JPH11135378A

JPH11135378A - 固体活性炭電極の製造方法

Info

Publication number: JPH11135378A
Application number: JP9299032A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Takagi; 忍高木; Takasumi Shimizu; 孝純清水
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】一層高い機械的強度を備えた固体活性炭電極の
得ることが可能な固体活性炭電極の製造方法を提供す
る。【解決手段】押出成形工程において、活性炭粉末、フェ
ノール樹脂粉末、およびポリカルボジイミド粉末とから
所定形状の成形体が成形され、脱バインダ工程および熱
処理工程において、その成形体が窒素雰囲気下で熱処理
されることにより、フェノール樹脂粉末およびポリカル
ボジイミド粉末が炭化されて炭素組織が生成される。そ
のため、活性炭電極において活性炭粉末を相互に結合す
る炭素組織は、フェノール樹脂粉末の炭化物およびポリ
カルボジイミド粉末の炭化物によって構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体活性炭電極の
製造方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】活性炭粉末を高い比表面積を保ったまま
所定形状に固形化させた固体活性炭が知られている。例
えば特公平７−９１４４９号公報等に記載されている大
容量電気二重層コンデンサの電極を構成する固形状の活
性炭電極（以下、固体活性炭電極という）等がそれであ
る。この固体活性炭電極は活性炭とそれを結合するガラ
ス状炭素（glassy carbon ）の複合体であって、例え
ば、活性炭粉末にフェノール樹脂等の樹脂粉末を混合し
て所望の形状に成形した後、例えば炉内ガスを窒素ガス
に置換した非酸化性雰囲気下、所定温度で熱処理してそ
の樹脂を炭化（カーボン化）させることによって製造さ
れる。これにより、活性炭粉末がその比表面積を大きく
減じられることなく、フェノール樹脂等に由来するガラ
ス状炭素によって相互に結合させられた固体活性炭電極
が得られるのである。

【０００３】上記の電気二重層コンデンサは、一対の電
極を構成する導電体と電解質溶液との界面にそれぞれ互
いに符号の異なる一対の電荷層（すなわち電気二重層）
が生じることを利用したものであり、急速充電が可能で
あると共に充放電に伴う寿命劣化が生じ得ないという特
徴を有している。そのため、例えば、電池または商用交
流電源を直流に変換した電源と並列に電気二重層コンデ
ンサを接続し、電源の瞬断時に電気二重層コンデンサに
蓄積された電荷により種々の部品のバックアップをする
という形で使用されている。近年、このような電気二重
層コンデンサを大容量且つ大電流放電可能とすることに
よって、例えば電気自動車の回生エネルギー蓄積用デバ
イスや、自動車のセルモータ駆動、太陽電池電圧のレベ
リング等に利用することが考えられているが、前記の固
体活性炭電極はこのような用途の電気二重層コンデンサ
を構成する重要な電極材料である。固体活性炭電極は大
きな比表面積を有すると共に特に加圧することなく活性
炭粉末相互の電気的接触が確保されていることから、電
気二重層コンデンサの寸法を比較的小さく保ったまま静
電容量および放電電流値を高め得るためである。

