電剤は、それぞれ単独または2種以上を組み合わせて用いることができる。   The volume average particle diameter of the conductive agent used for the conductive adhesive used in the present invention is usually in the range of 0.001 to 10 μm, preferably 0.05 to 5 μm, more preferably 0.01 to 1 μm. These conductive agents can be used alone or in combination of two or more.

本発明に使用される導電性接着剤に用いられる結合剤は、特に限定されないが、例えば、フッ素系重合体、ジエン系重合体、アクリレート系重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン等の高分子化合物が挙げられる。さらに、増粘剤としてセルロース誘導体を用いても良く、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩が特に好ましい。   The binder used in the conductive adhesive used in the present invention is not particularly limited. For example, polymer compounds such as fluorine polymers, diene polymers, acrylate polymers, polyimides, polyamides, and polyurethanes may be used. Can be mentioned. Furthermore, a cellulose derivative may be used as a thickener, and an ammonium salt of carboxymethyl cellulose is particularly preferable.

本発明に使用される導電性接着剤は、必要に応じ溶媒を含んでいてもよく、この溶媒成分としては、トルエン、アセトン、水、メタノール、エタノール、プロパノール、テトラクロロエチレン、トリクロルエチレン、ブロムクロロメタン、ジアセトン、ジメチルホルムアミド、ヱチルエーテル、クレゾール、キシレン、クロロホルム、ブタノール、ジメチルエーテルより、それぞれ単独または2種以上を組み合わせて用いることができる。   The conductive adhesive used in the present invention may contain a solvent as necessary, and as this solvent component, toluene, acetone, water, methanol, ethanol, propanol, tetrachloroethylene, trichloroethylene, bromochloromethane, Each of diacetone, dimethylformamide, acetyl ether, cresol, xylene, chloroform, butanol and dimethyl ether can be used alone or in combination of two or more.

本発明に使用される導電性接着剤における、導電剤、結合剤及び溶媒の量比は、目的により適宜決定すればよいが、例えば、導電性カーボンブラック粉末100重量部に対して、結合剤を1〜10重量部、溶媒を0〜300重量部という範囲を挙げることができる。   The amount ratio of the conductive agent, the binder and the solvent in the conductive adhesive used in the present invention may be appropriately determined depending on the purpose. For example, the binder is added to 100 parts by weight of the conductive carbon black powder. The range of 1-10 weight part and 0-300 weight part of a solvent can be mentioned.

本発明に使用される導電性接着剤は前記の各成分を、混合機を用いて混合して製造できる。混合機としては、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、およびホバートミキサーなどを用いることができる。   The conductive adhesive used in the present invention can be produced by mixing the above-described components using a mixer. As the mixer, a ball mill, a sand mill, a pigment disperser, a pulverizer, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, a Hobart mixer, and the like can be used.

本発明に使用される導電性接着剤の集電体への塗布方法は、特に限定されない。例えば、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。   The method for applying the conductive adhesive used in the present invention to the current collector is not particularly limited. Examples thereof include a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, and a brush coating method.

本発明に使用される集電体に塗布される導電性接着剤層の厚さは、通常1〜15μm、好ましくは2〜10μm、より好ましくは2〜5μmである。   The thickness of the conductive adhesive layer applied to the current collector used in the present invention is usually 1 to 15 μm, preferably 2 to 10 μm, more preferably 2 to 5 μm.

導電性接着剤層は、集電体に突起を付与した後に形成してもよいが、突起付与前の集電体に導電性接着剤層を形成させ、次いで集電体に突起を付与することが、効率良く導電性接着剤付き突起集電体を作製できるため好ましい。突起付与前の集電体に導電性接着剤を塗布し、その後、突起を付与させる工程を設けることで、突起の側部にも導電性接着剤層を形成させることができ、突起の開孔部を塞ぐことなく、集電体と電極組成物層の密着性を向上させることができる。   The conductive adhesive layer may be formed after the protrusion is applied to the current collector, but the conductive adhesive layer is formed on the current collector before the protrusion is applied, and then the protrusion is applied to the current collector. However, it is preferable because a protrusion current collector with a conductive adhesive can be efficiently produced. By applying a conductive adhesive to the current collector prior to the application of the protrusion, and then providing a protrusion, a conductive adhesive layer can be formed on the side of the protrusion. The adhesion between the current collector and the electrode composition layer can be improved without blocking the portion.

<電極活物質>
本発明に用いられる電極組成物層は、電極活物質および結着剤を必須成分として含む。ハイブリッドキャパシタ用電極に用いる電極活物質には、正極用と負極用がある。本発明に使用される正極活物質としては、リチウムイオンと、例えばテトラフルオロボレートのようなアニオンを可逆的に担持できるものであればよく、通常、炭素の同素体が用いられる。具体的には、電気二重層キャパシタで用いられる電極活物質が広く使用できる。特に、同じ重量でもより広い面積の界面を形成することが可能なもの、すなわち比表面積の大きいものが好ましい。具体的には、比表面積が30m/g以上、好ましくは500〜5,000m/g、より好ましくは1,000〜3,000m/gであることが好ましい。炭素の同素体の具体例としては、活性炭、ポリアセン、カーボンウィスカ及びグラファイト等が挙げられ、これらの粉末または繊維を使用することができる。好ましい電極活物質は活性炭であり、具体的にはフェノール系、レーヨン系、アクリル系、ピッチ系、又はヤシガラ系等の活性炭を挙げることができる。これら炭素の同素体は、活物質として、単独でまたは二種類以上を組み合わせて使用することができる。炭素の同素体を組み合わせて使用する場合は、平均粒径又は粒径分布の異なる二種類以上の炭素の同素体を組み合わせて使用してもよい。
<Electrode active material>
The electrode composition layer used in the present invention contains an electrode active material and a binder as essential components. Electrode active materials used for hybrid capacitor electrodes include positive and negative electrodes. The positive electrode active material used in the present invention is not particularly limited as long as it can reversibly carry lithium ions and anions such as tetrafluoroborate, and carbon allotropes are usually used. Specifically, electrode active materials used in electric double layer capacitors can be widely used. In particular, those capable of forming an interface having a larger area with the same weight, that is, those having a large specific surface area are preferred. Specifically, the specific surface area of 30 m 2 / g or more, preferably preferably 500~5,000m 2 / g, more preferably 1,000~3,000m 2 / g. Specific examples of the allotrope of carbon include activated carbon, polyacene, carbon whisker, and graphite, and these powders or fibers can be used. A preferable electrode active material is activated carbon, and specific examples thereof include phenol-based, rayon-based, acrylic-based, pitch-based, and coconut shell-based activated carbon. These allotropes of carbon can be used alone or in combination of two or more as the active material. When carbon allotropes are used in combination, two or more types of carbon allotropes having different average particle diameters or particle size distributions may be used in combination.

