JP2008130740A - 電気二重層キャパシタ用電極およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極層の低抵抗化と、電極層と集電体との密着性向上とを同時に満足できる電気二重層キャパシタ用電極とその製造方法を得るものである。
【解決手段】導電助剤、添加剤、活物質粉末およびこの活物質粉末の粒度分布より算出される形状算出全表面積に対して0.05g/m2以上1.00g/m2以下の重量の結着剤を含む電極層と、この電極層が少なくとも一方の面に密着された導電性の集電体とを備えた電気二重層キャパシタ用電極である。
【選択図】図2
【解決手段】導電助剤、添加剤、活物質粉末およびこの活物質粉末の粒度分布より算出される形状算出全表面積に対して0.05g/m2以上1.00g/m2以下の重量の結着剤を含む電極層と、この電極層が少なくとも一方の面に密着された導電性の集電体とを備えた電気二重層キャパシタ用電極である。
【選択図】図2
Description
この発明は、電極層と集電体とを備えた電気二重層キャパシタ用電極およびその製造方法に関するものである。
近年、携帯機器などの電源、電気自動車やハイブリッド車などの補助電源、回生エネルギーの貯蔵、瞬間電圧低下補償装置など様々な分野において、電力貯蔵に対する関心が高まっており、電気貯蔵デバイスが注目されている。電力貯蔵デバイスとしては二次電池やキャパシタ(コンデンサ)などがあり、その用途によって使い分けがなされている。とくに昨今においては、電気二重層キャパシタに関する開発が盛んに行われている。電気二重層キャパシタは、電極表面に電解液中のイオンを物理的に吸脱着させることにより電気を貯蔵できるデバイスであり、二次電池のような電気化学反応を伴わないため、出力が高く、寿命が長い利点がある。この電気二重層キャパシタ用電極では、イオンを吸着させる表面積が大きいほど多くの電気を貯蔵できるため、活性炭などの表面積の大きい材質が活物質として用いられており、この活物質の電気伝導性を補完するためにカーボンブラックなどの導電助剤、電極として成形するための結着剤、およびその他の添加剤などから構成される電極層と電流を得るための金属箔などの集電体とで構成されている。
従来の電気二重層キャパシタにおいては、電極層と集電体との密着性の低さが問題になっていた。この電極層の高強度化を図る方策として、炭素微粉、導電助剤および結着剤からなる電極において、引張強度は0.13MPa以上であることが開示されている(例えば特許文献1参照)。また、集電体の表面に電極層を塗工した後の乾燥条件を制御して集電体と電極層との密着性を向上させる方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。さらに、別の方法として、特殊な導電性高分子材料を用いて電極層を作製することにより、電極層と集電体との接着強度が向上することが開示されている(例えば、特許文献3および4参照)。
しかしながら、電極層の引張強度が高いだけでは電極層と集電体との密着性は向上しない。また、電極層を塗工した後の乾燥条件を制御して集電体と電極層との密着性を向上させる方法では、密着性の向上効果は小さいという問題があった。さらに、特殊な導電性高分子材料を用いて電極層と集電体との接着強度が向上させる方法では、接着強度は向上するが、特殊な導電性高分子材料を用いるためにコストが上昇するという問題があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電極層の抵抗が低く、同時に電極層と集電体との密着性の高い電気二重層キャパシタ用電極を得るものである。
この発明に係る電気二重層キャパシタ用電極は、導電助剤、添加剤、活物質粉末およびこの活物質粉末の粒度分布より算出される形状算出全表面積に対して0.05g/m2以上1.00g/m2以下の重量の結着剤を含む電極層と、この電極層が少なくとも一方の面に密着された導電性の集電体とを備えたものである。
また、この発明に係る電気二重層キャパシタ用電極の製造方法は、導電助剤と溶媒とこの溶媒に可溶な結着剤とを混合する第1の混合工程と、この第1の混合工程で得られた第1の混合物に活物質粉末を混合する第2の混合工程と、この第2の混合工程で得られた第2の混合物を導電性の集電体の少なくとも一方の面に塗布する電極層形成工程とで構成したものである。
この発明に係る電気二重層キャパシタ用電極においては、結着剤の重量を活物質粉末の全表面積に対して0.05g/m2以上1.00g/m2以下にしたので、電極層と集電体との密着強度が向上すると共に電極層が低抵抗となり、静電容量が高く寿命特性が良好な電気二重層キャパシタ用電極が得られる。
また、この発明に係る電気二重層キャパシタ用電極の製造方法においては、電極層形成工程に用いる材料を混合する際に、導電助剤と溶媒とこの溶媒に可溶な結着剤とを混合する第1の混合工程と、この第1の混合工程で得られた第1の混合物に活物質粉末を混合する第2の混合工程とに分離したことにより、第1の工程において結着剤と導電助剤との混合分散性が向上するので、電極層と集電体との密着強度が向上すると共に低抵抗な電極層となるので、静電容量が高く寿命特性の良好な電気二重層キャパシタ用電極が得られる。
実施の形態1.
