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JP6360313B2 - Manufacturing method of polarizable electrode - Google Patents
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Description

本発明は、電気二重層キャパシタに用いられる分極性電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a process for producing an electric double layer capacitor min polarity electrodes that are used to.

従来、電気エネルギーを蓄積するデバイスとして、一対の分極性電極と電解液から構成され、分極性電極と電解液との界面電気二重層を利用した電気二重層キャパシタが知られている。電気二重層キャパシタは電解質イオンの移動により充放電を行うものであり、化学反応を伴う化学電池に比べて急速充放電を繰り返す用途に適しているという特徴を持つ。
この電気二重層キャパシタに用いられる分極性電極は、一般的に粒状及び繊維状の活性炭が主に使用されており、これらはフェノール樹脂等の合成樹脂や木質等の天然材から製造されている。これらの活性炭は高い比表面積を有するため分極性電極用材料として最適であるが、導電性が低いためファーネスブラックやアセチレンブラック等の導電材を添加する必要がある。これらの混合粉末から分極性電極を製造する際、カーボン粒子相互の結着のためにバインダーを用いる必要がある。その後、メタノールや水などに分散させスラリー状にし、集電体に塗布した後、乾燥させることにより得られる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a device for accumulating electric energy, an electric double layer capacitor is known that includes a pair of polarizable electrodes and an electrolytic solution and uses an interface electric double layer between the polarizable electrode and the electrolytic solution. The electric double layer capacitor performs charging / discharging by movement of electrolyte ions, and has a feature that it is suitable for applications in which rapid charging / discharging is repeated as compared with a chemical battery with chemical reaction.
In general, granular and fibrous activated carbon is mainly used for the polarizable electrode used in the electric double layer capacitor, and these are manufactured from synthetic resin such as phenol resin or natural material such as wood. Since these activated carbons have a high specific surface area, they are optimal as polarizable electrode materials. However, since the conductivity is low, it is necessary to add a conductive material such as furnace black or acetylene black. When producing a polarizable electrode from these mixed powders, it is necessary to use a binder for binding carbon particles. Thereafter, it is obtained by dispersing in methanol or water to form a slurry, applying it to a current collector, and drying.

しかし、この方法で分極性電極を製造した場合、バインダーの非導電性に起因する電気抵抗上昇が問題となっている。そこで、前記課題を解決するため、分極性電極に使用するバインダーの組成を再検討し、水溶性高分子と可塑剤からなるバインダーを活性炭粉末に1〜10重量%添加し、導電材に黒鉛、カーボンブラック、ケッチェンブラックを用いる技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   However, when a polarizable electrode is produced by this method, an increase in electrical resistance due to the non-conductivity of the binder is a problem. Therefore, in order to solve the above problems, the composition of the binder used for the polarizable electrode was reviewed, and a binder composed of a water-soluble polymer and a plasticizer was added to the activated carbon powder in an amount of 1 to 10% by weight. A technique using carbon black or ketjen black is disclosed (for example, see Patent Document 1).

特開2004−111719号公報JP 2004-111719 A

特許文献1記載の技術は、活性炭粉末と、水溶性高分子と可塑剤からなるバインダーと、導電材とで構成される分極性電極を用いるもので、活性炭粉末に対するバインダー添加量を従来の分極性電極よりも低減させることができ、電気抵抗の低減に一定の効果を奏するものである。しかし、理想的には分極性電極の製造には導電性の低いバインダーは一切使用しないことが望ましい。更に分極性電極の導電率を向上するため、活性炭粒子の導電性向上が必要である。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、導電性の低いバインダーを用いずに導電率を向上可能な分極性電極の製造方法を提供することを目的としている。
The technique described in Patent Document 1 uses a polarizable electrode composed of activated carbon powder, a binder made of a water-soluble polymer and a plasticizer, and a conductive material. It can be reduced more than the electrode, and has a certain effect on the reduction of electric resistance. Ideally, however, it is desirable not to use any binder with low conductivity for the production of polarizable electrodes. Furthermore, in order to improve the electrical conductivity of the polarizable electrode, it is necessary to improve the electrical conductivity of the activated carbon particles.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide a method of manufacturing a conductivity capable improving a partial polar electrode without using a low conductivity binder.

