CN103380515A - 电化学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种容易制造并且具有优异特性的电化学装置。该电化学装置包括：第一电极，其包括具有连通的孔的铝多孔体和填充到所述铝多孔体的所述孔中的活性材料；隔板；以及第二电极，所述第一电极、所述隔板和所述第二电极是层叠的，其中，多个电极体层叠而没有被卷绕，所述多个电极体中的每一个均包括所述第一电极、所述隔板和所述第二电极。

Description

电化学装置
技术领域
本发明涉及一种包括铝多孔体的电化学装置，特别是涉及其电极结构。术语“电化学装置”是指锂电池（例如锂二次电池）和具有非水电解质的电容器（以下简称为“电容器”）、具有非水电解质的锂离子电容器（以下简称为“锂离子电容器”）等。
背景技术
近年来，对用于便携式信息终端、以及电动车辆和家用蓄电装置的电化学装置（例如锂电池、电容器和锂离子电容器）进行了积极地研究。电化学装置包括第一电极、第二电极和电解质。锂二次电池包括充当第一电极的正极、充当第二电极的负极、以及电解质，并且通过在正极和负极之间传输锂离子来进行其充放电。
此外，电容器和锂离子电容器的每一个都包括第一电极、第二电极和电解质，并且通过第一电极和第二电极处的锂离子的吸附/脱附来进行其充放电。在为锂离子电容器的情况下，第一电极相当于正极，并且第二电极相当于负极。
通常，第一电极或第二电极包括集电体和混合物。
作为正极（第一电极）的集电体，已知使用了铝箔，并且还已知使用了由具有三维排列的孔的铝所构成的多孔金属体。作为由铝构成的多孔金属体，已知有通过使铝发泡而制成的铝泡沫。例如，专利文献1公开了一种制备铝泡沫的方法，其中，将发泡剂和增稠剂添加到熔融状态的铝金属中，然后进行搅拌。由于制备方法的原因，所制得的铝泡沫具有许多封闭的小室（闭孔）。
作为多孔金属体，广泛已知的是具有连通的孔和高孔隙率（90%以上）的镍多孔体。该镍多孔体是通过以下方式制备的：在具有连通的孔的发泡树脂（如聚氨酯泡沫）的骨架的表面上形成镍层，然后将发泡树脂热分解，并且进一步对镍进行还原处理。但有一个问题被指出，即，当作为正极（第一电极）集电体的镍多孔体的电势在有机电解液中变高（noble）时，该镍多孔体的耐电解液性变差。相比之下，在构成多孔体的材料为铝的情况下，不会导致这样的问题。
因此，还开发了一种应用了制备镍多孔体的方法的制备铝多孔体的方法。例如，专利文献2公开了这种方法。即，公开了“一种制造金属多孔体的方法，其中，使用镀覆法或气相法（例如气相沉积、溅射或CVD），在具有三维网状结构的发泡树脂的骨架上形成能够在不高于Al的熔点的温度下形成共晶合金的金属的覆膜，然后将带有覆膜的发泡树脂用含有Al粉、粘结剂和有机溶剂作为主要成分的糊状物浸渍并涂覆，并在非氧化气氛中、在550℃至750℃的温度下进行热处理”。
引用列表
专利文献
[专利文献1]日本未审查专利申请公开No.2002-371327
[专利文献2]日本未审查专利申请公开No.8-170126
发明内容
技术问题
为了提高电池的容量，需要尽可能多地增加正极活性材料的量。在目前的以铝箔作为集电体的电极中，可以想到的是在箔的表面上以大的厚度涂布活性材料，以提高活性材料的量。然而，能够获得的涂布厚度被限制为约100μm。此外，即使能够形成具有厚度大的活性材料的电极，由于活性材料和集电体之间的距离增大，因此电池性能的许多方面被牺牲。
锂电池具有这样的结构：其中，将包括由涂布有活性材料的铝箔构成的正极、隔板、以及由涂布有活性材料的铜箔构成的负极的层叠体卷绕成圆筒形，直接使用该圆筒形，或进一步使其扁平化，从而增大电极面积。如上所述，以铝箔为集电体的电极较薄，并且为了获得足够的容量，需要增加匝数，这导致了几米的长度。此外，由于活性材料伴随着充放电而发生体积变化，因此存在以下可能性：以高密度卷绕的电极可能由于不能吸收该体积变化而断裂。作为所述卷绕电极的替代，也可想到多个扁平电极层叠的结构。然而，层叠的电极数非常大，由于制造困难等而并不实用。
电容器具有这样的结构：其中，将包括均由涂布有活性材料的铝箔构成的第一电极和第二电极、以及隔板的层叠体卷绕成圆筒形，直接使用该圆筒形，或进一步使其扁平化，从而增大电极面积。如上所述，以铝箔为集电体的电极较薄，并且为了获得足够的容量，需要增加匝数，这导致了几米的长度。作为所述卷绕电极的替代，也可想到多个扁平电极层叠的结构。然而，层叠的电极数非常大，由于制造困难等而并不实用。
锂离子电容器具有这样的结构：其中，将包括由涂布有活性材料的铝箔构成的正极、隔板、以及由涂布有活性材料的铜箔构成的负极的层叠体卷绕成圆筒形，直接使用该圆筒形，或进一步使其扁平化，从而增大电极面积。如上所述，以铝箔为集电体的电极较薄，并且为了获得足够的容量，需要增加匝数，这导致了几米的长度。作为所述卷绕电极的替代，也可想到多个扁平电极层叠的结构。然而，层叠的电极数非常大，由于制造困难等而并不实用。
因此，对使用铝多孔体代替铝箔的方案进行了研究。但是，问题是，目前的铝多孔体不适合用作非水电解质电池用电极的集电体。也就是说，作为铝多孔体之一的铝泡沫由于其制备方法的原因而具有闭孔，并且即使通过发泡增加了表面积，也不是所有的表面都能有效利用。关于通过应用了制备镍多孔体方法的方法而制备的铝多孔体，除铝之外，无法避免地含有与铝形成共晶合金的金属，这是个问题。
考虑到上述问题而做出了本发明。本发明的目的是提供一种电化学装置，通过在电化学装置用电极中使用铝多孔体、并且通过使用铝多孔体作为集电体来形成厚的电极并进行层叠，使得该电化学装置容易制造，并且具有优异的特性。
解决问题的方法
本申请的发明人努力地开发出一种具有三维网状结构的铝结构体，其可以广泛地用于锂电池等电化学装置。制备铝结构体的方法包括：赋予具有三维网状结构的聚氨酯、蜜胺树脂等片状泡沫的表面以导电性；在其表面进行镀铝；然后除去聚氨酯或蜜胺树脂。
根据本发明的一个方面，电化学装置包括：第一电极，其包括具有连通的孔的铝多孔体和填充到所述铝多孔体的孔中的活性材料；隔板；以及第二电极，第一电极、隔板和第二电极是层叠的，其中，多个电极体层叠而没有被卷绕，所述多个电极体中的每一个均包括第一电极、隔板和第二电极。
所述第一电极、所述隔板和所述第二电极在平面图上均为矩形。此外，所述第一电极或第二电极以被隔板包围的方式而构造。术语“矩形”表示基本上为方形（正方形或长方形）的形状。
