JP2010171213A - Electrode for electric double layer capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気二重層キャパシタ用電極に関する。 The present invention relates to an electrode for an electric double layer capacitor.
小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能な特性を活かして、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタおよびリチウムイオンキャパシタなどの電気化学素子は、その需要を急速に拡大している。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が比較的大きいことから、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなどの分野で利用されている。また、電気二重層キャパシタは急速充放電が可能なので、パーソナルコンピュータ等のメモリーバックアップ小型電源として利用されている。さらに電気二重層キャパシタは電気自動車用の大型電源としての応用が期待されている。また、高いエネルギー密度と充放電速度の両立を目指し、正極、負極の2つの電極のうち、一方にファラデー反応電極、もう一方に非ファラデー反応電極を使用するハイブリッドキャパシタも開発が進められている。また、金属酸化物や導電性高分子の表面の酸化還元反応(疑似電気二重層容量)を利用するレドックスキャパシタもその容量の大きさから注目を集めている。これら電気化学素子には、用途の拡大や発展に伴い、低抵抗化、高容量化、機械的特性の向上など、より一層の特性の改善が求められている。そのようななかで、電気化学素子の性能を向上させるために電気二重層キャパシタ用電極を形成する材料についても様々な改善が行われている。 Utilizing the small size, light weight, high energy density, and the ability to repeatedly charge and discharge, electrochemical devices such as lithium ion secondary batteries, electric double layer capacitors, and lithium ion capacitors are rapidly expanding their demand. ing. Lithium ion secondary batteries have a relatively high energy density and are therefore used in fields such as mobile phones and notebook personal computers. In addition, since the electric double layer capacitor can be rapidly charged and discharged, it is used as a memory backup compact power source for personal computers and the like. Furthermore, the electric double layer capacitor is expected to be applied as a large power source for electric vehicles. Also, with the aim of achieving both high energy density and charge / discharge speed, a hybrid capacitor that uses a Faraday reaction electrode for one of the positive electrode and the negative electrode and a non-Faraday reaction electrode for the other has been developed. In addition, redox capacitors that utilize the oxidation-reduction reaction (pseudo electric double layer capacitance) on the surface of metal oxides or conductive polymers are also attracting attention due to their large capacity. With the expansion and development of applications, these electrochemical elements are required to further improve characteristics such as low resistance, high capacity, and improved mechanical characteristics. Under such circumstances, various improvements have been made on the material forming the electrode for the electric double layer capacitor in order to improve the performance of the electrochemical element.
たとえば、特許文献1では、電極活物質、導電材、分散型結着剤及び溶解型樹脂を、溶媒に分散又は溶解して、電極活物質、導電材及び分散型結着剤が分散され且つ溶解型樹脂が溶解されてなるスラリーを得、噴霧乾燥して得られる複合粒子をシート成形して得られる電極活物質層を有する電気二重層キャパシタ電極が紹介されている。 For example, in Patent Document 1, an electrode active material, a conductive material, a dispersion-type binder, and a soluble resin are dispersed or dissolved in a solvent, and the electrode active material, the conductive material, and the dispersion-type binder are dispersed and dissolved. An electric double layer capacitor electrode having an electrode active material layer obtained by forming a slurry in which a mold resin is dissolved and sheet-forming composite particles obtained by spray drying has been introduced.
また特許文献2では、活性炭として水蒸気賦活活性炭とこれより粒子径の小さいアルカリ賦活活性炭、導電粒子、バインダ樹脂を特定の割合で使用することで静電容量を向上した電気二重層キャパシタ用電極が紹介されている。 Patent Document 2 introduces an electrode for an electric double layer capacitor that has improved capacitance by using water vapor activated activated carbon and alkali activated activated carbon having a smaller particle diameter, conductive particles, and a binder resin at a specific ratio. Has been.
しかしながら、上記特許文献1の方法により得られる複合粒子は、該複合粒子の大部分において、表面が導電材や微細電極活物質により被覆されている。このため、該粒子を用いて得られる電極は、電解液中の電解質イオンの拡散が不十分であり、十分な電極の低抵抗化がはかられていない。 However, the composite particles obtained by the method of Patent Document 1 have a surface coated with a conductive material or a fine electrode active material in most of the composite particles. For this reason, the electrode obtained using the particles has insufficient diffusion of electrolyte ions in the electrolytic solution, and the resistance of the electrode has not been sufficiently reduced.
また、上記特許文献2の方法により得られる電極は、電極構成粒子が密に充填されるため、容量は増加するが、電解液中の電解質イオンの拡散抵抗が増加するため、セル抵抗の十分な低減がはかられていない In addition, the electrode obtained by the method of Patent Document 2 is densely filled with electrode constituent particles, so that the capacity is increased, but the diffusion resistance of electrolyte ions in the electrolytic solution is increased, so that the cell resistance is sufficient. There is no reduction
したがって、本発明は、従来の電気二重層キャパシタ用電極よりも、電解質イオンの拡散性を向上させ、電極抵抗を低減し、かつ静電容量を向上することが可能な電気二重層キャパシタ用電極を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides an electrode for an electric double layer capacitor capable of improving the diffusibility of electrolyte ions, reducing the electrode resistance, and improving the capacitance as compared with the conventional electrode for electric double layer capacitor. It is intended to provide.
本発明者は上記課題に鑑み鋭意検討した結果、上記特許文献1の方法で得られる複合粒子は、表面における空隙率が低いものが多く、表面が高度に多孔化された粒子はわずかであることを見出した。そのため、この複合粒子からなる電気二重層キャパシタ用電極は、電解液のイオン拡散抵抗が高く、低抵抗化が困難であることを見出した。
そして、さらに鋭意検討した結果、活性炭として水蒸気で賦活した活性炭及びアルカリ金属水酸化物で賦活した活性炭を用い、かつ、表面の空隙率が高い多孔複合粒子を含み、一定量以上の空隙率を有する複合粒子で電気二重層キャパシタ用電極を形成することで、イオン拡散抵抗を低減させ、電極を低抵抗化でき、さらに静電容量も向上できることを見出した。本発明者は、これらの知見に基づいて本発明を完成するに至った。
As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have found that the composite particles obtained by the method of Patent Document 1 often have a low porosity on the surface, and there are few particles with a highly porous surface. I found. For this reason, it has been found that an electrode for an electric double layer capacitor made of the composite particles has a high ion diffusion resistance of the electrolytic solution and it is difficult to reduce the resistance.
As a result of further intensive studies, activated carbon activated with water vapor and activated carbon activated with alkali metal hydroxide are used as activated carbon, and porous composite particles having a high surface porosity are included and have a porosity of a certain amount or more. It has been found that by forming an electrode for an electric double layer capacitor with composite particles, the ion diffusion resistance can be reduced, the resistance of the electrode can be lowered, and the capacitance can be improved. The present inventor has completed the present invention based on these findings.
すなわち、上記課題を解決する本発明は、以下の事項を要旨として含む。 That is, this invention which solves the said subject contains the following matters as a summary.
(1)水蒸気で賦活した活性炭、アルカリ金属水酸化物で賦活した活性炭、および結着剤を含んでなり、且つ表面平均空隙率が15%以上である複合粒子を含む電気二重層キャパシタ用電極。 (1) An electrode for an electric double layer capacitor comprising activated carbon activated with water vapor, activated carbon activated with an alkali metal hydroxide, and a composite particle comprising a binder and having a surface average porosity of 15% or more.
(2)前記複合粒子が、前記水蒸気で賦活した活性炭、アルカリ金属水酸化物で賦活した活性炭および結着剤を含むスラリーを噴霧乾燥して得られた粒子である電気二重層キャパシタ用電極。 (2) An electrode for an electric double layer capacitor, wherein the composite particles are particles obtained by spray-drying a slurry containing activated carbon activated with water vapor, activated carbon activated with an alkali metal hydroxide, and a binder.
(3)前記結着剤がフッ素を含まない重合体である電気二重層キャパシタ用電極。 (3) An electrode for an electric double layer capacitor, wherein the binder is a polymer containing no fluorine.
(4)前記結着剤が(メタ)アクリレート系重合体又はジエン系重合体である電気二重層キャパシタ用電極。 (4) An electrode for an electric double layer capacitor, wherein the binder is a (meth) acrylate polymer or a diene polymer.
(5)前記複合粒子を加圧成形してなる電極層を集電体上に有する電気二重層キャパシタ用電極。 (5) An electrode for an electric double layer capacitor having an electrode layer formed by pressure-molding the composite particles on a current collector.
本発明の電気二重層キャパシタ用電極は、活性炭として、水蒸気で賦活した活性炭とアルカリ金属水酸化物で賦活した活性炭を使用し、且つ該活性炭を含有する表面空隙率の大きい複合粒子を電極層形成材料として用いることで、従来の電極よりも、高容量かつ低抵抗を達成することができる。 The electrode for the electric double layer capacitor of the present invention uses activated carbon activated with water vapor and activated carbon activated with an alkali metal hydroxide as activated carbon, and the composite particles having a large surface porosity containing the activated carbon are formed into an electrode layer. By using it as a material, it is possible to achieve higher capacity and lower resistance than conventional electrodes.
本発明の電気二重層キャパシタ用電極は、水蒸気で賦活した活性炭、アルカリ金属水酸化物で賦活した活性炭、および結着剤を含んでなり、且つ表面平均空隙率が15%以上である複合粒子を含むものである。 An electrode for an electric double layer capacitor of the present invention comprises activated carbon activated with water vapor, activated carbon activated with an alkali metal hydroxide, and a composite particle having a surface average porosity of 15% or more. Is included.
<複合粒子>
本発明で用いる複合粒子は、水蒸気で賦活した活性炭、アルカリ金属水酸化物で賦活した活性炭、および結着剤を含む。
なお、本発明でいう複合粒子とは、水蒸気で賦活した活性炭、アルカリ金属水酸化物で賦活した活性炭及び結着剤の必須成分と、後述する導電剤などの任意成分等、複数の材料が一体化した粒子をさす。
<Composite particle>
The composite particles used in the present invention include activated carbon activated with water vapor, activated carbon activated with an alkali metal hydroxide, and a binder.
The composite particles referred to in the present invention are a combination of a plurality of materials such as activated carbon activated with water vapor, activated carbon activated with alkali metal hydroxide and an essential component of a binder, and optional components such as a conductive agent described later. It refers to the particles that have become.
(活性炭)
本発明の電気二重層キャパシタ用電極に用いる活性炭材料としては、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。
(Activated carbon)
Examples of the activated carbon material used for the electric double layer capacitor electrode of the present invention include phenol-based, rayon-based, acrylic-based, pitch-based, and coconut shell-based activated carbon.
本発明に用いるアルカリ金属水酸化物で賦活した活性炭(以下、「アルカリ賦活活性炭」と略記することがある。)は、上記活性炭材料と水酸化カリウム(KOH)等のアルカリ性薬剤とを混和し、加熱処理後に、洗浄、ろ過及び乾燥を繰り返して得られるものである。 Activated carbon activated with an alkali metal hydroxide used in the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “alkali activated activated carbon”) is a mixture of the activated carbon material and an alkaline agent such as potassium hydroxide (KOH), After the heat treatment, it is obtained by repeating washing, filtration and drying.
本発明に用いるアルカリ賦活活性炭のBET比表面積は、1,500〜5,000m2/g、好ましくは2,000〜4,000m2/g、より好ましくは2,000〜3,000m2/gである。アルカリ賦活活性炭のBET比表面積を前記範囲とすることにより低抵抗化と高容量化のバランスをはかることができる。 BET specific surface area of the alkali activated carbon used in the present invention, 1,500~5,000m 2 / g, preferably 2,000~4,000m 2 / g, more preferably 2,000~3,000m 2 / g It is. By making the BET specific surface area of the alkali activated carbon within the above range, it is possible to achieve a balance between low resistance and high capacity.
