帶增強(qiáng)材料的功能性片材的制作方法

專利名稱：帶增強(qiáng)材料的功能性片材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶增強(qiáng)材料的功能性片材，更具體涉及可充分發(fā)揮功能性材料的效果、操作上具有足夠強(qiáng)度的帶增強(qiáng)材料的薄型功能性片材。
本發(fā)明還涉及上述帶增強(qiáng)材料的功能性片材之一的用作電偶極子層電容器等的電極的片狀電極，更具體涉及具有以下優(yōu)點(diǎn)的帶增強(qiáng)材料的電偶極子層電容器用片狀電極，即用該電極能夠制造出內(nèi)部電阻小、充放電能力劣化小、耐久性優(yōu)良、壽命長(zhǎng)的電偶極子層電容器；同時(shí)由于該電極具有充分的強(qiáng)度，可連續(xù)成形、可大尺寸化，因此批量生產(chǎn)性和操作性優(yōu)良。
背景技術(shù)：
以往，用具有催化功能、電偶極子層電容器等各種功能的材料制成的片狀物、例如具有催化功能的片狀物的一般的制造方法是將具有粘合效果的樹脂和具有催化功能等各種功能的材料等進(jìn)行混煉，然后輥壓延成片狀。
但是，用粘合樹脂將細(xì)粒徑的催化材料粘合在一起成形為片狀的情況下，存在下述問題，即片材自身無強(qiáng)度，功能性材料會(huì)脫離·脫落。
如果為了保證某種程度的強(qiáng)度而增加粘合劑量，則存在會(huì)破壞功能材料粉末的各種功能的問題。
在日本專利第3171454號(hào)公報(bào)中公開了一種由聚四氟乙烯樹脂成形體構(gòu)成的片狀吸附性濾光片，該聚四氟乙烯樹脂成形體中含有25～90重量％的粒徑在0.5mm以下的多孔性吸附劑粉末。據(jù)該公報(bào)所述，該片材也能夠以與布帛層疊粘合而成的布狀物的形態(tài)來使用。
但是，存在布帛和聚四氟乙烯樹脂成形體易剝離的問題。
為此，希望發(fā)現(xiàn)一種能夠具有如下優(yōu)點(diǎn)的帶增強(qiáng)材料的功能性片材，即，即使薄也具有強(qiáng)度，功能性材料不會(huì)脫離，可連續(xù)成形片材，批量生產(chǎn)性優(yōu)良。
此外，特別是上述電偶極子層電容器還存在如下的問題。
即，電偶極子層電容器是利用極化性電極和在電解質(zhì)界面形成的[電偶極子層]來蓄積電能的電容器，具有能夠比利用化學(xué)反應(yīng)的二次電池更快速的充電·放電；不含重金屬因而無公害性等許多優(yōu)點(diǎn)，因此有望廣泛應(yīng)用于從電子儀器等小型設(shè)備到車載用(strikethrough電池組)等大型設(shè)備的用途。
電偶極子層是指在例如固體電極和電解液這二個(gè)不同的層接觸的界面，正負(fù)電荷隔著極短的距離對(duì)向排列的界面現(xiàn)象，在電容器的充電狀態(tài)下，電解液中的正離子和負(fù)離子分別排列在電極的對(duì)向的兩面，利用電偶極子層現(xiàn)象分別在正離子側(cè)蓄積負(fù)電荷，在負(fù)離子側(cè)蓄積正電荷。
電偶極子層電容器的電極一般采用以活性炭等碳材為主成分的電極，主要采用含有碳和含氟樹脂的片狀電極。
該電極的制造方法有輥壓延法或刮刀法等，為了大容量化、長(zhǎng)壽命化，進(jìn)行了各種改進(jìn)。
電偶極子層電容器是能夠進(jìn)行反復(fù)充電、放電的電容器，但如果長(zhǎng)期使用，存在電容器的充電和放電能力會(huì)慢慢下降的問題。
為此，希望開發(fā)出一種與以往相比，耐久性更優(yōu)良，內(nèi)部電阻小，高容量，操作性良好的電偶極子層電容器。
減小內(nèi)部電阻的有效方法是最大限度地減少粘合劑的用量，目前，為了確保導(dǎo)電性及電解液的浸滲性，只使用極少量的粘合劑PTFE，通常為5～20重量％左右。
此外，PTFE粒子由于在混煉及壓延工序等中受到剪切力而被纖維化。細(xì)纖維化的PTFE將活性炭粒子及導(dǎo)電性碳粒子相互間連結(jié)在一起。因此，作為不通過增加粘合劑的量而增加片材強(qiáng)度的方法可以考慮利用混煉等來促進(jìn)PTFE的纖維化。
但是，雖然通過增加纖維化工序(即促進(jìn)纖維化)，粘合劑的集束力增大，但即使這樣成形為片狀的電極也只具有僅能夠保持其自身的一定的強(qiáng)度，片材自身的強(qiáng)度差，因此存在批量生產(chǎn)性差，而且使用時(shí)操作性差的問題。