上述した課題を解決するため、本発明の分極性電極の製造方法は、静電容量及び/又は疑似静電容量を有する第1カーボン材料の粒子と、導電性を有する第2カーボン材料の粒子とを混合した後、更にメカニカルミリング、メカノフュージョン、ハイブリダイゼーションから選ばれる一つ以上のメカノケミカル処理を行った後、放電プラズマ焼結により一体化させて、カーボン粒子相互の結着のためのバインダー及び水溶性高分子と可塑剤からなるバインダーを含む導電性の低いバインダーを用いずに製造されることを特徴とする。この構成によれば、導電性の低いバインダーを用いずに分極性電極の製造が可能となり、優れた導電率を示す分極性電極を得ることができる。 In order to solve the above-described problem, a method for manufacturing a polarizable electrode according to the present invention includes a first carbon material particle having a capacitance and / or a pseudo capacitance, and a second carbon material particle having conductivity. Then, after further performing one or more mechanochemical treatments selected from mechanical milling, mechanofusion, and hybridization , they are integrated by discharge plasma sintering , and a binder for binding carbon particles to each other. It is produced without using a binder having low conductivity including a binder composed of a water-soluble polymer and a plasticizer . According to this configuration, it becomes possible to produce a polarizable electrode without using a binder having low conductivity, and a polarizable electrode exhibiting excellent conductivity can be obtained.

カニカルミリング、メカノフュージョン、ハイブリダイゼーションから選ばれる一つ以上のメカノケミカル処理が行われるので、第1カーボン材料と第2カーボンとを付着させ易くなり、更なる導電率の向上が見込める。 Main crab Carmi ring, mechanofusion, since one or more of mechanochemical treatment selected from the hybridization is carried out, easily adhere to the first carbon material and the second carbon, expected further improvement in electrical conductivity.

また、上記構成において、前記第1カーボン材料は、活性炭又は前記第2カーボン材料と同材料であり、前記第2カーボン材料は、カーボンブラック、グラファイト、グラッシーカーボン、カーボンナノワイヤー、カーボンナノチューブ、カーボンホイスカー又はグラファイトウィスカーであることが好ましい。この構成によれば、広く普及する材料を用いて良好な導電率を有する分極性電極を得ることができる。   In the above configuration, the first carbon material is activated carbon or the same material as the second carbon material, and the second carbon material is carbon black, graphite, glassy carbon, carbon nanowire, carbon nanotube, carbon whisker. Or it is preferable that it is a graphite whisker. According to this configuration, a polarizable electrode having good conductivity can be obtained using a widely spread material.

本発明では、導電性の低いバインダーを用いずに導電率を向上可能になる。 In the present invention, the conductivity can be improved without using a binder having low conductivity .

本発明の実施例に係る分極性電極のSEM画像を示した図である。It is the figure which showed the SEM image of the polarizable electrode which concerns on the Example of this invention. 比較例に係る分極性電極のSEM画像を示した図である。It is the figure which showed the SEM image of the polarizable electrode which concerns on a comparative example.

本発明の分極性電極は、キャパシタ機能を有する第1カーボン材料の粒子と、導電性を有する第2カーボン材料の粒子とを混合した後、放電プラズマ焼結法により製造される。これにより、導電性の低いバインダーを用いずに分極性電極を一体成形し、優れた導電率を得ることが可能になり、電気二重層キャパシタの性能向上に有利である。
また、第1カーボン材料の粒子と第2カーボン材料の粒子を混合した後、更に、メカニカルミリング、メカノフュージョン、ハイブリダイゼーション等から選ばれる一つ以上のメカノケミカル処理を適用することが望ましい。これにより、キャパシタ機能を有する第1カーボン材料の粒子と、導電性を有する第2カーボン材料の粒子とを付着させ易くなり、更なる導電率の向上が見込める。
The polarizable electrode of the present invention is manufactured by a discharge plasma sintering method after mixing particles of a first carbon material having a capacitor function and particles of a second carbon material having conductivity. This makes it possible to integrally form a polarizable electrode without using a binder having low conductivity and to obtain excellent conductivity, which is advantageous for improving the performance of the electric double layer capacitor.
Further, after mixing the particles of the first carbon material and the particles of the second carbon material, it is desirable to further apply one or more mechanochemical treatments selected from mechanical milling, mechanofusion, hybridization, and the like. Thereby, it becomes easy to adhere the particles of the first carbon material having a capacitor function and the particles of the second carbon material having conductivity, and further improvement in conductivity can be expected.