アルカリ賦活活性炭の体積平均粒径は、0.1〜50μm、好ましくは0.5〜20μm、より好ましくは2〜10μmである。 The volume average particle diameter of the alkali activated carbon is 0.1 to 50 μm, preferably 0.5 to 20 μm, more preferably 2 to 10 μm.
複合粒子中のアルカリ賦活活性炭の含有割合は、40重量%以上、好ましくは40〜50重量%、より好ましくは40〜45重量%である。複合粒子中のアルカリ賦活活性炭の含有割合を前記範囲とすることにより、電気二重層キャパシタの内部抵抗をより低減させることができる。 The content ratio of the alkali activated carbon in the composite particles is 40% by weight or more, preferably 40 to 50% by weight, more preferably 40 to 45% by weight. By setting the content ratio of the alkali activated carbon in the composite particles in the above range, the internal resistance of the electric double layer capacitor can be further reduced.
本発明に用いる水蒸気で賦活した活性炭(以下、「水蒸気賦活活性炭」と略記することがある。)は、前記活性炭材料と水蒸気ガスとを加熱処理後に洗浄、ろ過、乾燥を繰り返して得られるものである。 The activated carbon activated with steam used in the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “steam activated activated carbon”) is obtained by repeatedly washing, filtering and drying the activated carbon material and the steam gas after the heat treatment. is there.
本発明に用いる水蒸気賦活活性炭のBET比表面積は、50〜2000m2/g、好ましくは200〜1,700m2/g、より好ましくは1000〜1,700m2/gである。水蒸気賦活活性炭のBET比表面積を前記範囲とすることにより低抵抗化と高容量化のバランスをはかることができる。 BET specific surface area of steam activated carbon used in the present invention, 50~2000m 2 / g, preferably from 200~1,700m 2 / g, more preferably 1000~1,700m 2 / g. By setting the BET specific surface area of the steam activated activated carbon within the above range, a balance between low resistance and high capacity can be achieved.
水蒸気賦活活性炭の体積平均粒径は、0.5〜100μm、好ましくは1〜50μm、より好ましくは12〜20μmである。 The volume average particle diameter of the steam activated activated carbon is 0.5 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm, more preferably 12 to 20 μm.
複合粒子中の水蒸気賦活活性炭の含有割合は、40重量%以上、好ましくは40〜50重量%、より好ましくは40〜45重量%である。複合粒子中の水蒸気賦活活性炭の含有割合を前記範囲とすることにより、電気二重層キャパシタの静電容量をより増大させることができる。 The content ratio of the steam activated activated carbon in the composite particles is 40% by weight or more, preferably 40 to 50% by weight, and more preferably 40 to 45% by weight. By setting the content ratio of the water vapor activated activated carbon in the composite particles in the above range, the capacitance of the electric double layer capacitor can be further increased.
複合粒子中の水蒸気賦活活性炭及びアルカリ賦活活性炭の含有割合は、80〜95重量%、好ましくは80〜90重量%、より好ましくは83〜86重量%である。複合粒子中のアルカリ賦活活性炭及び水蒸気賦活活性炭の含有割合を前記範囲とあることにより、静電容量の増加が可能となり、また電極強度の低下も防ぐことができる。 The content ratio of the water vapor activated carbon and the alkali activated carbon in the composite particles is 80 to 95% by weight, preferably 80 to 90% by weight, and more preferably 83 to 86% by weight. When the content ratio of the alkali activated carbon and the water vapor activated activated carbon in the composite particles is within the above range, the capacitance can be increased, and the electrode strength can be prevented from being lowered.
(結着剤)
本発明の電気二重層キャパシタ用電極に用いる結着剤としては、アルカリ賦活活性炭活性炭や水蒸気賦活活性炭、後述する導電剤などを結着させることができる重合体であれば、特に制限されないが、フッ素を含まない重合体であることが好ましい。結着剤が、フッ素を含まない重合体であることにより、フッ素を含む重合体より少ない使用量で結着が可能となるため、体積あたりの活性炭量を増やすことで静電容量密度の増加、また内部抵抗の低抵抗化が可能である。
(Binder)
The binder used for the electrode for the electric double layer capacitor of the present invention is not particularly limited as long as it is a polymer capable of binding an alkali-activated activated carbon, a steam-activated activated carbon, a conductive agent described later, and the like. It is preferable that it is a polymer which does not contain. Because the binder is a polymer that does not contain fluorine, binding can be achieved with a smaller amount of use than a polymer that contains fluorine, so increasing the amount of activated carbon per volume increases the capacitance density. Also, the internal resistance can be reduced.
フッ素を含まない重合体としては、ジエン系重合体、(メタ)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、中でも、ジエン系重合体やアクリレート系重合体が好ましい。結着剤として、ジエン系重合体や(メタ)アクリル系重合体を用いると、これらの結着剤は結着強度が大きいため、結着剤の使用量を低減することが可能で、さらなる高容量化、内部抵抗の低抵抗化が可能である。 Examples of the polymer not containing fluorine include polymer compounds such as diene polymers, (meth) acrylate polymers, polyimides, polyamides, polyurethanes, among which diene polymers and acrylate polymers are preferable. When a diene polymer or (meth) acrylic polymer is used as the binder, these binders have high binding strength, so the amount of the binder used can be reduced. Capacitance and low internal resistance are possible.
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;スチレン・ブタジエン・メタクリル酸共重合体や、スチレン・ブタジエン・イタコン酸共重合体などの芳香族ビニル・共役ジエン・カルボン酸基含有単量体の共重合体;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などが挙げられる。 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); Copolymers of styrene / butadiene / methacrylic acid copolymer and aromatic vinyl / conjugated diene / carboxylic acid group-containing monomers such as styrene / butadiene / itaconic acid copolymer; acrylonitrile / butadiene copolymer (NBR) And vinyl cyanide / conjugated diene copolymers such as hydrogenated SBR and hydrogenated NBR.
(メタ)アクリレート系重合体は、一般式(1):CH2=CR1−COOR2(式中、R1は水素原子またはメチル基を、R2はアルキル基またはシクロアルキル基を表す。)で表される化合物由来の単量体単位を含む重合体である。一般式(1)で表される化合物の具体例としては、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸t-ブチル、アクリル酸n−アミル、アクリル酸イソアミル、アクリル酸n−ヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸ノニル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ステアリルなどのアクリレート;メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t-ブチル、メタクリル酸n−アミル、メタクリル酸イソアミル、メタクリル酸n−ヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸イソデシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリルなどのメタアクリレート等が挙げられる。これらの中でも、アクリレートが好ましく、アクリル酸n−ブチルおよびアクリル酸2−エチルヘキシルが、得られる電極の強度を向上できる点で、特に好ましい。アクリレート系重合体中の一般式(1)で表される化合物由来の単量体単位の割合は、通常50重量%以上、好ましくは70重量%以上である。前記一般式(1)で表される化合物由来の単量体単位の割合が前記範囲である(メタ)アクリレート系重合体を用いると、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。 The (meth) acrylate-based polymer has the general formula (1): CH 2 = CR 1 -COOR 2 (wherein R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 represents an alkyl group or a cycloalkyl group). It is a polymer containing the monomer unit derived from the compound represented by these. Specific examples of the compound represented by the general formula (1) include ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, t-butyl acrylate, n-amyl acrylate, Acrylates such as isoamyl acrylate, n-hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, hexyl acrylate, nonyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate; ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n methacrylate -Butyl, isobutyl methacrylate, t-butyl methacrylate, n-amyl methacrylate, isoamyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, octyl methacrylate, isodecyl methacrylate, methacrylate Le lauryl, tridecyl methacrylate include methacrylates such as such as stearyl methacrylate. Among these, acrylate is preferable, and n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate are particularly preferable in that the strength of the obtained electrode can be improved. The ratio of the monomer unit derived from the compound represented by the general formula (1) in the acrylate polymer is usually 50% by weight or more, preferably 70% by weight or more. When a (meth) acrylate polymer in which the ratio of the monomer unit derived from the compound represented by the general formula (1) is in the above range is used, the heat resistance is high and the obtained electrode for an electric double layer capacitor The internal resistance can be reduced.
前記(メタ)アクリレート系重合体は、一般式(1)で表される化合物の他に、共重合可能なカルボン酸基含有単量体を用いることができ、具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸などの一塩基酸含有単量体;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などの二塩基酸含有単量体が挙げられる。なかでも、二塩基酸含有単量体が好ましく、集電体との結着性を高め、電極強度を向上できる点で、イタコン酸が特に好ましい。これらの一塩基酸含有単量体、二塩基酸含有単量体は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。共重合の際のカルボン酸基含有単量体の量は、一般式(1)で表される化合物100重量部に対して、通常は0.1〜50重量部、好ましくは0.5〜20重量部、より好ましくは1〜10重量部の範囲である。カルボン酸基含有単量体の量がこの範囲であると、集電体との結着性に優れ、得られる電極強度が高まる。 As the (meth) acrylate polymer, in addition to the compound represented by the general formula (1), a copolymerizable carboxylic acid group-containing monomer can be used. Specific examples include acrylic acid, methacrylic acid, Monobasic acid-containing monomers such as acids; dibasic acid-containing monomers such as maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid. Among these, a dibasic acid-containing monomer is preferable, and itaconic acid is particularly preferable in terms of enhancing the binding property with the current collector and improving the electrode strength. These monobasic acid-containing monomers and dibasic acid-containing monomers can be used alone or in combination of two or more. The amount of the carboxylic acid group-containing monomer in the copolymerization is usually 0.1 to 50 parts by weight, preferably 0.5 to 20 parts per 100 parts by weight of the compound represented by the general formula (1). Part by weight, more preferably in the range of 1 to 10 parts by weight. When the amount of the carboxylic acid group-containing monomer is within this range, the binding property with the current collector is excellent, and the obtained electrode strength is increased.
前記(メタ)アクリレート系重合体は、一般式(1)で表される化合物の他に、共重合可能なニトリル基含有単量体を用いることができる。ニトリル基含有単量体の具体例としては、アクリロニトリルやメタクリロニトリルなどが挙げられ、中でもアクリロニトリルが、集電体との結着性が高まり、電極強度が向上できる点で好ましい。アクリロニトリルの量は、一般式(1)で表される化合物100重量部に対して、通常は0.1〜40重量部、好ましくは0.5〜30重量部、より好ましくは1〜20重量部の範囲である。アクリロニトリルの量がこの範囲であると、集電体との結着性に優れ、得られる電極強度が高まる。 In addition to the compound represented by the general formula (1), a copolymerizable nitrile group-containing monomer can be used for the (meth) acrylate polymer. Specific examples of the nitrile group-containing monomer include acrylonitrile, methacrylonitrile, and the like. Among them, acrylonitrile is preferable in that the binding strength with the current collector is increased and the electrode strength can be improved. The amount of acrylonitrile is usually 0.1 to 40 parts by weight, preferably 0.5 to 30 parts by weight, more preferably 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the compound represented by the general formula (1). Range. When the amount of acrylonitrile is within this range, the binding property with the current collector is excellent, and the obtained electrode strength is increased.
結着剤は、その形状によって特に制限はないが、結着性が良く、また、作成した電極の静電容量の低下や充放電の繰り返しによる劣化を抑えることができるため、粒子状であることが好ましい。粒子状の結着剤としては、例えば、ラテックスのごとき分散型結着剤の粒子が水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 binder is not particularly limited depending on its shape, but has good binding properties, and can be prevented from being deteriorated due to a decrease in the capacitance of the created electrode or repeated charge / discharge, so that it is particulate. Is preferred. Examples of the particulate binder include those in which particles of a dispersion-type binder such as latex are dispersed in water, and powders obtained by drying such a dispersion.