図1は、この発明を実施するための実施の形態1における電気二重層キャパシタの構造を説明する断面模式図である。正極体1は正極電極層2と正極集電体3とからなり、負極体4は負極電極層5と負極集電体6とからなり、正極電極層3と負極電極層5とはセパレータ7をはさんで対向している。正極体1および負極体4が、本実施の形態における電気二重層キャパシタ用電極に相当する。正極電極層3もしくは負極電極層5は、活性炭などの活物質粉末、導電助剤、結着剤、添加剤などを含んでおり、このとき結着剤の比率を、活物質粉末の粒度分布より算出される形状算出全表面積に対して、0.05g/m2以上1g/m2以下としている。
図1は、この発明を実施するための実施の形態1における電気二重層キャパシタの構造を説明する断面模式図である。正極体1は正極電極層2と正極集電体3とからなり、負極体4は負極電極層5と負極集電体6とからなり、正極電極層3と負極電極層5とはセパレータ7をはさんで対向している。正極体1および負極体4が、本実施の形態における電気二重層キャパシタ用電極に相当する。正極電極層3もしくは負極電極層5は、活性炭などの活物質粉末、導電助剤、結着剤、添加剤などを含んでおり、このとき結着剤の比率を、活物質粉末の粒度分布より算出される形状算出全表面積に対して、0.05g/m2以上1g/m2以下としている。
粒度分布より算出される形状算出全表面積とは、粉末粒子の形状を球状と仮定して粒度分布と比重とを用いて粉末粒子の比表面積を算出したのち、粉末粒子の全表面積に換算したものである。通常、粉末粒子の比表面積を測定する方法としては、粉末粒子の表面に液体窒素温度で不活性ガスを吸着させて標準試料との比較によって比表面積を求めるBET法が用いられる。このBET法では、活性炭のようなメソ孔やミクロ孔などが多い粉末粒子の比表面積を測定すると、1000m2/g以上とかなり大きくなる。なぜなら、メソ孔やミクロ孔などの細孔の内表面も含んだ比表面積が得られるためである。一方、粒度分布より算出される比表面積では、粉末粒子を球状と仮定するため、メソ孔やミクロ孔などの細孔の内表面は含まれず、メソ孔やミクロ孔を除いた活性炭の粉末粒子の外周表面によって得られる比表面積となる。
当初、発明者らはBET法で得られる比表面積から得られる活性炭の全表面積から結着剤の添加量を決めていたが、使用する活性炭の種類の違いによって電極層と集電体との密着強度にばらつきが生じることがわかった。そしてその原因について鋭意検討を進めた結果、結着剤の添加量は活性炭の粉末粒子の外周表面の全表面積に対して決める必要があることを見出した。BET法で得られる比表面積はメソ孔やミクロ孔などの細孔の内表面積を含めた比表面積であるため、同じ比表面積であっても活性炭の種類の違い、つまり細孔の内表面積の違いによって結着剤と絡み合う外表面の比表面積が異なるために密着強度にばらつきが生じることがわかった。つまり、結着剤と活性炭とが絡み合う表面は、メソ孔やミクロ孔を除いた活性炭の粉末粒子の外周表面であるため、BET法で得られる比表面積と結着剤の添加量とは直接関係しない。メソ孔やミクロ孔を除いた活性炭の粉末粒子の外周表面の全表面積は、粒度分布より算出される比表面積を用いて求めることができる。この粒度分布より算出される粉末粒子の全表面積を、形状算出全表面積と表現する。本実施の形態においては、粒度分布より算出される形状算出全表面積と結着剤の添加量との関係を鋭意検討した結果、活性炭粒子の粒度分布より算出される形状算出全表面積に対して、結着剤の比率を0.05g/m2以上とすることにより良好な密着性を示す電極層となることを見出したものである。しかし、結着剤の比率を1g/m2以上とすると電極層の電気抵抗の増大が著しいので、結着剤の比率は、0.05g/m2以上1g/m2以下であることが望ましい。
活性炭の粒度分布を測定する方法は、レーザー回折・散乱法と呼ばれる方法である。この原理を用いたレーザー回折式粒度分布測定装置、例えば、堀場製作所製粒度分布計LA−910(製品名)を用いて粒度分布を測定し、この粒度分布より算出される比表面積が結果として得られるため、この値を元に粉末粒子全体の表面積を換算することによって、形状算出全表面積を求めることができる。
本実施の形態においては、結着剤の重量を100重量部としたときに、導電助剤の重量部を0.2以上1以下としている。結着剤に対して導電助剤の重量比が0.2以上であれば電子導電性が向上するため、特性が向上する。しかし、導電助剤の重量比が1を超えてしまうと結着剤の比率が低下するため、電極層と集電体との密着性が大きく低下する。このとき、電極層と集電体との密着強度は90°ピール試験法にて10N/m以上である。密着強度が10N/m以上あれば良好な寿命特性を示すが、10N/m未満の場合、寿命特性が悪化する。なお、この密着強度はJIS−K6854−1に準拠したピール試験法で測定を行なった。
結着剤の種類としては活性炭などの活物質粉末や集電体との結合性を有するものであれば様々な材質が適応できる。結着剤に用いるフッ素系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単重合体(ポリフッ化ビニリデン)、フッ化ビニリデンの共重合体(例えば、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン系共重合体、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン系共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン系共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系共重合体など)が挙げられ、その他のフッ素系樹脂として、エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン系共重合体などが挙げられる。その他、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル、ゴム類(スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス(SBR)及びアクリロニトリル−ブタジエン共重合体ラテックスなど)、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース(CMC)のナトリウム塩、もしくはアンモニウム塩など、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシメチルセルロース(HMC)など)、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂およびその前駆体(ポリアミック酸など)、ポリアクリロニトリル(PAN)など、この電極層の内部において化学的、電気化学的に安定に存在できる樹脂が挙げられる。これらの樹脂はその樹脂の一部を変性したものでもかまわない。また、これらの樹脂は単独でも2種類以上混合したものでもかまわない。
本実施の形態において、活物質粉末の材料は、電気二重層に電気を貯蔵できる材質や擬似的に二重層キャパシタのように働く材質などであればよく、代表的な材料として活性炭が挙げられ、数100m2/g以上の比表面積を有するものが好ましい。活性炭の材質としてはヤシガラ系、フェノール、塩化ビニルなどの合成樹脂系、ピッチ系、石油コークス系、タール系などが挙げられ、これらを水蒸気、KOHなどのアルカリ、二酸化炭素、濃硫酸などで賦活させたものを用いることができる。活物質粉末の形状としては粉末状、顆粒状、繊維状などとくに限定はなく使用可能である。
活性炭以外の活物質粉末の材料として、人造グラファイト、天然グラファイトなどのグラファイト系や、フェノール樹脂、セルロース、ポリアクリロニトリルなどの高分子化合物を焼成させて得られるカーボンや、コークス、メソフェースピッチまたはメソフェースカーボンを焼成させて得られるカーボンなどの様々な炭素系材料も使用可能である。さらには、特開平11−317333号公報や特開2002−25867号公報などに記載されている黒鉛類似微結晶性炭素などの非多孔性炭素も使用可能である。
活物質粉末の平均粒径は1〜18μmの範囲であることが望ましい。この範囲であると、活物質粉末と集電体との密着力が保たれる。平均粒径が1μm未満では細かすぎて、表面積が大きくなり活物質粉末と集電体との密着性が低下する。一方、平均粒径が18μmより大きくなると集電体との結合接点が減少し、同様に密着性が低下する。
導電助剤としては、金属粒子、炭素粒子などの材料が挙げられる。例えば、金属粒子としてアルミニウム微粒子、ニッケル微粒子などが挙げられ、炭素粒子としては、カーボンブラック系のアセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラックなどが挙げられる。あるいは、グラファイト系として、人造グラファイト、天然グラファイトなども炭素粒子として使用可能である。カーボンブラック系の炭素粒子の場合は、平均一次粒径は20〜100nmが好ましい。金属粒子あるいはグラファイト系炭素粒子の場合は、平均粒径は0.1〜100μmが好ましい。これらの粒子を単独で用いてもよいし、2種以上混合させて用いてもよい。
また、活物質粉末、結着剤、導電助剤などの分散性を向上させる目的で、分散剤(界面活性剤)などを混合してもよい。
これらの活物質粉末、結着剤、導電助剤などを混合させる場合、乾式で混合する方法もあるが、湿式(溶媒中)にて混合させる方法が効率もよく、混合分散効果が高い。使用する溶媒としては、結着剤が溶解しうる溶媒が好ましい。溶媒としては、有機溶媒や水などを用いることができ、例えば、有機溶媒としてはN−メチル−2−ピロリドン(NMP)、NN−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトニトリル、アセトン、メチルエチルケトン、プロパノール、エタノール、メタノール、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、ヘキサンなどが挙げられる。
これらの材料を湿式で混合分散させ、電極層形成用の混合物を作製する装置としては、様々な方式の混合装置が適応できるが、例えば、ボールミル、遊星式ボールミル、ビーズミル、プラネタリーミキサー、ニーダー、加圧ニーダー、ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、ロールミル、流体対向衝突式分散機、撹拌脱泡装置などが挙げられる。とくに生産面を考慮すると、プラネタリーミキサーは微粒子の分散性能もよく、短時間で均一に混合することができるので好ましい。このとき、混合混練手順としては、始めに結着剤を溶媒に溶解した結着剤溶液と導電助剤としての金属粒子あるいは炭素粒子とを比較的高めの導電助剤体積濃度で混練させ、その後、活物質などを投入して混合し、最後に所定濃度になるように調整することが好ましい。導電助剤と結着剤溶液とで混練するとき、導電助剤が、第1の混合物の体積を100体積%としたときに、9体積%以上であることがより好ましい。導電助剤の濃度を9体積%以上とすることで、より導電助剤を高分散化できるため、電子抵抗の低い電極を作製することができる。