メカニカルミリングを行う場合、ミリング時間(処理時間)は、第1カーボン材料の粒子に第2カーボンの粒子を付着させ、且つ、いずれか一方のカーボン材料の破壊によるカーボン同士の剥がれを抑える時間範囲に設定される。本実施形態では、ミリング時間が1時間以上、12時間以下が望ましかった。1時間以下では前記第1カーボン材料の粒子と前記第2カーボンの粒子が十分に付着せず、12時間以上では、第1カーボン材料が被壊されてしまい、付着していたカーボン材料同士が剥がれてしまう。   When performing mechanical milling, the milling time (treatment time) is within a time range in which the second carbon particles are attached to the first carbon material particles and the carbon is prevented from being peeled off due to the destruction of one of the carbon materials. Is set. In this embodiment, milling time of 1 hour or more and 12 hours or less was desired. In less than 1 hour, the particles of the first carbon material and the second carbon particles do not adhere sufficiently, and in 12 hours or more, the first carbon material is broken and the adhered carbon materials are peeled off. End up.

ここで、メカニカルミリングは、メカニカルアロイング又はボールミリングとも言い、不活性雰囲気中でのボールミル時におけるボールの衝突エネルギーを利用して、粉末同士の折りたたみと圧延を繰り返し起こさせることにより、微細に混合していく。
これに対し、メカノフュージョンでは、回転容器内に投入された粉体原料は、遠心力によりその内側に押しつけられて固定され、曲率半径の異なるインナーピースとの間で強力な圧縮・剪断力を受ける。また、ハイブリダイゼーションでは、高速気流中に原料を分散させながら、衝撃力を主体とした力を用いて乾式で微粒子の表面を微粒子で表面改質・複合化する。
メカノフュージョン、ハイブリダイゼーションを行う場合、試料を投入する容器の回転数が高くなるため、メカニカルミリングを行う場合よりも短い処理時間で行うことができる。
Here, mechanical milling is also called mechanical alloying or ball milling, and it is finely mixed by repeatedly causing folding and rolling of powders using ball collision energy during ball milling in an inert atmosphere. I will do it.
On the other hand, in mechano-fusion, the powder raw material put in the rotating container is pressed and fixed inside by a centrifugal force, and receives a strong compression / shearing force between the inner pieces having different curvature radii. . In the hybridization, the surface of the fine particles is dry-modified and modified with fine particles using a force mainly composed of an impact force while dispersing the raw material in a high-speed air stream.
When mechanofusion and hybridization are performed, the number of rotations of the container into which the sample is put is increased, so that the processing time can be shorter than that in the case of performing mechanical milling.

メカノフュージョンの場合、容器の回転数にもよるが処理時間は15分〜90分程度が好ましい。装置は、ホソカワミクロン製のものを用いることができる。
また、ハイブリダイゼーションの場合、メカノフュージョンよりも処理時間を短くすることができ、処理時間は5分〜60分程度が好ましい。装置は、奈良機械製作所製のものを用いることができる。
In the case of mechanofusion, the treatment time is preferably about 15 to 90 minutes, depending on the number of rotations of the container. A device manufactured by Hosokawa Micron can be used.
In the case of hybridization, the treatment time can be shorter than that of mechanofusion, and the treatment time is preferably about 5 to 60 minutes. A device manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. can be used.