粒子状の結着剤の数平均粒径は、格別な限定はないが、通常は0.0001〜100μm、好ましくは0.001〜10μm、より好ましくは0.01〜1μmである。結着剤の数平均粒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後述する電極層に与えることができる。ここで、数平均粒径は、透過型電子顕微鏡写真で無作為に選んだ結着剤粒子100個の径を測定し、その算術平均値として算出される個数平均粒径である。粒子の形状は球形、異形、どちらでもかまわない。 The number average particle size of the particulate binder is not particularly limited, but is usually 0.0001 to 100 μm, preferably 0.001 to 10 μm, more preferably 0.01 to 1 μm. When the number average particle diameter of the binder is within this range, an excellent binding force can be imparted to the electrode layer described later even when a small amount of the binder is used. Here, the number average particle diameter is a number average particle diameter calculated as an arithmetic average value obtained by measuring the diameter of 100 binder particles randomly selected in a transmission electron micrograph. The shape of the particles can be either spherical or irregular.
結着剤は単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。複合粒子中の結着剤の含有割合は、好ましくは0.1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%、より好ましくは5〜10重量%の範囲である。複合粒子中の結着剤の含有割合を前記範囲とすることにより、電気二重層キャパシタ用電極の機械的特性と内部抵抗の低抵抗化のバランスを良好にすることができる。 A binder can be used individually or in combination of 2 or more types. The content ratio of the binder in the composite particles is preferably 0.1 to 15% by weight, preferably 3 to 10% by weight, more preferably 5 to 10% by weight. By setting the content ratio of the binder in the composite particles in the above range, the balance between the mechanical properties of the electric double layer capacitor electrode and the reduction in internal resistance can be improved.
複合粒子には、水蒸気賦活活性炭、アルカリ賦活活性炭、結着剤以外の他の成分が含まれていてもよい。他の成分としては、導電剤、分散剤、界面活性剤等が挙げられる。 The composite particles may contain components other than water vapor activated activated carbon, alkali activated activated carbon, and binder. Examples of other components include a conductive agent, a dispersant, and a surfactant.
(導電剤)
本発明に用いる複合粒子には、導電剤が含有されていることが好ましい。導電剤とは、導電性を有し、電気二重層を形成し得る細孔を有さない粒子状の炭素の同素体からなり、電気二重層キャパシタの導電性を向上させるものである。導電材の具体例としては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、及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)などの導電性カーボンブラック;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛;が挙げられる。これらの中でも、導電性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 agent)
The composite particles used in the present invention preferably contain a conductive agent. The conductive agent is composed of an allotrope of particulate carbon that has conductivity and does not have pores that can form an electric double layer, and improves the conductivity of the electric double layer capacitor. Specific examples of the conductive material include conductive carbon black such as furnace black, acetylene black, and ketjen black (registered trademark of Akzo Nobel Chemicals Bethloten Fennot Shap); graphite such as natural graphite and artificial graphite; Can be mentioned. Among these, conductive carbon black is preferable, and acetylene black and furnace black are more preferable.
導電剤の体積平均粒径は、アルカリ賦活活性炭の体積平均粒径よりも小さいことが好ましく、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。 The volume average particle size of the conductive agent is preferably smaller than the volume average particle size of the alkali-activated activated carbon, usually in the range of 0.001 to 10 μm, preferably 0.05 to 5 μm, more preferably 0.01 to 1 μm. is there. When the particle size of the conductive agent is within this range, high conductivity can be obtained with a smaller amount of use.
これらの導電剤は、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。導電剤の量は、活性炭(水蒸気賦活活性炭及びアルカリ賦活活性炭の合計)100重量部に対して、通常0.1〜20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。導電剤の量がこの範囲にある複合粒子を使用すると電気二重層キャパシタの静電容量を高く且つ内部抵抗を低くすることができる。 These conductive agents can be used alone or in combination of two or more. The amount of the conductive agent is usually 0.1 to 20 parts by weight, preferably 0.5 to 15 parts by weight, and more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of activated carbon (a total of steam-activated activated carbon and alkali-activated activated carbon). The range is parts by weight. When composite particles having an amount of the conductive agent in this range are used, the capacitance of the electric double layer capacitor can be increased and the internal resistance can be decreased.
(分散剤)
分散剤は、後述するスラリーの溶媒に溶解させて用いられ、活性炭(水蒸気賦活活性炭及びアルカリ賦活活性炭)、結着剤、導電剤等を溶媒に均一に分散させる作用をさらに有するものである。例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース系ポリマー、ならびにこれらのアンモニウム塩またはアルカリ金属塩;ポリアクリル酸(またはメタクリル酸)ナトリウムなどのポリアクリル酸(またはメタクリル酸)塩;ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド;ポリビニルピロリドン、ポリカルボン酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼイン、各種変性デンプン、キチン、キトサン誘導体などが挙げられる。これらの分散剤は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。中でも、セルロース系ポリマーが好ましく、カルボキシメチルセルロースまたはそのアンモニウム塩もしくはアルカリ金属塩が特に好ましい。また複合粒子表面の表面平均空隙率を上げるためには、重量平均分子量が30万以上のものが好ましい。
(Dispersant)
The dispersant is used by being dissolved in a solvent of a slurry described later, and further has an action of uniformly dispersing activated carbon (water vapor activated activated carbon and alkali activated activated carbon), a binder, a conductive agent, and the like in the solvent. For example, cellulosic polymers such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, and ammonium salts or alkali metal salts thereof; polyacrylic acid (or methacrylic acid) salts such as sodium polyacrylic acid (or methacrylic acid); polyvinyl Examples include alcohol, modified polyvinyl alcohol, polyethylene oxide; polyvinyl pyrrolidone, polycarboxylic acid, oxidized starch, phosphate starch, casein, various modified starches, chitin, and chitosan derivatives. These dispersants can be used alone or in combination of two or more. Among these, a cellulose polymer is preferable, and carboxymethyl cellulose or an ammonium salt or an alkali metal salt thereof is particularly preferable. In order to increase the surface average porosity on the surface of the composite particles, those having a weight average molecular weight of 300,000 or more are preferable.
これら分散剤は単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。分散剤の使用量は、格別な限定はないが、活性炭(水蒸気賦活活性炭及びアルカリ賦活活性炭の合計)100重量部に対して、通常は0.1〜10重量部、好ましくは0.5〜5重量部、より好ましくは0.8〜2重量部の範囲である。分散剤を用いることで、スラリー中の固形分の沈降や凝集を抑制できる。また、噴霧乾燥時のアトマイザーの詰まりを防止することができるので、噴霧乾燥を安定して連続的に行うことができる。 These dispersants can be used alone or in combination of two or more. Although the amount of the dispersant used is not particularly limited, it is usually 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts per 100 parts by weight of activated carbon (a total of water vapor activated carbon and alkali activated carbon). Part by weight, more preferably in the range of 0.8 to 2 parts by weight. By using a dispersing agent, sedimentation and aggregation of solid content in the slurry can be suppressed. Moreover, since the clogging of the atomizer at the time of spray drying can be prevented, spray drying can be performed stably and continuously.
界面活性剤としては、アニオン性、カチオン性、ノニオン性、ノニオニックアニオンなどの両性の界面活性剤が挙げられるが、中でもアニオン性若しくはノニオン性の界面活性剤で熱分解しやすいものが好ましい。これら添加剤は単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the surfactant include amphoteric surfactants such as anionic, cationic, nonionic, and nonionic anions. Among them, anionic or nonionic surfactants that are easily thermally decomposed are preferable. These additives can be used alone or in combination of two or more.
界面活性剤の量は、格別な限定はないが、活性炭(水蒸気賦活活性炭及びアルカリ賦活活性炭の合計)100重量部に対して0〜20重量部、好ましくは0.1〜10重量部、より好ましくは0.5〜5重量部の範囲である。 The amount of the surfactant is not particularly limited, but is 0 to 20 parts by weight, preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 100 parts by weight of activated carbon (a total of water vapor activated carbon and alkali activated carbon). Is in the range of 0.5 to 5 parts by weight.
本発明に用いる複合粒子は、表面平均空隙率が15%以上、好ましくは20%以上、さらに好ましくは20%以上40%以下、特に好ましくは20%以上30%以下である。ここで、「表面平均空隙率」は、複合粒子1つあたり、5視野以上(それぞれ異なる視野で)で、かつ10粒子以上について、複合粒子の表面において、0.1μm2以上の空隙の見掛けの面積を測定し、全視野面積に対する空隙の見掛けの表面積の割合(%)(以下、「空隙率」と記載することがある)の平均値として得られる値である。複合粒子の表面平均空隙率が15%未満であると、複合粒子中の電解質イオンの拡散抵抗が大きくなり、これを用いて得られる電極の抵抗が大きくなる。 The composite particles used in the present invention have a surface average porosity of 15% or more, preferably 20% or more, more preferably 20% or more and 40% or less, and particularly preferably 20% or more and 30% or less. Here, the “surface average porosity” is an apparent appearance of voids of 0.1 μm 2 or more on the surface of the composite particle for 5 particles or more (each with different fields of view) and 10 particles or more per composite particle. It is a value obtained as an average value of the ratio (%) of the apparent surface area of the void to the total visual field area (hereinafter sometimes referred to as “void ratio”). When the surface average porosity of the composite particles is less than 15%, the diffusion resistance of the electrolyte ions in the composite particles increases, and the resistance of the electrode obtained by using this increases.
具体的には、表面平均空隙率は、本発明で用いる複合粒子について、電子顕微鏡写真を撮影し、任意に選択した1粒子当たり、5視野以上を観察し、面積が0.1μm2以上の連続した空隙の見掛け上の表面積を測定し、10粒子以上について同様の測定を行い、得られた空隙率の平均値として算出する。なお、空隙の見掛け上の表面積とは、電子顕微鏡写真上で観察される空隙の開口部の表面積相当の面積であり、空隙の細孔内の面積等を考慮に入れた実際の面積ではない。個々の複合粒子を見た場合には、空隙率が15%未満の複合粒子も含まれることがあるが、空隙率が15%以上の粒子(本明細書では、「多孔複合粒子」と記載することがある)を多く含むため、全体の表面平均空隙率は、上記のように高くなる。 Specifically, the surface average porosity is obtained by taking an electron micrograph of the composite particles used in the present invention, observing 5 or more fields per arbitrarily selected particle, and continuously having an area of 0.1 μm 2 or more. The apparent surface area of the voids is measured, the same measurement is performed for 10 particles or more, and the average value of the obtained voids is calculated. The apparent surface area of the void is an area corresponding to the surface area of the opening of the void observed on the electron micrograph, and is not an actual area taking into consideration the area in the pores of the void. When individual composite particles are viewed, composite particles having a porosity of less than 15% may be included, but particles having a porosity of 15% or more (in the present specification, described as “porous composite particles”). As a result, the overall surface average porosity is increased as described above.
本発明に用いる複合粒子の形状は、実質的に球形であることが好ましい。すなわち、複合粒子の短軸径をLs、長軸径をLl、La=(Ls+Ll)/2とし、(1−(Ll−Ls)/La)×100の値を球形度(%)としたとき、球形度が80%以上であることが好ましく、より好ましくは90%以上である。ここで、短軸径Lsおよび長軸径Llは、透過型電子顕微鏡写真像より測定される値である。 The shape of the composite particles used in the present invention is preferably substantially spherical. That is, when the short axis diameter of the composite particles is Ls, the long axis diameter is Ll, La = (Ls + Ll) / 2, and the value of (1− (Ll−Ls) / La) × 100 is sphericity (%). The sphericity is preferably 80% or more, more preferably 90% or more. Here, the minor axis diameter Ls and the major axis diameter Ll are values measured from a transmission electron micrograph image.
本発明に用いる複合粒子の体積平均粒子径は、通常10〜200μm、好ましくは20〜150μm、より好ましくは30〜100μmの範囲である。体積平均粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。 The volume average particle diameter of the composite particles used in the present invention is usually in the range of 10 to 200 μm, preferably 20 to 150 μm, more preferably 30 to 100 μm. The volume average particle diameter can be measured using a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus.