還有，如果促進(jìn)纖維化，則電極密度變得過高，使電解液的浸滲性變差，而且還存在混煉工序、壓延工序中的工時(shí)數(shù)增加、批量生產(chǎn)性差的問題。此外，要獲得容量劣化小、壽命長(zhǎng)的電容器，必須進(jìn)行更高溫度下的熱處理，以除去含在活性炭電極中的水分(使用有機(jī)系電解液的情況下，即使是僅存在少量水分，也會(huì)促進(jìn)電解，引起容量的顯著劣化。)在日本專利特開2000-208373號(hào)公報(bào)中公開了一種帶集電極的電偶極子層電容器用極化性電極的制造方法，即，層疊由含主要作用是顯現(xiàn)靜電容量的碳材料為主成分的碳微粉和作為粘合劑的含氟樹脂形成的片狀成形體、由含具有賦予導(dǎo)電性作用的碳材料為主成分的碳微粉和粘合劑形成的片狀成形體和導(dǎo)電性金屬箔，通過對(duì)該層疊體進(jìn)行輥壓使它們接合在一起。
即在該公報(bào)中，通過將極化性電極和集電極隔著富于導(dǎo)電性的片狀成形體進(jìn)行輥壓，使它們接合在一起，由此使接觸電阻減小。
此外，在日本專利特開2000-150321號(hào)公報(bào)和特開2000-182902號(hào)公報(bào)中公開了將由碳微粉和含氟樹脂構(gòu)成的混合物成形為片狀、即使減小厚度也具有足夠強(qiáng)度的電偶極子層電容器用極化性電極的制造方法。
但還是不能獲得能夠制成內(nèi)部電阻更小、耐久性優(yōu)良的片狀電極的具有足夠強(qiáng)度、批量生產(chǎn)性也優(yōu)良、高容量、能夠低成本制造的電極片材等帶增強(qiáng)材料的功能性片材。
本發(fā)明是為解決上述以往技術(shù)中存在的問題的發(fā)明，其目的是提供具有足夠強(qiáng)度、可發(fā)揮高功能性、薄型的帶增強(qiáng)材料的功能性片材。
本發(fā)明的另一目的是提供具有下述優(yōu)點(diǎn)的上述帶增強(qiáng)材料的功能性片材之一的電偶極子層電容器用電極，所述優(yōu)點(diǎn)是，使用該電極能夠在短時(shí)間內(nèi)高效地制造電極強(qiáng)度大、內(nèi)部電阻相當(dāng)小、充放電能力的下降小、耐久性優(yōu)良、壽命長(zhǎng)的電偶極子層電容器。
本發(fā)明的其它目的是提供具有上述電偶極子層電容器用電極的電偶極子層電容器。
發(fā)明的揭示本發(fā)明的帶增強(qiáng)材料的功能性片材是由功能材料粉末和粘合劑樹脂形成的片狀功能材料與增強(qiáng)片材在層疊的狀態(tài)下接合而成的帶增強(qiáng)材料的功能性片材，該片材的特征是，上述增強(qiáng)片材由織布或無紡布制成，其目付(日本織物單位面積重量)為10～400g/m2，構(gòu)成該增強(qiáng)片材的纖維的纖維徑為10～150μm。
在本發(fā)明中，上述粘合樹脂是未焙燒的聚四氟乙烯樹脂，其含量較好為片狀功能材料總量的50～1重量％。
上述功能材料粉末較好為活性炭、石墨、炭黑、竹炭、木炭、氧化鈦、氧化鋅、氧化鉛、二氧化硅、粘土、金屬粉、膨脹石墨、吸水性聚合物、硅膠、防霉劑、抗菌劑中的任1種或2種以上。
此外，該片材的特征是，對(duì)上述帶增強(qiáng)材料的功能性片材實(shí)施了壓紋加工。
本發(fā)明涉及的電偶極子層電容器用電極的特征是，由碳微粉和含氟聚合物樹脂形成的片狀電極材料與增強(qiáng)片材在層疊的狀態(tài)下接合在一起。
在本發(fā)明中，上述增強(qiáng)片材由編織物、網(wǎng)狀物、無紡布、膨脹片中的任一種構(gòu)成，該增強(qiáng)片材的厚度較好為0.01～1.0mm以下。
上述片狀電極材料中的上述碳微粉含有活性炭和/或?qū)щ娦蕴?，該含氟聚合物樹脂較好為聚四氟乙烯。
上述電極材料中的含氟樹脂含量較好為15重量％(wt％)以下。
本發(fā)明的電偶極子層電容器具有上述電偶極子層電容器用電極。
采用本發(fā)明，能夠批量地且以低成本提供具有充分強(qiáng)度、功能材料粉末不會(huì)脫落、可有效發(fā)揮高功能性、薄型的帶增強(qiáng)材料的功能性片材。
采用本發(fā)明，能夠低成本地提供具有下述優(yōu)點(diǎn)的上述帶增強(qiáng)材料的功能性片材之一的電偶極子層電容器用電極和電偶極子層電容器，所述優(yōu)點(diǎn)為內(nèi)部電阻相當(dāng)小、具有強(qiáng)度、催化劑等功能材料粉末不會(huì)脫落、可連續(xù)成形、可大尺寸化、批量生產(chǎn)性等優(yōu)良。
附圖的簡(jiǎn)單說明

圖1為功能性片材的剝離試驗(yàn)的示意圖。
圖1(A)為由比較例A1所制得的功能性片材的剝離情況的示意圖。圖1(B)為由實(shí)施例A1所制得的功能性片材的剝離情況的示意圖。
圖2為本發(fā)明的實(shí)施例之一的帶增強(qiáng)材料的片狀電極的立體圖。
圖3為裝有本發(fā)明的實(shí)施例之一的帶增強(qiáng)材料的片狀電極的電偶極子層電容器的剖面圖。