以此方式，通过使用具有连通的孔的铝多孔体来替代目前的铝箔作为集电体，可使大量活性材料保持在多孔体上，并且可在保持活性材料和集电体之间的短距离的同时形成厚电极。结果可以提高电极容量（即表面容量密度）。此外，由于能够增加厚度，因此可制备在整个电化学装置中的层叠数较少而与目前的电池具有相同容量的电池，能够减少昂贵的隔板和电极用集电体的数目，并且可降低接头片（tab）的数目和使用量以及进行焊接的次数，从而使制造成本大幅度降低。
此外，与长电极卷绕的结构相比，通过使用层叠的结构，电极大小可以自由设计，并且可以容易地吸收在厚度方向和平面方向上的活性材料的体积变化。该结构的简化容许结构设计上的自由度更大，例如可采用各种类型的散热设计。此外，由于层叠数较少，电化学装置控制系统（如缺陷部分的检测和分离）可以简化。特别是通过使电极在平面图上形成矩形（即方形），能够以高密度设置电极。此外，在这样的层叠结构中，当发生故障时，可通过仅移除缺陷部分的电极而使用或再利用其他正常部分，这也是有益的。
在将活性材料填充到具有连通的孔的铝多孔体的孔中之后，优选在厚度方向上对第一电极进行压缩。在这种情况下，在利用了上述优点的同时，也有助于电极厚度控制，从而有助于整体的厚度降低。
根据本发明的另一个方面，电化学装置包括：第一电极，其包括铝结构体和活性材料，所述铝结构体具有铝箔和设置在铝箔的表面上的由铝构成的三维结构体，所述活性材料填充到铝结构体的三维结构中；隔板；以及第二电极，第一电极、隔板和第二电极是层叠的，其中，多个电极体层叠而不卷绕，所述多个电极体中的每一个均包括第一电极、隔板和第二电极。
在电化学装置中，由铝构成的三维结构体可以为具有连通的孔的铝多孔体。
在该新的集电体结构中，在维持面内集电性的同时，能够提高每单位体积的活性材料的填充量。此外，可通过缩短集电距离来实现输出性能的提高。即，体积能量密度得到提高，并且输出性能得到提高。此外，由于铝箔仅设置在一个表面上，因此，即使采用卷绕结构时，也可以容易地进行卷绕，这是有益的。当然，在不进行卷绕的层叠型结构的情况下，同样能够获得上述优点。
根据本发明的另一个方面，锂二次电池包括：负极，其包括具有连通的孔的铝多孔体和填充到铝多孔体的孔中的活性材料；隔板；以及正极，负极、隔板和正极是层叠的。
由于使用了铝作为负极用集电体，因此以锂电势为基准当负极的电势变为一定值以下时，铝由于与锂形成合金而变脆，导致破损。通过有意使用这样的结构，集电体破损，并且电流停止流动。即，负极的集电体作用为安全装置。此外，相比于使用铜作为负极的集电体的情况，实现了重量的减轻。
在锂二次电池中，优选负极不含碳。通过使负极不含有碳，可以抑制由碳引起的电解液分解。
本发明的电化学装置可为锂二次电池，其中，第一电极为正极，并且第二电极为负极。
在锂二次电池中，优选负极不含碳。通过使负极不含有碳，可以抑制由碳引起的电解液分解。
此外，在目前的锂二次电池中，例如，控制每个电池单元（cell）的温度和电压，并且通过使用保险丝等防止异常高的电流流动。此外，在一些情况下，由树脂制成的多孔膜可用作隔板，并且当发热时，所述孔熔融从而妨碍离子导电。此外，可用陶瓷涂布电极的表面，以减少电解液的反应。这样的结构存在如下问题：每个电池单元的外部控制导致成本高，并且难以保证理论安全性。根据本发明的这一方面，该问题能够得到解决。
本发明的电化学装置可为电容器。通过使用铝多孔体作为集电体，使集电体的表面积增大，并且与作为活性材料的活性炭的接触面积增大。因此，可以获得能够提高输出和容量的电容器。此外，由于能够增大厚度，可制备在整个电容器中的层叠数较少而与目前的电池具有相同容量的电池，并且能够减少昂贵的隔板和电极用集电体的使用量，从而使制造成本大幅度降低。
本发明的电化学装置可为锂离子电容器。通过使用铝多孔体作为集电体，使集电体的表面积增大，并且即使薄薄地涂布作为活性材料的活性炭，也可以获得能够提高了输出和容量的锂离子电容器。此外，在正极和负极中控制每单位面积的容量密度的平衡也变得可能，结果能够提高整个装置的容量密度。
发明的有益效果
根据本发明，当将铝多孔体用于电池用电极时，通过使用铝多孔体作为集电体来形成厚的电极并进行层叠，可以提供容易制造且具有优异特性的电化学装置。
附图简要说明
图1为示出了根据本发明的铝结构体的制造工序的流程图。
图2(a)至2(d)为示出了根据本发明的铝结构体的制造工序的截面示意图。
图3为示出了将根据本发明的铝多孔体用于锂电池中的结构例子的示意图。
图4为示出了将根据本发明的铝多孔体用于电容器中的结构例子的示意图。
图5为示出了将根据本发明的铝多孔体用于锂离子电容器中的结构例子的示意图。
图6为示出了将根据本发明的铝多孔体用于熔融盐电池中的结构例子的截面示意图。
图7为示出了根据实施例的铝多孔体的SEM照片。
图8为示出了在锂二次电池中的电极的层叠状态作为本发明的一个例子的截面示意图。
图9为示出了根据本发明的铝结构体的例子的截面示意图，该铝结构体包括设置在铝箔表面上的由铝构成的三维结构体。
具体实施方式
下面将对本发明的实施方案进行说明，其中，将适当参照附图，以作为金属多孔体的具体例子的铝多孔体的制造工序作为代表性例子进行说明。作为铝多孔体，具体示出了具有三维网状结构的铝结构体，其具有与镍Celmet（Celmet为注册商标）相同的骨架结构。在所参考的附图中，相同的参考数字表示相同或相应的部分。本发明的范围旨在由所附权利要求书而不是这些实施方案来限定，并且包括等同于权利要求的含义和范围之内的所有变形。
（铝多孔体）
（铝结构体的制造工序）
图1为示出了铝结构体的制造工序的流程图。图2(a)至2(d)对应于该流程图，并且示意性示出了如何使用树脂成形体作为芯材来制造该铝结构体。参照图1和图2(a)至2(d)对制造工序的整个流程进行说明。首先，进行基体树脂成形体的制备（101）。图2(a)为示出了具有连通的孔的发泡树脂成形体（作为基体树脂成形体的一个例子）的表面部分的放大示意图。发泡树脂成形体1作为骨架并且里面具有孔。接下来，进行树脂成形体表面的导电性赋予（102）。因此如图2(b)所示，在树脂成形体1的表面上形成了薄的由导电材料制成的导电层2。随后进行在熔融盐中的镀铝（103），以在具有导电层的树脂成形体的表面上形成铝镀层3（参考图2(c)）。这样，就得到了包含作为基材的基体树脂成形体和在其表面上形成的铝镀层3的铝结构体。然后，可以进行基体树脂成形体的除去（104）。通过分解等除去发泡树脂成形体1，由此能够得到只留有金属层的铝结构体（多孔体）（参照图2(d)）。下面将顺次描述各个步骤。
（多孔树脂成形体的制备）