また、芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であって、水素原子/炭素原子の原子比が0.50〜0.05であるポリアセン系骨格構造を有するポリアセン系有機半導体(PAS)も好適に使用できる。また、黒鉛類似の微結晶炭素を有し、その微結晶炭素の層間距離が拡大された非多孔性炭素を電極活物質として用いることができる。このような非多孔性炭素は、多層グラファイト構造の微結晶が発達した易黒鉛化炭を700〜850℃で乾留し、次いで苛性アルカリと共に800〜900℃で熱処理し、さらに必要に応じ加熱水蒸気により残存アルカリ成分を除くことで得られる。   Further, a polyacene organic semiconductor (PAS) which is a heat-treated product of an aromatic condensation polymer and has a polyacene skeleton structure having a hydrogen atom / carbon atom atomic ratio of 0.50 to 0.05 can also be used suitably. . In addition, nonporous carbon having microcrystalline carbon similar to graphite and having an increased interlayer distance of the microcrystalline carbon can be used as the electrode active material. Such non-porous carbon is obtained by dry-distilling graphitized charcoal with microcrystals of a multilayer graphite structure at 700 to 850 ° C., then heat-treating with caustic at 800 to 900 ° C., and if necessary with heated steam. It is obtained by removing the residual alkali component.

正極活物質として、重量平均粒子径が0.1〜100μm、好ましくは1〜50μm、更に好ましくは2〜10μmの粉末を用いる。   As the positive electrode active material, a powder having a weight average particle diameter of 0.1 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm, more preferably 2 to 10 μm is used.

本発明に使用される負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に担持できる物質から形成される。好ましい負極活物質としては、黒鉛、難黒鉛化炭素、ハードカーボン、コークス等の炭素材料、上記正極活物質としても記載したポリアセン系有機半導体(PAS)等を挙げることができる。PASは、フェノール樹脂等を炭化させ、必要に応じて賦活され、次いで粉砕したものが用いられる。   The negative electrode active material used in the present invention is formed from a material that can reversibly carry lithium ions. Preferred examples of the negative electrode active material include carbon materials such as graphite, non-graphitizable carbon, hard carbon, coke, and the polyacene organic semiconductor (PAS) described as the positive electrode active material. PAS is obtained by carbonizing a phenol resin or the like, activated as necessary, and then pulverized.

本発明に使用される電極活物質の形状は粉末または繊維を使用することができる。   As the shape of the electrode active material used in the present invention, powder or fiber can be used.

本発明に使用される負極活物質の体積平均粒子径は、0.1〜100μm、好ましくは1〜50μm、更に好ましくは3〜35μmである。体積平均粒子径がこの範囲にあると、電極の成形が容易で、容量も高くできるので好ましい。上記した負極活物質は、ハイブリッドキャパシタ用電極の種類に応じて、単独でまたは二種類以上を組み合わせて使用することができる。負極活物質を組み合わせて使用する場合は、平均粒子径または粒径分布が異なる二種類以上の負極活物質を組み合わせて使用してもよい。   The volume average particle diameter of the negative electrode active material used in the present invention is 0.1 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm, and more preferably 3 to 35 μm. When the volume average particle diameter is in this range, it is preferable because the electrode can be easily molded and the capacity can be increased. The negative electrode active material described above can be used alone or in combination of two or more depending on the type of electrode for the hybrid capacitor. When the negative electrode active materials are used in combination, two or more types of negative electrode active materials having different average particle diameters or particle size distributions may be used in combination.

<導電助剤>
本発明のハイブリッドキャパシタ用正極は必要に応じて導電助剤を使用してもよく、その種類は、導電性を有するものであれば特に限定されず、炭素の同素体または金属からなるものが挙げられ、好適には炭素の同素体が用いられる。具体的には、ファーネスブラック、アセチレンブラック、およびケッチェンブラック(アクゾノーベル ケミカルズ ベスローテン フェンノートシャップ社の登録商標)等の導電性カーボンブラック;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛;などの炭素の同素体からなる粒子状導電助剤が挙げられる。また、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相法炭素繊維等の炭素繊維;などの炭素の同素体からなる繊維状導電助剤も挙げられる。金属からなる導電助剤としては、例えば酸化チタン、酸化ルテニウム、アルミニウム、ニッケル等の粒子状導電助剤;金属ファイバなどの繊維状導電助剤;が挙げられる。これらの中でも、カーボンブラックが好ましく、アセチレンブラックおよびファーネスブラックがより好ましい。
<Conductive aid>
The positive electrode for a hybrid capacitor of the present invention may use a conductive additive as necessary, and the type thereof is not particularly limited as long as it has conductivity, and includes a carbon allotrope or a metal. Preferably, an allotrope of carbon is used. Specifically, conductive carbon blacks such as furnace black, acetylene black, and ketjen black (registered trademark of Akzo Nobel Chemicals Bethloten Fennaut Shap); natural graphite, graphite such as artificial graphite; Particulate conductive aids that are: Moreover, the fibrous conductive support agent which consists of carbon allotropes, such as carbon fibers, such as a polyacrylonitrile type | system | group carbon fiber, a pitch type | system | group carbon fiber, and a vapor-grown carbon fiber; Examples of conductive assistants made of metal include particulate conductive assistants such as titanium oxide, ruthenium oxide, aluminum, and nickel; and fibrous conductive assistants such as metal fibers. Among these, carbon black is preferable, and acetylene black and furnace black are more preferable.

本発明に使用される導電助剤の体積平均粒子径は、電極活物質の体積平均粒径よりも小さいものが好ましく、通常0.001〜10μm、好ましくは0.05〜5μm、より好ましくは0.01〜1μmの範囲である。導電助剤の粒径がこの範囲にあると、より少ない使用量で高い導電性が得られる。これらの導電助剤は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。   The volume average particle diameter of the conductive additive used in the present invention is preferably smaller than the volume average particle diameter of the electrode active material, and is usually 0.001 to 10 μm, preferably 0.05 to 5 μm, more preferably 0. The range is from 0.01 to 1 μm. When the particle size of the conductive assistant is within this range, high conductivity can be obtained with a smaller amount of use. These conductive assistants can be used alone or in combination of two or more.

本発明に使用される導電助剤の量は、電極活物質100重量部に対して通常0.1〜50重量部、好ましくは0.5〜15重量部、より好ましくは1〜10重量部の範囲である。この範囲の量の導電助剤を含有するハイブリッドキャパシタ用電極を形成することによって、キャパシタの容量を高く、かつ内部抵抗を低くすることができる。   The amount of the conductive aid used in the present invention is usually 0.1 to 50 parts by weight, preferably 0.5 to 15 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the electrode active material. It is a range. By forming the electrode for a hybrid capacitor containing the amount of the conductive aid in this range, the capacity of the capacitor can be increased and the internal resistance can be decreased.

<結着剤>
本発明に使用される結着剤は、結着力を有する化合物であれば特に制限はない。結着剤の例としては、フッ素系重合体、ジエン系重合体、アクリレート系重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン等の高分子化合物が挙げられる。中でも、結着剤はアクリレート系重合体が好ましく、集電体との結着性、プレスによる電極密度の向上性、得られた電極の内部抵抗と柔軟性が良い。これらの結着剤は単独で、または二種以上を組み合わせて用いることができる。また、結着剤は2種以上の単量体混合物を段階的に重合することにより得られるコアシェル構造を有する結着剤であっても良い。
<Binder>
The binder used in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound having a binding force. Examples of the binder include polymer compounds such as a fluorine polymer, a diene polymer, an acrylate polymer, polyimide, polyamide, and polyurethane. Among them, the binder is preferably an acrylate polymer, and has good binding properties with a current collector, improvement in electrode density by pressing, and internal resistance and flexibility of the obtained electrode. These binders can be used alone or in combination of two or more. Further, the binder may be a binder having a core-shell structure obtained by stepwise polymerization of a mixture of two or more monomers.