この電極層形成用の混合物を集電体上に塗布して電極層を形成する。電極層を形成する装置としては、とくに限定するものではないが、例えばロールコーター、リバースロールコーター、ダイコーター、スロットダイコーター、バーコーター、ディップロールコーター、バーコーター、リップコーター、グラビアコーター、コンマコーター、2本ロールリバースコーター、3本ロールリバースコーター、マイクロバーコーター、キスコーターなどが挙げられる。
電極層形成用の混合物を集電体に塗布した後の乾燥条件については、混合物に使用した溶媒が十分に乾燥する条件であれば、とくに限定はしない。乾燥温度は、溶媒の沸点以下の温度で行なうのがよい。乾燥温度は一定温度でもよいし、低温から高温に2段階以上に温度を変化させてもよい。とくに使用した溶媒の沸点が150℃以上ある場合は、常圧(送風)乾燥後に減圧(真空)乾燥を行なうと、残存溶媒をほとんど除去することができるので、好ましい。
塗布後に乾燥させた電極層はそのままでもよいが、厚み精度を上げるため、もしくは電極層の密度を上げるために、圧延処理を行ってもよい。圧延処理は平板プレス機によるバッチ処理でもよいし、カレンダーロールを用いた連続カレンダー処理でもよい。温度は常温でもよいし、使用した結着剤の融点以下まで温度を上げて処理してもよい。
本実施の形態における電気二重層キャパシタ用電極に用いる集電体としては、金属箔が主に用いられ、その材質としてはアルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼などが挙げられる。アルミニウムは導電性、耐電圧性、生産性の面からより好ましい。集電体の厚みとしては、10から100μmが好ましい。10μm未満では強度が弱くなり、100μmより厚いと電極としてのエネルギー密度が低下するためである。
次に、本実施の形態の電気二重層キャパシタ用電極を用いた電気二重層キャパシタについて説明する。図1は本実施の形態における電機二重層キャパシタ電極である正極体1と負極体5とをセパレータ7を挟んで対向させたキャパシタエレメントであり、このエレメント中の電極とセパレータとの中に電解質と溶媒とから成る電解液を浸み込ませ、エレメントを外装中に封入することで電気二重層キャパシタを完成させることができる。
セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系の多孔性膜、不織布、セルロース系の多孔質膜、無機セラミックス粉末含有多孔質膜、ポリイミド・ポリアミド系多孔質膜などを用いることができる。他の素材として、固体電解質膜、ゲル電解質含有セパレータなども使用できる。
電解液に用いる溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、3−メチルスルホラン、γ−ブチロラクトン、アセトニトリルなどが挙げられ、これら単独でも混合系でも用いることができる。
電解質としては、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート、トリエチルモノメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラエチルアンモニウムヘキサフルオロフォスフェートなどの材料が使用でき、スピロ型4級アンモニウム塩や常温溶融塩(イオン性液体)、固体電解質、ゲル電解質なども使用可能である。
外装としては、例えば、金属缶やアルミラミネートシートからなるものを用いることができる。
電気二重層キャパシタの構成は、正極体および負極体とも集電体の片面に電極層を形成し、各々電極層を対向させた形で間にセパレータを挟みこんだ単セル構造や、集電体の両面に電極層を形成した正負の電極体を交互にセパレータを挟んだ積層構造や、バイポーラ型構造でもよい。また、集電体を帯状とし、この集電体の一方の面に正極電極層を、他方の面に負極電極層を形成し、集電体と同じような帯状のセパレータと共に捲回して一体化した巻き構造や、それらを交互に折り畳んで一体化した折り畳み構造にしてもよい。
以下、この発明をより詳細に説明するために、実施例および比較例を用いて説明する。
[実施例1]
結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF、クレハ社製、商品名KFポリマー)を、溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解し、PVdFの重量濃度が12%となるPVdF溶液を調製した。次に、この12重量%のPVdF溶液25.6gに対して導電助剤としてのアセチレンブラック(電気化学工業社製、商品名:デンカブラック)6.4gを投入し、混合機としてプラネタリーミキサーを用いて30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%は、次のように計算できる。アセチレンブラックの比重は1.95、PVdFの比重は1.77、NMPの比重は1.035であり、PVdFとNMPの比重から12重量%の比重は1.0893となり、12重量%のPVdF溶液25.6gとアセチレンブラック6.4gを混合しているので、導電助剤の体積%は、12.3体積%=(6.4/1.95)/{(6.4/1.95)+(25.6/1.0893)}となる。
結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF、クレハ社製、商品名KFポリマー)を、溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解し、PVdFの重量濃度が12%となるPVdF溶液を調製した。次に、この12重量%のPVdF溶液25.6gに対して導電助剤としてのアセチレンブラック(電気化学工業社製、商品名:デンカブラック)6.4gを投入し、混合機としてプラネタリーミキサーを用いて30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%は、次のように計算できる。アセチレンブラックの比重は1.95、PVdFの比重は1.77、NMPの比重は1.035であり、PVdFとNMPの比重から12重量%の比重は1.0893となり、12重量%のPVdF溶液25.6gとアセチレンブラック6.4gを混合しているので、導電助剤の体積%は、12.3体積%=(6.4/1.95)/{(6.4/1.95)+(25.6/1.0893)}となる。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)80gを、12重量%のPVdF溶液81.1gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分間の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液とした(第2の混合工程)。
使用した水蒸気賦活活性炭の比面積は、粒度分布計(LA−710、堀場製作所)により測定した結果、5回測定の平均値から1.0m2/gであった。したがって、活物質粉末の形状算出全表面積は、80m2(=80g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(25.6+81.1)×0.12/80}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=6.4/{(25.6+81.1)×0.12})である。
この電極層形成用混合液を用いて、集電体としてのアルミニウム箔(厚さ30μm)の片面に電極層を形成した。電極層の形成方法としては、卓上型塗布機を使用して、塗布厚はベーカー式アプリケーターで調整して塗布膜を形成した。塗布後、送風乾燥機中において80℃で1時間の送風乾燥を行なった後、真空乾燥機中において150℃で24時間の真空乾燥を行ない、アルミ箔の集電体の表面に電極層が形成された電極シートを完成させた。乾燥後の電極層の厚は約110μmであった。
この電極シートを100℃のホットロールプレス機によりカレンダー処理を行ない、電極層厚を約100μmとした。プレス後の電極シートから25mm×100mm電極片を切り出し、90°ピール試験による電極層のピール強度測定を行なった。このときの電極層のピール強度は、60N/mであった。
また、この電極シートを30mm角で2枚切り出し、各々アルミニウムからなるタブ部を接合して一組の片側電極層の電極体とした。これらの電極体を150℃の真空乾燥機にて48時間真空乾燥を行なった。窒素雰囲気のグローブボックス中でこの2枚の電極体を電極層が対向するようにして、その間に予め真空乾燥処理を行った35μm厚のセルロース系の素材でできたセパレータを挟み、アルミラミネートフィルムを封筒状に成形した外装に入れ、電解液として、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを1.0モル/L溶解したプロピレンカーボネート(PC)を添加し、予備充電を行った後に、アルミラミネートフィルムの開口部を封止して電気二重層キャパシタを完成した。
このようにして得られた電気二重層キャパシタにおいて、充放電試験装置を用いて、30mAの充放電電流と2.7Vまでの充電電圧とで3サイクル充放電を繰り返し、3サイクル目の放電時を初期特性として、電気二重層キャパシタの初期の静電容量と導電率とを測定した。その後、70℃の環境下で2.7Vのフロート試験を行ない、500時間後の静電容量維持率を測定した。500時間後の静電容量維持率とは、初期の静電容量を100%としたときの500時間後における静電容量の相対値である。また、これらの静電容量は、電極層のばらつきを排除するために、電極層に含まれる活性炭の単位重量当たりで規格化した静電容量を用いた。なお、70℃の環境下で2.7Vのフロート試験とは、電気二重層キャパシタを70℃の環境下で2.7Vの充電電圧状態で一定時間保持し、その後室温(20℃)に戻して充放電を行ない、そのときの静電容量を測定する試験である。本実施例では一定時間を500時間としている。
このような方法で試験した本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、1.00Sであり、500時間後の静電容量維持率は、90%であった。
[実施例2]