制备具有三维网状结构并具有连通的孔的多孔树脂成形体。可以选择任意树脂作为多孔树脂成形体的材料。例如，可以使用聚氨酯、蜜胺树脂、聚丙烯、聚乙烯等的发泡树脂成形体。尽管表示为发泡树脂成形体，但可选择具有任意形状的树脂成形体，只要该树脂成形体具有彼此相连的孔（连通孔）即可。例如，可以使用其中树脂纤维彼此缠绕的无纺布状体来替代发泡树脂成形体。优选的是，树脂发泡成形体的孔隙率为80%至98%、并且小室直径为50μm至500μm。聚氨酯泡沫和发泡蜜胺树脂均具有高孔隙率、高的孔的连通性和优异的热分解性，因此可以适合用作树脂发泡成形体。从孔的均匀性和易获得性等方面考虑，优选聚氨酯泡沫，并且从能够得到小室直径小的发泡树脂成形体的角度考虑，优选发泡蜜胺树脂。
很多情况下，发泡树脂成形体具有在泡沫制备过程中的发泡剂和未反应的单体等残留物，为了后续步骤，优选对树脂成形体进行洗涤处理。例如在聚氨酯泡沫的情况下，树脂成形体构成了三维网作为骨架，因此在整体上形成了连通的孔。在与聚氨酯泡沫的骨架的延伸方向垂直的截面中，聚氨酯泡沫的骨架基本上为三角形。孔隙率由以下等式定义：
孔隙率=(1-(多孔材料的重量[g]/(多孔材料的体积[cm3]×材料密度)))×100[%]
另外，小室直径由以下方法确定：通过显微照相机等获得树脂成形体的放大表面，计算每英寸（25.4mm）的孔数作为小室数目，然后通过以下等式得到平均值：平均小室直径=25.4mm/小室数。
（向树脂成形体的表面赋予导电性）
为了进行电镀，预先对多孔树脂的表面进行导电性赋予处理。对处理没有特别的限定，只要它能在多孔树脂的表面上提供具有导电性的层即可，可以选择任何方法，例如镍等导电性金属的无电镀、铝等的气相沉积或溅射、以及含有碳等导电性颗粒的导电性涂料的涂布。作为导电性赋予处理的例子，下面将描述通过铝的溅射来赋予导电性的方法、和使用碳的导电性颗粒来赋予多孔树脂表面以导电性的方法。
铝的溅射
对使用铝的溅射没有特别的限定，只要以铝作为靶即可，并且可以以常规方法进行。例如，在将多孔树脂固定在基板支架上之后，通过在引入惰性气体的同时在支架和靶（铝）之间施加DC电压，使得电离的惰性气体撞击铝，并使得溅射的铝颗粒沉积于多孔树脂的表面上，以形成铝的溅射膜。溅射可以在多孔树脂未发生熔融的温度下进行，具体而言，在约100℃至200℃的温度下进行，并且优选在约120℃至180℃的温度下进行。
碳涂布
制备作为导电性涂料的碳涂料。作为导电性涂料的悬浊液优选含有碳颗粒、粘结剂、分散剂和分散介质。为了均匀地涂布碳颗粒，该悬浊液需要保持均匀悬浮状态。因此，悬浊液优选保持在20℃至40℃的温度下。其原因为，当悬浊液的温度低于20℃时，就会丧失均匀悬浮状态，以仅粘结剂聚集在构成多孔树脂成形体的网状结构的骨架表面上的方式形成层。在这种情况下，涂布的碳颗粒层容易剥离，并且难以形成牢固附着的金属镀层。另一方面，当悬浊液的温度超过40℃时，分散剂的蒸发量大，随着涂布处理时间的延长，悬浊液浓缩，并且碳的涂布量易于发生变化。此外，碳颗粒的粒径为0.01至5μm，并且优选为0.01至0.5μm。当粒径大时，颗粒可能会阻塞多孔树脂成形体的孔或妨碍平滑镀覆。当粒径过小时，难以保证充分的导电性。
将碳颗粒涂布到多孔树脂成形体可通过如下方式进行：将目标树脂成形体浸渍在悬浮液中，然后进行挤压和干燥。例如，在实际制造工序中，将长片形式的具有三维网状结构的带状树脂连续地从供料鼓轮（supply robbin）拉出，并浸入槽中的悬浊液中。用挤压辊挤压该浸在悬浊液中的带状树脂，将多余的悬浊液挤出。然后，通过利用热风喷嘴等对带状树脂进行热风喷射以除去悬浊液中的分散介质等。在带状树脂完全干燥后，通过卷取鼓轮卷取。热风的温度可在40℃至80℃的范围内。通过使用这种装置，能够自动且连续地进行导电性赋予处理，并且可以形成具有无堵塞的网状结构且带有均匀导电层的骨架。从而后续的金属镀覆步骤可以顺利地进行。
（铝层的形成：熔融盐镀覆）
接下来，在熔融盐中进行电镀，以在树脂成形体的表面上形成铝镀层。通过在熔融盐浴中进行镀铝，尤其可以在具有三维网状结构的树脂成形体之类的复杂骨架结构的表面上均匀地形成厚的铝层。将表面已被赋予导电性的树脂成形体用作阴极，并将纯度为99.0%的铝用作阳极，在熔融盐中施加DC电流。作为熔融盐，可以使用作为有机卤化物和卤化铝的共晶盐的有机熔融盐，或者是作为碱金属卤化物和卤化铝的共晶盐的无机熔融盐。当使用在相对低的温度下熔融的有机熔融盐浴时，作为基材的树脂成形体可以在不分解的情况下被镀覆，因而是优选的。作为有机卤化物，可以使用咪唑鎓盐或吡啶鎓盐等。具体而言，优选1-乙基-3-甲基氯化咪唑鎓（EMIC）和丁基氯化吡啶鎓（BPC）。当水或氧混入熔融盐中时，熔融盐劣化。因此优选在诸如氮或氩等惰性气体气氛下且在密封环境中进行镀覆。
作为熔融盐浴，优选使用含有氮的熔融盐浴，特别优选使用咪唑鎓盐浴。当使用在高温下熔融的盐作为熔融盐的情况下，树脂在熔融盐中的溶解或分解比镀层的生长要快，因此不能在树脂成形体的表面上形成镀层。可以使用即使在相对低的温度下也不影响树脂的咪唑鎓盐浴。作为咪唑鎓盐，优选使用含有在1和3位具有烷基的咪唑鎓阳离子的盐。特别是，最优选使用氯化铝+1-乙基-3-甲基氯化咪唑鎓（AlCl3+EMIC）熔融盐，因为它具有高稳定性并且难以分解。可以镀覆至聚氨酯泡沫、发泡蜜胺树脂等上，并且熔融盐浴的温度为10℃至65℃，优选为25℃至60℃。随着温度下降，能够进行镀覆的电流密度范围变窄，并且变得难以在多孔树脂成形体的整个表面上进行镀覆。在超过65℃的高温下，可能会出现基体树脂变形的问题。
关于在金属表面上的熔融盐镀铝，为了提高镀覆表面的平滑性，已经报道了在AlCl3-EMIC中加入添加剂，例如二甲苯、苯、甲苯或1,10-菲咯啉等。本发明人发现，特别是在对具有三维网状结构的多孔树脂成形体进行镀铝时，添加1,10-菲咯啉对于铝结构体的形成有特别的效果。也就是说，第一特征为镀膜的光滑性得以提高，并且构成多孔体的铝骨架难以断裂；以及第二特征为可以进行使多孔体的表面部分和内部之间的镀覆厚度差异小的均匀镀覆。
由于这两个特征，即，难以断裂、以及内部和外部的镀覆厚度均匀的特性，在对所完成的铝多孔体进行压制等的情况下，整个骨架难以断裂，并且可以获得被均匀压制的多孔体。当铝多孔体用作电池等的电极材料时，用电极活性材料填充电极，并且通过压制而增加了密度。在活性材料填充工序中以及在压制期间，骨架容易断裂。因此，根据本实施方案的铝结构体在这样的应用中是高度有利的。