圖4為將裝有本發(fā)明的另一實(shí)施例的帶增強(qiáng)材料的功能性片材的另一形態(tài)的電偶極子層電容器的一部分被剖斷后的立體圖。
符號(hào)說明10……帶增強(qiáng)材料的電極12、12A、12B……片狀電極材料14、14A、14B……增強(qiáng)片材(增強(qiáng)材料、隔膜)16……填料18、18A、18B……鋁集電體、集電對(duì)
20……電偶極子層電容器22……電容器內(nèi)部構(gòu)件24……外殼30……電偶極子層電容器34……外殼36……密封墊片38、38A、38B……引線實(shí)施發(fā)明的最佳方式以下，對(duì)本發(fā)明的帶增強(qiáng)材料的功能性片材(功能性片材)和帶增強(qiáng)材料的功能性片材之一的電偶極子層電容器用電極、電偶極子層電容器等進(jìn)行詳細(xì)地說明。
本發(fā)明的帶增強(qiáng)材料的功能性片材是由功能材料粉末和粘合樹脂形成的片狀功能材料與增強(qiáng)片材在層疊的狀態(tài)下接合而成的。
在這種功能性片材中，可以只在增強(qiáng)片材的一面形成片狀功能材料層，也可以在表里兩面形成片狀功能材料層。
該帶增強(qiáng)材料的功能性片材的尺寸可以根據(jù)用途、設(shè)備的規(guī)模等作適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)變更，沒有特別的限定。但為了能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，要求較薄，較好在0.8mm以下。
此外，該功能性片材中的片狀功能層的厚度通常為0.1～0.8mm。
上述功能材料粉末可以根據(jù)其用途等改換成合適的種類，可例舉活性炭、石墨、炭黑、竹炭、木炭等碳質(zhì)；氧化鈦、氧化鋅、氧化鉛、二氧化硅等金屬氧化物；粘土(硅酸鋁)、金屬粉、膨脹石墨、吸水性聚合物、硅膠、防霉劑、抗菌劑等的粉末。
這些功能材料粉末可以使用1種也可以2種以上組合使用。
上述功能材料粉末是選自活性炭、竹炭、木炭、石墨、炭黑中的1種以上的碳質(zhì)時(shí)，上述帶增強(qiáng)材料的功能性片材較好用在除臭用、水質(zhì)改進(jìn)用、溶劑吸附用等用途上，如果上述功能材料粉末是氧化鈦，則較好用于光催化，總之根據(jù)所使用的功能材料粉末具有各種功能。
粘合樹脂是可將上述功能性粉末等互相結(jié)合·粘合在一起的樹脂，可以廣泛使用以往所公知的粘合劑，可以是天然樹脂系、也可以是合成樹脂系，例如可以使用PTFE等含氟樹脂；聚乙烯、聚丙烯等烯烴系樹脂等。
其中，含氟樹脂如果被施加剪切力則會(huì)原纖維化，這時(shí)的原纖維的纖維徑為0.01～0.05μm左右，能夠?qū)⒘?0μm以下的功能性粉末相互集中粘結(jié)在一起，因此較好用在將粉末狀的固體成形為片狀上，特別是未焙燒的聚四氟乙烯(PTFE)樹脂由于耐候性、耐熱性、耐酸性等優(yōu)良，因此尤為理想。
未焙燒的PTFE樹脂有通過懸浮聚合而得的壓型粉；由乳液聚合而得的超細(xì)粉末?？墒褂萌我庖环N，但較好使用分散體。使用分散體，在和功能性粉末混煉時(shí)，催化劑的分散良好，在PTFE原纖維上充分擔(dān)載功能性粉末，成形性良好。
此外，以未焙燒的PTFE樹脂為代表的粘合劑在片狀功能材料中的含量較好為50～1重量％，更好為30～5重量％。如果少于1重量％，則難以充分擔(dān)載功能材料粉末，難以成形為片狀。而如果在50重量％以上，則由于片狀功能材料中的功能材料粉末的含量減小，因此所得的功能性片材無法具有高功能性。
用壓接等方法與增強(qiáng)片材相接合的上述含功能材料粉末和粘合樹脂的混煉物或軟化狀態(tài)的片狀功能材料插入增強(qiáng)片材的纖維間利用該固定效果與增強(qiáng)材料相接合，因此在增強(qiáng)片材中必須有一定程度的空隙。
因此，構(gòu)成增強(qiáng)片材的纖維的纖維徑應(yīng)為10～150μm，較好為20～100μm，較好是滿足下述要求的織布或無紡布，即其目付(每單位面積的織物的重量)為10～400g/m2，更好為50～200g/cm2。
這種增強(qiáng)片材由于空隙多，因此能夠最大限度地增加前述片狀功能材料的曝露面，使片材表面上存在較多的功能性材料，由此能夠提高片狀功能材料的功能。
如果增強(qiáng)材料中的纖維徑小于上述范圍，則無法獲得上述混煉物或軟化狀態(tài)的片狀催化劑對(duì)增強(qiáng)片材的充分的固定效果，增強(qiáng)材料比片狀功能材料更易剝落。而上述纖維徑大于該范圍時(shí)，則增強(qiáng)材料纖維的纏繞度減小，無法獲得作為增強(qiáng)材料所應(yīng)有的足夠的強(qiáng)度。