【０００４】因みに、電気二重層コンデンサの静電容量
は電気二重層に蓄えられる電荷量により決定されるた
め、電極の表面積が大きいほど大きな静電容量が得られ
る。それ故、高い導電性と高い比表面積とを有する活性
炭が電極材料として好適に用いられるが、粉末或いは繊
維状の活性炭がそのまま金属ケース等に収納された従来
の電気二重層コンデンサにおいては、粉末或いは繊維相
互の電気的接触を得るために加圧が必要であった。した
がって、このような構造で大きな静電容量を得るために
は、活性炭量を多くして表面積を大きくすると共にその
活性炭の電気的接触を一層確実にするために加圧力を高
くすることが必要となることから金属ケースが極めて大
きくなる。このため、実用的な大きさの電気二重層コン
デンサとしてはせいぜい数Ｆ程度の静電容量しか得られ
ず、前記のような大容量且つ大電流用途への適用は困難
であった。これに対して、固体活性炭電極によれば、電
気的接触を確保するための加圧が不要であることから、
電気二重層コンデンサの寸法拡大を好適に抑制できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電気二重層
コンデンサを回生エネルギー蓄積用デバイス等へ適用す
るに際しては放電電流を一層高め且つ小型化することが
望まれるため、固体活性炭電極を可及的に薄くして実効
的内部抵抗を低くする必要がある。一方、固体活性炭電
極の製造工程における取扱中に或いは使用中の振動や衝
撃等に起因する破損を抑制するためには、その機械的強
度が十分に高いことが必要である。しかしながら、フェ
ノール樹脂を利用した従来の固体活性炭電極では抗折強
度が最大で50(kgf/cm²) 程度に過ぎないことから、例え
ば1(mm) 以上の厚さが必要となるため、これが高出力化
および小型化の妨げとなっていた。ここで「抗折強度」
は、例えば日本粉末冶金工業会規格 JPMA P 10-1992 に
規定される『抗折強さによる金属圧粉体の強さ測定方
法』に準拠して測定されるものである。したがって、固
体活性炭電極を一層薄くして電気二重層コンデンサを一
層高出力化および小型化するために、固体活性炭電極の
機械的強度を一層高めることが望まれていた。

【０００６】なお、例えば成形体中の樹脂重量比を大き
くすること等により固体活性炭電極の密度を高くすれば
強度を高めることができるが、密度を高くするほど容量
減少率が大きくなるため、急速充放電が必要な回生エネ
ルギー蓄積用デバイス等への適用が困難となる。ここで
「容量減少率」とは、小電流充放電時の静電容量Ｃ₁に
対する大電流充放電時の静電容量Ｃ₂の減少の割合
［（Ｃ₂−Ｃ₁）／Ｃ₁］である。通常、電気二重層コ
ンデンサの静電容量は、イオンの移動度に対する影響の
少ない、例えば一対の活性炭電極の相対する面積で規格
化した値で数百(mA)程度の小電流で定電流放電すること
によって測定される一方、実際の使用時においては、一
般にその測定電流の数百倍以上の大電流で充放電させら
れる。そのため、電気二重層コンデンサでは容量減少率
が可及的に小さいことが望まれることから、固体活性炭
電極の機械的強度を高める目的で密度を高くすることは
好ましくないのである。

【０００７】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであって、その目的とするところは、一層高い機
械的強度を備えた固体活性炭電極を得ることが可能な固
体活性炭電極の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
め、本発明の要旨とするところは、活性炭粉末がガラス
状炭素によって相互に結合された固体活性炭電極を製造
する方法であって、(a) 前記活性炭粉末と、その活性炭
粉末を結合させるためのポリカルボジイミド樹脂粉末を
含む２種以上の熱硬化性樹脂粉末とを有する所定形状の
成形体を成形する成形工程と、(b) その成形体を非酸化
性雰囲気下で熱処理することにより、前記熱硬化性樹脂
粉末を炭化して前記ガラス状炭素を生成する熱処理工程
とを、含むことにある。

【０００９】

【発明の効果】このようにすれば、成形工程において、
活性炭粉末と、その活性炭粉末を結合するためのポリカ
ルボジイミド樹脂粉末を含む２種以上の熱硬化性樹脂粉
末とを有する所定形状の成形体が成形され、熱処理工程
において、その成形体が非酸化性雰囲気下で熱処理され
ることにより、熱硬化性樹脂粉末が炭化されて結合剤と
して機能するガラス状炭素が生成される。そのため、固
体活性炭電極において活性炭粉末を相互に結合するガラ
ス状炭素は、ポリカルボジイミド樹脂粉末の炭化物を含
む熱硬化性樹脂の炭化物によって構成される。この場合
において、ポリカルボジイミド樹脂は、熱処理を施され
ることにより自己架橋反応が進んで自己重合させられる
ものであるが、重合後においても高い柔軟性および高い
強度を有するという特徴を備えている。そのため、熱処
理工程によってその重合体が更に炭化させられることに
より生成される炭化物は、高い柔軟性および高い強度に
加えて高い緻密性を有したまま、熱硬化性樹脂に由来す
る炭化物と共に活性炭粉末を結合するためのガラス状炭
素を構成することから、ガラス状炭素全体としての強度
が高められる。したがって、活性炭粉末が高強度のガラ
ス状炭素で結合されるため、高強度を有する固体活性炭
電極が得られる。