フッ素系重合体は、フッ素原子を含む単量体単位を含有する重合体である。フッ素系重合体の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体、パーフルオロエチレン・プロペン共重合体が挙げられる。中でも、ポリテトラフルオロエチレンを含むことが、フィブリル化して電極活物質を保持しやすいので好ましい。   The fluorine-based polymer is a polymer containing a monomer unit containing a fluorine atom. Specific examples of the fluoropolymer include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, ethylene / tetrafluoroethylene copolymer, ethylene / chlorotri Fluoroethylene copolymer and perfluoroethylene / propene copolymer may be mentioned. Among them, it is preferable to include polytetrafluoroethylene because it is easy to fibrillate and retain the electrode active material.

ジエン系重合体は、共役ジエンの単独重合体もしくは共役ジエンを含む単量体混合物を重合して得られる共重合体、またはそれらの水素添加物である。前記単量体混合物における共役ジエンの割合は通常40重量%以上、好ましくは50重量%以上、より好ましくは60重量%以上である。ジエン系重合体の具体例としては、ポリブタジエンやポリイソプレンなどの共役ジエン単独重合体;カルボキシ変性されていてもよいスチレン・ブタジエン共重合体(SBR)などの芳香族ビニル・共役ジエン共重合体;アクリロニトリル・ブタジエン共重合体(NBR)などのシアン化ビニル・共役ジエン共重合体;水素化SBR、水素化NBR等が挙げられる。   The diene polymer is a homopolymer of a conjugated diene or a copolymer obtained by polymerizing a monomer mixture containing a conjugated diene, or a hydrogenated product thereof. The proportion of the conjugated diene in the monomer mixture is usually 40% by weight or more, preferably 50% by weight or more, more preferably 60% by weight or more. Specific examples of the diene polymer include conjugated diene homopolymers such as polybutadiene and polyisoprene; aromatic vinyl / conjugated diene copolymers such as carboxy-modified styrene / butadiene copolymer (SBR); Examples thereof include vinyl cyanide / conjugated diene copolymers such as acrylonitrile / butadiene copolymer (NBR); hydrogenated SBR, hydrogenated NBR, and the like.

アクリレート系重合体はアクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルを重合して得られる単量体単位を通常50重量%以上、好ましくは70重量%以上含有するアクリレート系重合体が好ましく、耐熱性が高く、かつ得られる電気二重層キャパシタ用電極の内部抵抗を小さくできる。アクリレート系重合体の具体例としては、例えば、アクリル酸2−エチルヘキシル・メタクリル酸・アクリロニトリル共重合体、アクリル酸2−エチルヘキシル・メタクリル酸・メタクリロニトリル共重合体、アクリル酸ブチル・アクリロニトリル共重合体、アクリル酸ブチル・アクリル酸共重合体、アクリル酸2−エチルヘキシル・スチレン・メタクリル酸共重合体、およびアクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル・メタクリル酸共重合体などが挙げられる。   The acrylate polymer is preferably an acrylate polymer containing a monomer unit obtained by polymerizing an acrylic ester and / or a methacrylic ester, usually 50% by weight or more, preferably 70% by weight or more, and has high heat resistance. And the internal resistance of the electrode for electric double layer capacitors obtained can be made small. Specific examples of the acrylate polymer include, for example, 2-ethylhexyl acrylate / methacrylic acid / acrylonitrile copolymer, 2-ethylhexyl acrylate / methacrylic acid / methacrylonitrile copolymer, butyl acrylate / acrylonitrile copolymer. Butyl acrylate / acrylic acid copolymer, 2-ethylhexyl acrylate / styrene / methacrylic acid copolymer, and butyl acrylate / methyl methacrylate / methacrylic acid copolymer.

本発明に使用される結着剤のTgは、50℃以下、好ましくは−100〜0℃が好ましい。結着剤のTgがこの範囲であると、少量の使用量で結着性に優れ、電極強度が高く、柔軟性に富み、電極形成時のプレス工程により電極密度を容易に高めることができる。   The Tg of the binder used in the present invention is 50 ° C. or lower, preferably −100 to 0 ° C. When the Tg of the binder is within this range, the binding property is excellent with a small amount of use, the electrode strength is high, the flexibility is high, and the electrode density can be easily increased by a pressing process during electrode formation.

本発明に使用される結着剤の形状は、結着性の向上、電極の容量の低下、および内部抵抗の増大を最小限に抑えるために、粒子状であることが最も好ましく、例えば、ラテックスのような結着剤の粒子が溶媒に分散した状態のものや、このような分散液を乾燥して得られる粉末状のものが挙げられる。   The shape of the binder used in the present invention is most preferably in the form of particles in order to minimize the increase in binding property, decrease in electrode capacity, and increase in internal resistance, such as latex. And the like are those in which the binder particles are dispersed in a solvent, and those obtained by drying such a dispersion.

本発明に使用される結着剤の粒子径は特に限定されないが、通常は0.001〜100μm、好ましくは0.01〜10μm、より好ましくは0.05〜1μmの体積平均粒子径を有するものである。結着剤の平均粒子径がこの範囲であるときは、少量の結着剤の使用でも優れた結着力を活物質層に与えることができる。   The particle diameter of the binder used in the present invention is not particularly limited, but usually has a volume average particle diameter of 0.001 to 100 μm, preferably 0.01 to 10 μm, more preferably 0.05 to 1 μm. It is. When the average particle size of the binder is within this range, an excellent binding force can be imparted to the active material layer even when a small amount of the binder is used.

本発明に使用される結着剤の製造方法は特に限定されず、乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法または溶液重合法等の公知の重合法を採用することができる。中でも、乳化重合法で製造することが、結着剤の粒子径の制御が容易であるので好ましい。   The method for producing the binder used in the present invention is not particularly limited, and a known polymerization method such as an emulsion polymerization method, a suspension polymerization method, a dispersion polymerization method or a solution polymerization method can be employed. Among them, it is preferable to produce by an emulsion polymerization method because the particle diameter of the binder is easy to control.

本発明に使用される結着剤の使用量は、電極活物質100重量部に対して、通常は1〜20重量部、好ましくは3〜15重量部の範囲である。   The usage-amount of the binder used for this invention is the range of 1-20 weight part normally with respect to 100 weight part of electrode active materials, Preferably it is the range of 3-15 weight part.

<電極組成物>
本発明に使用される電極組成物は、電極活物質、導電助剤、結着剤から構成されており、さらにセルロース誘導体を含んでも良い。セルロース誘導体を用いると、電極組成物を含むスラリーの安定性が高く、固形分の沈降や凝集が生じにくい。さらに、セルロース誘導体を用いることにより、スラリーの塗工性や流動性が向上する。
<Electrode composition>
The electrode composition used in the present invention is composed of an electrode active material, a conductive aid, and a binder, and may further contain a cellulose derivative. When a cellulose derivative is used, the stability of the slurry containing the electrode composition is high, and solid matter precipitation and aggregation are unlikely to occur. Furthermore, the coating property and fluidity | liquidity of a slurry improve by using a cellulose derivative.