形成增強(qiáng)層的增強(qiáng)材料(增強(qiáng)片材)可例舉由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等合成樹脂，纖維素等天然纖維，玻璃纖維、碳纖維等碳系纖維等高分子原材料構(gòu)成的纖維相互間正交的網(wǎng)狀物或織物(編織物)、纖維相互間無規(guī)則地纏繞在一起的無紡布等布狀的材料。
制造片狀功能材料時(shí)，混合功能性粉末和粘合樹脂，調(diào)制混煉物。這時(shí)為了提高加工性，可以添加水或醇等添加劑?；鞜挷僮魍ǔ２捎媚蠛蜋C(jī)、班伯里混煉機(jī)等以往公知的混煉機(jī)進(jìn)行，但也并不限于此，只要是能夠有效地向材料施加剪切及壓縮等使它們?nèi)嗪显谝黄鸬脑O(shè)備即可使用。接著，根據(jù)情況有時(shí)在將混煉物進(jìn)行預(yù)成形后，再用加壓機(jī)等壓制成型或用輥壓機(jī)等壓延成型，或者兩種方法都進(jìn)行，制得片狀功能材料。
然后，利用將制得的該片狀功能材料和增強(qiáng)片材同時(shí)通過輥壓機(jī)的方法，或在層疊的狀態(tài)下將增強(qiáng)片材和片狀功能材料安裝在壓縮機(jī)上，使它們壓接在一起，能夠高效地制造該片材。此外，也可以采用將混煉物鋪滿增強(qiáng)片材的整個(gè)表面，用加壓機(jī)進(jìn)行加壓的方法。
例如，使用具有催化效果的功能性粉末時(shí)，表面上的功能性粉末發(fā)揮催化功能，由于其效果僅在表面上是有效的，為此必須增加有效面積。
因此，可以采用壓紋加工機(jī)(サトウエンジニア-ズ公司制)對(duì)本發(fā)明制得的帶增強(qiáng)材料的功能性片材進(jìn)行壓紋加工，制得最終成形品。
如果這時(shí)所使用的帶增強(qiáng)材料的功能性片材的厚度為0.2～1.0mm，則能夠進(jìn)行良好的壓紋加工，因此較為理想。
接著，特別對(duì)帶增強(qiáng)材料的功能性片材之一的本發(fā)明的電偶極子層電容器用電極進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖2所示為本發(fā)明的電偶極子層電容器用電極的立體圖。
首先，圖2所示的電偶極子層電容器用電極的形態(tài)是，在片狀電極材料(電極層)12的一面、即上表面接合了增強(qiáng)片材14(隔膜、增強(qiáng)材料)。
這種電偶極子層電容器用電極10中，片狀電極12埋沒入增強(qiáng)片材14中，發(fā)揮固定效果，以層疊的狀態(tài)被接合在一起。
增強(qiáng)片材14可以采用由PP、PE等合成樹脂；纖維素等天然纖維；玻璃等無機(jī)纖維；鋁、鎳等金屬；碳纖維等碳系纖維等制成的編織物、網(wǎng)狀物、無紡布、膨脹片等。這些增強(qiáng)材料不僅具有增強(qiáng)的作用，而且根據(jù)增強(qiáng)材料的原材料的種類，還可作為隔膜，還具有作為集電體的功能、效果。
該增強(qiáng)材料14的厚度一般沒有特別的限定，較好是0.01～1.0mm(厚)。厚度如果小于0.01mm，則難以獲得充分的增強(qiáng)效果，而如果超過1.0mm，則增強(qiáng)片材具有緩沖的作用，難以沒入片狀電極，從而難以將該增強(qiáng)片材和片狀電極接合在一起。
增強(qiáng)片材的目付根據(jù)材質(zhì)的不同而有所不同，沒有特別的限定，但最好具有適度的間隙，這樣能夠獲得優(yōu)良的固定效果。
此外，所使用的增強(qiáng)片材是PP、PE、酚醛樹脂、含氟樹脂等合成樹脂或纖維素等天然纖維時(shí)，由于這些材料是絕緣物，因此具有作為隔膜的功能和效果。這時(shí)，增強(qiáng)片材的目付較好在50g/m2以上。如果目付小于50g/m2，則由于電極會(huì)從增強(qiáng)材料脫離，因此不能充分起到隔膜的作用。
還有，材質(zhì)為鋁、鎳等金屬；碳纖維等碳系纖維時(shí)，具有作為集電體的功能和效果。這時(shí)，對(duì)增強(qiáng)片材的目付沒有特別的規(guī)定，但增強(qiáng)片材的厚度如果大于0.5mm，則操作性變差，如因?yàn)榻饘偎哂械膭傂允咕砝@困難等。
該電偶極子層電容器用電極中的片狀電極12的厚度沒有特別的限定，通常為0.1～1.0mm，較好為0.2～0.8mm。
片狀電極12含有碳微粉和含氟樹脂。
該碳微粉較好含有活性炭和/或?qū)щ娦蕴?。?duì)該活性炭和導(dǎo)電性碳的粒徑?jīng)]有特別的限定，但活性炭的粒徑較好為1～100μm左右。此外，對(duì)活性炭和導(dǎo)電性碳的比表面積也沒有特別的限定，但活性炭的比表面積較好為1000～3000m2/g。