実施例2においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液21.6gに対してアセチレンブラック5.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例2においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液21.6gに対してアセチレンブラック5.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)90gを、12重量%のPVdF溶液98.4gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、90m2(=90g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(21.6+98.4)×0.12/90}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.375重量部(=5.4/{(21.6+98.4)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、69N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、0.97Sであり、500時間後の静電容量維持率は、89%であった。
[実施例3]
実施例3においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液19.2gに対してアセチレンブラック4.8gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例3においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液19.2gに対してアセチレンブラック4.8gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)120gを、12重量%のPVdF溶液140.8gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、120m2(=120g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(19.2+140.8)×0.12/120}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.250重量部(=4.8/{(19.2+140.8)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、76N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、0.83Sであり、500時間後の静電容量維持率は、88%であった。
[実施例4]
実施例4においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液16.8gに対してアセチレンブラック4.2gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例4においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液16.8gに対してアセチレンブラック4.2gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)140gを、12重量%のPVdF溶液169.9gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、140m2(=140g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(16.8+169.9)×0.12/140}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.188重量部(=4.2/{(16.8+169.9)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、85N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ20F/g、0.50Sであり、500時間後の静電容量維持率は、83%であった。
[実施例5]
実施例5においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液28.8gに対してアセチレンブラック7.2gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例5においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液28.8gに対してアセチレンブラック7.2gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)60gを、12重量%のPVdF溶液51.2gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、60m2(=60g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(28.8+51.2)×0.12/60}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.750重量部(=7.2/{(28.8+51.2)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、35N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、1.10Sであり、500時間後の静電容量維持率は、89%であった。
[実施例6]
実施例6においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液を28.0gに対してアセチレンブラック7.0gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例6においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液を28.0gに対してアセチレンブラック7.0gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)50gを、12重量%のPVdF溶液38.7gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、50m2(=50g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(28.0+38.7)×0.12/50}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.875重量部(=7.0/{(28.0+38.7)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、20N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、1.20Sであり、500時間後の静電容量維持率は、88%であった。
[実施例7]
実施例7においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液32.0gに対してアセチレンブラック8.0gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例7においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液32.0gに対してアセチレンブラック8.0gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)50gを、12重量%のPVdF溶液34.7gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、50m2(=50g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(32.0+34.7)×0.12/50}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、1.000重量部(=8.0/{(32.0+34.7)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、10N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、1.32Sであり、500時間後の静電容量維持率は、86%であった。
[実施例8]
実施例8においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液36.0gに対してアセチレンブラック9.0gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例8においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液36.0gに対してアセチレンブラック9.0gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)50gを、12重量%のPVdF溶液30.7gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、50m2(=50g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(36.0+30.7)×0.12/50}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、1.125重量部(=9.0/{(36.0+30.7)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、7N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、1.22Sであり、500時間後の静電容量維持率は、65%であった。
[実施例9]
実施例9においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液19.2gに対してアセチレンブラック4.8gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例9においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液19.2gに対してアセチレンブラック4.8gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)80gを、12重量%のPVdF溶液60.8gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、80m2(=80g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.12g/m2{=(19.2+60.8)×0.12/80}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=4.8/{(19.2+60.8)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、30N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、0.99Sであり、500時間後の静電容量維持率は、87%であった。