由于上述原因，优选将有机溶剂加入到熔融盐浴中，特别优选使用1,10-菲咯啉。加入到镀浴中的有机溶剂的量优选为0.2g/L至7g/L。在0.2g/L以下时，所得的镀层的平滑性差且易碎，并且难以获得减少表层和内部之间的厚度差的效果。在7g/L以上时，镀覆效率降低，并且难以获得预定的镀覆厚度。
也可以在树脂不溶解等的范围内使用无机盐浴作为熔融盐。无机盐浴代表性的是AlCl3-XCl（X：碱金属）二元盐体系或多组分盐体系。在这种无机盐浴中，尽管熔融温度通常比有机盐浴（例如咪唑鎓盐浴）高，但是环境条件例如水分和氧气较少被限制，并且通常能够低成本地实施。在树脂为发泡蜜胺树脂的情况下，可以在比聚氨酯泡沫高的温度下使用，并且使用60℃至150℃的无机盐浴。
通过上述步骤，可以获得包含树脂成形体作为骨架芯部的铝结构体。该铝结构体可以根据其预期用途（例如各种过滤器和催化剂载体）而用作树脂-金属复合物。当由于使用环境的限制等而将铝结构体用作不含有树脂的金属多孔体时，则要除去树脂。在本发明中，为了防止铝的氧化，树脂是通过下面将要描述的在熔融盐中分解而被除去的。
（树脂的除去：使用熔融盐处理）
在熔融盐中的分解通过下述方法进行。将表面上带有铝镀层的树脂成形体浸入熔融盐中，然后在对铝层施加负电势（比铝的标准电极电势低的电势）时进行加热以除去多孔树脂成形体。当在结构体浸入熔融盐中的状态下施加负电势时，可以在铝不被氧化的情况下分解多孔树脂成形体。加热温度可根据多孔树脂成形体的类型适当地选择。当树脂成形体由聚氨酯构成时，在大约380℃时发生分解，因此需要将熔融盐浴的温度设置为380℃以上。但是，需要在铝的熔点（660℃）以下的温度下进行处理，以不使铝熔融。优选的温度范围是500℃至600℃。施加的负电势的量相对于铝的还原电势位于负侧，并且相对于熔融盐中阳离子的还原电势位于正侧。通过这样的方法，可获得具有连通的孔、表面上具有薄的氧化物层并且氧含量低的铝多孔体。
用于树脂分解的熔融盐可以为碱金属或碱土金属的卤化物盐，从而使铝电极电势变低。特别优选的是，熔融盐含有选自由氯化锂（LiCl）、氯化钾（KCl）和氯化钠（NaCl）构成的组中的一种或多种盐。通过这样的方法，可以获得具有连通的孔、表面上具有薄的氧化物层且氧含量低的铝多孔体。
（电池用电极的形成）
将多个这样获得的铝多孔体层叠，以形成电池用电极的集电体。从活性材料可以容易地填充到内部、以及填充能够与多孔体的制造连续进行的角度考虑，优选在将活性材料填充入铝多孔体之后进行铝多孔体的层叠。也可以在实施了层叠之后进行填充。在这种情况下，可以很容易获得多孔体之间的电导及机械连接，这是有利的。进行层叠的多孔体的数目可根据期望的电池容量任意地进行设计，从而可根据层叠的容易程度和整个电池的结构设计来进行选择。
此外，在将活性材料填充到多孔体中后或者在多孔体进行层叠之后，可以在多孔体片材的厚度方向对多孔体进行压缩成形。因此，能够增加填充密度，并且由于活性材料和集电体之间的距离缩短，从而能够提高电池性能。
（锂电池（包括锂二次电池、锂离子二次电池等））
下面将对包含铝多孔体的电池用电极材料和电池进行说明。例如，在铝多孔体用作锂电池的正极的情况下，钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、锂镍氧化物（LiNiO2）等被用作活性材料。该活性材料与导电助剂和粘结剂组合使用。在目前的锂电池用正极材料中，将表面上涂布有活性材料的铝箔用作电极。虽然与镍氢电池或电容器相比，锂电池具有高的容量，但是在汽车用途等中，需要进一步提高容量。为了提高每单位面积的电池容量，增加了活性材料的涂布厚度。此外，为了有效地利用活性材料，需要使构成集电体的铝箔和活性材料彼此电接触。因此，将活性材料与导电助剂混合使用。相比之下，本发明的铝多孔体的孔隙率高，且每单位面积的表面积大。因此，由于集电体和活性材料之间的接触面积增加，活性材料能够得到有效利用，并且电池容量能够得到提高。此外，能够减少导电助剂的混合量。在锂电池中，上述的正极材料用于正极。对于负极，将铜或镍的箔、冲压金属、多孔体等用作集电体，并且将石墨、钛酸锂（Li4Ti5O12）、包含Sn或Si等的合金体系、锂金属等用作负极活性材料。负极活性材料也与导电助剂和粘结剂混合使用。
在这种锂电池中，即使其电极面积小，其容量也可以增加，因而与目前的含有铝箔的锂离子二次电池相比，可以提高电池的能量密度。此外，虽然描述了主要针对二次电池的有益效果，但是，在一次电池中也能获得在二次电池中的有益效果，即当将活性材料填充到铝多孔体中时接触面积增加的有益效果，从而可以提高容量。
（锂电池的结构）
非水电解液或固体电解质可用作锂电池中的电解质。图3为使用了固体电解质的全固态锂电池的纵向截面图。全固态锂电池60包括正极61、负极62以及设置于两个电极之间的固体电解质层（SE层）63。正极61包括正极层（正极体）64和正极集电体65，并且负极62包括负极层66和负极集电体67。作为电解质，除了固体电解质，也可以使用下述的非水电解液。在这种情况下，在两个电极之间设置有隔板（多孔聚合物膜、无纺布或纸等），并使非水电解液浸入到两个电极和隔板中。
（填充于铝多孔体中的活性材料）
当铝多孔体用于锂电池的正极时，可将锂能够插入或者从中除去的材料用作活性材料。通过将这样的活性材料填充到铝多孔体中，能够得到适合于锂电池的电极。可以使用的正极活性材料的例子包括钴酸锂（LiCoO2）、镍酸锂（LiNiO2）、锂镍钴氧化物（LiCo0.3Ni0.7O2）、锰酸锂（LiMn2O4）、钛酸锂（Li4Ti5O12）、锰酸锂化合物（LiMyMn2-yO4，M=Cr、Co、Ni）、含锂氧化物等。活性材料与导电助剂和粘结剂组合使用。该例子也包括过渡金属氧化物，如已知的磷酸铁锂及其化合物（LiFePO4、LiFe0.5Mn0.5PO4）等橄榄石型化合物。此外，这些材料中所含的部分过渡金属元素可被其他过渡金属元素取代。
正极活性材料的其他例子包括：以TiS2、V2S3、FeS、FeS2或LiMSx（M为诸如Mo、Ti、Cu、Ni或Fe等过渡金属元素、或者Sb、Sn或Pb）等硫化物型硫族化合物、或者TiO2、Cr3O8、V2O5或MnO2等金属氧化物作为骨架的锂金属。上述的钛酸锂（Li4Ti5O12）也可用作负极活性材料。
（用于锂电池的电解液）