複合粒子の造粒方法は特に制限されず、噴霧乾燥造粒法、転動層造粒法、圧縮型造粒法、攪拌型造粒法、押出し造粒法、破砕型造粒法、流動層造粒法、流動層多機能型造粒法、および溶融造粒法などの公知の造粒法により製造することができる。中でも、表面付近に結着剤および導電剤が偏在した複合粒子を容易に得られるので、噴霧乾燥造粒法が好ましい。 The granulation method of the composite particles is not particularly limited, and is spray drying granulation method, rolling bed granulation method, compression granulation method, stirring granulation method, extrusion granulation method, crushing granulation method, fluidized bed It can be produced by a known granulation method such as a granulation method, a fluidized bed multifunctional granulation method, or a melt granulation method. Among these, the spray-drying granulation method is preferable because composite particles in which a binder and a conductive agent are unevenly distributed near the surface can be easily obtained.
本発明に用いる複合粒子は、水蒸気賦活活性炭、アルカリ賦活活性炭、及び結着剤を含むスラリーを噴霧乾燥して得られた粒子であることが好ましい。本発明に用いる複合粒子が、水蒸気賦活活性炭、アルカリ賦活活性炭、及び結着剤を含むスラリーを噴霧乾燥して得られた粒子であることにより、本発明の電気二重層キャパシタ用電極を高い生産性で得ることができ、かつ該電極の内部抵抗をより低減することができる。 The composite particles used in the present invention are preferably particles obtained by spray drying a slurry containing water vapor activated activated carbon, alkali activated activated carbon, and a binder. The composite particles used in the present invention are particles obtained by spray-drying a slurry containing water vapor activated activated carbon, alkali activated activated carbon, and a binder, so that the electric double layer capacitor electrode of the present invention has high productivity. And the internal resistance of the electrode can be further reduced.
前記スラリーは、水蒸気賦活活性炭、アルカリ賦活活性炭及び結着剤の必須成分と、導電剤などの任意成分とを、溶媒に分散または溶解させることにより得ることができる。 The slurry can be obtained by dispersing or dissolving a steam-activated activated carbon, an alkali-activated activated carbon and an essential component of a binder and an optional component such as a conductive agent in a solvent.
スラリーを得るために用いる溶媒は、特に限定されないが、上記の分散剤を用いる場合には、分散剤を溶解可能な溶媒が好適に用いられる。具体的には、通常水が用いられるが、有機溶媒を用いることもできるし、水と有機溶媒との混合溶媒を用いてもよい。有機溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール等のアルキルアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のアルキルケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライム等のエーテル類;ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルイミダゾリジノン等のアミド類;ジメチルスルホキサイド、スルホラン等のイオウ系溶剤;等が挙げられる。この中でも有機溶媒としては、アルコール類が好ましい。水と、水よりも沸点の低い有機溶媒とを併用すると、噴霧乾燥時に、乾燥速度を速くすることができる。また、水と併用する有機溶媒の量または種類によって、結着剤の分散性または分散剤の溶解性が変わる。これにより、スラリーの粘度や流動性を調整することができ、生産効率を向上させることができる。 The solvent used for obtaining the slurry is not particularly limited, but when the above dispersant is used, a solvent capable of dissolving the dispersant is preferably used. Specifically, water is usually used, but an organic solvent may be used, or a mixed solvent of water and an organic solvent may be used. Examples of the organic solvent include alkyl alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol and propyl alcohol; alkyl ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran, dioxane and diglyme; diethylformamide, dimethylacetamide and N-methyl- Amides such as 2-pyrrolidone and dimethylimidazolidinone; Sulfur solvents such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; Among these, alcohols are preferable as the organic solvent. When water and an organic solvent having a lower boiling point than water are used in combination, the drying rate can be increased during spray drying. Further, the dispersibility of the binder or the solubility of the dispersant varies depending on the amount or type of the organic solvent used in combination with water. Thereby, the viscosity and fluidity | liquidity of a slurry can be adjusted and production efficiency can be improved.
スラリーを調製するときに使用する溶媒の量は、スラリーの固形分濃度が、通常1〜50質量%、好ましくは5〜50質量%、より好ましくは10〜30質量%の範囲となる量である。固形分濃度がこの範囲にあるときに、結着剤が均一に分散するため好適である。 The amount of the solvent used when preparing the slurry is an amount such that the solid content concentration of the slurry is usually in the range of 1 to 50% by mass, preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 30% by mass. . When the solid content concentration is in this range, the binder is preferably dispersed uniformly.
水蒸気賦活活性炭、アルカリ賦活活性炭及び結着剤の必須成分、ならびに導電剤や分散剤などの任意成分を、溶媒に分散または溶解する方法または手順は特に限定されず、例えば、溶媒にアルカリ賦活活性炭、水蒸気賦活活性炭及び結着剤の必須成分、ならびに導電剤や分散剤などの任意成分を添加し混合する方法;溶媒に分散剤を溶解した後、溶媒に分散させた結着剤(例えば、ラテックス)を添加して混合し、最後に水蒸気賦活活性炭及びアルカリ賦活活性炭、並びに導電剤や分散剤などの任意成分を添加して混合する方法;溶媒に分散させた結着剤に水蒸気賦活活性炭、アルカリ賦活活性炭および導電剤を添加して混合し、この混合物に溶媒に溶解させた分散剤を添加して混合する方法等が挙げられる。混合の手段としては、例えば、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、顔料分散機、らい潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、ホモミキサー、プラネタリーミキサー等の混合機器が挙げられる。混合は、通常、室温〜80℃の範囲で、10分間〜数時間行う。 The method or procedure for dispersing or dissolving the water vapor activated activated carbon, the essential component of the alkali activated carbon and the binder, and the optional components such as the conductive agent and the dispersant in the solvent is not particularly limited. For example, the alkali activated carbon, A method of adding and mixing essential components of water vapor activated activated carbon and a binder, and optional components such as a conductive agent and a dispersant; a binder (for example, latex) which is dissolved in a solvent and then dispersed in the solvent Finally, a method of adding and mixing water vapor activated activated carbon and alkali activated carbon, and optional components such as a conductive agent and a dispersing agent; water vapor activated activated carbon, alkali activated to a binder dispersed in a solvent Examples include a method in which activated carbon and a conductive agent are added and mixed, and a dispersant dissolved in a solvent is added to and mixed with the mixture. Examples of the mixing means include mixing equipment such as a ball mill, a sand mill, a bead mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a homomixer, and a planetary mixer. Mixing is usually performed in the range of room temperature to 80 ° C. for 10 minutes to several hours.
スラリーの粘度は、室温において、通常500〜3000mPa・s、好ましくは750〜2000mPa・s、さらに好ましくは1000〜1500mPa・s範囲である。スラリー粘度が高すぎると、造粒が困難になることがあり、一方低すぎると、得られる複合粒子の表面平均空隙率が低下する傾向にある。前記スラリー粘度は、B型粘度計を用いて、温度25℃、回転数60rpmの条件で測定した値である。 The viscosity of the slurry is usually 500 to 3000 mPa · s, preferably 750 to 2000 mPa · s, and more preferably 1000 to 1500 mPa · s at room temperature. If the slurry viscosity is too high, granulation may be difficult. On the other hand, if the slurry viscosity is too low, the surface average porosity of the resulting composite particles tends to decrease. The slurry viscosity is a value measured using a B-type viscometer under conditions of a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 60 rpm.
スラリーの粘度は、使用する活性炭、結着剤および分散剤の種類および配合量などにより適宜に制御可能であるが、特に分散剤としてセルロース系ポリマーを使用する場合には、該セルロース系ポリマーの種類、分子量および配合量を適宜に選択することで、スラリー粘度を上記範囲に容易に制御できる。たとえば、高分子量のセルロース系ポリマーを用いるとスラリー粘度は上昇し、低分子量のセルロース系ポリマーを用いるとスラリー粘度は低下する。 The viscosity of the slurry can be appropriately controlled depending on the type and blending amount of the activated carbon, binder and dispersant used, and in particular when the cellulose polymer is used as the dispersant, the type of the cellulose polymer. The slurry viscosity can be easily controlled within the above range by appropriately selecting the molecular weight and the blending amount. For example, when a high molecular weight cellulose polymer is used, the slurry viscosity increases, and when a low molecular weight cellulose polymer is used, the slurry viscosity decreases.
上記のように特定粘度のスラリーを噴霧乾燥し、造粒することにより、表面平均空隙率が15%以上の複合粒子を容易に得ることができる。何ら理論的に制限されるものではないが、本発明者は、以下のような造粒メカニズムを推定している。すなわち、スラリーを噴霧乾燥することで、スラリー中の分散媒が揮発し、複合粒子が得られる。この際、分散媒は造粒された複合粒子表面から揮発する。複合粒子内部の分散媒は、複合粒子内を表面方向に移動し、表面から揮発する。複合粒子内部を移動する分散媒とともに、スラリー中の微粒子も表面に移動する。したがって、スラリー中における微粒子の移動性が高いほど、複合粒子表面に微粒子が集まり、表面が緻密化し、得られる複合粒子の表面空隙率が低下することになる。このため、多孔複合粒子を得るためには、スラリー中の微粒子の移動性を制御し、微粒子が表面近傍に移動することを防止すればよい。本発明者は上記のような推定に基づき、スラリー粘度を特定範囲に制御すれば、多孔複合粒子が簡便に得られると考え、本発明を完成するに至った。 By spray-drying and granulating a slurry having a specific viscosity as described above, composite particles having a surface average porosity of 15% or more can be easily obtained. Although not limited theoretically, the present inventor estimates the following granulation mechanism. That is, by spray-drying the slurry, the dispersion medium in the slurry is volatilized and composite particles are obtained. At this time, the dispersion medium volatilizes from the surface of the granulated composite particles. The dispersion medium inside the composite particles moves in the composite particles toward the surface and volatilizes from the surface. Along with the dispersion medium moving inside the composite particles, the fine particles in the slurry also move to the surface. Therefore, the higher the mobility of the fine particles in the slurry, the more the fine particles gather on the surface of the composite particles, the surface becomes denser, and the surface porosity of the resulting composite particles decreases. For this reason, in order to obtain porous composite particles, the mobility of the fine particles in the slurry may be controlled to prevent the fine particles from moving to the vicinity of the surface. Based on the above estimation, the present inventor considered that porous composite particles can be easily obtained if the slurry viscosity is controlled within a specific range, and the present invention has been completed.
次に、上記で得たスラリーを噴霧乾燥して造粒し、複合粒子を得る。噴霧乾燥は、熱風中にスラリーを噴霧して乾燥することにより行う。スラリーの噴霧に用いる装置としてアトマイザーが挙げられる。アトマイザーは、回転円盤方式と加圧方式との二種類の装置がある。回転円盤方式は、高速回転する円盤のほぼ中央にスラリーを導入し、円盤の遠心力によってスラリーが円盤の外に放たれ、その際にスラリーを霧状にする方式である。円盤の回転速度は円盤の大きさに依存するが、通常は5,000〜30,000rpm、好ましくは15,000〜30,000rpmである。円盤の回転速度が低いほど、噴霧液滴が大きくなり、得られる複合粒子の体積平均粒子径が大きくなる。回転円盤方式のアトマイザーとしては、ピン型とベーン型が挙げられるが、好ましくはピン型アトマイザーである。ピン型アトマイザーは、噴霧盤を用いた遠心式の噴霧装置の一種であり、該噴霧盤が上下取付円板の間にその周縁に沿ったほぼ同心円上に着脱自在に複数の噴霧用コロを取り付けたもので構成されている。スラリーは噴霧盤中央から導入され、遠心力によって噴霧用コロに付着し、コロ表面を外側へと移動し、最後にコロ表面から離れ噴霧される。一方、加圧方式は、スラリーを加圧してノズルから霧状にして乾燥する方式である。 Next, the slurry obtained above is spray-dried and granulated to obtain composite particles. Spray drying is performed by spraying the slurry in hot air and drying. An atomizer is used as an apparatus used for spraying slurry. There are two types of atomizers: a rotating disk method and a pressure method. The rotating disk system is a system in which slurry is introduced almost at the center of a disk that rotates at a high speed, and the slurry is released out of the disk by the centrifugal force of the disk, and the slurry is atomized at that time. The rotational speed of the disc depends on the size of the disc, but is usually 5,000 to 30,000 rpm, preferably 15,000 to 30,000 rpm. The lower the rotational speed of the disk, the larger the spray droplets and the larger the volume average particle diameter of the resulting composite particles. Examples of the rotating disk type atomizer include a pin type and a vane type, and a pin type atomizer is preferable. A pin-type atomizer is a type of centrifugal spraying device that uses a spraying plate, and the spraying plate has a plurality of spraying rollers removably mounted on a concentric circle along its periphery between upper and lower mounting disks. It consists of The slurry is introduced from the center of the spray platen, adheres to the spraying roller by centrifugal force, moves outside the roller surface, and finally sprays away from the roller surface. On the other hand, the pressurization method is a method in which the slurry is pressurized and sprayed from a nozzle to be dried.