【００１０】

【発明の他の態様】ここで、好適には、前記の成形体
は、前記活性炭粉末と前記熱硬化性樹脂粉末との重量比
が9:1 乃至1:1 であり、且つ熱硬化性樹脂粉末中におけ
るポリカルボジイミド樹脂粉末の占める重量割合が10乃
至 50(wt％) である。このようにすれば、固体活性炭電
極中における活性炭の占める割合が十分に大きくされる
ため、比表面積を十分に大きくすることができて十分に
高い静電容量が得られると共に、ガラス状炭素を生成す
るための熱硬化性樹脂の一部が樹脂全体に対する割合で
50(wt％) 以下の範囲でポリカルボジイミド樹脂粉末に
置換されているため、成形体延いては固体活性炭電極を
所望の形状に保ちながらその強度を高めることができ
る。なお、ポリカルボジイミド樹脂は、前述のように柔
軟性を備えている反面、フェノール樹脂のような一般的
な熱硬化性樹脂に比較して保形性に劣るため、成形体お
よび固体活性炭電極の形状を保持するためには、熱硬化
性樹脂全体に対するポリカルボジイミド樹脂粉末の割合
を十分に少なくすることが望まれるのである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例におい
て、各部の寸法比等は必ずしも正確に描かれていない。

【００１２】図１は、本発明の一実施例の固体活性炭電
極の製造方法によって製造された活性炭電極１０を用い
た電気二重層コンデンサ１２の断面構造を模式的に示す
図である。このコンデンサ１２は、全体が箱型を成し
て、平板状の一対の活性炭電極１０，１０、それら一対
の活性炭電極１０，１０に挟まれたセパレータ１４、活
性炭電極１０，１０の外側に順に設けられた一対の集電
体１６，１６、一対の端子板１８，１８、一対の固定板
２０，２０と、活性炭電極１０，１０の側面側に備えら
れて集電体１６，１６を支持するガスケット２２、およ
びガスケット２２の両面に備えられて固定板２０，２０
を支持する一対の支持体２４，２４を備えたものであ
り、集電体１６，１６およびガスケット２２により囲ま
れた内部には、例えば、電解液として 30(wt％) の硫酸
水溶液が注入されている。なお、図においては一対の活
性炭電極１０、１０がセパレータ１４を介して設けられ
ているが、更に多数の活性炭電極１０がセパレータ１４
を介して積層されてもよい。

【００１３】上記一対の活性炭電極１０，１０は、例え
ば厚みが 1(mm)程度とされたものであり、後述のように
結合剤として機能する二種の炭化物から成る高強度のガ
ラス状炭素によって活性炭が結合させられた多孔質の活
性炭−炭素複合体である。また、上記セパレータ１４
は、例えば厚みが0.1 〜0.2(mm) 程度で活性炭電極１０
よりも面積がやや大きくされたガラス繊維から成るもの
であり、活性炭電極１０，１０相互の接触による電気的
短絡を防止すると共に、前記電解液が自由に流通可能と
なるように多孔質に形成されている。

【００１４】また、前記集電体１６，１６は、例えばカ
ーボンを含む導電性ゴムから成る例えば厚み0.1 〜0.2
(mm) 程度の導電性シートであり、周縁部において前記
ガスケット２２および支持体２４，２４に挟まれること
によって、セル間の隔壁となっている。すなわち、バイ
ポーラ電極構造となっている。