[実施例10]
実施例10においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液19.2gに対してアセチレンブラック4.8gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例10においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液19.2gに対してアセチレンブラック4.8gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)120gを、12重量%のPVdF溶液60.8gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、120m2(=120g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.08g/m2{=(19.2+60.8)×0.12/120}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=4.8/{(19.2+60.8)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、15N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、0.95Sであり、500時間後の静電容量維持率は、86%であった。
[実施例11]
実施例11においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液24.0gに対してアセチレンブラック6.0gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例11においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液24.0gに対してアセチレンブラック6.0gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)60gを、12重量%のPVdF溶液76.0gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、60m2(=60g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.20g/m2{=(24.0+76.0)×0.12/60}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=6.0/{(24.0+76.0)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、81N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、0.97Sであり、500時間後の静電容量維持率は、89%であった。
[実施例12]
実施例12においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した活物質粉末の水蒸気腑活活性炭の粒径を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液25.6gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例12においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した活物質粉末の水蒸気腑活活性炭の粒径を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液25.6gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径2μm)80gを、12重量%のPVdF溶液81.1gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
使用した水蒸気賦活活性炭の比面積は、実施の形態1と同様に、粒度分布計(LA−710、堀場製作所)により測定した結果、5回測定の平均値から2.3m2/gであった。したがって、活物質粉末の形状算出全表面積は、184m2(=80g×2.3m2/g)である。
また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.07g/m2{=(25.6+81.1)×0.12/184}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=6.4/{(25.6+81.1)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、24N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、1.11Sであり、500時間後の静電容量維持率は、88%であった。
[実施例13]
実施例13においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した活物質粉末の水蒸気腑活活性炭の粒径を変えたものである。実施例1と同様に、重量%のPVdF溶液25.6gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例13においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した活物質粉末の水蒸気腑活活性炭の粒径を変えたものである。実施例1と同様に、重量%のPVdF溶液25.6gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径10μm)80gを、12重量%のPVdF溶液81.1gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
使用した水蒸気賦活活性炭の比面積は、実施の形態1と同様に、粒度分布計(LA−710、堀場製作所)により測定した結果、5回測定の平均値から0.29m2/gであった。したがって、活物質粉末の形状算出全表面積は、23.2m2(=80g×0.29m2/g)である。
また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.55g/m2{=(25.6+81.1)×0.12/23.2}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=6.4/{(25.6+81.1)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、78N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、0.92Sであり、500時間後の静電容量維持率は、89%であった。
[実施例14]
実施例14においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した活物質粉末の水蒸気腑活活性炭の粒径を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液25.6gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例14においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した活物質粉末の水蒸気腑活活性炭の粒径を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液25.6gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径15μm)80gを、12重量%のPVdF溶液81.1gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
使用した水蒸気賦活活性炭の比面積は、実施の形態1と同様に、粒度分布計(LA−710、堀場製作所)により測定した結果、5回測定の平均値から0.20m2/gであった。したがって、活物質粉末の形状算出全表面積は、16.0m2(=80g×0.20m2/g)である。
また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.80g/m2{=(25.6+81.1)×0.12/16.0}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=6.4/{(25.6+81.1)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、69N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、0.87Sであり、500時間後の静電容量維持率は、88%であった。
[実施例15]
実施例15においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した活物質粉末の水蒸気腑活活性炭の粒径を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液25.6gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例15においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した活物質粉末の水蒸気腑活活性炭の粒径を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液25.6gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径18μm)80gを、12重量%のPVdF溶液81.1gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
使用した水蒸気賦活活性炭の比面積は、実施の形態1と同様に、粒度分布計(LA−710、堀場製作所)により測定した結果、5回測定の平均値から0.16m2/gであった。したがって、活物質粉末の形状算出全表面積は、12.8m2(=80g×0.16m2/g)である。