本発明に使用されるセルロース誘導体は、セルロースの水酸基の少なくとも一部をエーテル化またはエステル化した化合物であり、水溶性のものが好ましい。本発明で用いられるセルロース誘導体は、通常、ガラス転移点を有さない。具体的には、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースおよびヒドロキシプロピルセルロースなどが挙げられる。また、これらの塩も用いることができる。塩としては、アンモニウム塩およびアルカリ金属塩が挙げられる。中でも、カルボキシメチルセルロースの塩が好ましく、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩が特に好ましい。   The cellulose derivative used in the present invention is a compound obtained by etherifying or esterifying at least a part of the hydroxyl group of cellulose, and is preferably water-soluble. The cellulose derivative used in the present invention usually does not have a glass transition point. Specific examples include carboxymethyl cellulose, carboxymethyl ethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose. These salts can also be used. Examples of the salt include ammonium salt and alkali metal salt. Among these, a salt of carboxymethyl cellulose is preferable, and an ammonium salt of carboxymethyl cellulose is particularly preferable.

本発明に使用されるセルロース誘導体のエーテル化度は、好ましくは0.5〜2、より好ましくは0.5〜1.5である。なお、ここでエーテル化度とは、セルロースのグルコース単位あたりに3個含まれる水酸基が、平均で何個エーテル化されているかを表す値である。エーテル化度がこの範囲であると、電極組成物を含むスラリーの安定性が高く、固形分の沈降や凝集が生じにくい。さらに、セルロース誘導体を用いることにより、スラリーの塗工性や流動性が向上する。   The degree of etherification of the cellulose derivative used in the present invention is preferably 0.5 to 2, more preferably 0.5 to 1.5. Here, the degree of etherification is a value representing how many hydroxyl groups contained per 3 glucose units of cellulose are etherified on average. When the degree of etherification is within this range, the stability of the slurry containing the electrode composition is high, and solid matter sedimentation and aggregation are unlikely to occur. Furthermore, the coating property and fluidity | liquidity of a slurry improve by using a cellulose derivative.

本発明に使用されるセルロース誘導体の使用量は、本発明の電極用組成物を用いて製造されるハイブリッドキャパシタ用電極の種類に応じ適宜選択されるが、電極活物質に対して通常0.1〜10重量部、好ましくは0.5〜5重量部である。   The amount of the cellulose derivative used in the present invention is appropriately selected depending on the type of electrode for a hybrid capacitor produced using the electrode composition of the present invention, but is usually 0.1% relative to the electrode active material. -10 parts by weight, preferably 0.5-5 parts by weight.

<ハイブリッドキャパシタ用電極の製造方法>
本発明の電気二重層キャパシタ電極の製造方法としては、湿式成形または乾式成形により突起を有する集電体上に電極組成物層を形成させる方法が挙げられる。湿式成形は、具体的には、電極活物質、導電助剤、セルロース誘導体、結着剤を水または有機溶剤に分散または溶解させスラリーを作製し、スラリーを突起を有する集電体上に塗布し、乾燥して集電体上に電極組成物層を形成する方法である。乾式成形は、前記の湿式成形に対する概念であり、結着剤と電極活物質とを混合して混合物を得る工程と、得られた混合物をシート状の電極組成物層に成形する工程とを含む。乾式成形において、前記混合物は少量の水または有機溶媒を成形助剤として含んでいてもよいが、成形する工程での該混合物の固形分濃度は、通常70重量%超、好ましくは80重量%以上である。乾式成形の方法としては、具体的には、押出し成形法、ロール圧延法、粉体成形法、加圧成形法などが挙げられる。
<Method for manufacturing electrode for hybrid capacitor>
Examples of the method for producing the electric double layer capacitor electrode of the present invention include a method of forming an electrode composition layer on a current collector having protrusions by wet molding or dry molding. Specifically, in wet molding, an electrode active material, a conductive aid, a cellulose derivative, and a binder are dispersed or dissolved in water or an organic solvent to prepare a slurry, and the slurry is applied onto a current collector having protrusions. The electrode composition layer is formed on the current collector by drying. Dry molding is a concept for the above-mentioned wet molding, and includes a step of mixing a binder and an electrode active material to obtain a mixture, and a step of molding the obtained mixture into a sheet-like electrode composition layer. . In dry molding, the mixture may contain a small amount of water or an organic solvent as a molding aid, but the solid content concentration in the molding step is usually more than 70% by weight, preferably 80% by weight or more. It is. Specific examples of the dry molding method include an extrusion molding method, a roll rolling method, a powder molding method, and a pressure molding method.

本発明に使用されるスラリーの製造方法としては、水および前記の各成分を、混合機を用いて混合して製造できる。混合機としては、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、およびホバートミキサーなどを用いることができる。また、電極活物質と導電性付与材とを擂潰機、プラネタリーミキサー、ヘンシェルミキサー、およびオムニミキサーなどの混合機を用いて先ず混合し、次いでバインダー組成物を添加して均一に混合する方法も好ましい。この方法を採ることにより、容易に均一なスラリーを得ることができる。   As a manufacturing method of the slurry used for this invention, water and each said component can be mixed and manufactured using a mixer. As the mixer, a ball mill, a sand mill, a pigment disperser, a pulverizer, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, a Hobart mixer, and the like can be used. Also, the electrode active material and the conductivity imparting material are first mixed using a mixer such as a crusher, a planetary mixer, a Henschel mixer, and an omni mixer, and then the binder composition is added and mixed uniformly. Is also preferable. By adopting this method, a uniform slurry can be easily obtained.

本発明に使用されるスラリーの粘度は、塗工機の種類や塗工ラインの形状によっても異なるが、通常100〜100,000mPa・s、好ましくは、1,000〜50,000mPa・s、より好ましくは5,000〜20,000mPa・sである。   The viscosity of the slurry used in the present invention varies depending on the type of coating machine and the shape of the coating line, but is usually 100 to 100,000 mPa · s, preferably 1,000 to 50,000 mPa · s. Preferably, it is 5,000 to 20,000 mPa · s.

本発明に使用されるスラリーの集電体への塗布方法は特に制限されない。例えば、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。   The method for applying the slurry used in the present invention to the current collector is not particularly limited. Examples thereof include a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, and a brush coating method.

本発明に使用されるスラリーの塗布量は突起部の長さ(D)と所望の電極組成物層の厚み(L)の比に応じて調節することが好ましく、0<D/L<1となる量であることが最も好ましい。この範囲に突起の長さを収めることで、複数の突起を有した集電体の特性である内部抵抗の低減と電極強度の向上を最大限発揮させることができる。また、D/L<1とすることで、突起がセパレーターを突き破り、ショートすることを防ぐことできる。   The amount of the slurry used in the present invention is preferably adjusted according to the ratio of the length (D) of the protrusion and the desired thickness (L) of the electrode composition layer, and 0 <D / L <1 Most preferably, the amount is By keeping the length of the protrusion within this range, it is possible to maximize the reduction in internal resistance and the improvement in electrode strength, which are the characteristics of a current collector having a plurality of protrusions. Further, by setting D / L <1, it is possible to prevent the protrusion from breaking through the separator and causing a short circuit.

本発明に使用される乾燥方法としては例えば温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。中でも、遠赤外線の照射による乾燥法が好ましい。   Examples of the drying method used in the present invention include drying by warm air, hot air, low-humidity air, vacuum drying, and drying by irradiation with (far) infrared rays or electron beams. Among these, a drying method by irradiation with far infrared rays is preferable.