【００１５】また、集電体１６，１６の外側に備えられ
た端子板１８，１８は、例えば厚みが 0.2(mm)程度で活
性炭電極１０，１０と同様な面積のアルミニウム製平板
であり、この端子板１８，１８に設けられた図示しない
一対の端子に電圧を印加することにより、集電体１６，
１６を介して活性炭電極１０，１０に電力が供給される
ようになっている。また、固定板２０、ガスケット２
２、支持体２４，２４は、何れも射出成形可能な樹脂か
ら成るものである。

【００１６】上記の電気二重層コンデンサ１２は、以下
のように組み立てられる。すなわち、先ず、各上記の構
成部材を順に積層し、その際、ガスケット２２および支
持体２４，２４の間に、耐硫酸性の接着剤を塗り込んで
固着する。次いで、端子板１８，１８を両面から集電体
１６，１６に圧着した後、固定板２０，２０を例えば４
か所においてボルトおよびナット２６によって両面から
固定する。最後に、例えばガスケット２２に設けられて
いる図示しない注入孔から前記電解液を所定量注入して
封止することにより、電気二重層コンデンサ１２が得ら
れる。

【００１７】以上のように構成された電気二重層コンデ
ンサ１２は、図２に模式的に示すように、電圧が印加さ
れると多数の活性炭粒子２８の表面に電解質溶液中のプ
ラス或いはマイナスのイオン（すなわち、 H⁺或いはSO
₄ ^2-）がそれぞれ吸着され、電気二重層が形成されるこ
とによって充電が行われる。このとき、活性炭電極１０
は、後述の熱硬化性樹脂に由来する図示しないガラス状
炭素によって、活性炭粒子２８が相互に結合されて構成
されていることから、上記のイオンはガラス状炭素およ
び活性炭粒子２８によって形成された隙間（流路）を通
って移動することとなる。

【００１８】ところで、上記の活性炭電極１０は、例え
ば、図３に示される工程に従って製造される。先ず、工
程１の混合工程において、例えば粒径が5 〜 30(μm)程
度、好適には 20(μm)程度で BET法によって測定した比
表面積が700 〜2000(m²/g)程度、好適には1700(m²/g)程
度の活性炭粉末を 70(wt％) 程度、熱硬化性樹脂粉末を
30(wt％) 程度、それらの混合物100(wt％) に対する割
合で60 (wt％) 程度の水、および、例えばＭＣ、ＰＶＡ
やアクリル樹脂等を主成分とする成形バインダーを混合
物100(wt％) に対する割合で 60(wt％) 程度混合する。
なお、熱硬化性樹脂粉末は、例えば粒径が10〜 50(μm)
程度のフェノール樹脂粉末を 21(wt％)程度と、例えば
粒径が10〜 50(μm)程度のポリカルボジイミド樹脂粉末
を9(wt％) 程度とから構成される。これらの混合工程
は、何れも例えば乾式混合機等で行われ、これにより原
料および添加物が均一に混合される。また、上記の熱硬
化性樹脂粉末の全添加量すなわちフェノール樹脂粉末お
よびポリカルボジイミド樹脂粉末の合計添加量は、活性
炭とカーボン（炭素）の複合材料を構成するために必要
とされる量（活性炭電極１０の十分な機械的強度を得る
ために必要な量）であり、下記の工程３の押出成形工程
において所望の成形体を得るために必要な成形性を考慮
して決定されたものである。本実施例においては、上記
のフェノール樹脂およびポリカルボジイミド樹脂樹脂が
熱硬化性樹脂に相当し、熱硬化性樹脂全体に対するポリ
カルボジイミド樹脂粉末の重量割合は 30(wt％) 程度で
ある。