また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、1.00g/m2{=(25.6+81.1)×0.12/12.8}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=6.4/{(25.6+81.1)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、65N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、0.80Sであり、500時間後の静電容量維持率は、88%であった。
[実施例16]
実施例16においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した導電助剤の材料を変えたものである。導電助剤として、ケッチェンブラック(ケッチェンブラックインターナショナル社製)を使用した。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液29.2gに対してケッチェンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、10.9体積%であった。
実施例16においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した導電助剤の材料を変えたものである。導電助剤として、ケッチェンブラック(ケッチェンブラックインターナショナル社製)を使用した。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液29.2gに対してケッチェンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、10.9体積%であった。
さらに、活物質粉末としての実施例1で使用したものと同じ水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)80gを、12重量%のPVdF溶液77.5gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
使用した水蒸気賦活活性炭の比面積は、実施の形態1と同様に、1.0m2/gである。したがって、活物質粉末の形状算出全表面積は、80m2(=80g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(29.2+77.5)×0.12/80}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(ケッチェンブラック)の重量比は、0.500重量部(=6.4/{(29.2+77.5)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、52N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、1.06Sであり、500時間後の静電容量維持率は、90%であった。
[実施例17]
実施例17においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した導電助剤の材料を変えたものである。導電助剤として、バルカン(キャボット社製)を使用した。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液27.3gに対してバルカン6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、11.6体積%であった。
実施例17においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した導電助剤の材料を変えたものである。導電助剤として、バルカン(キャボット社製)を使用した。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液27.3gに対してバルカン6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、11.6体積%であった。
さらに、活物質粉末としての実施例1で使用したものと同じ水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)80gを、12重量%のPVdF溶液79.4gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
使用した水蒸気賦活活性炭の比面積は、実施の形態1と同様に、1.0m2/gである。したがって、活物質粉末の形状算出全表面積は、80m2(=80g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(27.3+79.4)×0.12/80}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(バルカン)の重量比は、0.500重量部(=6.4/{(27.3+79.4)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、57N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、1.02Sであり、500時間後の静電容量維持率は、90%であった。
[実施例18]
実施例18においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率および結着剤の材料を変えたものである。結着剤としての、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(P(VdF−HFP)、クレハ社製、商品名KFポリマー)を、溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解し、P(VdF−HFP)の重量濃度が6%となるP(VdF−HFP)溶液を調整した。その後は実施例1と同様に、6重量%のP(VdF−HFP)溶液25.6gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
実施例18においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率および結着剤の材料を変えたものである。結着剤としての、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(P(VdF−HFP)、クレハ社製、商品名KFポリマー)を、溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解し、P(VdF−HFP)の重量濃度が6%となるP(VdF−HFP)溶液を調整した。その後は実施例1と同様に、6重量%のP(VdF−HFP)溶液25.6gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての実施例1で使用したものと同じ水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)80gを、6重量%のP(VdF−HFP)溶液81.1gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
使用した水蒸気賦活活性炭の比面積は、実施の形態1と同様に、1.0m2/gである。したがって、活物質粉末の形状算出全表面積は、80m2(=80g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤P(VdF−HFP)の重量は、0.08g/m2{=(25.6+81.1)×0.06/80}である。さらに、結着剤P(VdF−HFP)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、1.000重量部(=6.4/{(25.6+81.1)×0.06})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、71N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、1.10Sであり、500時間後の静電容量維持率は、89%であった。
[実施例19]
実施例19においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率および結着剤の材料を変えたものである。結着剤としての、ポリイミドワニス(新日本理化社製、商品名リカコート)を、溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解し、ポリイミドワニスの重量濃度が10%となるポリイミドワニス溶液を調整した。その後は実施例1と同様に、10重量%のポリイミドワニス溶液29.2gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、10.9体積%であった。
実施例19においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率および結着剤の材料を変えたものである。結着剤としての、ポリイミドワニス(新日本理化社製、商品名リカコート)を、溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解し、ポリイミドワニスの重量濃度が10%となるポリイミドワニス溶液を調整した。その後は実施例1と同様に、10重量%のポリイミドワニス溶液29.2gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、10.9体積%であった。
さらに、活物質粉末としての実施例1で使用したものと同じ水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)80gを、10重量%のポリイミドワニス溶液50.8gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
使用した水蒸気賦活活性炭の比面積は、実施の形態1と同様に、1.0m2/gである。したがって、活物質粉末の形状算出全表面積は、80m2(=80g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤ポリイミドワニスの重量は、0.10g/m2{=(29.2+50.8)×0.1/80}である。さらに、結着剤ポリイミドワニスに対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.800重量部(=6.4/{(29.2+50.8)×0.1})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、76N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、1.06Sであり、500時間後の静電容量維持率は、87%であった。