非水电解液用于极性非质子有机溶剂中，具体使用了碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸亚丙酯、γ-丁内酯或环丁砜等。作为支持盐，使用了四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、酰亚胺盐等。期望作为电解质的支持盐的浓度尽可能的高。但是，由于存在溶解限度，支持盐的浓度一般设为约1mol/L。
（填充入铝多孔体中的固体电解质）
除了活性材料以外，还可以将固体电解质填充到铝多孔体中。通过将活性材料和固体电解质填充到铝多孔体中，可以得到适用于全固态锂二次电池的电极。但是，从确保放电容量的观点考虑，该活性材料在填充到铝多孔体中的材料总量中的百分数优选为50质量%以上，并且更优选为70质量%以上。
优选使用锂离子传导性高的硫化物型固体电解质作为所述固体电解质。作为这种硫化物型固体电解质，例如可以使用含有锂、磷和硫的硫化物型固体电解质。该硫化物型固体电解质还可以含有O、Al、B、Si、Ge等元素。
硫化物型固体电解质可以通过已知方法获得。例如，制备硫化锂（Li2S）和五硫化二磷（P2S5）作为起始原料，将Li2S和P2S5以大约50:50至80:20的摩尔比混合，然后将混合物熔融并快速冷却（熔融提取法），或者对混合物进行机械研磨（机械研磨法）。
由上述方法获得的硫化物型固体电解质是非晶形的。该非晶形的硫化物型固体电解质可以直接使用，或者可以被加热以形成结晶性硫化物型固体电解质。通过结晶化，有望提高锂离子传导性。
（将活性材料填充到铝多孔体中）
活性材料（或活性材料和固体电解质）的填充可以通过浸渍填充法和涂布法等已知方法进行。涂布法的例子包括辊涂、涂布机涂布、静电涂布、粉末涂布、喷涂、喷涂机涂布、刮棒涂布机涂布、辊涂机涂布、浸涂机涂布、刮刀涂布、线棒涂布、刮刀涂布机涂布、刮板涂布和丝网印刷。
在进行活性材料（或活性材料和固体电解质）的填充时，例如，视需要向活性材料中添加导电助剂和粘结剂，然后将有机溶剂或水混入，以制备正极混合物浆料。采用上述方法将该浆料填充到铝多孔体中。作为导电助剂，例如可以使用乙炔黑（AB）或科琴黑（KB）等炭黑，或者可以使用碳纳米管（CNT）等碳纤维。作为粘结剂，例如可以使用聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯醇（PVA）、羟甲基纤维素（CMC）和黄原胶等。
作为用于制备正极混合物浆料的有机溶剂，可以适当选择任何有机溶剂，只要其对填充到铝多孔体中的材料（即，活性材料、导电助剂、粘结剂和根据需要的固体电解质）没有不良影响即可。这种有机溶剂的例子包括：正己烷、环己烷、庚烷、甲苯、二甲苯、三甲苯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯、四氢呋喃、1,4-二氧六环、1,3-二氧戊环、乙二醇和N-甲基-2-吡咯烷酮。另外，在将水用作溶剂的情况下，可以使用表面活性剂以提高填充性能。
在目前的锂电池用正极材料中，活性材料被涂布到铝箔的表面上。为了提高每单位面积的电池容量，使活性材料的涂布厚度增加。另外，为了有效地利用活性材料，需要使铝箔与活性材料彼此电接触，因而活性材料与导电助剂混合使用。相比之下，本发明的铝多孔体的孔隙率高且每单位面积的表面积大。因此，集电体和活性材料之间的接触面积增加，因此可以有效地利用该活性材料，从而可以提高电池容量，且可以减少导电助剂的混合量。
（电容器用电极）
图4为示出了使用电容器用电极材料的电容器的例子的截面示意图。将用作可极化电极141的电极材料置于由隔板142隔开的有机电解液143中，在每个可极化电极141中，在铝多孔体上承载有电极活性材料。可极化电极141与引线144连接，并将这些部件全部收纳在壳体145中。通过将铝多孔体用作集电体，集电体的表面积增大，并且与作为活性材料的活性炭之间的接触面积增加。因此可以获得能够增加输出和容量的电容器。
为了制造电容器用电极，将作为活性材料的活性炭填充到铝多孔体集电体中。活性炭与导电助剂和粘结剂组合使用。为了增加电容器的容量，作为主要组分的活性炭的量优选为大量，并且就干燥后（去除溶剂后）的组成比而言活性炭的量优选为90质量%以上。此外，尽管导电助剂和粘结剂是必须的，但它们是导致容量降低的因素，而且，粘结剂是导致内阻增加的因素。因此，需要尽可能地减少导电助剂和粘结剂的量。导电助剂的量优选为10质量%以下，且粘结剂的量优选为10质量%以下。
当活性炭的表面积增加时，电容器的容量增大。因此其比表面积优选为1000m2/g以上。作为活性炭，可以使用棕榈壳等植物类材料、或石油系材料等。为了提高活性炭的表面积，优选使用水蒸汽或碱进行活化处理。
将以活性炭为主要组分的电极材料混合搅拌，得到正极混合物浆料。将该正极混合物浆料填充到集电体中，然后进行干燥，并根据需要，通过用辊压机等进行压缩来增加密度。由此获得电容器用电极。
（将活性炭填充入铝多孔体中）
活性炭的填充可以通过浸渍填充法或涂布法等已知方法进行。涂布法的例子包括辊涂、涂布机涂布、静电涂布、粉末涂布、喷涂、喷涂机涂布、刮棒涂布机涂布、辊涂机涂布、浸涂机涂布、刮刀涂布、线棒涂布、刮刀涂布机涂布、刮板涂布和丝网印刷。
当进行活性炭的填充时，例如，根据需要向活性炭中添加导电助剂和粘结剂，然后将有机溶剂或水混入，以制备正极混合物浆料。采用上述方法将该浆料填充到铝多孔体中。作为导电助剂，例如可以使用乙炔黑（AB）或科琴黑（KB）等炭黑，或者可以使用碳纳米管（CNT）等碳纤维。作为粘结剂，例如可以使用聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯醇（PVA）、羟甲基纤维素（CMC）或黄原胶等。
作为用于制备正极混合物浆料的有机溶剂，可以适当的选择任何有机溶剂，只要其对填充到铝多孔体中的材料（即，活性材料、导电助剂、粘结剂和根据需要的固体电解质）没有不良影响即可。这种有机溶剂的例子包括：正己烷、环己烷、庚烷、甲苯、二甲苯、三甲苯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯、四氢呋喃、1,4-二氧六环、1,3-二氧戊环、乙二醇和N-甲基-2-吡咯烷酮。另外，在将水用作溶剂的情况下，可以使用表面活性剂来提高填充性能。
（电容器的制造）