本發(fā)明的片狀電極中所含的含氟聚合物樹脂較好采用聚四氟乙烯(PTFE)、改性PTFE、PVDF、ETFE、PCTFE、FEP和PFA等，其中采用聚四氟乙烯(PTFE)尤為理想，因?yàn)榫鬯姆蚁┦艿郊羟辛σ桌w維化，結(jié)合、粘合碳微粉的粘合效果好。
相對(duì)片狀電極12中所含的碳微粉的含量而言，為了將電極層的內(nèi)部電阻控制在較低的水平，在片狀電極材料中的非導(dǎo)電性含氟聚合物樹脂的粘合劑量較好在15重量％(wt％)以下，更好為1～10重量％，特好為1～5重量％。
如果該粘合劑量未滿1重量％，則不能獲得充分的粘合效果，碳微粉可能會(huì)從電偶極子層電容器用電極脫落和散落。而如果粘合劑量超過上述范圍，特別是超過15重量％，則難以將電極層的內(nèi)部電阻控制在低水平。
如果按照該范圍的量將含有各成分的上述片狀電極材料和增強(qiáng)片材組合使用，則由于增強(qiáng)片材的增強(qiáng)效果，由作為原料功能材料粉末的碳微粉制得的電偶極子層電容器用電極的操作性顯著提高。采用增強(qiáng)材料、由上述碳微粉和粘合樹脂形成的片狀電極材料，利用刮刀法(使用了刮刀的接合法)、輥壓延法等中的任何一種方法，都能夠很容易地以高生產(chǎn)率和低成本制造帶增強(qiáng)材料的片狀電極。
這種本發(fā)明的電偶極子層電容器用電極，由于能夠減少片狀電極12中有助于增加電極強(qiáng)度的粘合劑的量，從而使電極內(nèi)部電阻減小。此外，使用熱固性的酚醛樹脂或玻璃或金屬等增強(qiáng)材料時(shí)，由于能夠用更高的溫度進(jìn)行熱處理，因此可以完全除去水分，從而使產(chǎn)品壽命延長(zhǎng)。再有，使用該電偶極子層電容器用電極10制造后述的圖3、圖4所示的電偶極子層電容器20、30時(shí)，電解液能夠迅速浸透到電極中。
本發(fā)明的電偶極子層電容器用電極中具有增強(qiáng)片材14，由該增強(qiáng)片材14保持電極的強(qiáng)度，因此片狀電極能夠大尺寸化，量產(chǎn)性優(yōu)良。
本發(fā)明的電偶極子層電容器用電極可以如上述圖2所示，僅在片狀電極12的一面設(shè)置增強(qiáng)片材14，也可以如后述圖3所示，在增強(qiáng)片材14的兩面都設(shè)置增強(qiáng)片材14。
如后述圖4所示，可以以片狀電極12和增強(qiáng)片材(隔膜和/或集電體)14依次層疊(在圖4中，各層疊2層)的狀態(tài)進(jìn)行卷繞。
以下，參照?qǐng)D3～圖4對(duì)采用這種電偶極子層電容器用電極制成的電偶極子層電容器進(jìn)行更詳細(xì)地說明。
圖3是裝配有本發(fā)明的實(shí)施例之一的電偶極子層電容器用電極的電偶極子層電容器的剖面圖。
在該電偶極子層電容器20中，在增強(qiáng)片材(隔膜)14的上下兩面設(shè)置片狀電極12A、12B，在該電極12A的下面和電極層12B的上面又分別設(shè)置有鋁集電體18A、18B。
這樣，由隔膜(增強(qiáng)材料層)14、隔著隔膜14分別層疊在隔膜上下兩面的電極層12A、12B和鋁集電體18A、18B構(gòu)成的電容器內(nèi)部構(gòu)件22被裝在外殼24內(nèi)，并用填料16密封。
該外殼內(nèi)的電極層中還填充(浸滲)有電解液。
這種采用電偶極子層電容器用電極制成的電偶極子層電容器20在輕量性、可小型化、性能、可低成本化等方面表現(xiàn)特別優(yōu)良。此外，因粘合劑少，因此電解質(zhì)的浸滲性優(yōu)良，強(qiáng)度也高，所以本發(fā)明的電偶極子層電容器用電極的操作性優(yōu)良，電偶極子層電容器制造時(shí)的組裝作業(yè)容易，并且還能夠縮短作業(yè)時(shí)間。
圖4是將裝配有本發(fā)明的另一實(shí)施例的電偶極子層電容器用電極的電偶極子層電容器的一部分切去后的模式圖。
在該電偶極子層電容器30中，增強(qiáng)片材(隔膜)14和片狀電極12在依次層疊(在整體中，各層疊2層)后被卷繞起來的狀態(tài)下，被裝入外殼34內(nèi)。在各片狀電極12A、12B的端部分別設(shè)置集電對(duì)18A、18B，在該集電對(duì)(體)18A、18B設(shè)置可與電偶極子層電容器30的外部導(dǎo)通的引線38A、38B。此外，在外殼34內(nèi)的上端部設(shè)置有密封墊片36將端部封閉。
片狀電極12A和集電對(duì)18A和引線38A電連接，片狀電極12B和集電對(duì)18B和引線38B電連接，A組和B組互不影響。
該外殼內(nèi)的電極層中還填充(浸滲)有電解液。
本發(fā)明的電偶極子層電容器用電極由于能夠形成隔膜一體化的大尺寸的片材，因此易于組裝，電解液的浸滲性也優(yōu)良，電偶極子層電容器制造時(shí)的作業(yè)性得到提高。