【００１９】なお、上記ポリカルボジイミド樹脂は、例
えば、下記化１の右辺第１項に示される構造を備えた粉
末或いはワニス状の高分子化合物であり、例えば、触媒
存在下で下記化１の左辺に示されるジイソシアネートを
脱炭酸縮合反応させることにより合成される。ポリカル
ボジイミド樹脂は、非晶性の構造を有して優れた力学的
特性を有しており、例えば、フィルム状に加工された状
態で引張強度 130(MPa) 、弾性率 3(GPa) 、密度1.21(g
/cm³) 、誘電率(1kHz)3.40、体積抵抗4.5 ×10 ¹⁶ (Ω・
cm) 、表面抵抗6.5 ×10¹⁶ (Ω) 、屈折率1.73程度の物
性を備える。また、ポリカルボジイミド樹脂は熱処理を
施されることで自己架橋反応が進んで耐熱性が付与され
るが、架橋構造が導入されても高い緻密性と柔軟性とを
失わないため、熱処理後にも高い強度を有している。な
お、ポリカルボジイミド樹脂の残炭率すなわち後述の熱
処理工程後の残存重量比は例えば 50(％) 程度である。

【００２０】

【化１】

【００２１】次いで、工程２の混練工程においては、例
えばニーダーを用いて前記の混合物を混練することによ
り、成形に適した可塑性が与えられる。そして、工程３
の押出成形工程において、その混練物を押出成形機によ
って例えば幅100(mm) 程度、厚さ1(mm) 程度のシート状
の成形体に連続成形する。押出成形されたシート状成形
体は、工程４の乾燥工程において例えば100(℃) の熱風
で乾燥され、更に、例えば切断或いは打抜き等によっ
て、図４(a) に示されるような例えば70×50×1(mm) 程
度の寸法の薄板状成形体３０に加工される。本実施例に
おいては、押出成形工程が成形工程に対応する。この成
形体３０は、図４(b) に模式的に示されるように、水を
含む成形バインダ３２によって活性炭粉末３４、ポリカ
ルボジイミド樹脂粉末３６、およびフェノール樹脂粉末
３８が結合された組織を備えている。

【００２２】そして、工程５および６の脱バインダー工
程および熱処理工程においては、上記の成形体３０を図
示しない所定のセッター上に載置した状態で、例えばボ
ックス炉内で、Ｎ₂ガス気流中、300(℃/hr)程度の昇温
速度で昇温しつつ脱脂（脱バインダー）し、更に900
(℃) ×2(時間) 程度の熱処理を連続的に実施する。こ
れにより、成形体３０中のフェノール樹脂粉末３８およ
びポリカルボジイミド樹脂粉末３６が溶融させられて活
性炭粉末３４を相互に結合し、更にその一部が炭化され
ると共にその過剰分が十分に消散させられて、固体活性
炭電極すなわち活性炭電極１０が得られる。なお、本実
施例においては、上記の脱バインダー工程および熱処理
工程が請求の範囲でいう「熱処理工程」に対応する。

【００２３】ここで、下記の表１は、上記のようにして
製造した活性炭電極１０の特性を活性炭粉末３４および
熱硬化性樹脂粉末（フェノール樹脂粉末３８およびポリ
カルボジイミド樹脂粉末３６）の種々の重量比で調合し
て評価した結果（実１〜５）を、フェノール樹脂粉末
［残炭率 65(％) 程度］だけがガラス状炭素を構成する
ための樹脂成分として用いられた従来の活性炭電極（比
１〜５）と対比して示すものである。なお、表におい
て、「配合比活／フ／ポ」は活性炭粉末、フェノール
樹脂粉末、およびポリカルボジイミド樹脂粉末の配合比
（重量比）である。また、「電極密度」および「抗折強
度」は何れも熱処理後の値であり、抗折強度は前記 JPM
A P 10-1992 に準拠した方法で、密度に応じて厚みを異
なるものとすることで活性炭電極１０の一枚当たりの重
量を同様にして測定した。すなわち、密度が0.50(g/c
m³) 程度である実施例１の活性炭電極１０は、密度が1.
09(g/cm³) 程度である実施例５の活性炭電極１０の略２
倍の厚さで評価している。また、「ＳＡ」はＢＥＴ法に
よって測定した熱処理後の比表面積である。また、静電
容量は、例えば0.9(V)で30分定電圧充電後、 0.45(V)に
なるまで定電流放電した場合の静電容量をＣ＝（ｉ・△
ｔ）／△Ｖ〔但し、静電容量をＣ(F) 、放電電流をｉ
(A) 、電圧降下に要した時間を△ｔ(sec) 、電圧降下を
△Ｖ(V) とする〕によって求めて、単位重量当たり或い
は単位重量当たりの値に換算したものであり、「容量
１」が例えば0.1(A)程度で、「容量２」が例えば10(A)
程度でそれぞれ放電したときの結果である。また、「減
少率」は、小電流放電時の静電容量に対する大電流放電
時の静電容量の減少の割合を百分率で表した［（容量２
−容量１）／容量１］×100 で算出した。