本発明における乾燥温度と乾燥時間は、集電体に塗布したスラリー中の溶媒を完全に除去できる温度と時間が好ましく、乾燥温度としては100〜300℃、好ましくは120〜250℃である。乾燥時間としては、通常10分〜100時間、好ましくは20分〜20時間である。   The drying temperature and drying time in the present invention are preferably a temperature and a time at which the solvent in the slurry applied to the current collector can be completely removed, and the drying temperature is 100 to 300 ° C, preferably 120 to 250 ° C. The drying time is usually 10 minutes to 100 hours, preferably 20 minutes to 20 hours.

本発明では、上記塗布された電極組成物を熱プレスすることが好ましい。熱プレスは、上記乾燥の前に行ってもよいし、乾燥の後でもよい。プレスを行うことにより、表面が平滑で均一な電極を得ることができる。また、乾燥後にプレスを行うと、電極密度を容易に高めることができるので好ましい。   In the present invention, it is preferable to hot press the applied electrode composition. The hot press may be performed before the drying or after the drying. By performing the pressing, an electrode having a smooth surface and a uniform surface can be obtained. In addition, pressing after drying is preferable because the electrode density can be easily increased.

本発明に使用される熱プレスの方法は金型プレスやロールプレスなどの方法が好ましい。   The hot press method used in the present invention is preferably a die press or roll press.

本発明における熱プレスの温度は50℃〜150℃の範囲が好ましく、80℃〜130℃がより好ましい。   The temperature of the hot press in the present invention is preferably in the range of 50 ° C to 150 ° C, more preferably 80 ° C to 130 ° C.

<ハイブリッドキャパシタ>
本発明のハイブリッドキャパシタは、上記本発明のハイブリッドキャパシタ用電極を有するものである。ハイブリッドキャパシタは、本発明の電極と、電解液、セパレータなどの部品を用いて、常法に従って製造することができる。具体的には、例えば、電極を適切な大きさに切断し、次いでセパレータを介して電極を重ね合わせ、これをキャパシタ形状に巻く、折るなどして容器に入れ、容器に電解液を注入して封口して製造できる。
<Hybrid capacitor>
The hybrid capacitor of the present invention has the hybrid capacitor electrode of the present invention. The hybrid capacitor can be manufactured according to a conventional method using the electrode of the present invention and components such as an electrolytic solution and a separator. Specifically, for example, the electrode is cut into an appropriate size, then the electrodes are overlapped via a separator, and this is wound into a capacitor shape, folded into a container, and an electrolytic solution is injected into the container. Can be manufactured by sealing.

本発明に使用される電解液の種類は、特に限定されないが、電解質を有機溶媒に溶解した非水電解液が好ましい。   The type of the electrolytic solution used in the present invention is not particularly limited, but a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent is preferable.

本発明に使用される電解質としては、従来より公知のものが使用でき、(CNBF、(C(CH)NBF、(CNPF、LiClO、LiAsF、LiBF、LiPF、LiN(CSO、LiN(CFSO等の塩が挙げられる。電解液中の電解質の濃度は、電解液による内部抵抗を小さくするため少なくとも0.1モル/リットル以上とすることが好ましく、0.5〜1.5モル/リットルの範囲内とすることが更に好ましい。 As the electrolyte used in the present invention, conventionally known electrolytes can be used. (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 3 (CH 3 ) NBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 Examples of the salt include NPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 . The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is preferably at least 0.1 mol / liter or more in order to reduce the internal resistance due to the electrolytic solution, and more preferably in the range of 0.5 to 1.5 mol / liter. preferable.

本発明に使用される溶媒(電解液溶媒)は、一般的に電解液溶媒として用いられるものであれば特に限定されない。具体的には、プロピレンカーボート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート類;γ-ブチロラクトンなどのラクトン類;スルホラン類;アセトニトリルなどのニトリル類;が挙げられる。これらは単独または二種以上の混合溶媒として使用することができる。中でも、カーボネート類が好ましい。   The solvent (electrolytic solution solvent) used in the present invention is not particularly limited as long as it is generally used as an electrolytic solution solvent. Specifically, carbonates such as propylene car boat, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate; lactones such as γ-butyrolactone; sulfolanes; nitriles such as acetonitrile; These can be used alone or as a mixed solvent of two or more. Of these, carbonates are preferred.

本発明に使用されるセパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン製の微孔膜または不織布、一般に電解コンデンサ紙と呼ばれるパルプを主原料とする多孔質膜などを用いることができる。また、セパレータに代えて固体電解質を用いることもできる。   As the separator used in the present invention, for example, a microporous film or non-woven fabric made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene, or a porous film mainly made of pulp called electrolytic capacitor paper can be used. Moreover, it can replace with a separator and a solid electrolyte can also be used.

以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、本実施例における部および%は、特に断りがない限り重量基準である。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, the part and% in a present Example are a basis of weight unless there is particular notice.

実施例および比較例中の試験および評価は以下の方法で行う。
(電極組成物層と集電体が接する面積比率の測定)
電極組成物層と集電体が接する面積比率の測定は、突起付き集電体を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、集電体平面縦1mm×横1mmに形成された突起の数、及び四角錐台状突起の開孔部(縦×横)寸法を測定する。また、四角錐台状突起の高さは、厚み計を用いて測定し(突起の高さ=突起集電体厚み−突起加工前厚み)、四角錐台状突起の高さを算出する。これらの値より、電極片面の単位体積当たりに接触すると考えられる電極組成物層と集電体との接触面積を算出し、電極組成物層と突起集電体とが接する面積(A)と突起加工を施していないプレーン集電体(B)との面積比率、A/Bを求める。また、突起集電体上に電極組成物層を形成後、割断面をSEMを用いて確認し、四角錐台状突起が潰れていないことを確認し、面積比率、A/Bが正しいことを確認する。
The tests and evaluations in the examples and comparative examples are performed by the following methods.
(Measurement of area ratio where electrode composition layer and current collector are in contact)
The ratio of the area where the electrode composition layer and the current collector are in contact is measured by observing the current collector with protrusions with a scanning electron microscope (SEM), and the number of protrusions formed on the current collector plane 1 mm long × 1 mm wide, And the opening part (length x width) dimension of a quadrangular pyramid shaped projection is measured. The height of the quadrangular frustum-shaped protrusion is measured using a thickness meter (the height of the protrusion = the thickness of the protrusion current collector−the thickness before the protrusion processing), and the height of the quadrangular frustum-shaped protrusion is calculated. From these values, the contact area between the electrode composition layer and the current collector considered to be in contact per unit volume on one side of the electrode is calculated, and the area (A) where the electrode composition layer and the protrusion current collector contact with the protrusion The area ratio, A / B, with the unprocessed plain current collector (B) is obtained. In addition, after forming the electrode composition layer on the protrusion current collector, the fractured surface is confirmed using SEM, it is confirmed that the quadrangular frustum-shaped protrusion is not crushed, and the area ratio and A / B are correct. Check.