[実施例20]
実施例20においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の混合条件を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液20.3gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、15.0体積%であった。
実施例20においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の混合条件を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液20.3gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、15.0体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)80gを、12重量%のPVdF溶液86.4gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、80m2(=80g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(20.3+86.4)×0.12/80}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=6.4/{(20.3+86.4)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、58N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、1.14Sであり、500時間後の静電容量維持率は、91%であった。
[実施例21]
実施例21においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の混合条件を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液31.2gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、10.3体積%であった。
実施例21においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の混合条件を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液31.2gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、10.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)80gを、12重量%のPVdF溶液75.5gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、80m2(=80g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(31.2+75.5)×0.12/80}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=6.4/{(31.2+75.5)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、62N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、0.97Sであり、500時間後の静電容量維持率は、88%であった。
[実施例22]
実施例22においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の混合条件を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液34.9gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、9.3体積%であった。
実施例22においても、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の混合条件を変えたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液34.9gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、9.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)80gを、12重量%のPVdF溶液71.8gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、80m2(=80g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(34.9+71.8)×0.12/80}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=6.4/{(34.9+71.8)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、63N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ25F/g、0.93Sであり、500時間後の静電容量維持率は、87%であった。
[実施例23]
実施例23においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率において、第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積比率が低いものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液39.3gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、8.3体積%であった。
実施例23においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率において、第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積比率が低いものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液39.3gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、8.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)80gを、12重量%のPVdF溶液67.4gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、80m2(=80g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=(39.3+67.4)×0.12/80}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=6.4/{(39.3+67.4)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、64N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ22F/g、0.59Sであり、500時間後の静電容量維持率は、85%であった。
[実施例24]
実施例24においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタの電極層形成用混合液を調整する際に、第1の混合工程(高濃度混練)と第2の混合工程とに分けずに、1回の混合工程によって電極層形成用混合液を調整したものである。12重量%のPVdF溶液106.7gに対してアセチレンブラック6.4gと活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)80gを同時に投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した。
実施例24においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタの電極層形成用混合液を調整する際に、第1の混合工程(高濃度混練)と第2の混合工程とに分けずに、1回の混合工程によって電極層形成用混合液を調整したものである。12重量%のPVdF溶液106.7gに対してアセチレンブラック6.4gと活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)80gを同時に投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した。
活物質粉末の形状算出全表面積は、80m2(=80g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.16g/m2{=106.7×0.12/80}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=6.4/(106.7×0.12)である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本実施例における電極層のピール強度は、59N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本実施例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ22F/g、0.49Sであり、500時間後の静電容量維持率は、83%であった。
[比較例1]
比較例1においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率において、結着剤および活物質粉末の比率が低いものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液12.0gに対してアセチレンブラック3.0gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
比較例1においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料の成分比率において、結着剤および活物質粉末の比率が低いものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液12.0gに対してアセチレンブラック3.0gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径5μm)150gを、12重量%のPVdF溶液38.0gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