【００２４】［表１］配合比電極密度抗折強度ＳＡ容量１容量２減少率No. 活／フ／ポ (g/cm³) (kgf/cm²) (m²/g) (F/g) (F/cm³) (F/cm³) ( ％) 実１ 90／ 9／ 1 0.50 22 1526 48 24 21 -13 実２ 80／16／ 4 0.60 64 1342 45 27 23 -15 実３ 70／21／ 9 0.73 204 1184 42 31 24 -23 実４ 60／24／16 0.90 517 1010 42 37 24 -35 実５ 50／25／25 1.09 1510 844 40 42 21 -50 比１ 90／10／ 0 0.43 8 1205 45 20 17 -15 比２ 80／20／ 0 0.52 21 1156 44 23 19 -17 比３ 70／30／ 0 0.65 54 1047 41 27 21 -22 比４ 60／40／ 0 0.83 103 938 40 33 15 -55比５ 50／50／ 0 1.05 210 808 38 39 10 -74

【００２５】上記表において活性炭粉末の重量比が同様
な実施例と比較例との対比から明らかなように、熱硬化
性樹脂粉末の配合比に拘わらずその重量比が同様であれ
ば略同様な電極密度が得られる一方、フェノール樹脂粉
末３８の一部をポリカルボジイミド樹脂粉末３６に置き
換えた実施例の活性炭電極１０では、フェノール樹脂だ
けを用いた比較例に対して抗折強度が3 倍乃至7 倍程度
と高められる。また、比表面積は活性炭粉末の重量比が
同様なものを相互に対比すると1 〜1.3 倍程度に高めら
れていることが判る。これは、ポリカルボジイミド樹脂
がフェノール樹脂よりも活性炭粉末の細孔を塞ぎ難く、
或いは細孔が小さくなることが脱炭酸反応によって抑制
されるためと考えられる。また、静電容量および容量減
少率は、従来と同等以上の特性に保たれている。なお、
本実施例の方が僅かに高い電気的特性を備えている結果
が得られたが、これは、ポリカルボジイミド樹脂に由来
する炭化物の導電性がフェノール樹脂に由来する炭化物
よりも高いためと考えられる。すなわち、本実施例によ
れば、同様な電気的特性を確保しながら、機械的強度が
飛躍的に高められている。

【００２６】なお、上記表に示されるように、樹脂の重
量比が大きくなるほど電極密度の増大に伴って抗折強度
は高められるが、電極密度の増大は活性炭電極１０の全
体積のうち一定の残炭率で残留する樹脂の炭化物（カー
ボンすなわちガラス状炭素）の占める割合の増大を意味
する。この炭化物は、活性炭粉末３４相互を結合するた
めのものであるが、比表面積が小さいことから電荷の蓄
積には殆ど寄与せず、専ら活性炭表面に通じる電解質イ
オンの通路として機能するマクロ孔を形成している。し
かしながら、活性炭電極１０中に残留する炭化物量が過
剰になると、その過剰の炭化物によってマクロ孔が閉塞
され或いはその細孔径が小さくされ、更にはその長さが
長くされることから、電解質イオンの移動抵抗が大きく
なって容量減少率の増大をもたらす。したがって、電気
自動車等の急速充放電が必要となる用途では電極密度を
それほど大きくすることはできず、上記表１に示された
例では密度0.7 程度（活性炭粉末と熱硬化性樹脂粉末と
の重量比で70／30程度）以下が好ましい。この密度にお
いてはフェノール樹脂だけを用いた比較例３では抗折強
度が50(kgf/cm²) 程度に過ぎないことから、活性炭電極
１０の厚さの下限は1(mm) 程度であった。しかしなが
ら、フェノール樹脂粉末３８に加えてポリカルボジイミ
ド樹脂粉末３６を用いた本実施例によれば、上記密度と
なる重量比70／30の実施例３において抗折強度が200(kg
f/cm²)程度と高いことから、活性炭電極１０を一層薄く
することが可能である。但し、密度増大に起因する不具
合は上記のように専ら容量減少率に現れて小電流充放電
時には特に問題は生じない。したがって、例えば発光ダ
イオード点灯用等の急速充放電を必要としない用途にお
いては、必要な機械的強度に応じて密度を高く設定し得
るが、この場合にも、本実施例によれば同様な密度で一
層高い強度を備えた活性炭電極１０を製造し得るのであ
る。