噴霧されるスラリーの温度は、通常は室温であるが、加温して室温以上にしたものであってもよい。また、噴霧乾燥時の熱風温度は、通常80〜250℃、好ましくは100〜200℃である。噴霧乾燥において、熱風の吹き込み方法は特に制限されず、例えば、熱風と噴霧方向が横方向に並流する方式、乾燥塔頂部で噴霧され熱風と共に下降する方式、噴霧した滴と熱風が向流接触する方式、噴霧した滴が最初熱風と並流し次いで重力落下して向流接触する方式等が挙げられる。 The temperature of the slurry to be sprayed is usually room temperature, but may be heated to room temperature or higher. Moreover, the hot air temperature at the time of spray-drying is 80-250 degreeC normally, Preferably it is 100-200 degreeC. In spray drying, the method of blowing hot air is not particularly limited, for example, a method in which the hot air and the spraying direction flow in parallel, a method in which the hot air is sprayed at the top of the drying tower and descends with the hot air, and the sprayed droplets and hot air are in countercurrent contact. And a system in which sprayed droplets first flow in parallel with hot air and then drop by gravity to make countercurrent contact.
本発明の電気二重層キャパシタ用電極は、複合粒子を加圧成形してなる電極層を集電体上に有することが好ましい。本発明の電気二重層キャパシタ用電極が、このような構成であることにより、生産性よく低抵抗な電気二重層キャパシタ電極を製造することができる。 The electrode for an electric double layer capacitor of the present invention preferably has an electrode layer formed by press-molding composite particles on a current collector. When the electric double layer capacitor electrode of the present invention has such a configuration, an electric double layer capacitor electrode with low productivity and low resistance can be produced.
複合粒子を加圧成形してなる電極層を集電体上に有する方法としては、(a)複合粒子をシート状に加圧成形し、得られたシート状の電極層を、集電体に積層する方法;(b)複合粒子を集電体上に供給し、これを加圧成形して電極層を形成する方法;(c)複合粒子を基材上に供給し、これを加圧成形して基材上に電極層を形成し、電極層を有する基材を用いて、電極層を集電体上に転写する方法などが挙げられる。中でも、(b)複合粒子を集電体上に供給し、これを加圧成形して電極層を形成する方法が好ましい。 As a method of having an electrode layer formed by pressure-molding composite particles on a current collector, (a) pressure-molding the composite particles into a sheet shape, and using the obtained sheet-shaped electrode layer as a current collector Method of laminating; (b) A method of supplying composite particles onto a current collector and press-molding this to form an electrode layer; (c) A method of supplying composite particles onto a substrate and press-molding it And a method of forming an electrode layer on the substrate and transferring the electrode layer onto the current collector using the substrate having the electrode layer. Among these methods, (b) a method in which the composite particles are supplied onto a current collector and pressure-molded to form an electrode layer is preferable.
基材を用いる場合のこれを構成する材料としては、電極層を基材上に形成することができれば無機材料、有機材料等制限なく使用することができる。例えば、アルミニウム箔、銅箔、アイオノマーフィルム(IOフィルム)、ポリエチレンフィルム(PEフィルム)、ポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)、ポリエチレンナフレタートフィルム(PENフィルム)、ポリ塩化ビニルフィルム(PVCフィルム)、ポリ塩化ビニリデンフィルム(PVDCフィルム)、ポリビニルアルコールフィルム(PVAフィルム)、ポリプロピレンフィルム(PPフィルム)、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム(PCフィルム)、ポリスチレンフィルム(PSフィルム)、ポリアクリロニトリルフィルム(PANフィルム)、エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム(EVAフィルム)、エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム(EVOHフィルム)、エチレン−メタクリル酸共重合体フィルム(EMAAフィルム)、ナイロンフィルム(NYフィルム、ポリアミド(PA)フィルム)、セロファン、イミドフィルム、紙などが上げられる。また、上記フィルムを重ねた多層構造のフィルムを用いても良い。これらの中でも、汎用性や取扱性の観点から熱可塑性樹脂フィルムが好ましく、特にPETフィルム、PEフィルム、PVCフィルム等が好ましい。また、電極層が形成される基材表面には剥離処理を施しておいてもよい。 As a material constituting this in the case of using a substrate, an inorganic material, an organic material or the like can be used without limitation as long as the electrode layer can be formed on the substrate. For example, aluminum foil, copper foil, ionomer film (IO film), polyethylene film (PE film), polyethylene terephthalate film (PET film), polyethylene naphthalate film (PEN film), polyvinyl chloride film (PVC film), polychlorinated Vinylidene film (PVDC film), polyvinyl alcohol film (PVA film), polypropylene film (PP film), polyester film, polycarbonate film (PC film), polystyrene film (PS film), polyacrylonitrile film (PAN film), ethylene-acetic acid Vinyl copolymer film (EVA film), ethylene-vinyl alcohol copolymer film (EVOH film), ethylene - methacrylic acid copolymer film (EMAA film), nylon film (NY film, a polyamide (PA) film), cellophane, imide films, paper and the like. Moreover, you may use the film of the multilayered structure which accumulated the said film. Among these, a thermoplastic resin film is preferable from the viewpoint of versatility and handleability, and a PET film, a PE film, a PVC film, and the like are particularly preferable. Moreover, you may give the peeling process to the base-material surface in which an electrode layer is formed.
基材の厚さは、特に限定されないが5μm〜200μmが好適であり、30μm〜150μmがさらに好適である。また、幅も特に限定されないが約100mm〜1000mm、さらには約200mm〜500mmが好適である。 Although the thickness of a base material is not specifically limited, 5 micrometers-200 micrometers are suitable, and 30 micrometers-150 micrometers are more suitable. The width is not particularly limited, but is preferably about 100 mm to 1000 mm, and more preferably about 200 mm to 500 mm.
集電体とは、集電機能を有する電極基体である。材料としては、例えば、金属、炭素、導電性高分子などを用いることができ、好適には金属が用いられる。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、銅、その他の合金等が使用される。これらの中で導電性、耐電圧性の面からアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用するのが好ましい。
本発明に用いる集電体の厚さは、通常5〜100μmで、好ましくは10〜70μm、特に好ましくは20〜50μmである。
The current collector is an electrode substrate having a current collecting function. As the material, for example, metal, carbon, conductive polymer, and the like can be used, and metal is preferably used. As the metal, aluminum, platinum, nickel, tantalum, titanium, stainless steel, copper, and other alloys are usually used. Among these, it is preferable to use aluminum or an aluminum alloy in terms of conductivity and voltage resistance.
The thickness of the current collector used in the present invention is usually 5 to 100 μm, preferably 10 to 70 μm, and particularly preferably 20 to 50 μm.
本発明において、上記(b)の方法で集電体上に電気二重層キャパシタ用電極を製造する場合において、複合粒子を供給する工程で用いられるフィーダーは、特に限定されないが、複合粒子を定量的に供給できる定量フィーダーであることが好ましい。ここで、定量的に供給できるとは、かかるフィーダーを用いて複合粒子を連続的に供給し、一定間隔で供給量を複数回測定し、その測定値の平均値mと標準偏差σmから求められるCV値(=σm/m×100)が4以下であることをいう。本発明に用いられる定量フィーダーは、CV値が好ましくは2以下である。定量フィーダーの具体例としては、テーブルフィーダー、ロータリーフィーダーなどの重力供給機、スクリューフィーダー、ベルトフィーダーなどの機械力供給機などが挙げられる。これらのうちロータリーフィーダーが好適である。 In the present invention, when producing an electrode for an electric double layer capacitor on the current collector by the method (b) above, the feeder used in the step of supplying the composite particles is not particularly limited, but the composite particles are quantitatively analyzed. It is preferable that it is a fixed quantity feeder which can be supplied to the. Here, being able to supply quantitatively means that composite particles are continuously supplied using such a feeder, the supply amount is measured a plurality of times at regular intervals, and the average value m of the measured values and the standard deviation σm are obtained. It means that the CV value (= σm / m × 100) is 4 or less. The quantitative feeder used in the present invention preferably has a CV value of 2 or less. Specific examples of the quantitative feeder include a gravity feeder such as a table feeder and a rotary feeder, and a mechanical force feeder such as a screw feeder and a belt feeder. Of these, the rotary feeder is preferred.
次いで、前記集電体と供給された複合粒子とを一対のロールで加圧して、集電体上に電極層を形成する。この工程では、必要に応じ加温された前記複合粒子が、一対のロールでシート状の電極層に成形される。供給される複合粒子の温度は、好ましくは40〜160℃、より好ましくは70〜140℃である。この温度範囲にある複合粒子を用いると、プレス用ロールの表面で複合粒子の滑りがなく、複合粒子が連続的かつ均一にプレス用ロールに供給されるので、膜厚が均一で、電極密度のばらつきが小さい、電極層を得ることができる。 Next, the current collector and the supplied composite particles are pressurized with a pair of rolls to form an electrode layer on the current collector. In this step, the composite particles heated as necessary are formed into a sheet-like electrode layer with a pair of rolls. The temperature of the supplied composite particles is preferably 40 to 160 ° C, more preferably 70 to 140 ° C. When composite particles in this temperature range are used, there is no slip of the composite particles on the surface of the press roll, and the composite particles are continuously and uniformly supplied to the press roll. An electrode layer with little variation can be obtained.
成形時の温度は、通常0〜200℃であり、結着剤の融点またはガラス転移温度より高いことが好ましく、融点またはガラス転移温度より20℃以上高いことがより好ましい。ロールを用いる場合の成形速度は、通常0.1m/分より大きく、好ましくは35〜70m/分である。またプレス用ロール間のプレス線圧は、通常0.2〜30kN/cm、好ましくは0.5〜10kN/cmである。 The temperature at the time of molding is usually 0 to 200 ° C., preferably higher than the melting point or glass transition temperature of the binder, and more preferably 20 ° C. higher than the melting point or glass transition temperature. The forming speed in the case of using a roll is usually larger than 0.1 m / min, preferably 35 to 70 m / min. Moreover, the press linear pressure between the rolls for a press is 0.2-30 kN / cm normally, Preferably it is 0.5-10 kN / cm.
上記製法では、前記一対のロールの配置は特に限定されないが、略水平または略垂直に配置されることが好ましい。略水平に配置する場合は、集電体を一対のロール間に連続的に供給し、該ロールの少なくとも一方に複合粒子を供給することで、集電体とロールとの間隙に複合粒子が供給され、加圧により電極層を形成できる。略垂直に配置する場合は、前記集電体を水平方向に搬送させ、集電体上に複合粒子を供給し、複合粒子層を形成する。供給された複合粒子層を必要に応じブレード等で均した後、該集電体を一対のロール間に供給し、加圧により電極層を形成できる。この場合において、一対のロール間に供給される複合粒子層の厚さは、(前記一対のロールのロール間隙)/(集電体厚さ+電極層厚さ)で表される値で、通常0.01〜1であり、好ましくは0.1〜0.5である。 In the above manufacturing method, the arrangement of the pair of rolls is not particularly limited, but is preferably arranged substantially horizontally or substantially vertically. When arranged substantially horizontally, the current collector is continuously supplied between a pair of rolls, and the composite particles are supplied to at least one of the rolls so that the composite particles are supplied to the gap between the current collector and the rolls. The electrode layer can be formed by pressurization. When arrange | positioning substantially perpendicularly, the said electrical power collector is conveyed in a horizontal direction, a composite particle is supplied on an electrical power collector, and a composite particle layer is formed. After the supplied composite particle layer is leveled with a blade or the like as necessary, the current collector is supplied between a pair of rolls, and an electrode layer can be formed by pressurization. In this case, the thickness of the composite particle layer supplied between the pair of rolls is usually a value represented by (roll gap between the pair of rolls) / (current collector thickness + electrode layer thickness). 0.01 to 1, preferably 0.1 to 0.5.