(電極組成物層中に占める突起の割合の測定)
電極組成物層中に占める突起の割合(体積%)は、突起付き集電体をSEMで観察し、集電体平面縦1mm×横1mmに形成される突起の数、及び四角錐台状突起の開孔部(縦×横)寸法を測定する。また、四角錐台状突起の高さは、厚さ計を用いて測定し(突起の高さ=突起集電体厚さ−突起加工前厚さ)、四角錐台状突起の高さを算出する。これらの値より、集電体上に形成される突起の体積を算出し、電極片面の電極組成物層の単位体積中に占める突起体積の割合を求める。また、突起集電体上に電極組成物層を形成後、割断面をSEMを用いて確認し、四角錐台状突起が潰れていないことを確認し、突起体積の割合が正しいことを確認する。
(開孔率の測定)
集電体の開孔率の測定は、突起集電体を集電体平面に対して垂直方向からSEMで観察し、開孔している寸法を測定することで、単位面積当たりに開孔している面積%を求める。
(電極組成物層厚さの測定)
電極組成物層厚さは集電体の両面に電極組成物層を形成した後に、渦電流式変位センサ(センサヘッド部EX−110V、アンプユニット部EX−V02:キーエンス社製)を用いて測定する。2cm間隔で各電極層の厚さを測定し、それらの平均値を電極層の厚さとする。
(Measurement of the ratio of protrusions in the electrode composition layer)
The ratio (volume%) of the protrusions in the electrode composition layer is determined by observing the current collector with protrusions with an SEM, the number of protrusions formed on the current collector plane length 1 mm × width 1 mm, and the truncated pyramid shape Measure the aperture (vertical x horizontal) dimensions. In addition, the height of the quadrangular frustum-shaped protrusions is measured using a thickness meter (the height of the protrusions = the thickness of the protrusion current collector-the thickness before the protrusion processing), and the height of the truncated pyramid-shaped protrusions is calculated. To do. From these values, the volume of the protrusion formed on the current collector is calculated, and the ratio of the protrusion volume in the unit volume of the electrode composition layer on one side of the electrode is determined. In addition, after forming the electrode composition layer on the protrusion current collector, the fractured surface is confirmed using SEM, it is confirmed that the quadrangular frustum-shaped protrusions are not crushed, and the proportion of the protrusion volume is confirmed to be correct. .
(Measurement of hole area ratio)
The current collector aperture ratio is measured by observing the protruding current collector with a SEM from the direction perpendicular to the current collector plane, and measuring the size of the holes. Find the area%.
(Measurement of electrode composition layer thickness)
The electrode composition layer thickness is measured using an eddy current displacement sensor (sensor head part EX-110V, amplifier unit part EX-V02: manufactured by Keyence Corporation) after forming the electrode composition layer on both sides of the current collector. To do. The thickness of each electrode layer is measured at intervals of 2 cm, and the average value thereof is taken as the thickness of the electrode layer.

(ハイブリッドキャパシタの電気特性)
110mAの定電流で充電を開始し、3.8Vの充電電圧に達したらその電圧を保って定電圧充電とし、20分間定電圧充電を行った時点で充電を完了する。次いで、充電終了直後に定電流110mAで2.1Vに達するまで放電を行う。この充放電操作を3サイクル行い、3サイクル目の放電曲線より、体積あたりの容量と体積抵抗率を求める。
(Electric characteristics of hybrid capacitor)
Charging is started at a constant current of 110 mA. When the charging voltage reaches 3.8 V, the voltage is maintained and constant voltage charging is performed, and charging is completed when constant voltage charging is performed for 20 minutes. Next, immediately after the end of charging, discharging is performed at a constant current of 110 mA until 2.1V is reached. This charge / discharge operation is performed for 3 cycles, and the capacity per volume and volume resistivity are obtained from the discharge curve of the third cycle.

セルの容量は放電時の電力量からエネルギー換算法を用いて算出し、セルを構成している電極層、集電体、セパレータの体積(突起部は除く)でセルの容量を除することにより、体積あたりの容量を求める。内部抵抗は放電後0.1秒後の電圧からR=ΔV/Iの関係より算出し、体積抵抗率を求める。   The capacity of the cell is calculated from the amount of power at the time of discharge using an energy conversion method, and the capacity of the cell is divided by the volume of the electrode layer, current collector, and separator (excluding protrusions) constituting the cell. Find the capacity per volume. The internal resistance is calculated from the voltage 0.1 seconds after discharge from the relationship of R = ΔV / I, and the volume resistivity is obtained.

<実施例1>
(ハイブリッドキャパシタ用正極電極の作製)
エーテル化度が0.6で1%水溶液の粘度が30mPa・sであるカルボキシメチルセルロースアンモニウム塩3.3部をイオン交換水213.2部に溶解し、導電性付与剤として体積平均粒径0.035μmのアセチレンブラック(デンカブラック粉状:電気化学工業社製)50部を添加し、プラネタリーミキサーを用いて混合分散して固形分濃度20%の導電剤分散液を得る。
<Example 1>
(Production of positive electrode for hybrid capacitor)
Carboxymethylcellulose ammonium salt having a degree of etherification of 0.6 and a 1% aqueous solution having a viscosity of 30 mPa · s is dissolved in 213.2 parts of ion-exchanged water, and a volume average particle diameter of 0. 50 parts of 035 μm acetylene black (Denka black powder: manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) is added and mixed and dispersed using a planetary mixer to obtain a conductive agent dispersion having a solid content concentration of 20%.

得られる導電剤分散液26部、電極活物質として平均粒径5μmで比表面積が2,000m/gの活性炭粉末100部、アクリレート重合体の固形分濃度40%の水分散液7.5部およびエーテル化度が0.6で1%水溶液の粘度が900mPa・sであるカルボキシメチルセルロースアンモニウム塩1部に適当量の水を加え、プラネタリーミキサーを用いて混合分散し、粘度が5,000〜20,000mPa・sの間に入るハイブリッドキャパシタ用正極スラリーを得る。なお、アクリレート重合体としては、アクリル酸2−エチルヘキシル76部、アクリロニトリル20部およびイタコン酸4部を乳化重合して得られる、Tgが−20℃の共重合体を用いる。 26 parts of the resulting conductive agent dispersion, 100 parts of activated carbon powder having an average particle size of 5 μm and a specific surface area of 2,000 m 2 / g as an electrode active material, and 7.5 parts of an aqueous dispersion having an acrylate polymer solid content concentration of 40% A suitable amount of water is added to 1 part of a carboxymethyl cellulose ammonium salt having a degree of etherification of 0.6 and a 1% aqueous solution having a viscosity of 900 mPa · s, and is mixed and dispersed using a planetary mixer. A positive electrode slurry for a hybrid capacitor that falls between 20,000 mPa · s is obtained. As the acrylate polymer, a copolymer having a Tg of −20 ° C. obtained by emulsion polymerization of 76 parts of 2-ethylhexyl acrylate, 20 parts of acrylonitrile and 4 parts of itaconic acid is used.

導電性接着剤は導電剤として体積平均粒径3.7μmの黒鉛(KS−6:ティムカル社製)80部、体積平均粒径0.4μmのカーボンブラック(Super−P:ティムカル社製)20部、分散剤としてエーテル化度が0.6で1%水溶液の粘度が30mPa・sであるカルボキシメチルセルロースアンモニウム塩4部、結合剤としてアクリレート重合体の固形分濃度40%水分散液8部に水を261部加え、プラネタリーミキサーを用いて混合分散して固形分濃度30%のスラリーを得る。この導電性接着剤をグラビアコーターで厚さ30μmのアルミニウム箔の集電体に塗布し、120℃で5分間乾燥させて4μmの導電性接着剤層付き集電体を得る。   The conductive adhesive is 80 parts of graphite having a volume average particle diameter of 3.7 μm (KS-6: manufactured by Timcal) and 20 parts of carbon black having a volume average particle diameter of 0.4 μm (Super-P: manufactured by Timcal) as a conductive agent. 4 parts of carboxymethylcellulose ammonium salt having a degree of etherification of 0.6 and a viscosity of 1 m aqueous solution of 30 mPa · s as a dispersant, and 8 parts of an aqueous dispersion of 40% solid content of an acrylate polymer as a binder. Add 261 parts, and mix and disperse using a planetary mixer to obtain a slurry with a solid content of 30%. This conductive adhesive is applied to a current collector of 30 μm thick aluminum foil with a gravure coater and dried at 120 ° C. for 5 minutes to obtain a current collector with a 4 μm conductive adhesive layer.