本発明において、第1カーボン材料には、静電容量及び/又は疑似静電容量を有するカーボン材料が適用される。具体的には、活性炭、カーボンブラック、グラファイト等が推奨される。この第1カーボン材料の粒径は、3μm〜30μmが好ましい。
第2カーボン材料には、導電性などが優れるカーボン材料が適用される。具体的には、導電性が高く、かつ前記第1カーボン材料の粒子表面に付着し易いカーボンブラック(ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等)、グラファイト、グラッシーカーボン、カーボンナノワイヤー、カーボンナノチューブ、カーボンホイスカー、グラファイトウィスカーの群から選択した少なくとも一種を使用することが好ましい。
また、第2カーボン材料の粒径は、該第1カーボン材料の粒径よりも小さいものを使用することが好ましい。
以下に本発明の実施例を示す。
In the present invention, a carbon material having a capacitance and / or pseudo capacitance is applied to the first carbon material. Specifically, activated carbon, carbon black, graphite and the like are recommended. The particle size of the first carbon material is preferably 3 μm to 30 μm.
As the second carbon material, a carbon material having excellent conductivity is applied. Specifically, carbon black (Ketjen black, acetylene black, furnace black, etc.), graphite, glassy carbon, carbon nanowire, carbon nanotube, which is highly conductive and easily adheres to the particle surface of the first carbon material, It is preferable to use at least one selected from the group of carbon whiskers and graphite whiskers.
Further, it is preferable to use a second carbon material having a particle size smaller than that of the first carbon material.
Examples of the present invention are shown below.

分極性電極を次の手順により製造した。平均粒径が10μmの活性炭(第1カーボン材料)の所定量と平均粒径が0.1μmのファーネスブラック(第2カーボン材料)の所定量をセラミックス製ポットにて回転速度122rpm、保持時間6hrの条件で混合する。その後、ボールを粉砕メディアとして用いるミリング装置を用いて、メディア径5mmのセラミックスボール100個とメタノール0.1mlを加え、回転速度122rpmの条件でミリングを行う。前記ミリング装置には、日陶化学株式会社製の卓上型ポットミル回転台(TYPE ANZ−50S)を用いた。このミリングにより、活性炭表面にファーネスブラック粒子を付着させる。
このミリング工程において、活性炭とファーネスブラックの配合割合及びミリング時間を、表1に記載の通り種々に変化させた。なお、ミリング時間が0hrのものは、ミリングを行わない場合を示している。
A polarizable electrode was manufactured by the following procedure. A predetermined amount of activated carbon (first carbon material) having an average particle diameter of 10 μm and a predetermined amount of furnace black (second carbon material) having an average particle diameter of 0.1 μm are rotated at a rotational speed of 122 rpm and a holding time of 6 hours in a ceramic pot. Mix under conditions. Thereafter, using a milling apparatus that uses balls as grinding media, 100 ceramic balls having a media diameter of 5 mm and 0.1 ml of methanol are added, and milling is performed under the condition of a rotational speed of 122 rpm. As the milling device, a table-top pot mill turntable (TYPE ANZ-50S) manufactured by Nippon Ceramics Co., Ltd. was used. By this milling, furnace black particles adhere to the activated carbon surface.
In this milling step, the blending ratio of activated carbon and furnace black and the milling time were variously changed as shown in Table 1. A milling time of 0 hr indicates that no milling is performed.

次に、富士電波工機株式会社製の放電プラズマ焼結装置(SPS−520S)を用いて、表1に記載の活性炭とファーネスブラックの配合割合とミリング時間を種々変化させた混合粉末の焼結を行い、厚み1mm、直径20mmの実施例1〜18の分極性電極を製造した。なお、前記焼結は、前記混合粉末0.5gをグラファイト製の型に充填し、焼結温度1373K、加圧力70MPa、保持時間300秒で行った。   Next, using a discharge plasma sintering apparatus (SPS-520S) manufactured by Fuji Electric Koki Co., Ltd., sintering of the mixed powder in which the mixing ratio and milling time of the activated carbon and furnace black listed in Table 1 were variously changed. The polarizable electrodes of Examples 1 to 18 having a thickness of 1 mm and a diameter of 20 mm were manufactured. The sintering was performed by filling 0.5 g of the mixed powder into a graphite mold, sintering temperature 1373 K, pressing force 70 MPa, and holding time 300 seconds.