成形した電極層の厚みのばらつきを無くし、密度を上げて高容量化をはかるために、必要に応じて更に後加圧を行っても良い。後加圧の方法は、ロールによるプレス工程が一般的である。ロールプレス工程では、2本の円柱状のロールをせまい間隔で平行に上下にならべ、それぞれを反対方向に回転させて、その間に電極をかみこませ加圧する。ロールは加熱又は冷却等、温度調節しても良い。 In order to eliminate variations in the thickness of the molded electrode layer, increase the density, and increase the capacity, further pressurization may be performed as necessary. The post-pressing method is generally a press process using a roll. In the roll press step, two cylindrical rolls are arranged in parallel at a narrow interval in the vertical direction, each is rotated in the opposite direction, and the electrode is sandwiched between them and pressed. The temperature of the roll may be adjusted by heating or cooling.
電極層の密度は、特に制限されないが、通常は0.30〜10g/cm3、好ましくは0.35〜5.0g/cm3、より好ましくは0.40〜3.0g/cm3である。また、電極層の厚さは、特に制限されないが、通常は5〜1000μm、好ましくは20〜500μm、より好ましくは30〜300μmである。 The density of the electrode layer is not particularly limited, but is usually 0.30 to 10 g / cm 3 , preferably 0.35 to 5.0 g / cm 3 , more preferably 0.40 to 3.0 g / cm 3 . . The thickness of the electrode layer is not particularly limited, but is usually 5 to 1000 μm, preferably 20 to 500 μm, and more preferably 30 to 300 μm.
(導電性接着剤層)
本発明においては、複合粒子を含む電極層の他に、導電性接着剤層を有することが好ましい。導電性接着剤層を有することにより、電極層と集電体との結着強度を高めることが出来る。
(Conductive adhesive layer)
In the present invention, it is preferable to have a conductive adhesive layer in addition to the electrode layer containing composite particles. By having the conductive adhesive layer, the binding strength between the electrode layer and the current collector can be increased.
導電性接着剤層は、必須成分として炭素粒子を含む。
導電性接着剤層に用いる炭素粒子としては、非局在化したπ電子の存在によって高い導電性を有する黒鉛(具体的には天然黒鉛、人造黒鉛など);黒鉛質の炭素微結晶が数層集まって乱層構造を形成した球状集合体であるカーボンブラック(具体的にはアセチレンブラック、ケッチェンブラック、その他のファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラックなど);炭素繊維やカーボンウィスカーなどが挙げられ、これらの中でも、導電性接着剤層の炭素粒子が高密度に充填し、電子移動抵抗を低減でき、さらに電気二重層キャパシタの内部抵抗を低減できる点で、黒鉛又はカーボンブラックが、特に好ましい。
The conductive adhesive layer contains carbon particles as an essential component.
Carbon particles used for the conductive adhesive layer include graphite having high conductivity due to the presence of delocalized π electrons (specifically, natural graphite, artificial graphite, etc.); several layers of graphitic carbon microcrystals Carbon black (specifically, acetylene black, ketjen black, other furnace blacks, channel blacks, thermal lamp blacks, etc.), which are spherical aggregates that have gathered together to form a turbulent structure, such as carbon fibers and carbon whiskers Among these, graphite or carbon black is particularly preferable in that the carbon particles of the conductive adhesive layer can be packed at a high density, the electron transfer resistance can be reduced, and the internal resistance of the electric double layer capacitor can be reduced.
本発明において、導電性接着剤層に用いる炭素粒子は、上記で挙げたものを単独で用い、二種類を組み合わせて用いることが特に好ましい。具体的には、黒鉛とカーボンブラック、黒鉛と炭素繊維、黒鉛とカーボンウィスカー、カーボンブラックと炭素繊維、カーボンブラックとカーボンウィスカーなどが挙げられ、好ましくは黒鉛とカーボンブラック、黒鉛と炭素繊維、カーボンブラックと炭素繊維、特に好ましくは黒鉛とカーボンブラック、黒鉛と炭素繊維である。炭素粒子がこの組み合わせであると、導電性接着剤層の炭素粒子が高密度に充填するため、電子移動抵抗が低減され、電気二重層キャパシタの内部抵抗が低減する。 In the present invention, it is particularly preferable that the carbon particles used in the conductive adhesive layer are those listed above alone and used in combination. Specific examples include graphite and carbon black, graphite and carbon fiber, graphite and carbon whisker, carbon black and carbon fiber, carbon black and carbon whisker, and preferably graphite and carbon black, graphite and carbon fiber, and carbon black. And carbon fiber, particularly preferably graphite and carbon black, and graphite and carbon fiber. When the carbon particles are in this combination, the carbon particles of the conductive adhesive layer are filled with high density, so that the electron transfer resistance is reduced and the internal resistance of the electric double layer capacitor is reduced.
本発明において、導電性接着剤層に用いる炭素粒子の電気抵抗率は、好ましくは0.0001〜1Ω・cmであり、より好ましくは0.0005〜0.5Ω・cm、特に好ましくは0.001〜0.1Ω・cmである。炭素粒子の電気抵抗率がこの範囲にあると、導電性接着剤層の電子移動抵抗を低減し、電気二重層キャパシタの内部抵抗を低減することができる。ここで、電気抵抗率は、粉体抵抗測定システム(MCP−PD51型;ダイアインスツルメンツ社製)を用いて、炭素粒子に圧力をかけ続けながら抵抗値を測定し、圧力に対して収束した抵抗値R(Ω)と、圧縮された炭素粒子層の面積S(cm2)と厚みd(cm)から電気抵抗率ρ(Ω・cm)=R×(S/d)を算出する。 In the present invention, the electrical resistivity of the carbon particles used for the conductive adhesive layer is preferably 0.0001 to 1 Ω · cm, more preferably 0.0005 to 0.5 Ω · cm, and particularly preferably 0.001. ~ 0.1 Ω · cm. When the electrical resistivity of the carbon particles is within this range, the electron transfer resistance of the conductive adhesive layer can be reduced, and the internal resistance of the electric double layer capacitor can be reduced. Here, the electrical resistivity is measured by using a powder resistance measurement system (MCP-PD51 type; manufactured by Dia Instruments Co., Ltd.) while measuring the resistance value while applying pressure to the carbon particles, and the resistance value converged with respect to the pressure. The electrical resistivity ρ (Ω · cm) = R × (S / d) is calculated from R (Ω), the area S (cm 2 ) and the thickness d (cm) of the compressed carbon particle layer.
本発明において、導電性接着剤層に用いる炭素粒子の体積平均粒子径は、好ましくは0.01〜20μm、より好ましくは0.05〜15μm、特に好ましくは0.1〜10μmである。炭素粒子の体積平均粒子径がこの範囲であると、導電性接着剤層の炭素粒子が高密度に充填するため、電子移動抵抗が低減され、電気二重層キャパシタの内部抵抗が低減する。ここで体積平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−3100;島津製作所製)にて測定し、算出される体積平均粒子径である。 In the present invention, the volume average particle diameter of the carbon particles used for the conductive adhesive layer is preferably 0.01 to 20 μm, more preferably 0.05 to 15 μm, and particularly preferably 0.1 to 10 μm. When the volume average particle diameter of the carbon particles is within this range, the carbon particles of the conductive adhesive layer are filled with high density, so that the electron transfer resistance is reduced and the internal resistance of the electric double layer capacitor is reduced. Here, the volume average particle diameter is a volume average particle diameter calculated by measuring with a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-3100; manufactured by Shimadzu Corporation).
本発明においては、導電性接着剤層は、結着剤を含むことが好ましい。導電性接着剤層が結着剤を含むことにより、集電体と電極層との接着性を高め、電気二重層キャパシタの内部抵抗を低減し、出力密度を高めることができる。 In the present invention, the conductive adhesive layer preferably contains a binder. When the conductive adhesive layer contains a binder, the adhesion between the current collector and the electrode layer can be increased, the internal resistance of the electric double layer capacitor can be reduced, and the output density can be increased.
本発明において、導電性接着剤層に好適に用いる結着剤は、上記複合粒子の部分で説明したものが使用でき、好適な結着剤は溶媒に分散する性質のある分散型結着剤である。分散型結着剤として、例えば、フッ素系重合体、ジエン系重合体、(メタ)アクリレート系重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン系重合体等の高分子化合物が挙げられ、フッ素系重合体、ジエン系重合体又は(メタ)アクリレート系重合体が好ましく、ジエン系重合体又は(メタ)アクリレート系重合体が、耐電圧を高くでき、かつ電気二重層キャパシタのエネルギー密度を高くすることができる点でより好ましい。
本発明において、導電性接着剤層中の結着剤の含有量は、炭素粒子100重量部に対して、好ましくは0.5〜20重量部、より好ましくは1〜15重量部、特に好ましくは2〜10重量部である。
In the present invention, as the binder suitably used for the conductive adhesive layer, those described in the above-mentioned composite particles can be used, and the preferred binder is a dispersion-type binder having a property of being dispersed in a solvent. is there. Examples of the dispersion-type binder include polymer compounds such as fluoropolymers, diene polymers, (meth) acrylate polymers, polyimides, polyamides, polyurethane polymers, and the like. -Based polymers or (meth) acrylate-based polymers are preferable, and diene-based polymers or (meth) acrylate-based polymers can increase the withstand voltage and increase the energy density of the electric double layer capacitor. More preferred.
In the present invention, the content of the binder in the conductive adhesive layer is preferably 0.5 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 15 parts by weight, particularly preferably 100 parts by weight of the carbon particles. 2 to 10 parts by weight.
本発明において、導電性接着剤層に含有されていてもよい結着剤以外の成分としては、分散剤、界面活性剤等が挙げられる。
分散剤としては、上記複合粒子の部分で説明したものが使用できる。分散剤の量は、本発明の効果を損なわない範囲で用いることができ、格別な限定はないが、炭素粒子100重量部に対して、通常は0.1〜20重量部、好ましくは0.5〜15重量部、より好ましくは0.8〜10重量部の範囲である。
In the present invention, examples of components other than the binder that may be contained in the conductive adhesive layer include a dispersant and a surfactant.
As the dispersant, those described for the composite particles can be used. The amount of the dispersant can be used within a range that does not impair the effects of the present invention, and is not particularly limited, but is usually 0.1 to 20 parts by weight, preferably 0.1 to 100 parts by weight of the carbon particles. It is 5-15 weight part, More preferably, it is the range of 0.8-10 weight part.
界面活性剤としては、複合粒子の部分で説明したものが使用できる。界面活性剤の量は、本発明の効果を損なわない範囲で用いることができ、炭素粒子100重量部に対して、0.5〜20重量部の範囲であり、1.0〜15重量部が好ましく、2.0〜10重量部が特に好ましい。界面活性剤の配合量がこの範囲であると、電気二重層キャパシタの耐久性に優れる。 As the surfactant, those described for the composite particles can be used. The amount of the surfactant can be used as long as the effect of the present invention is not impaired, and is in the range of 0.5 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon particles, and 1.0 to 15 parts by weight. Preferably, 2.0 to 10 parts by weight is particularly preferable. When the blending amount of the surfactant is within this range, the durability of the electric double layer capacitor is excellent.