導電性接着剤層付き集電体を、反対方向に回転する上下一対のエンボスロールの対向間隙に通し突起加工を施すことで、突起数11個/mm、突起長さ131μmの上部が開孔された四角錐台状突起(突起下底寸法、縦15μm×横21μm)を有する開孔率36%の導電性接着剤層付き突起集電体を得る。 By passing the current collector with the conductive adhesive layer through the opposing gap between the pair of upper and lower embossing rolls rotating in opposite directions, the upper part with 11 protrusions / mm 2 and a protrusion length of 131 μm is opened. A projection current collector with a conductive adhesive layer having a porosity of 36% and having a square pyramidal trapezoidal projection (projection bottom bottom dimension, length 15 μm × width 21 μm) is obtained.

導電性接着剤層付き突起付き集電体に集電体にロールコーターを用いてスラリーを集電体の両面に塗布し、60℃で20分乾燥し、次いで120℃で20分加熱処理した後、ロール温度100℃でロールプレスを行い、厚さ(両面の電極組成物層厚みと導電性接着剤層の厚みと集電体厚み)320μmのハイブリッドキャパシタ用正極電極を得る。渦電流式変位センサ(センサヘッド部EX−110V、アンプユニット部EX−V02:キーエンス社製)を用いて片面の厚みを測定すると、電極組成物層の厚みは141μmである。   After applying the slurry to both sides of the current collector using a roll coater on the current collector with protrusions with a conductive adhesive layer, drying at 60 ° C. for 20 minutes, and then heat-treating at 120 ° C. for 20 minutes Then, a roll press is performed at a roll temperature of 100 ° C. to obtain a positive electrode for a hybrid capacitor having a thickness of 320 μm (thickness of electrode composition layer on both sides, thickness of conductive adhesive layer and current collector thickness). When the thickness of one side is measured using an eddy current type displacement sensor (sensor head part EX-110V, amplifier unit part EX-V02: manufactured by Keyence Corporation), the thickness of the electrode composition layer is 141 μm.

(ハイブリッドキャパシタ用負極電極の作製)
厚さ0.5mmのフェノール樹脂成形板をシリコニット電気炉中に入れ、窒素雰囲気下で500℃まで50℃/時間の速度で、更に10℃/時間の速度で660℃まで昇温し、熱処理し、ポリアセンを合成する。かくして得られるポリアセン板をディスクミルで粉砕し、篩にかけて平均粒子径5μmのPAS粉体を得る。得られるポリアセン100部、アクリレート重合体の固形分濃度40%の水分散液7.5部およびエーテル化度が0.6で1%水溶液の粘度が900mPa・sであるカルボキシメチルセルロースアンモニウム塩1部に適当量の水を加え、プラネタリーミキサーを用いて混合分散し、粘度が5,000〜20,000mPa・sの間に入るハイブリッドキャパシタ用負極スラリーを得る。
(Preparation of negative electrode for hybrid capacitor)
A 0.5 mm thick phenolic resin molded plate is placed in a siliconite electric furnace, heated to 500 ° C. at a rate of 50 ° C./hour, and further at a rate of 10 ° C./hour to 660 ° C. in a nitrogen atmosphere, followed by heat treatment. Synthesize polyacene. The polyacene plate thus obtained is pulverized by a disk mill and sieved to obtain a PAS powder having an average particle diameter of 5 μm. To 100 parts of the resulting polyacene, 7.5 parts of an aqueous dispersion of an acrylate polymer having a solid content of 40%, and 1 part of carboxymethyl cellulose ammonium salt having a degree of etherification of 0.6 and a 1% aqueous solution having a viscosity of 900 mPa · s. An appropriate amount of water is added and mixed and dispersed using a planetary mixer to obtain a negative electrode slurry for a hybrid capacitor having a viscosity of between 5,000 and 20,000 mPa · s.

正極と同様にして銅製の集電体に導電性接着剤層の形成と突起加工を行い、突起数11個/mm、突起長さ52μmの上部が開孔された四角錐台状突起(縦15μm×横21μm)を有する開孔率36%の導電性接着剤層付き突起集電体を得る。この集電体にロールコーターを用いてスラリーを塗布し、60℃で20分乾燥し、次いで120℃で20分加熱処理した後、ロール温度100℃でロールプレスを行い、厚さ(両面の電極組成物層厚さと導電性接着剤層の厚さと集電体厚さ)150μmのハイブリッドキャパシタ用負極電極を得る。渦電流式変位センサ(センサヘッド部EX−110V、アンプユニット部EX−V02:キーエンス社製)を用いて片面の厚みを測定すると、電極組成物層の厚さは56μmである。 In the same manner as the positive electrode, a conductive adhesive layer was formed on a copper current collector and protrusions were processed, and a truncated pyramid-shaped protrusion (vertical) with an upper part having a protrusion number of 11 / mm 2 and a protrusion length of 52 μm was formed. A projection current collector with a conductive adhesive layer having a porosity of 36% having a size of 15 μm × width 21 μm is obtained. A slurry is applied to this current collector using a roll coater, dried at 60 ° C. for 20 minutes, and then heat-treated at 120 ° C. for 20 minutes, followed by roll pressing at a roll temperature of 100 ° C. A negative electrode for a hybrid capacitor having a composition layer thickness, a conductive adhesive layer thickness and a current collector thickness) of 150 μm is obtained. When the thickness of one side is measured using an eddy current type displacement sensor (sensor head part EX-110V, amplifier unit part EX-V02: manufactured by Keyence Corporation), the thickness of the electrode composition layer is 56 μm.

(測定用セルの作製)
作製する電極用シートを、導電性接着剤層と電極組成物層が形成されていない未塗工部を縦2cm×横2cmを残し、電極組成物層が形成されている部分を縦5cm×横5cmになるように切り抜く。これに縦7cm×横1cm×厚み0.01cmのアルミからなるタブ材を未塗工部に超音波溶接して測定用電極を作製する。測定用電極は、正極10組、負極11組を用意し、160℃で40分間乾燥した。セパレータとして厚さ35μmのセルロース/レーヨン混合不織布を用いて、正極集電体、負極集電体の端子溶接部がそれぞれ反対側になるよう配置し、正極、負極の対向面が20層になるように、また積層した電極の最外部の電極が負極となるように積層する。最上部と最下部はセパレータを配置させて4辺をテープ留めし、正極集電体の端子溶接部(10枚)、負極集電体の端子溶接部(11枚)をそれぞれ超音波溶接する。
(Preparation of measurement cell)
In the electrode sheet to be prepared, the uncoated portion where the conductive adhesive layer and the electrode composition layer are not formed is left 2 cm × 2 cm in length, and the portion where the electrode composition layer is formed is 5 cm × width Cut out to 5cm. A tab material made of aluminum having a length of 7 cm, a width of 1 cm, and a thickness of 0.01 cm is ultrasonically welded to the uncoated portion to produce a measurement electrode. As measurement electrodes, 10 sets of positive electrodes and 11 sets of negative electrodes were prepared and dried at 160 ° C. for 40 minutes. Using a cellulose / rayon mixed nonwoven fabric having a thickness of 35 μm as a separator, the terminal welds of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are arranged on opposite sides, and the opposing surfaces of the positive electrode and the negative electrode are 20 layers. In addition, lamination is performed so that the outermost electrode of the laminated electrodes becomes a negative electrode. The uppermost part and the lowermost part are provided with separators, and four sides are taped, and the terminal welded part (10 sheets) of the positive electrode current collector and the terminal welded part (11 sheets) of the negative electrode current collector are ultrasonically welded.