将上述得到的电极切割为合适的尺寸来制备两片电极，将这两片电极彼此相对，以将隔板夹在两者之间。优选将纤维素或聚烯烃树脂等制成的多孔膜或无纺布用作隔板。使用必要的隔离物（spacer），将结构体装入电池壳体中，并使电解液浸入其中。最后，隔着绝缘衬垫将盖子安装到壳体上以密封壳体，其中该绝缘衬垫夹于盖子和壳体之间。由此制造双电层电容器。在使用非水性材料的情况下，为了使电容器中的水分最小化，优选充分干燥电极等材料。电容器的制造可以在低水分的环境中进行，并可在减压环境下进行密封。对电容器没有特别的限制，只要是使用了本发明的集电体和电极即可，并且可以通过除上述方法之外的方法来制造电容器。
所用的电解液可以是水性的或非水性的。优选非水性电解液，因为电压可以设为高值。在水性电解液的情况下，可以将氢氧化钾等用作电解质。在非水性电解液的情况下，可以使用具有不同组合的阳离子和阴离子的多种离子液体。可以使用的阳离子的例子包括低级脂肪族季铵、低级脂肪族季鏻和咪唑鎓。作为阴离子的例子，已知金属氯化物离子、金属氟化物离子和双(氟磺酰)亚胺等酰亚胺化合物。另外，作为电解液的溶剂，使用了极性非质子有机溶剂，其具体例子包括碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸亚丙酯、γ-丁内酯和环丁砜。作为非水电解液中的支持盐，使用了四氟硼酸锂、六氟磷酸锂等。
（锂离子电容器）
图5为示出了使用锂离子电容器用电极材料的锂离子电容器的例子的截面示意图。在由隔板142隔开的有机电解液143中，将其中在铝多孔体上承载正极活性材料的电极材料设置为正极146，并将其中在集电体上承载负极活性材料的电极材料设置为负极147。正极146和负极147分别与引线148和引线149连接，并且这些部件全部被收纳在壳体145中。通过将铝多孔体用作集电体，使集电体的表面积增大，因此即使薄薄地涂布作为活性材料的活性炭时，也可以获得能够增加输出和容量的电容器。
（正极）
为了制造锂离子电容器用电极，将作为活性材料的活性炭填充到铝多孔体的集电体中。活性炭与导电助剂和粘结剂组合使用。为了增加锂离子电容器的容量，作为主要组分的活性炭的量优选为大量，并且就干燥后（去除溶剂后）的组成比而言活性炭的量优选为90质量%以上。此外，尽管导电助剂和粘结剂是必须的，但它们是导致容量降低的因素，而且，粘结剂是导致内阻增加的因素。因此，需要尽可能地减少导电助剂和粘结剂的量。导电助剂的量优选为10质量%以下，且粘结剂的量优选为10质量%以下。
当活性炭的表面积增加时，锂离子电容器的容量增大。因此其比表面积优选为1000m2/g以上。作为活性炭，可以使用棕榈壳等植物类材料、或石油系材料等。为了提高活性炭的表面积，优选使用水蒸汽或碱进行活化处理。
将以活性炭为主要组分的电极材料混合搅拌，得到正极混合物浆料。将该正极混合物浆料填充到集电体中，然后进行干燥，并根据需要，通过用辊压机等进行压缩来增加密度。由此获得电容器用电极。
（将活性炭填充入铝多孔体中）
活性炭的填充可以通过浸渍填充法或涂布法等公知方法进行。涂布法的例子包括辊涂、涂布机涂布、静电涂布、粉末涂布、喷涂、喷涂机涂布、刮棒涂布机涂布、辊涂机涂布、浸涂机涂布、刮刀涂布、线棒涂布、刮刀涂布机涂布、刮板涂布和丝网印刷。
当进行活性炭的填充时，例如，根据需要向活性炭中添加导电助剂和粘结剂，然后将有机溶剂或水混入，以制备正极混合物浆料。采用上述方法将该浆料填充到铝多孔体中。作为导电助剂，例如可以使用乙炔黑（AB）或科琴黑（KB）等炭黑，或者可以使用碳纳米管（CNT）等碳纤维。作为粘结剂，例如可以使用聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯醇（PVA）、羟甲基纤维素（CMC）或黄原胶等。
作为用于制备正极混合物浆料的有机溶剂，可以适当的选择任何有机溶剂，只要其对填充到铝多孔体中的材料（即，活性材料、导电助剂、粘结剂和根据需要的固体电解质）没有不良影响即可。这种有机溶剂的例子包括：正己烷、环己烷、庚烷、甲苯、二甲苯、三甲苯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯、四氢呋喃、1,4-二氧六环、1,3-二氧戊环、乙二醇和N-甲基-2-吡咯烷酮。另外，在将水用作溶剂的情况下，可以使用表面活性剂来提高填充性能。
（负极）
对于负极没有特别的限制，可以使用现有的锂电池用负极。但是，由于将铜箔用作集电体的现有负极的容量小，因此优选使用这样的电极：在此电极中，活性材料被填充入由铜或镍制成的多孔体（例如上述的发泡状镍）中。另外，为了使设备作为锂离子电容器而运行，负极优选预先掺杂锂离子。作为掺杂方法，可以采用已知的方法。其例子包括：将锂金属箔贴在负极的表面上，并将带有锂金属箔的负极浸入电解液中以进行掺杂的方法；将其上带有锂金属的电极置于锂离子电容器中，组装成电池，然后在负极和锂金属电极之间施加电流以进行电掺杂的方法；以及使用负极和金属锂组装为电化学电池，并将电掺杂有锂的负极取出使用的方法。
在上述任何一个方法中，期望的是增加锂的掺杂量以充分降低负极的电势。然而，当负极的残余容量变得比正极容量小时，锂离子电容器的容量下降。因此优选的是相当于正极容量的部分未被掺杂而得以保留。
（用于锂离子电容器的电解液）
将与锂电池中所用的非水电解液相同的非水电解液用作电解液。在极性非质子有机溶剂中使用该非水电解液，具体使用了碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸亚丙酯、γ-丁内酯和环丁砜。作为支持盐，使用了四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、酰亚胺盐等。
（锂离子电容器的制造）
将上述得到的电极切割为合适的尺寸，并将其设置为与负极相对，将隔板夹在它们之间。作为负极，可以使用通过上述方法而掺杂有锂离子的电极。或者，在采用于组装电池之后进行掺杂的方法的情况下，可以将连接有锂金属的电极置于电池中。优选将纤维素或聚烯烃树脂等制成的多孔膜或无纺布用作隔板。使用必要的隔离物（spacer），将结构体装入电池壳体中，并将电解液浸入其中。最后，隔着绝缘衬垫将盖子安装到壳体上以密封壳体，其中该绝缘衬垫夹在盖子和壳体之间。由此制造锂离子电容器。为了使锂离子电容器中的水分最小化，优选充分干燥电极等材料。锂离子电容器的制造可以在低水分的环境中进行，并可在减压环境下进行密封。对锂离子电容器没有特别的限制，只要是使用了本发明的集电体和电极即可，并且可以通过除上述方法之外的方法来制造锂离子电容器。
（熔融盐电池用电极）