次いで、製造した実施例1〜18の分極性電極の導電率(S・cm)を測定した。測定には、三菱化学株式会社製の抵抗率計ロレスタGP(MCP−T610)及び四探針プローブ(RMH110)を用いて、四探針法により測定した。なお、ロレスタは登録商標である。続いて、前記分極性電極のそれぞれに対してビーカーセルによる定電流充放電試験を行い、静電容量(F/g)を測定した。なお、静電容量は下記の式(1)で算出した。   Next, the electrical conductivity (S · cm) of the polarizable electrodes of Examples 1 to 18 produced was measured. The measurement was performed by a four-probe method using a resistivity meter Loresta GP (MCP-T610) and a four-probe probe (RMH110) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. Loresta is a registered trademark. Subsequently, a constant current charge / discharge test using a beaker cell was performed on each of the polarizable electrodes, and the capacitance (F / g) was measured. The capacitance was calculated by the following formula (1).

作用極には、分極性電極を用い、グラッシーカーボン上に前記分極性電極、セパレータの順に重ねて、アクリル板に挟んで固定したものを準備した。対極には、白金板を用い、参照極は水銀/硫酸水銀電極を使用した。電解液は比重1.285の希硫酸を用いた。
定電流充放電試験は、東陽テクニカ株式会社製solartron1286型を使用し、25℃の水槽中で行った。試験条件は、−1.2Vから−0.6Vの範囲で2サイクル行い、電流密度は50mA/gとした。
As the working electrode, a polarizable electrode was used, and the polarizable electrode and the separator were stacked on glassy carbon in this order and fixed by being sandwiched between acrylic plates. A platinum plate was used as the counter electrode, and a mercury / mercury sulfate electrode was used as the reference electrode. The electrolyte used was dilute sulfuric acid with a specific gravity of 1.285.
The constant current charge / discharge test was performed in a 25 ° C. water tank using a solartron 1286 type manufactured by Toyo Technica Corporation. The test conditions were 2 cycles in the range of -1.2 V to -0.6 V, and the current density was 50 mA / g.

(比較例)
平均粒径が10μmの活性炭(第1カーボン材料)50gと、平均粒径が0.1μmのファーネスブラック(第2カーボン材料)10gを乾式混合した後、バインダーとしてポリクロロプレン15g、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を130g、分散媒として水を40g用い、これらをミキサーで混合してスラリーを製造した。その後、このスラリーをアクリル板上に塗布し、乾燥温度60℃にて12時間乾燥させ、厚さ0.1mmの比較例19の分極性電極を製造した。導電率及び静電容量は実施例と同様の方法で算出した。
実施例1〜18及び比較例19の試験結果を表1に示す。
(Comparative example)
After dry mixing 50 g of activated carbon (first carbon material) with an average particle size of 10 μm and 10 g of furnace black (second carbon material) with an average particle size of 0.1 μm, 15 g of polychloroprene as a binder and carboxy as a thickener Using 130 g of methyl cellulose (CMC) and 40 g of water as a dispersion medium, these were mixed with a mixer to produce a slurry. Then, this slurry was apply | coated on the acrylic board, it was made to dry for 12 hours at the drying temperature of 60 degreeC, and the polarizable electrode of the comparative example 19 of thickness 0.1mm was manufactured. The conductivity and capacitance were calculated by the same method as in the example.
The test results of Examples 1 to 18 and Comparative Example 19 are shown in Table 1.