【００２７】要するに、本実施例によれば、工程３の押
出成形工程において、活性炭粉末３４と、その活性炭粉
末を結合するためのフェノール樹脂粉末３８およびポリ
カルボジイミド樹脂粉末３６とを有する所定形状の成形
体３０が成形され、工程５の脱バインダ工程および工程
６の熱処理工程において、その成形体３０が窒素雰囲気
下で熱処理されることにより、フェノール樹脂粉末３８
およびポリカルボジイミド樹脂粉末３６が炭化されて結
合剤として機能するガラス状炭素が生成される。そのた
め、活性炭電極１０において活性炭粉末３４を相互に結
合するガラス状炭素は、熱硬化性樹脂粉末３８の炭化物
およびポリカルボジイミド樹脂粉末３６の炭化物によっ
て構成される。この場合において、ポリカルボジイミド
樹脂は、熱処理を施されることにより自己架橋反応が進
んで自己重合させられるものであるが、重合後において
も高い柔軟性および高い強度に加えて高い緻密性を有す
るという特徴を備えている。そのため、熱処理工程によ
ってその重合体が更に炭化させられることにより生成さ
れる炭化物は、比較的高い柔軟性および高い強度を有し
たまま、熱硬化性樹脂粉末３８に由来する炭化物と共に
ガラス状炭素を構成することから、ガラス状炭素全体と
しての強度が高められる。したがって、活性炭粉末３４
が高強度のガラス状炭素で結合されるため、高強度を有
する活性炭電極１０が得られる。

【００２８】また、本実施例によれば、成形体３０は、
活性炭粉末３４と熱硬化性樹脂粉末（すなわちフェノー
ル樹脂粉末３８およびポリカルボジイミド樹脂粉末３
６）との重量比が9:1 乃至1:1 であり、且つその熱硬化
性樹脂粉末３８中におけるポリカルボジイミド樹脂粉末
３６の占める重量割合が10乃至 50(wt％) である。この
ようにすれば、活性炭電極１０中における活性炭の占め
る割合が十分に大きくされるため、比表面積を十分に大
きくすることができて十分に高い静電容量が得られると
共に、ガラス状炭素を生成するための熱硬化性樹脂の一
部が樹脂全体に対する割合で 50(wt％) 以下の範囲でポ
リカルボジイミド樹脂粉末３６に置換されているため、
成形体３０延いては活性炭電極１０を所望の形状に保ち
ながらその強度を高めることができる。なお、ポリカル
ボジイミド樹脂は、前述のように柔軟性を備えている反
面、フェノール樹脂に比較して保形性に劣るため、成形
体３０および活性炭電極１０の形状を保持するために
は、熱硬化性樹脂全体に対するフェノール樹脂３８の割
合を十分に多くすることが望まれるのである。

【００２９】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は、更に別の態様でも実施さ
れる。

【００３０】例えば、実施例においては、非酸化性雰囲
気で熱処理するために窒素ガス気流中で熱処理されてい
たが、アルゴン、ヘリウムやネオン等の不活性ガス気流
中で熱処理を行ってもよく、或いは真空雰囲気下で熱処
理を行ってもよい。