铝多孔体也可以用作熔融盐电池用电极材料。在铝多孔体用作正极材料的情况下，可以使用铬酸钠（NaCrO2）或二硫化钛（TiS2）等可以插入作为电解质的熔融盐阳离子的金属化合物作为活性材料。该活性材料与导电助剂和粘结剂组合使用。作为导电助剂，可以使用乙炔黑等。作为粘结剂，可以使用聚四氟乙烯（PTFE）等。在使用铬酸钠作为活性材料且使用乙炔黑作为导电助剂的情况下，PTFE能够使这两种材料牢固地结合，因而是优选的。
铝多孔体也可以用作熔融盐电池用负极材料。在铝多孔体用作负极材料的情况下，可以使用单质钠、钠和另一种金属的合金、碳等作为活性材料。钠的熔点大约为98℃，并且随温度升高，该金属软化。因而，优选使钠与另一种金属（Si、Sn、In等）形成合金。其中，特别是钠和Sn的合金因为易于操作而优选。可以通过电镀或热浸渍涂布等使钠或钠合金担载于铝多孔体的表面上。还可以使用另一种方法，其中通过镀覆等使与钠合金化的金属（Si等）附着在铝多孔体上，然后通过在熔融盐电池中进行充电而形成钠合金。
图6为示出使用了电池用电极材料的熔融盐电池的例子的截面示意图。在熔融盐电池中，正极121（在正极121中，正极活性材料担载于铝多孔体的铝骨架的表面上）、负极122（在负极122中，负极活性材料担载于铝多孔体的铝骨架的表面上）和隔板123（其被作为电解质的熔融盐浸渍）收纳在壳体127中。在壳体127的顶面和负极之间设置有压制部件126，该压制部件126包括压板124和用于压制该压板124的弹簧125。通过设置该压制部件126，使得即使当正极121、负极122和隔板123的体积发生变化时，也可以进行均匀地压制，从而可以实现各个部件之间的接触。正极121的集电体（铝多孔体）和负极122的集电体（铝多孔体）通过引线130而分别与正极端子128和负极端子129连接。
作为充当电解质的熔融盐，可以使用在工作温度下熔融的各种无机盐或有机盐。作为熔融盐的阳离子，可以使用选自由碱金属如锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）和铯（Cs）以及碱土金属如铍（Be）、镁（Mg）、钙（Ca）、锶（Sr）和钡（Ba）构成的组中的至少一种。
为了降低熔融盐的熔点，优选将两种以上的盐混合使用。例如，当组合使用双(氟磺酰)亚胺钾（K-N(SO2F)2;KFSA）和双(氟磺酰)亚胺钠（Na-N(SO2F)2;NaFSA）时，可将电池的工作温度设为90℃以下。
熔融盐以使该熔融盐浸渍到隔板中的形式而使用。隔板防止了正极和负极相互接触，并且可以使用玻璃无纺布、多孔树脂等作为隔板。将正极、浸渍有熔融盐的隔板以及负极层叠并收纳在壳体中，然后将其用作电池。
实施例
下面将参照实施例对本发明进行更详细地说明。但是应当理解的是，本发明并不局限于这些实施例。
（导电层的形成）
下面将对铝多孔体的制备例进行具体说明。制备了厚度为1mm、孔隙率为95%、并且每英寸大约50个孔（小室）的聚氨酯泡沫作为发泡树脂成形体，并将其切割成100mm×30mm的方形。将该聚氨酯泡沫浸渍于碳悬浊液中，然后进行干燥。由此形成了整个表面附着有碳颗粒的导电层。该悬浊液含有25质量%的石墨和炭黑，还含有树脂粘结剂、渗透剂和消泡剂。炭黑的粒径为0.5μm。
（熔融盐镀覆）
将在表面上具有导电层的聚氨酯泡沫作为工件固定在具有供电功能的治具上。然后将其上固定有工件的治具置于被设置为氩气氛且低水分（露点为-30℃以下）的手套箱中，并浸入温度为40℃的熔融盐铝镀浴（33摩尔%EMIC-67摩尔%AlCl3）中。将其上固定有所述工件的治具与整流器的负极侧连接，并将作为反电极的铝板（纯度为99.99%）与正极侧连接。通过施加电流密度为3.6A/dm2的直流电90分钟来进行镀覆。由此获得铝结构体，在该铝结构体中，在聚氨酯泡沫的表面上形成了重量为150g/m2的铝镀层。用搅拌器进行搅拌，该搅拌器使用了Teflon（注册商标）制转子。电流密度为使用聚氨酯泡沫的表观面积算得的值。
从所得铝多孔体的骨架部分中取样，然后对垂直于骨架延伸的方向的截面进行观察。该截面几乎为三角形，这反映了用作芯材的聚氨酯泡沫的结构。
（发泡树脂成形体的分解）
将上述铝结构体浸入500℃的LiCl-KCl共晶熔融盐中，并向其施加-1V的负电势30分钟。由于聚氨酯的分解反应而在熔融盐中产生气泡。将铝结构体在空气中冷却至室温之后，用水清洗以除去熔融盐。从而获得除去树脂的铝多孔体。图7为示出了所得铝多孔体的放大照片。该铝多孔体具有连通的孔，并且其孔隙率与用作芯材的聚氨酯泡沫的孔隙率一样高。
将所得铝多孔体溶于王水中。当使用感应耦合等离子体（ICP）发射光谱仪进行测量时，铝的纯度为98.5质量%。根据JIS-G1211在高频感应加热炉中燃烧后，当由红外吸收法测量时，碳含量为1.4质量%。此外，当在15kV的加速电压下对表面进行EDX分析时，几乎观察不到氧的峰，因而证实铝多孔体中的氧含量等于或小于EDX的检测限（3.1质量%）。
（锂二次电池1的制造）
将厚度为1mm且平均小室直径为450μm的聚氨酯泡沫用作基材来制作铝多孔体，并将其切割为10cm×10cm的方形。所述铝多孔体在平面图上为矩形。将宽度为20mm的铝片状引线点焊至铝多孔体的端部。将钴酸锂用作正极活性材料。以LiCoO2:乙炔黑:PVDF=88:6:6的组成比制备混合物，并使用N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂（NMP）使所得混合物形成浆料。将浆料填充至铝多孔体中，然后进行干燥和压制。从而制得电极。所得电极具有0.5mm的厚度以及8mAh/cm2的填充容量。将钛酸锂用作负极活性材料。以Li4Ti5O12:乙炔黑:PVDF=88:6:6的组成比制备混合物，并使用NMP溶剂使所得混合物形成浆料。将浆料填充至铝多孔体中，然后进行干燥和压制。从而制得电极。所得电极具有0.4mm的厚度以及9.2mAh/cm2的填充容量。将三个（上述）正极和三个（上述）负极交替层叠，其中插入厚度为30μm的聚乙烯无纺布隔板，并且点焊正极的铝片状引线和负极的铝片状引线以获得电极组。
图8示出了电极的层叠状态。在图8中，正极4（均包含填充有活性材料7的铝多孔体）和负极5（均包含填充有活性材料8的铝多孔体）层叠，其中隔板6插入两者之间。
将电极组的正极端子和负极端子点焊至用于引出到外部的片状引线上。将所得结构用铝层压膜封装，并在一侧保持开口的情况下通过热封进行熔接。在1kPa或更低的减压条件下、在80℃至180℃的温度下将其干燥10小时。以80cc的量向其中倒入浓度为1mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6）/碳酸亚乙酯（EC）-碳酸二乙酯（DEC）混合液作为电解液，并用真空包装设备进行铝层压密封。从而获得容量为2,400mAh的矩形层叠电池。除去接头片的突出部分，该电池的最终大小为120mm×110mm×3.4mm（厚度）。