表1からも明らかな通り、比較例19に対してバインダー、増粘材を使用せず、放電プラズマ焼結装置により製造した実施例1〜18は著しい導電率の向上を示した。
これらの分極性電極の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、図1に一例として実施例5のSEM写真を示し、図2に比較例19のSEM写真を示す。図2に示すように、比較例の分極性電極では、活性炭とファーネスブラックがバインダーを介して付着していることが確認されたが、活性炭粒子表面がむき出しになっている箇所もあり、ファーネスブラックが均一に分散していないことが分かる。
As is apparent from Table 1, Examples 1 to 18 produced by a discharge plasma sintering apparatus without using a binder and a thickening material for Comparative Example 19 showed a significant improvement in conductivity.
Cross sections of these polarizable electrodes were observed with a scanning electron microscope (SEM). FIG. 1 shows an SEM photograph of Example 5 as an example, and FIG. 2 shows an SEM photograph of Comparative Example 19. As shown in FIG. 2, in the polarizable electrode of the comparative example, it was confirmed that the activated carbon and furnace black were adhered via a binder. However, there was a portion where the activated carbon particle surface was exposed. It can be seen that is not uniformly dispersed.

これに対し、図1に示す実施例の分極性電極では、活性炭粒子表面にファーネスブラックが直接、均一に付着していることが確認された。
また、メカニカルミリングの処理時間が長くなるにつれ、導電率が向上する傾向が見られた。これはミリングによりファーネスブラック(第2カーボン材料)が分散し、活性炭(第1カーボン材料)の表面に均一に付着したことや、ミリング時間の増加により活性炭が砕かれ、より密度が向上したためと考えられる。
On the other hand, in the polarizable electrode of the example shown in FIG. 1, it was confirmed that furnace black adhered directly and uniformly to the surface of the activated carbon particles.
Moreover, the tendency for electrical conductivity to improve was seen as the processing time of mechanical milling became long. This is thought to be because furnace black (second carbon material) was dispersed by milling and adhered uniformly to the surface of the activated carbon (first carbon material), or the activated carbon was crushed due to an increase in milling time, and the density was further improved. It is done.

但し、ミリング時間による導電率の向上は、12時間で頭打ちになり、13時間を越えると導電率が低下する傾向が見られた。これはミリングにより活性炭粒子が破壊され、付着したカーボン粒子が剥がれることで導電パスの形成が不十分になったためだと考えられる。なお、活性炭とファーネスブラックの混合割合については、ファーネスブラックの割合が少なくなるほど導電率は低下しているが、メカニカルミリングを行うことで導電率の改善が可能であることが分かった。   However, the improvement in the conductivity due to the milling time reached a peak at 12 hours, and the conductivity decreased after 13 hours. This is thought to be because the activated carbon particles were destroyed by milling, and the adhered carbon particles were peeled off, resulting in insufficient formation of conductive paths. In addition, about the mixing ratio of activated carbon and furnace black, although electrical conductivity fell, so that the ratio of furnace black became small, it turned out that electrical conductivity can be improved by performing mechanical milling.

また、活性炭とファーネスブラックの配合割合は、表1に示すように、1:1、5:1、20:1と変化させた場合でも、実施例の分極性電極は、いずれも高い導電率及び静電容量が得られた。また、表1に示すように、キャパシタ機能を有する活性炭の比率が高い程、高い静電容量が得られ、また、導電性に優れるファーネスブラックの比率が高い程、高い導電率が得られる傾向であった。従って、配合比率を調整することにより、得られる静電容量及び導電率を、ある程度、調整することが可能であった。
また、活性炭とファーネスブラックの混合割合については、ファーネスブラックの割合が少なくなるほど導電率は低下することになるが、メカニカルミリングを行うことで導電率の改善が可能であることが分かった。
Moreover, even when the blending ratio of activated carbon and furnace black is changed to 1: 1, 5: 1, and 20: 1 as shown in Table 1, the polarizable electrodes of the examples all have high conductivity and Capacitance was obtained. In addition, as shown in Table 1, the higher the ratio of activated carbon having a capacitor function, the higher the capacitance, and the higher the ratio of furnace black with excellent conductivity, the higher the conductivity. there were. Therefore, it was possible to adjust the capacitance and conductivity obtained to some extent by adjusting the blending ratio.
As for the mixing ratio of activated carbon and furnace black, the conductivity decreases as the ratio of furnace black decreases, but it has been found that the conductivity can be improved by performing mechanical milling.