這種采用電偶極子層電容器用電極制成的電偶極子層電容器30在輕量性、可小型化、性能、可低成本化等方面表現(xiàn)特別優(yōu)良。
本發(fā)明的帶增強(qiáng)材料的功能性片材(功能性片材)，特別采用增強(qiáng)片材的目付為10～400g/m2、構(gòu)成該增強(qiáng)片材的纖維的纖維徑為10～150μm、含有較多空隙的增強(qiáng)片材(增強(qiáng)材料)。如果使功能性粉末和粘合樹脂的混煉物或軟化的片狀功能材料粘覆在該增強(qiáng)片材上，則上述混煉物能夠充分地進(jìn)入增強(qiáng)片材的無數(shù)細(xì)纖維間的空隙中，發(fā)揮充分的固定效果，使層間剝離強(qiáng)度優(yōu)良。其結(jié)果是，帶增強(qiáng)材料的功能性片材的增強(qiáng)片材(層)和片狀功能材料(層)不會(huì)剝落，操作性優(yōu)良。
如果該增強(qiáng)片材較薄，則只要使與其壓接在一起的片狀功能材料(混煉物)的量減少一些即可，能夠以低成本制造具有足夠強(qiáng)度的帶增強(qiáng)材料的薄型功能性片材。
即，由相同量的混煉物能夠制造出與以往產(chǎn)品相比，大尺寸、能夠發(fā)揮充分的功能和效果的功能性片材。
而且，由于該功能性片材薄，并具有足夠的強(qiáng)度，因此可以進(jìn)行壓紋加工，從而能夠提供高效的催化片材。
特別是上述帶增強(qiáng)材料的功能性片材之一的電偶極子層電容器中，由電偶極子層電容器用片狀電極中的增強(qiáng)片材保持電極的強(qiáng)度，因此能夠最大程度地減少有助于增強(qiáng)電極強(qiáng)度的電極中的粘合劑的量。
因此，內(nèi)部電阻大幅度減小，可抑制電容器的充電和放電能力的降低，能夠提供耐久性優(yōu)良、壽命長(zhǎng)的電容器。
還有，無需象以往的片狀電極那樣在制造時(shí)要有增加強(qiáng)度的工序(例如混煉等)，因此能夠簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序。
此外，具有機(jī)械強(qiáng)度的本發(fā)明的電極在生產(chǎn)時(shí)、使用時(shí)操作性都良好。又由于可減少電極中的粘合劑量，因此電解液向該電極中的浸滲性也良好，電容器制造時(shí)的操作性得到極大提高。
其結(jié)果是，能夠在電極中充分浸滲有電解液的狀態(tài)下，短時(shí)間內(nèi)將電極裝入電池中，因此可縮短制造電偶極子層電容器時(shí)的作業(yè)時(shí)間。
以下，根據(jù)用活性炭作為功能性粉末的除臭裝置的實(shí)施例、電偶極子層電容器的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的帶增強(qiáng)材料的功能性片材進(jìn)行更加詳細(xì)地說明，但本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限制。
(除臭裝置)實(shí)施例A1～A4按照下述量混合活性炭粉末[平均粒徑30μm、比表面積(測(cè)定法按照J(rèn)IS-K-1474)為1000～1500(單位m2/g)的煤系活性炭粉末]、PTFE粒子分散液(含60重量％的平均粒徑200nm的PTFE粒子，分散劑水)，用捏和機(jī)在10℃下，混煉了5分鐘。
接著，用輥表面溫度保持在60℃的輥壓機(jī)，以150kg/cm的壓力對(duì)得到的混煉物進(jìn)行加壓，將其成形為厚度0.4mm的片狀。
然后，將得到的片狀功能材料壓接在厚0.1mm的聚丙烯制無紡布(纖維徑30μm、目付15g/cm2)的一面，制得了平板狀的功能性片材(厚0.4mm)。
比較例A1～A2和實(shí)施例A1一樣，用輥壓機(jī)將上述活性炭粉末和含氟樹脂的混煉物成形為厚0.5mm的片狀，但沒有象實(shí)施例A1那樣使其壓接在無紡布的一面上，而是直接將其作為功能性片材(樣品)。
比較例A3～A4除了用輥壓機(jī)將上述活性炭粉末和含氟樹脂的混煉物成形為厚0.5mm的片狀，然后將其壓接在厚0.3mm的聚丙烯制網(wǎng)狀物(比較例A3纖維徑300μm、目付200g/cm2，比較例A4纖維徑300μm、目付450g/cm2)的一側(cè)，制得平板狀的功能性片材(厚度0.6mm)之外，其它操作和實(shí)施例A1相同。
使用由上述實(shí)施例A1～A4，比較例A1～A4所制得的帶增強(qiáng)材料的功能性片材進(jìn)行了下述試驗(yàn)。
(除臭效果)測(cè)定了氨的吸收吸附力。
(強(qiáng)度)測(cè)定了拉伸強(qiáng)度。
其結(jié)果示于下表1。
表1