導電性接着剤層の厚さは、通常0.01〜20μm、好ましくは0.1〜10μm、特に好ましくは1〜5μmである。導電性接着剤層の厚さが前記範囲であることにより、良好な接着性が得られ、かつ電子移動抵抗を低減することができる。 The thickness of the conductive adhesive layer is usually 0.01 to 20 μm, preferably 0.1 to 10 μm, particularly preferably 1 to 5 μm. When the thickness of the conductive adhesive layer is in the above range, good adhesiveness can be obtained and the electron transfer resistance can be reduced.
導電性接着剤層の形成方法としては、結着剤や炭素粒子などの導電性接着剤層を構成する材料を、水または有機溶媒などの分散媒中で混練することにより得られる導電性接着剤スラリー組成物を、集電体に塗布、乾燥することにより形成する方法が挙げられる。 As a method for forming a conductive adhesive layer, a conductive adhesive obtained by kneading a material constituting the conductive adhesive layer such as a binder or carbon particles in a dispersion medium such as water or an organic solvent. Examples of the method include forming the slurry composition by applying to a current collector and drying.
分散媒として、有機溶媒を用いるときの有機溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール等のアルキルアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のアルキルケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライム等のエーテル類;ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルイミダゾリジノン等のアミド類;ジメチルスルホキサイド、スルホラン等のイオウ系溶剤;等が挙げられる。 Examples of the organic solvent when an organic solvent is used as the dispersion medium include alkyl alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol and propyl alcohol; alkyl ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as tetrahydrofuran, dioxane and diglyme; And amides such as diethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and dimethylimidazolidinone; sulfur solvents such as dimethylsulfoxide and sulfolane; and the like.
導電性接着剤スラリー組成物の製造方法は、具体的にはボールミル、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。 Specifically, a ball mill, a sand mill, a pigment disperser, a crusher, an ultrasonic disperser, a homogenizer, a planetary mixer, a Hobart mixer, and the like can be used as a method for producing the conductive adhesive slurry composition.
導電性接着剤層の形成方法は、特に制限されない。例えば、上記導電性接着剤スラリー組成物を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、ハケ塗りなどによって、集電体上に形成される。 The method for forming the conductive adhesive layer is not particularly limited. For example, the conductive adhesive slurry composition is formed on a current collector by a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, brushing, or the like.
導電性接着剤スラリー組成物の固形分濃度は、塗布法にもよるが、通常10〜60%、好ましくは15〜50%、特に好ましくは20〜40%である。固形分濃度がこの範囲にあると、得られる導電性接着剤層が高充填化され、電気二重層キャパシタのエネルギー密度と出力密度が高まる。 The solid content concentration of the conductive adhesive slurry composition is usually 10 to 60%, preferably 15 to 50%, and particularly preferably 20 to 40%, although it depends on the coating method. When the solid content concentration is within this range, the resulting conductive adhesive layer is highly filled, and the energy density and output density of the electric double layer capacitor are increased.
導電性接着剤層の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。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、乾燥温度は通常50〜300℃、好ましくは80〜250℃である。乾燥時間は、通常2時間以下、好ましくは5秒〜30分である。 Examples of the method for drying the conductive adhesive layer 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. The drying temperature and the drying time 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 usually 50 to 300 ° C, preferably 80 to 250 ° C. The drying time is usually 2 hours or less, preferably 5 seconds to 30 minutes.
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例および比較例における部および%は、特に断りのない限り重量基準である。実施例および比較例における各特性は、下記の方法に従い測定する EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to these Examples. In the examples and comparative examples, “part” and “%” are based on weight unless otherwise specified. Each characteristic in Examples and Comparative Examples is measured according to the following method.
(活性炭の比表面積の測定)
活性炭の比表面積は、比表面積測定装置(ジェミニ2310:島津製作所社製)を用いて、活性炭に窒素ガスを吸着させ、BET測定法で測定する。
(Measurement of specific surface area of activated carbon)
The specific surface area of the activated carbon is measured by a BET measurement method by adsorbing nitrogen gas to the activated carbon using a specific surface area measuring device (Gemini 2310, manufactured by Shimadzu Corporation).
(スラリー粘度の測定)
スラリー粘度は、B型粘度計(RB80L:東機産業社製)を用いて、温度25℃、回転数60rpmの条件で測定する。
(Measurement of slurry viscosity)
The slurry viscosity is measured using a B-type viscometer (RB80L: manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) under conditions of a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 60 rpm.
(複合粒子の表面平均空隙率)
下記実施例、比較例において製造した複合粒子の表面平均空隙率を以下の方法で求める。
(Surface average porosity of composite particles)
The average surface porosity of the composite particles produced in the following examples and comparative examples is determined by the following method.
まず、倍率2000倍で複合粒子の電子顕微鏡写真を測定し、任意の粒子について、視野20μm2の範囲で白黒256階調の画像データとして画像解析ソフト(analySIS:Soft Imaging System社製)に読み込み、その画像の最明部が255、最暗部が0となるようにコントラストの最適化を行う。次いで、しきい値を77に設定して2値化処理を行い、得られた2値化画像より複合粒子表面における0.1μm2以上の面積を有する空隙の割合を求める。 First, an electron micrograph of the composite particles was measured at a magnification of 2000 times, and arbitrary particles were read into image analysis software (analySIS: Soft Imaging System) as black and white 256-gradation image data within a field of view of 20 μm 2 . The contrast is optimized so that the brightest part of the image is 255 and the darkest part is 0. Next, the threshold value is set to 77, binarization processing is performed, and the ratio of voids having an area of 0.1 μm 2 or more on the composite particle surface is obtained from the obtained binarized image.
同一粒子について、任意の異なる視野において全5回同様の測定を行い、さらに、同じ測定を10個の粒子について行い、平均化したものを複合粒子の表面平均空隙率とする。 For the same particle, the same measurement is performed 5 times in any different field of view, and the same measurement is performed for 10 particles, and the average is the surface average porosity of the composite particles.
(体積平均粒子径の測定)
複合粒子の体積平均粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定装置(SALD−2000:島津製作所社製)を用いて測定する。
(Measurement of volume average particle diameter)
The volume average particle diameter of the composite particles is measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2000: manufactured by Shimadzu Corporation).
(電極層の厚さの測定)
電極層の厚さは、集電体の両面に電極層を形成した後に、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 electrode layer thickness)
The thickness of the electrode layer is measured using an eddy current displacement sensor (sensor head unit EX-110V, amplifier unit unit EX-V02: manufactured by Keyence Corporation) after the electrode layers are formed on both sides of the current collector. 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.
(内部抵抗の測定)
電気二重層キャパシタについて、600mAの定電流で充電を開始し、所定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、5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15mAで0V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サイクル目の放電終了後、0.1秒後の電圧値からR=ΔV/Iの関係により内部抵抗を算出する。
(Measurement of internal resistance)
The electric double layer capacitor starts to be charged with a constant current of 600 mA. When a predetermined charging voltage is reached, the voltage is maintained to be constant voltage charging, and charging is completed when constant voltage charging is performed for 5 minutes. Next, immediately after the end of charging, discharging is performed at a constant current of 15 mA until reaching 0V. This charging / discharging operation is performed for 3 cycles, and the internal resistance is calculated by the relationship of R = ΔV / I from the voltage value 0.1 seconds after the end of the third cycle discharge.
(静電容量密度の測定)
電気二重層キャパシタについて、600mAの定電流で充電を開始し、所定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、5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15mAで0V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サイクル目の放電エネルギーE=1/2CV2の関係から静電容量Cを求める。この静電容量Cから静電容量密度を算出する。
(Measurement of capacitance density)
The electric double layer capacitor starts to be charged with a constant current of 600 mA. When a predetermined charging voltage is reached, the voltage is maintained to be constant voltage charging, and charging is completed when constant voltage charging is performed for 5 minutes. Next, immediately after the end of charging, discharging is performed at a constant current of 15 mA until reaching 0V. This charge / discharge operation is performed for three cycles, and the capacitance C is obtained from the relationship of discharge energy E = 1/2 CV 2 in the third cycle. The capacitance density is calculated from the capacitance C.
(実施例1)
(電気二重層キャパシタ用電極用複合粒子の作製)
活性炭として、比表面積500m2/g及び体積平均粒径17μmの水蒸気活性炭を43部、比表面積1800m2/g及び体積平均粒径8μmのアルカリ賦活活性炭を43部、導電剤(アセチレンブラック「デンカブラック粉状」:電気化学工業(株)製)を6部、分散型結着剤(数平均粒径0.15μm、ガラス転移温度−40℃の架橋型アクリレート系重合体の40%水分散体:「AD211」;日本ゼオン(株)製)を17.5部、分散剤1(カルボキシメチルセルロースの1%水溶液「DN−800H」:ダイセル化学工業(株)製)を50部、分散剤2(カルボキシメチルセルロースの1%水溶液「BSH−12」:第一工業製薬(株)製)を50部及びイオン交換水290.5部をT.K.ホモミクサー(特殊機化工業(株)製)で攪拌混合して、固形分濃度20%、粘度760mPa・sのスラリーを得た。次いで、このスラリーをスプレー乾燥機(大川原化工機(株)製ピン型アトマイザー付)を用いて150℃の熱風で噴霧乾燥し、表面空隙率15%、体積平均粒径72μmの球状の複合粒子を得た。
Example 1
(Preparation of composite particles for electrodes for electric double layer capacitors)
As the activated carbon, 43 parts of steam activated carbon having a specific surface area of 500 m 2 / g and a volume average particle diameter of 17 μm, 43 parts of alkali activated carbon having a specific surface area of 1800 m 2 / g and a volume average particle diameter of 8 μm, a conductive agent (acetylene black “DENKA BLACK” "Powder": 6 parts of Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., dispersion type binder (number average particle size 0.15 µm, glass transition temperature-40 ° C cross-linked acrylate polymer 40% aqueous dispersion: 17.5 parts of “AD211” (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), 50 parts of dispersant 1 (1% aqueous solution of carboxymethylcellulose “DN-800H”: manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.), dispersant 2 (carboxy 50 parts of 1% aqueous solution of methylcellulose “BSH-12” (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) and 290.5 parts of ion-exchanged water K. The mixture was stirred and mixed with a homomixer (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) to obtain a slurry having a solid content concentration of 20% and a viscosity of 760 mPa · s. Subsequently, this slurry was spray-dried with hot air at 150 ° C. using a spray dryer (with a pin type atomizer manufactured by Okawara Chemical Industries Co., Ltd.), and spherical composite particles having a surface porosity of 15% and a volume average particle size of 72 μm were obtained. Obtained.
(導電性接着剤層の作製)
炭素粒子として体積平均粒子径が3.7μm、電気抵抗率0.004Ω・cmの黒鉛(KS−6;ティムカル社製)を100部、分散剤としてカルボキシメチルセルロースの4.0%水溶液(DN−10L;ダイセル化学工業社製)を固形分相当で4部、バインダーとして数平均粒子径が0.25μmのジエン系重合体の40%水分散体を固形分相当で8部及びイオン交換水を全固形分濃度が30%となるように混合し、導電性接着剤層形成用のスラリー組成物を調製した。
(Preparation of conductive adhesive layer)
100 parts of graphite (KS-6; manufactured by Timcal) having a volume average particle diameter of 3.7 μm and electric resistivity of 0.004 Ω · cm as carbon particles, and 4.0% aqueous solution of carboxymethyl cellulose (DN-10L) as a dispersant Manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) 4 parts in solid content, 8 parts of a 40% aqueous dispersion of a diene polymer having a number average particle size of 0.25 μm as a binder, and 8 parts of ion exchange water in total solids. A slurry composition for forming a conductive adhesive layer was prepared by mixing so that the partial concentration was 30%.