【００３１】また、実施例においては、成形工程におい
て押出成形によって所定形状の成形体を成形したが、成
形法は特に限定されない。例えば、冷間加圧成形、ホッ
トプレス等の熱間加圧成形、射出成形法、粉末圧延法、
ドクターブレード法等によって成形を行っても差し支え
ない。なお、プレス成形等による場合には、活性炭粉末
と熱硬化性樹脂との混合物を予め造粒することが望まし
く、成形性を高めるために添加される成形バインダーの
種類は成形方法や成形寸法等によって適宜変更される。
例えば、水だけで十分な可塑性を付与できて成形性に問
題がない場合には、成形バインダーは添加しなくともよ
い。

【００３２】また、実施例においては、粒径が5 〜 30
(μm)程度、比表面積が700 〜2000(m ²/g)程度の活性炭
粉末３４を用いて活性炭電極１０を作製したが、用いら
れる活性炭粉末３４の大きさは、例えば、比表面積が数
百(m²/g)程度〜数千(m²/g)程度の範囲で適宜変更され
る。

【００３３】また、実施例においては、活性炭電極１０
の炭素組織を構成するために混合工程においてフェノー
ル樹脂粉末３８を 21(wt％) 、ポリカルボジイミド樹脂
粉末３６を9(wt％) 添加したが、それらの添加量すなわ
ち活性炭粉末との重量比、熱硬化性樹脂粉末相互の重量
比等は、各工程の条件や使用装置、目標とする活性炭電
極１０の焼結密度等に応じて適宜変更される。なお、熱
硬化性樹脂粉末はポリカルボジイミド樹脂粉末を含む２
種以上から構成されていれば差し支えなく、例えば、フ
ェノール樹脂に代えてメラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリ
イミド樹脂等が用いられてもよい。

【００３４】また、実施例においては、本発明が電気二
重層コンデンサ１２を構成する活性炭電極１０の製造方
法に適用された場合について説明したが、固形状の活性
炭電極が用いられるものであれば、パワーコンデンサや
二次電池、燃料電池等の電極となる活性炭電極の製造方
法にも同様に適用される。

【００３５】また、実施例においては、活性炭電極１０
の厚さが1(mm) 程度とされていたが、厚さは所望する電
気二重層コンデンサ１２の静電容量等に応じて適宜設定
される。但し、本発明によれば、活性炭電極１０の機械
的強度が高められていることから一層薄くしても十分な
強度を備えているため、その厚みを例えば0.5(mm) 程度
或いは0.1(mm) 程度とすることも可能である。このよう
にすれば、活性炭電極１０を薄くするに従って電気二重
層コンデンサ１２を構成した場合に実効的内部抵抗が小
さくなるため、一層高容量且つ小型の電気二重層コンデ
ンサを得ることができる。

【００３６】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加え得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の製造方法により製造された
活性炭電極が適用された電気二重層コンデンサの断面構
造を示す図である。

【図２】図１の電気二重層コンデンサの作動を説明する
ための模式図である。

【図３】図１の活性炭電極の製造方法を示す工程図であ
る。

【図４】(a)は、図３の製造工程において成形された成
形体を示す斜視図であり、(b)は、(a)の成形体の構造を
模式的に示す図である。

【符号の説明】

１０：活性炭電極３０：成形体３４：活性炭粉末｛３６：ポリカルボジイミド樹脂、３８：フェノール樹
脂｝（熱硬化性樹脂）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性炭粉末がガラス状炭素によって相互
に結合された固体活性炭電極を製造する方法であって、前記活性炭粉末と、該活性炭粉末を結合させるためのポ
リカルボジイミド樹脂粉末を含む２種以上の熱硬化性樹
脂粉末とを有する所定形状の成形体を成形する成形工程
と、該成形体を非酸化性雰囲気下で熱処理することにより、
前記熱硬化性樹脂粉末を炭化して前記ガラス状炭素を生
成する熱処理工程とを、含むことを特徴とする固体活性
炭電極の製造方法。