なお、上記実施例では、第1カーボン材料の粒子と第2カーボン材料の粒子とを混合した後、メカノケミカル処理としてメカニカルミリングを行った例を示したが、メカニカルミリングに代えてメカノフュージョン、ハイブリダイゼーションを行った場合も、メカニカルミリングの場合と同様に、分極性電極の導電率の向上が確認できた。   In the above-described embodiment, an example in which mechanical milling was performed as a mechanochemical treatment after mixing the particles of the first carbon material and the particles of the second carbon material was shown. However, instead of mechanical milling, mechanofusion, high In the case of hybridization, the conductivity of the polarizable electrode was confirmed to be improved as in the case of mechanical milling.

また、上記実施例では、第1カーボンに活性炭を、第2カーボンにファーネスブラックを選択し、これらを混合する例を示したが、第2カーボンのファーネスブラックに代えて、他のカーボンブラック、グラファイト、グラッシーカーボン、カーボンナノワイヤー、カーボンナノチューブ又はカーボンホイスカーを混合した場合も、ファーネスブラックの場合と同様に、分極性電極の導電率の向上が確認できた。   In the above embodiment, activated carbon is selected as the first carbon, furnace black is selected as the second carbon, and these are mixed. However, instead of the furnace black of the second carbon, other carbon black, graphite When glassy carbon, carbon nanowires, carbon nanotubes, or carbon whiskers were mixed, improvement in the conductivity of the polarizable electrode was confirmed as in the case of furnace black.

以上説明したように、本実施の形態では、キャパシタ機能を有する第1カーボン材料の粒子と、第1カーボン材料と同等以上の導電性を有するとともに、第1カーボン材料よりも微細な第2カーボン材料の粒子とを混合した後、放電プラズマ焼結法により一体化させて分極性電極を製造したため、導電性の低いバインダーを用いずに分極性電極の製造が可能となり、その結果、優れた導電率を示す分極性電極を得ることができる。これにより、急速充電特性や大電流放電特性に優れた電気二重層コンデンサを提供することが可能になる。
また、第2カーボン材料の粒子を、第1カーボン材料の粒子よりも微細としたため、第1カーボン材料の表面に第2カーボン材料を付着させ易くなる。なお、付着可能であれば、第2カーボン材料が第1カーボン材料よりも微細でなくても良い。
As described above, in the present embodiment, the first carbon material particles having a capacitor function and the second carbon material having conductivity equal to or higher than that of the first carbon material and finer than the first carbon material. Since the polarizable electrode was manufactured by mixing by the discharge plasma sintering method after mixing with the particles, it became possible to manufacture the polarizable electrode without using a low-conductivity binder. Can be obtained. As a result, it is possible to provide an electric double layer capacitor excellent in quick charge characteristics and large current discharge characteristics.
Further, since the second carbon material particles are made finer than the first carbon material particles, the second carbon material can be easily adhered to the surface of the first carbon material. Note that the second carbon material may not be finer than the first carbon material as long as adhesion is possible.

また、第1カーボン材料の粒子と第2カーボン材料の粒子とを混合した後、更にメカニカルミリング、メカノフュージョン、ハイブリダイゼーションから選ばれる一つ以上のメカノケミカル処理を行うため、第1カーボン材料と第2カーボン材料とを付着させ易くなり、更なる導電率の向上が見込める。
また、メカノケミカル処理を行う場合の処理時間を、第1カーボン材料の粒子と第2カーボンの粒子とを付着させ、且つ、いずれか一方のカーボン材料の破壊によるカーボン材料同士の剥がれを抑える時間範囲である1時間以上、12時間以下にしたため、第1及び第2カーボン材料を付着させるとともに破壊を抑えた状態にでき、導電率の更なる向上に有利である。この場合、特に第1カーボン材料の破壊を抑えることにより静電容量を確保し易くなる。
In addition, after the particles of the first carbon material and the particles of the second carbon material are mixed, one or more mechanochemical treatments selected from mechanical milling, mechanofusion, and hybridization are further performed. It becomes easy to adhere 2 carbon materials, and further improvement in electrical conductivity can be expected.
In addition, the processing time when performing the mechanochemical treatment is a time range in which the particles of the first carbon material and the particles of the second carbon are adhered and the separation of the carbon materials due to the destruction of one of the carbon materials is suppressed. Therefore, the first and second carbon materials can be attached and the destruction can be suppressed, which is advantageous for further improving the conductivity. In this case, it becomes easy to secure the capacitance by suppressing the destruction of the first carbon material.