※1)以實(shí)施例A3為100％時(shí)的相對(duì)值 (剝離強(qiáng)度)按照J(rèn)ISC 6471“銅箔的剝離強(qiáng)度”，測(cè)定了由上述實(shí)施例A1、比較例A1所制得的各功能性片材的剝離強(qiáng)度。
即，將由實(shí)施例A1所制得的功能性片材的增強(qiáng)材料側(cè)接合在支承件上，測(cè)定了剝離強(qiáng)度。對(duì)由比較例A1所制得的功能性片材，也采用同樣的方法測(cè)定了剝離強(qiáng)度。
此外，作為比較用數(shù)據(jù)，將沒有壓接增強(qiáng)材料的樣品接合在支承件上，進(jìn)行了同樣的測(cè)定。
其結(jié)果同示于表2。
此外樣品的剝離情況也一并示于表2。
表2

由上述試驗(yàn)A2可知，由實(shí)施例A1所制得的帶增強(qiáng)材料的功能性片材和增強(qiáng)材料的接合力強(qiáng)。
(電偶極子層電容器)接著，根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的電偶極子層電容器用電極進(jìn)行更詳細(xì)地說明。
實(shí)施例B1按照80∶15∶5的重量比，混合活性炭(平均粒徑25μm、棕櫚殼活性炭)、導(dǎo)電性炭黑(kitchenblack international公司制，kitchenblackEC)、粘合劑(聚四氟乙烯＝PTFE)，在其中添加150重量％的量的成形助劑乙醇，在20℃下進(jìn)行混煉后，用表面溫度40℃的輥壓機(jī)壓延至0.65mm(厚)，形成了片狀。
用表面溫度40℃的輥壓機(jī)(輥間間隔0.65mm)將增強(qiáng)片材(PP無紡布、厚度0.1mm)壓接在得到的片狀電極上。
將從該帶增強(qiáng)材料的電極膜切出的2片試驗(yàn)片(厚度0.65mm、面積2cm2)，隔著隔膜(纖維素濾紙、厚0.12mm)形成兩極(試驗(yàn)片)對(duì)向的狀態(tài)，注入電解液，制成了電容器。
對(duì)該電容器，在充電電壓2.5V、放電電流5.0mA的條件下，按照下述條件測(cè)定了初期靜電容量(F/cm3、注1)和體積電阻率(Ω·cm、注2)。
其結(jié)果是，初期靜電容量為12.1(F/cm3)，體積電阻率為0.73(Ω·cm)。
由于能夠減少PTFE量，因此上述電極膜中的PTFE量為下述比較例B1的片狀電極的一半即5％，而上述電極膜中的導(dǎo)電性碳的量與下述比較例B1相比則相應(yīng)增加了5％，從而減小了電阻。
<注1>初期靜電容量(F/cm3)將2片厚0.65mm、面積2cm2的電極膜隔著隔膜(纖維素濾紙、厚0.12mm)兩極對(duì)向，將溶質(zhì)為四氟硼酸四乙銨的碳酸異丙烯酯溶液(1M)作為電解液，形成電容器，使用該電容器。
在充電電壓2.5V、放電電流5mA的條件下，測(cè)定了初期靜電容量。
<注2>體積電阻率(Ω·cm)按照“JIS K 7194”。
<注3>拉伸強(qiáng)度測(cè)定法將電極膜片材裁成寬10mm、長(zhǎng)60mm的長(zhǎng)方形，用Instron(萬能精密拉伸試驗(yàn)機(jī))測(cè)定拉伸強(qiáng)度。
實(shí)施例B2除了使增強(qiáng)片材的厚度為0.3mm以外，和實(shí)施例B1一樣制得了試驗(yàn)片。這種情況下，由于增強(qiáng)片材能夠起到隔膜的作用，因此不使用隔膜進(jìn)行了同樣的試驗(yàn)。
其結(jié)果是，初期靜電容量為12.1(F/cm3)，體積電阻率為0.73(Ω·cm)。
實(shí)施例B3除了使用粘合劑的量為10％，即活性炭∶導(dǎo)電性炭黑∶粘合劑＝8∶1∶1的重量比的功能材料以外，其它和實(shí)施例B1相同。
其結(jié)果是，初期靜電容量為12.0(F/cm3)，體積電阻率為1.10(Ω·cm)。
比較例B1除了使用無增強(qiáng)材料、粘合劑的量為10％，即活性炭∶導(dǎo)電性炭黑∶粘合劑＝8∶1∶1的重量比的電極膜以外，其它和實(shí)施例B1的片狀電極相同。
其結(jié)果是，初期靜電容量為12.0(F/cm3)，體積電阻率為1.10(Ω·cm)。
比較例B2除了使用無增強(qiáng)材料、粘合劑的量為20％，即活性炭∶導(dǎo)電性炭黑∶粘合劑＝7∶1∶2的重量比的電極膜以外，其它和實(shí)施例B1的片狀電極相同。
其結(jié)果是，初期靜電容量為10.2(F/cm3)，體積電阻率為2.26(Ω·cm)。
實(shí)施例B1～B3、比較例B1～B2的結(jié)果都示于表3。
表3