リチウム極として、リチウム金属箔(厚さ82μm、縦5cm×横5cm)を厚さ80μmのステンレス網に圧着したものを用い、該リチウム極を最外部の負極と完全に対向するように積層した電極の上部および下部に各1枚配置する。尚、リチウム極集電体の端子溶接部(2枚)は負極端子溶接部に抵抗溶接する。   As a lithium electrode, an electrode in which a lithium metal foil (82 μm thick, 5 cm long × 5 cm wide) is pressure-bonded to a stainless steel mesh having a thickness of 80 μm, and the lithium electrode is laminated so as to be completely opposed to the outermost negative electrode One sheet is placed at the top and bottom of each. The terminal welding part (two sheets) of the lithium electrode current collector is resistance-welded to the negative electrode terminal welding part.

上記リチウム箔を最上部と最下部に配置した積層体を深絞り下外装フィルムの内部へ設置し、外装ラミネートフィルムで覆い三辺を融着後、電解液としてエチレンカーボネート、ジエチルカーボネートおよびプロピレンカーボネートを重量比で3:4:1とした混合溶媒に、1モル/リットルの濃度にLiPF6を溶解した溶液を真空含浸させた後、残り一辺を融着させ、フィルム型キャパシタを作製する。得られるハイブリッドキャパシタの体積あたりの容量密度および体積抵抗率を表1に示す。 Laminate with the lithium foil placed at the top and bottom is placed inside the deep-drawn lower exterior film, covered with the exterior laminate film and fused on the three sides, and then ethylene carbonate, diethyl carbonate and propylene carbonate are used as the electrolyte. A solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / liter is vacuum impregnated in a mixed solvent having a weight ratio of 3: 4: 1, and then the remaining one side is fused to produce a film type capacitor. Table 1 shows the capacity density and volume resistivity per volume of the obtained hybrid capacitor.

Figure 0005163216
Figure 0005163216

<実施例2>
正極に用いる集電体の突起長さを93μm、負極に用いる集電体の突起長さを37μmにする以外は実施例1と同様にハイブリッドキャパシタ用電極を得る。得られるハイブリッドキャパシタ用電極の電気特性の評価結果を表1に示す。
<Example 2>
A hybrid capacitor electrode is obtained in the same manner as in Example 1 except that the protrusion length of the current collector used for the positive electrode is 93 μm and the protrusion length of the current collector used for the negative electrode is 37 μm. Table 1 shows the evaluation results of the electrical characteristics of the obtained hybrid capacitor electrode.

<実施例3>
正極に用いる集電体の突起長さを71μm、負極に用いる集電体の突起長さを30μmにする以外は実施例1と同様にハイブリッドキャパシタ用電極を得る。得られるハイブリッドキャパシタ用電極の電気特性の評価結果を表1に示す。
<Example 3>
A hybrid capacitor electrode is obtained in the same manner as in Example 1 except that the protrusion length of the current collector used for the positive electrode is 71 μm and the protrusion length of the current collector used for the negative electrode is 30 μm. Table 1 shows the evaluation results of the electrical characteristics of the obtained hybrid capacitor electrode.

<比較例1>
実施例1と同様に導電性接着剤を塗布した集電体に開孔径15μm、開孔率36%となるように金型を用いて打ち抜き、導電性接着剤層付き孔開き集電体を得る。この集電体を用いる以外は実施例1と同様にハイブリッドキャパシタ用電極を得る。得られるハイブリッドキャパシタ用電極の電気特性の評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
In the same manner as in Example 1, a current collector coated with a conductive adhesive was punched out using a mold so as to have a hole diameter of 15 μm and a hole area ratio of 36% to obtain a perforated current collector with a conductive adhesive layer. . A hybrid capacitor electrode is obtained in the same manner as in Example 1 except that this current collector is used. Table 1 shows the evaluation results of the electrical characteristics of the obtained hybrid capacitor electrode.

実施例1から3は、比較例1に比べて、ハイブリッドキャパシタの体積抵抗率は減少した。これは、集電体に突起を付与させることによって、電極組成物層と集電体が接する面積(A/B)が増加し、さらに、電極組成物層中に占める突起の割合(体積%)が増え、突起部長さ(D)/電極厚さ(L)が大きくなったことにより、電極組成物層中から効率良く集電できるようになったためと考えられる。   In Examples 1 to 3, the volume resistivity of the hybrid capacitor was reduced as compared with Comparative Example 1. This is because the area where the electrode composition layer and the current collector are in contact (A / B) is increased by imparting protrusions to the current collector, and the ratio (volume%) of the protrusions in the electrode composition layer. This is considered to be because the protrusion portion length (D) / electrode thickness (L) is increased, so that the current can be efficiently collected from the electrode composition layer.

本発明のハイブリッドキャパシタ用電極を用いることで、セルの低抵抗化を実現することができる。そのため、電気自動車又はハイブリッド自動車への応用、太陽電池と併用したソーラー発電エネルギー貯蔵システム、電池と組み合わせたロードレベリング電源等の様々な用途に好適に用いることができる。   By using the hybrid capacitor electrode of the present invention, the resistance of the cell can be reduced. Therefore, it can be suitably used for various applications such as an application to an electric vehicle or a hybrid vehicle, a solar power generation energy storage system combined with a solar battery, and a load leveling power source combined with a battery.

Claims (3)

集電体に導電性接着剤を塗布する工程(1)、
次いで、前記導電性接着剤が塗布された前記集電体に突起を付与する工程(2)、
さらに、前記突起が付与された前記集電体上に電極組成物を塗布する工程(3)を有し、
前記集電体は、開孔しており、その開孔率が20〜60%であることを特徴とするハイブリッドキャパシタ用電極の製造方法。
Applying a conductive adhesive to the current collector (1),
Next, a step (2) of providing protrusions on the current collector coated with the conductive adhesive,
And (3) applying an electrode composition on the current collector provided with the protrusions.
The current collector is apertured, and the aperture ratio is 20 to 60%.
さらに、塗布された前記電極組成物を熱プレスする工程(4)を有する請求項に記載のハイブリッドキャパシタ用電極の製造方法。 Furthermore, the applied method of manufacturing a hybrid capacitor electrode according to claim 1 comprising the step (4) for hot pressing the electrode composition. 請求項1または2に記載の製造方法により得られたハイブリッドキャパシタ用電極を有するハイブリッドキャパシタ。 The hybrid capacitor which has the electrode for hybrid capacitors obtained by the manufacturing method of Claim 1 or 2 .
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