また、第1カーボン材料には、活性炭又は第2カーボン材料と同材料を用い、第2カーボン材料には、カーボンブラック、グラファイト、グラッシーカーボン、カーボンナノワイヤー、カーボンナノチューブ、カーボンホイスカー又はグラファイトウィスカーを用いるので、広く普及する材料を用いて良好な導電率を有する分極性電極を得ることができる。   The first carbon material is the same as the activated carbon or the second carbon material, and the second carbon material is carbon black, graphite, glassy carbon, carbon nanowire, carbon nanotube, carbon whisker, or graphite whisker. Therefore, it is possible to obtain a polarizable electrode having a good conductivity by using a widely spread material.

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。例えば、メカノケミカル処理として行うメカニカルミリング、メカノフュージョン、ハイブリダイゼーションについては、上記実施例で記載したものに限らない。例えば、メカニカルミリングの回転数などの条件を変更しても良いし、セラミックボールに代えて、アルミナボールを使用しても良い。
また、放電プラズマ焼結の条件も変更可能である。例えば、上述の実施例では、放電プラズマ焼結の焼結温度を1373Kとしたが、発明者らは1873Kとした場合にも優れた導電率を得られることを確認している。
The above-described embodiment is merely an aspect of the present invention, and can be arbitrarily modified and applied without departing from the gist of the present invention. For example, mechanical milling, mechanofusion, and hybridization performed as mechanochemical treatment are not limited to those described in the above examples. For example, conditions such as the rotational speed of mechanical milling may be changed, or alumina balls may be used instead of ceramic balls.
Further, the conditions for the discharge plasma sintering can be changed. For example, in the above-described embodiment, the sintering temperature of the discharge plasma sintering is 1373K, but the inventors have confirmed that excellent conductivity can be obtained even when the sintering temperature is 1873K.

Claims (2)

静電容量及び/又は疑似静電容量を有する第1カーボン材料の粒子と、導電性を有する第2カーボン材料の粒子とを混合した後、更にメカニカルミリング、メカノフュージョン、ハイブリダイゼーションから選ばれる一つ以上のメカノケミカル処理を行った後、放電プラズマ焼結により一体化させて、カーボン粒子相互の結着のためのバインダー及び水溶性高分子と可塑剤からなるバインダーを含む導電性の低いバインダーを用いずに製造されることを特徴とする分極性電極の製造方法。 One selected from mechanical milling, mechanofusion, and hybridization after mixing particles of the first carbon material having electrostatic capacity and / or pseudo-capacitance and particles of the second carbon material having conductivity. After performing the above mechanochemical treatment, use a binder with low conductivity, including a binder for binding carbon particles and a binder composed of a water-soluble polymer and a plasticizer, integrated by discharge plasma sintering. A method for producing a polarizable electrode, comprising: 前記第1カーボン材料は、活性炭又は前記第2カーボン材料と同材料であり、前記第2カーボン材料は、カーボンブラック、グラファイト、グラッシーカーボン、カーボンナノワイヤー、カーボンナノチューブ、カーボンホイスカー又はグラファイトウィスカーであることを特徴とする請求項1に記載の分極性電極の製造方法。The first carbon material is activated carbon or the same material as the second carbon material, and the second carbon material is carbon black, graphite, glassy carbon, carbon nanowire, carbon nanotube, carbon whisker or graphite whisker. The method for producing a polarizable electrode according to claim 1.
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