產(chǎn)業(yè)上利用的可行性如上所述，本發(fā)明的上述帶增強(qiáng)材料的功能性片材在所含功能材料粉末為活性炭等碳質(zhì)時(shí)，用在除臭用、水質(zhì)改進(jìn)用、溶劑吸附用等用途上效果非常理想，而如果上述功能材料粉末為氧化鈦時(shí)，則用在光催化的用途上效果非常理想，總之能根據(jù)所使用的功能材料粉末的種類具有各種優(yōu)良的功能，操作上具有足夠的強(qiáng)度，而且功能性材料不會(huì)脫離和脫落，可連續(xù)批量地生產(chǎn)片材，能夠在滿足強(qiáng)度的基礎(chǔ)上做得很薄，作為帶增強(qiáng)材料的功能性片材適合用于上述各種用途。
特別是上述帶增強(qiáng)材料的功能性片材之一的電偶極子層電容器電極，由于由電偶極子層電容器用片狀電極中的增強(qiáng)片材保持電極的強(qiáng)度，因此能夠最大程度地減少有助于增強(qiáng)電極強(qiáng)度的電極中的粘合劑的量，電解液向電極中的浸滲性也得到提高，電容器制造時(shí)的操作性極其良好。
因此，采用本發(fā)明，能夠用更簡(jiǎn)單的制造工序提供內(nèi)部電阻大幅度減小，可抑制電容器的充電和放電能力的降低，耐久性優(yōu)良、壽命長(zhǎng)的電容器。非常適合用于電偶極子層電容器的制造領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.帶增強(qiáng)材料的功能性片材，它是由功能材料粉末和粘合樹脂形成的片狀功能材料與增強(qiáng)片材在層疊的狀態(tài)下接合而成的帶增強(qiáng)材料的功能性片材，其特征在于，上述增強(qiáng)片材由織布或無紡布制成，其目付(日本織物單位面積重量)為10～400g/m2，構(gòu)成該增強(qiáng)片材的纖維的纖維徑為10～150μm，并且?guī)г鰪?qiáng)材料的功能性片材的厚度為0.8mm以下。
2.如權(quán)利要求1所述的帶增強(qiáng)材料的功能性片材，其特征還在于，上述粘合樹脂是未焙燒的聚四氟乙烯樹脂，其含量為片狀功能材料總量的50～1重量％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的帶增強(qiáng)材料的功能性片材，其特征還在于，上述功能材料粉末為活性炭、石墨、炭黑、竹炭、木炭、氧化鈦、氧化鋅、氧化鉛、二氧化硅、粘土、金屬粉、膨脹石墨、吸水性聚合物、硅膠、防霉劑、抗菌劑中的任1種或2種以上。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的帶增強(qiáng)材料的功能性片材，其特征還在于，對(duì)上述帶增強(qiáng)材料的功能性片材實(shí)施了壓紋加工。
5.電偶極子層電容器用電極，其特征在于，由碳微粉和含氟聚合物樹脂形成的片狀電極材料與增強(qiáng)片材在層疊的狀態(tài)下接合而成。
6.如權(quán)利要求5所述的電偶極子層電容器用電極，其特征還在于，上述增強(qiáng)片材由編織物、網(wǎng)狀物、無紡布、膨脹片中的任一種制成，該增強(qiáng)片材的厚度為0.01～1.0mm。
7.如權(quán)利要求5或6所述的電偶極子層電容器用電極，其特征還在于，上述碳微粉含有活性炭和/或?qū)щ娦蕴迹摵酆衔飿渲瑸榫鬯姆蚁?br> 8.如權(quán)利要求5～7中任一項(xiàng)所述的電偶極子層電容器用電極，其特征還在于，上述電極材料中的上述含氟樹脂含量為15重量％以下。
9.電偶極子層電容器，其特征在于，具有權(quán)利要求5～8中任一項(xiàng)所述的電偶極子層電容器用電極。
全文摘要
一種帶增強(qiáng)材料的功能性片材，由功能材料粉末和粘合樹脂形成的片狀功能材料與增強(qiáng)片材在層疊的狀態(tài)下接合而成，上述增強(qiáng)片材由織布或無紡布制成，其目付(日本織物單位面積重量)、構(gòu)成該增強(qiáng)片材的纖維的纖維徑、功能性片材的厚度在特定范圍內(nèi)。將由碳微粉和含氟聚合物樹脂形成的片狀電極材料與增強(qiáng)片材在層疊的狀態(tài)下接合在一起而成的電偶極子層電容器用電極，以及具有該電極的電偶極子層電容器。功能性片材具有強(qiáng)度，其中的功能材料粉末不會(huì)脫落，可有效地發(fā)揮高功能性。采用該片狀電極能夠高效地制造具有強(qiáng)度、內(nèi)部電阻相當(dāng)小、充放電能力下降小、耐久性優(yōu)良、壽命長(zhǎng)的電偶極子層電容器。
文檔編號(hào)H01G9/058GK1795097SQ03819870
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2003年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月23日
發(fā)明者淺野善敬, 杉谷徹, 林道直, 秋山大二郎 申請(qǐng)人:日本華爾卡工業(yè)株式會(huì)社