活物質粉末の形状算出全表面積は、150m2(=150g×1.0m2/g)である。また、活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、0.04g/m2{=(18.0+12.0)×0.12/90}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.500重量部(=4.5/{(18.0+12.0)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本比較例における電極層のピール強度は、2N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本比較例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ16F/g、0.89Sであり、500時間後の静電容量維持率は、56%であった。
[比較例2]
比較例2においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料において、粒径の大きな活物質粉末を用いたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液25.6gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
比較例2においては、実施例1で作製した電気二重層キャパシタに使用した材料において、粒径の大きな活物質粉末を用いたものである。実施例1と同様に、12重量%のPVdF溶液25.6gに対してアセチレンブラック6.4gを投入し、30分間の高濃度混練を行なった(第1の混合工程)。この第1の混合工程で得られる混合物における導電助剤の体積%を、実施例1と同様に計算によって求めたところ、12.3体積%であった。
さらに、活物質粉末としての水蒸気賦活活性炭(平均粒径20μm)80gを、12重量%のPVdF溶液81.1gおよび適量のNMP溶媒と共に追加投入して、30分の混練を行なった。その後、粘度が約5000mPas(ズリ速度12(1/s))となるようにNMP溶媒で希釈して電極層形成用混合液を調製した(第2の混合工程)。
使用した水蒸気賦活活性炭の比面積は、実施の形態1と同様に、粒度分布計(LA−710、堀場製作所)により測定した結果、5回測定の平均値から0.15m2/gであった。したがって、活物質粉末の形状算出全表面積は、12m2(=80g×0.15m2/g)である。
活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、1.07g/m2{=(25.6+81.1)×0.12/12}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.50重量部(=6.4/{(25.6+81.1)×0.12})である。
活物質粉末の形状算出全表面積に対する結着剤(PVdF)の重量は、1.07g/m2{=(25.6+81.1)×0.12/12}である。さらに、結着剤(PVdF)に対する導電助剤(アセチレンブラック)の重量比は、0.50重量部(=6.4/{(25.6+81.1)×0.12})である。
この電極形成用混合液を用いて、実施例1と同様に電極シートを作製し、電極層のピール強度を測定した。本比較例における電極層のピール強度は、69N/mであった。さらに、この電極シートを用いて電気二重層キャパシタを作製し、実施例1と同様な試験を行なって、初期の静電容量、導電率および500時間後の静電容量維持率を測定した。本比較例の電気二重層キャパシタにおいては、初期の静電容量と導電率とは、それぞれ24F/g、0.53Sであり、500時間後の静電容量維持率は、82%であった。
実施例1〜24および比較例1、2の特性値を図2に表として示す。図3は、実施例1、9〜15および比較例1、2の特性値を用いて、導電助剤/結着剤の重量比が0.5、導電助剤の混合比が12.3体積%で一定の場合における活物質粒子の形状算出全表面積に対する結着剤の重量%に対する電極層の密着強度(ピール強度)と導電率との関係を示した特性図である。図3より、密着強度が10N/m以上であるためには、活物質粒子の形状算出全表面積に対して結着剤が0.05g/m2以上である必要がある。また、電気二重層キャパシタの導電率が0.8S以上であるためには、活物質粒子の形状算出全表面積に対して結着剤が1g/m2以下である必要がある。導電率が0.8S以下であると、電気二重層キャパシタの抵抗が高くなり、初期容量も500時間後の静電容量維持率も低下する傾向にある。
結着剤と活物質粉末である活性炭とが絡み合う表面は、メソ孔やミクロ孔を除いた活性炭の粉末粒子の外周表面であるため、BET法で得られる比表面積と結着剤の添加量とは直接関係しない。本実施の形態で説明したように、メソ孔やミクロ孔を除いた活性炭の粉末粒子の外周表面の全表面積に対応する粒度分布より算出される形状算出全表面積と結着剤の添加量との関係において、結着剤の比率を0.05g/m2以上とすることにより良好な密着性を示す電極層となることを見出した。しかしながら、結着剤の比率を1g/m2以上とすると電極層の電気抵抗の増大が著しいので、結着剤の比率は、0.05g/m2以上1g/m2以下であることが望ましい。
図4は、実施例1〜8の特性値を用いて、結着剤/活物質粒子の全表面積が0.16g/m2、導電助剤の混合比が12.3体積%で一定の場合における結着剤に対する導電助剤の重量比による電極層の密着強度(ピール強度)と導電率との関係を示した特性図である。図4より、密着強度が10N/m以上であるためには、結着剤に対して導電助剤の重量比が1以下である必要がある。また、電気二重層キャパシタの導電率が0.8S以上であるためには、結着剤に対して導電助剤の重量比が0.2以上である必要がある。
図5は、実施例1〜15および比較例1、2の特性値を用いて、導電助剤の混合比が12.3体積%で一定の場合における電極層の密着強度(ピール強度)とフロート試験における500時間後の静電容量維持率との関係を示した特性図である。図5より、密着強度が10N/mより小さくなると500時間後の静電容量維持率が急激に低下する。したがって、密着強度は10N/m以上である必要がある。
図6は、実施例1、13〜15および比較例2の特性値を用いて、導電助剤/結着剤の重量比が0.5、導電助剤の混合比が12.3体積%で一定の場合における活物質粉末の粒径に対して初期の導電率とフロート試験における500時間後の静電容量維持率との関係を示した特性図である。図6より、活物質粉末の粒径が18μmを超えると初期の導電率および500時間後の静電容量維持率が徐々に低下する。したがって、活物質粉末の粒径が18μm以下であることが望ましい。
また、実施例1、16および17から、導電助剤としてカーボンブラックのほかにケッチェンブラックやバルカンを用いても、電極層の密着強度が高く良好な特性をもつ電気二重層キャパシタが得られることがわかる。
また、実施例1、18および19から、結着剤としてポリフッ化ビニリデンのほかにフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体やポリイミドワニスを用いても、電極層の密着強度が高く良好な特性をもつ電気二重層キャパシタが得られることがわかる。
また、実施例1と実施例24とを比べると、最終的に得られる電極層形成用混合液であっても、電極層を形成したときの初期の導電率は、実施例1では1.00Sであったのに対して、実施例24では0.49Sであった。実施例1では導電助剤と溶媒に溶解した結着剤とをあらかじめ高濃度で混練(第1の混合工程)しておき、この高濃度混練で得られた混合物に活物質粉末を投入して混合(第2の混合工程)するような2段階に混合工程を分離しているが、実施例24においては、結着剤が溶解した溶媒に導電助剤と活物質粉末とを同時に投入して混合している。実施例1のように、導電助剤と溶媒に溶解した結着剤とをあらかじめ高濃度で混練(第1の混合工程)することにより、この第1の混合工程において結着剤と導電助剤との分散混合性が向上するので、導電助剤であるアセチレンブラックのネットワークが良好に形成され、電極層の抵抗が小さくなるために導電率が向上する。
さらに、実施例20、21、22および実施例23を比べると、第1の混合工程で得られる混合物において、導電助剤がこの混合物に対して9体積%以上であれば、電極層の導電率が0.9S以上となることがわかる。
1 正極体
2 正極電極層
3 正極集電体
4 負極体
5 負極電極層
6 負極集電体
7 セパレータ
2 正極電極層
3 正極集電体
4 負極体
5 負極電極層
6 負極集電体
7 セパレータ
Claims (7)
- 導電助剤、添加剤、活物質粉末およびこの活物質粉末の粒度分布より算出される形状算出全表面積に対して0.05g/m2以上1.00g/m2以下の重量の結着剤を含む電極層と、
この電極層が少なくとも一方の面に密着された導電性の集電体と
を備えたことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。 - 導電助剤が、結着剤の重量を100重量部としたときに、0.2重量部以上1.0重量部以下であることを特徴とする請求項1記載の電気二重層キャパシタ用電極。
- 電極層と集電体との間の密着強度が、10N/m以上のピール強度を有することを特徴とする請求項1記載の電気二重層キャパシタ用電極。
- 活物質粉末の平均粒径が、1μm以上18μm以下であることを特徴とする請求項1記載の電気二重層キャパシタ用電極。
- 活物質粉末が、活性炭、黒鉛およびグラファイトよりなる群から選ばれた少なくとも1つであることを特徴とする請求項1記載の電気二重層キャパシタ用電極。
- 導電助剤と溶媒とこの溶媒に可溶な結着剤とを混合する第1の混合工程と、
この第1の混合工程で得られた第1の混合物に活物質粉末を混合する第2の混合工程と、
この第2の混合工程で得られた第2の混合物を導電性の集電体の少なくとも一方の面に塗布する電極層形成工程と
を備えた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。 - 導電助剤が、第1の混合物の体積を100体積%としたときに、9体積%以上であることを特徴とする請求項6記載の電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
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- 2006-11-20 JP JP2006312857A patent/JP2008130740A/ja active Pending
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