垂直方向に走行する(集電体の走行方向は下方から上方)厚さ20μmのアルミ集電体を挟むように、一対のダイを集電体の走行方向に対して下流側に配置し、一対のダイより前記導電性接着剤層形成用のスラリー組成物を吐出し、30m/分の成形速度で集電体の表裏両面に塗布し、120℃で5分間乾燥して、片面厚さ4μmの導電性接着剤層を両面に形成したアルミ集電体を得た。 A pair of dies are disposed downstream of the current direction of the current collector so as to sandwich an aluminum current collector having a thickness of 20 μm, which travels in the vertical direction (the current direction of the current collector is upward from the bottom). The slurry composition for forming the conductive adhesive layer was discharged from the die, applied to both the front and back surfaces of the current collector at a molding speed of 30 m / min, dried at 120 ° C. for 5 minutes, and one side thickness of 4 μm. An aluminum current collector having a conductive adhesive layer formed on both sides was obtained.
(電気二重層キャパシタ用電極の作製)
上記複合粒子を定量フィーダー(ニッカ株式会社製、ニッカスプレーK−V)を用い供給速度70g/分で、ロールプレス機(押し切り粗面熱ロール;ヒラノ技研工業(株)製)のプレス用ロール(ロール温度120℃、プレス線圧4kN/cm)に供給する。そして、プレス用ロール間に、上記導電性接着剤層を両面に形成したアルミ集電体を挿入し、定量フィーダーから供給された複合粒子を導電性接着剤層両面に付着させ、成形速度15m/分で加圧成形し、平均片面厚さ280μm、平均片面密度0.50g/cm3の電極層を両面に有する電気二重層キャパシタ用電極を得た。
(Production of electrode for electric double layer capacitor)
A roll for press of a roll press machine (pressed rough surface heat roll; manufactured by Hirano Giken Co., Ltd.) using a quantitative feeder (Nikka Spray K-V, manufactured by Nikka Co., Ltd.) at a supply rate of 70 g / min. (Roll temperature 120 ° C., press linear pressure 4 kN / cm). Then, an aluminum current collector having the conductive adhesive layer formed on both sides thereof is inserted between the press rolls, and the composite particles supplied from the quantitative feeder are adhered to both sides of the conductive adhesive layer. Then, an electrode for an electric double layer capacitor having an electrode layer with an average single-side thickness of 280 μm and an average single-side density of 0.50 g / cm 3 on both surfaces was obtained.
(測定用セルの作製)
上記で作製した電極を、電極層が形成されていない集電体シート部を縦2cm×横2cm残るように、かつ電極層が形成されている部分が縦5cm×横5cmになるように切り抜く(電極層が形成されていない集電体シート部は電極層が形成されている5cm×5cmの正方形の一辺をそのまま延長するように形成される。)。このように切り抜いた正極10組、負極11組を用意し、それぞれ未塗工部を超音波溶接する。さらに、正極はアルミ、負極はニッケルからなる、縦7cm×横1cm×厚み0.01cmのタブ材を、それぞれ積層溶接した電極層が形成されていない集電体シート部を超音波溶接して測定用電極を作製する。測定用電極は、200℃で24時間真空乾燥する。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、負極が交互になるように、また積層した電極の最外部の電極がいずれも負極となるようにすべて積層する。最上部と最下部はセパレータを配置させて4辺をテープ留めした。
(Preparation of measurement cell)
The electrode produced above is cut out so that the current collector sheet portion on which no electrode layer is formed remains 2 cm long × 2 cm wide and the portion where the electrode layer is formed is 5 cm wide × 5 cm wide ( The collector sheet portion in which the electrode layer is not formed is formed so as to extend one side of the 5 cm × 5 cm square in which the electrode layer is formed. 10 sets of positive electrodes and 11 sets of negative electrodes cut out in this way are prepared, and the uncoated portions are ultrasonically welded respectively. Furthermore, the current collector sheet portion in which the electrode layer is formed by laminating and welding the tab material having a length of 7 cm, a width of 1 cm and a thickness of 0.01 cm made of aluminum for the positive electrode and nickel for the negative electrode is measured by ultrasonic welding. An electrode is prepared. The measurement electrode is vacuum-dried at 200 ° C. for 24 hours. Using a cellulose / rayon mixed non-woven fabric with 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 positive electrode and the negative electrode are alternated and laminated. All of the outermost electrodes of the prepared electrodes are laminated so as to be a negative electrode. Separators were placed on the top and bottom, and four sides were taped.
上記積層電極を外装ラミネートフィルムで覆い三辺を融着後、電解液としてプロピレンカーボネートにホウフッ化テトラエチルアンモニウムを1.4モル/Lの濃度に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(電気二重層キャパシタ)を作製した。得られるフィルム型キャパシタについて各特性を測定した。結果を表1に示す。 After covering the above laminated electrode with an exterior laminate film and fusing three sides, a solution prepared by dissolving tetraethylammonium borofluoride at a concentration of 1.4 mol / L in propylene carbonate as an electrolytic solution was vacuum impregnated, and then the other side was melted. A film type capacitor (electric double layer capacitor) was produced. Each characteristic was measured about the obtained film type capacitor. The results are shown in Table 1.
(実施例2)
実施例1の複合粒子の調製において、水蒸気賦活活性炭として、比表面積1200m2/g及び体積平均粒径17μmの水蒸気賦活活性炭、アルカリ賦活活性炭として、比表面積2400m2/g及び体積平均粒径8μmのアルカリ賦活活性炭を使用する他は、実施例1と同様にして電気二重層キャパシタ用電極、電気二重層キャパシタを作製した。この配合のスラリー粘度は785mPa・sであり、複合粒子の、表面空隙率は15%、体積平均粒子径は70μmであった。この電気二重層キャパシタの各特性を測定した。結果を表1に示す。
(Example 2)
In the preparation of the composite particles of Example 1, a water vapor activated activated carbon having a specific surface area of 1200 m 2 / g and a volume average particle size of 17 μm, and an alkali activated carbon having a specific surface area of 2400 m 2 / g and a volume average particle size of 8 μm. An electrode for an electric double layer capacitor and an electric double layer capacitor were produced in the same manner as in Example 1 except that alkali activated carbon was used. The slurry viscosity of this formulation was 785 mPa · s, and the composite particles had a surface porosity of 15% and a volume average particle diameter of 70 μm. Each characteristic of the electric double layer capacitor was measured. The results are shown in Table 1.
(実施例3)
実施例2の複合粒子の調製において、分散剤としてカルボキシメチルセルロースの1%水溶液(「BSH−12」:第一工業製薬(株)製)を100部を使用する他は、実施例2と同様にして電気二重層キャパシタ用電極、電気二重層キャパシタを作製した。この配合のスラリー粘度は1330mPa・sであり、複合粒子の、表面空隙率は21%、体積平均粒子径は81μmであった。この電気二重層キャパシタの各特性を測定した。結果を表1に示す。
(Example 3)
In the preparation of the composite particles of Example 2, the same procedure as in Example 2 was conducted, except that 100 parts of a 1% aqueous solution of carboxymethylcellulose (“BSH-12” manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) was used as the dispersant. Thus, an electrode for an electric double layer capacitor and an electric double layer capacitor were produced. The slurry viscosity of this blend was 1330 mPa · s, the surface porosity of the composite particles was 21%, and the volume average particle size was 81 μm. Each characteristic of the electric double layer capacitor was measured. The results are shown in Table 1.
(実施例4)
実施例3の複合粒子の調製において、分散型結着剤としてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ディスパージョン(「D−210C」;PTFEの60%水分散体、ダイキン工業(株)製)を17.5部使用する他は、実施例3と同様にして電気二重層キャパシタ用電極、電気二重層キャパシタを作製した。この配合のスラリー粘度は1480mPa・sであり、複合粒子の、表面空隙率は23%、体積平均粒子径は85μmであった。この電気二重層キャパシタの各特性を測定した。結果を表1に示す。
Example 4
In the preparation of the composite particles of Example 3, a polytetrafluoroethylene (PTFE) dispersion (“D-210C”; a 60% aqueous dispersion of PTFE, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) is used as a dispersion-type binder. An electrode for an electric double layer capacitor and an electric double layer capacitor were produced in the same manner as in Example 3 except that 5 parts were used. The slurry viscosity of this blend was 1480 mPa · s, the surface porosity of the composite particles was 23%, and the volume average particle diameter was 85 μm. Each characteristic of the electric double layer capacitor was measured. The results are shown in Table 1.
(比較例1)
実施例3の複合粒子の調製において、活性炭として、比表面積1200m2/g及び体積平均粒径17μmの水蒸気賦活活性炭を86部使用する他は、実施例3と同様にして電気二重層キャパシタ用電極、電気二重層キャパシタを作製した。この配合のスラリー粘度は1400mPa・sであり、複合粒子の、表面空隙率は24%、体積平均粒子径は79μmであった。この電気二重層キャパシタの各特性を測定した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
In the preparation of the composite particles of Example 3, an electrode for an electric double layer capacitor was obtained in the same manner as in Example 3 except that 86 parts of water vapor activated activated carbon having a specific surface area of 1200 m 2 / g and a volume average particle size of 17 μm was used as the activated carbon. An electric double layer capacitor was produced. The slurry viscosity of this blend was 1400 mPa · s, and the composite particles had a surface porosity of 24% and a volume average particle diameter of 79 μm. Each characteristic of the electric double layer capacitor was measured. The results are shown in Table 1.
(比較例2)
実施例3の複合粒子の調製において、活性炭として、比表面積2400m2/g及び体積平均粒径17μmのアルカリ賦活活性炭を86部使用する他は、実施例3と同様にして電気二重層キャパシタ用電極、電気二重層キャパシタを作製した。この配合のスラリー粘度は1450mPa・sであり、複合粒子の、表面空隙率は25%、体積平均粒子径は82μmであった。この電気二重層キャパシタの各特性を測定した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
In the preparation of the composite particles of Example 3, an electrode for an electric double layer capacitor was obtained in the same manner as in Example 3 except that 86 parts of alkali activated carbon having a specific surface area of 2400 m 2 / g and a volume average particle size of 17 μm was used as the activated carbon. An electric double layer capacitor was produced. The slurry viscosity of this blend was 1450 mPa · s, and the composite particles had a surface porosity of 25% and a volume average particle diameter of 82 μm. Each characteristic of the electric double layer capacitor was measured. The results are shown in Table 1.
(比較例3)
実施例3の複合粒子の調製において、分散剤としてカルボキシメチルセルロース1%水溶液(「DN−800H」:ダイセル化学工業(株)製)を100部使用する他は、実施例3と同様にして電気二重層キャパシタ用電極、電気二重層キャパシタを作製した。この配合のスラリー粘度は480mPa・sで、複合粒子の表面空隙率は11%、体積平均粒子径は70μmであった。この電気二重層キャパシタの各特性を測定した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
In the preparation of the composite particles of Example 3, the same procedure as in Example 3 was used except that 100 parts of a 1% aqueous solution of carboxymethyl cellulose (“DN-800H” manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) was used as a dispersant. A multilayer capacitor electrode and an electric double layer capacitor were produced. The slurry viscosity of this blend was 480 mPa · s, the surface porosity of the composite particles was 11%, and the volume average particle size was 70 μm. Each characteristic of the electric double layer capacitor was measured. The results are shown in Table 1.
以上から、本発明の電気二重層キャパシタ電極用電極を用いると、得られる電気二重層キャパシタの容量を従来のものよりも高く、かつ内部抵抗を低くすることができる。 From the above, when the electrode for electric double layer capacitor electrode of the present invention is used, the capacity of the obtained electric double layer capacitor can be higher than that of the conventional one and the internal resistance can be lowered.
Claims (5)
アルカリ金属水酸化物で賦活した活性炭、
および結着剤を
含んでなり、
且つ表面平均空隙率が15%以上である複合粒子を含む電気二重層キャパシタ用電極。 Activated carbon activated by steam,
Activated carbon activated with alkali metal hydroxide,
And comprising a binder,
An electrode for an electric double layer capacitor comprising composite particles having a surface average porosity of 15% or more.
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