在使用铝箔电极制备类似的电池的情况下，由于铝箔电极在两个表面的容量密度一般为2至6mAh/cm2，因此10cm×10cm大小的电极容量至多为本发明的0.75倍。所用的铝箔电极的量为本发明的1.3倍。因此，根据本发明的结构，可以减少加工操作的次数，并且随着电池容量的增加，差异变得显著。例如，对于已经开始受到关注的电动车用电池，已经开始装载容量约为60Ah的电池。在这样的情况下，当使用铝箔时，需要处理差不多10,000cm2的电极。对比而言，当使用本发明的电极时，使用的电极的量为铝箔的3/4倍。
（锂二次电池2的制造）
将厚度为1mm且平均小室直径为450μm的聚氨酯泡沫用作基材来制作铝多孔体。将钴酸锂用作正极活性材料。以LiCoO2:乙炔黑:PVDF=88:6:6的组成比制备混合物，并使用NMP使所得混合物形成浆料。将浆料填充至铝多孔体中，然后进行干燥和压制。从而制得电极。所得电极具有0.4mm的厚度以及10mAh/cm2的填充容量。将钛酸锂用作负极活性材料。以Li4Ti5O12:乙炔黑:PVDF=88:6:6的组成比制备混合物，并使用NMP溶剂使所得混合物形成浆料。将浆料填充至铝多孔体中，然后进行干燥和压制。从而制得电极。所得电极具有0.4mm的厚度以及11mAh/cm2的填充容量。将每个电极切割为60mm宽且400mm长的大小。所述铝多孔体在平面图上为矩形。通过超声波振动除去正极的一端的活性材料，并将铝片状引线焊接至该除去部分。将厚度为30μm的聚乙烯无纺布隔板切割为64mm宽且840mm长的大小，并对折为420mm长。将正极置于其内部。再将负极叠加于其上，并以负极位于外侧的方式进行卷绕，从而得到圆筒状电极组。在这个阶段，负极暴露在最外周表面。将该电池组插入18650电池的圆筒状铝罐中，并将正极的片状引线焊接至充当正极的圆盖上。在1kPa或更低的减压条件下、在80℃至180℃的温度下将其干燥10小时。以80cc的量向其中倒入浓度为1mol/L的LiPF6/EC-DEC溶液作为电解液，并对正极盖进行型锻（swage）。从而获得容量为2,400mAh的18650电池。
在使用铝箔电极制备类似的电池的情况下，由于铝箔电极在两个表面的容量密度一般为2至6mAh/cm2，因此所用的铝箔电极的量为本发明的1.7倍。因此，根据本发明的结构，可以减少加工操作的次数。
（锂二次电池3的制造）
将厚度为1mm且平均小室直径为450μm的聚氨酯泡沫用作基材来制作铝多孔体，并将其切割为10cm×10cm的方形。所述铝多孔体在平面图上为矩形。将宽度为20mm的铝片状引线点焊至铝多孔体的端部。将钴酸锂用作正极活性材料。以LiCoO2:乙炔黑:PVDF=88:6:6的组成比制备混合物，并使用NMP使所得混合物形成浆料。将浆料填充至铝多孔体中，然后进行干燥和压制。从而制得电极。所得电极具有0.5mm的厚度以及8mAh/cm2的填充容量。将钛酸锂用作负极活性材料。以Li4Ti5O12:乙炔黑:PVDF=88:6:6的组成比制备混合物，并使用NMP溶剂使所得混合物形成浆料。将浆料填充至铝多孔体中，然后进行干燥和压制。从而制得电极。所得电极具有0.4mm的厚度以及9.2mAh/cm2的填充容量。用厚度为30μm的聚乙烯无纺布隔板包围正极，并对其三边进行热封。将三个（上述）正极和三个（上述）负极交替层叠，并且点焊正极的铝片状引线和负极的铝片状引线以获得电极组。将电极组的正极端子和负极端子点焊至用于引出到外部的片状引线上。所得结构用铝层压膜封装，并在其中一侧保持开口的情况下通过热封进行熔接。在1kPa或更低的减压条件下、在80℃至180℃的温度下将其干燥10小时。以80cc的量向其中倒入浓度为1mol/L的LiPF6/EC-DEC溶液作为电解液，并用真空包装设备进行铝层压密封。从而获得容量为2,400mAh的矩形层叠电池。除去接头片的突出部分，该电池的最终大小为120mm×110mm×3.4mm（厚度）。
在2,400mAh的圆筒状18650电池中，当发生故障时，整个电池单元需要更换，并且所有电极（正极和负极共约800cm2）被丢弃。相比之下，通过采用本发明的层叠型结构，仅需除去有缺陷的电极，从而丢弃的最小量将是100cm2。
另外，在上述实施方案中，容纳电极的壳体可以为具有良好散热性的金属壳体，另外，通过在该金属壳体上设置凹凸，可以提高散热性。在使用树脂壳体的情况下，通过在其上附着金属箔可提高散热性，另外也可在该金属箔上设置凹凸。此外，在装载于车辆的电池等中，也优选使用安装于该车辆等的水冷装置来冷却电池。特别是，由于在片状引线部分中流过大电流，因此优选以提高片状引线部分及其附近的散热性的方式进行设计。在具有卷绕结构的电池中困难的冷却设计可在层叠型结构中使用，并因而允许设计有更大的自由。
（包括铝多孔体和铝箔的层叠结构）
在铝结构体（所述铝结构体包括铝箔和设置在该铝箔表面上的由铝构成的三维结构体）的代表性例子中，当通过上述方法形成铝多孔体后，通过超声焊接在该铝多孔体的一面附着铝箔。图9示出了集电体的结构。在图9中，铝多孔体10一体层叠在铝箔11上。在将由上述方法获得的包括铝多孔体和铝箔的层叠体用作电池的集电体的锂离子二次电池中，体积能量密度和输出性能均比目前仅使用铝箔的电池高。另外，由于铝多孔体的一个面为铝箔，因此在制备卷绕电池时容易卷绕电极。
另外，通过使用在铝箔的一个面或两个面上进行静电植绒的方法，进行熔融盐镀铝，然后在400℃或更高的温度下热分解植绒部分，可以获得另一种在铝箔的表面上具有由铝构成的三维结构体的铝结构体。这样的结构体不限于铝，在镍氢电池中，通过在正极集电体中使用镍多孔体，体积能量密度得以提高，并且也实现了输出性能的提高（小室直径的微细化）。
本公开内容可包括下述特征。
（附加项1）一种电化学装置用电极，包括金属结构体和担载于该金属结构体上的活性材料，所述金属结构体包括金属箔和设置在该金属箔表面上的由相同金属构成的三维结构体。
（附加项2）一种包括电化学装置用电极的电化学装置，所述电化学装置用电极包括金属结构体和担载于该金属结构体上的活性材料，所述金属结构体包括金属箔和设置在该金属箔表面上的由相同金属构成的三维结构体。
（附加项3）一种锂离子二次电池，包括：正极，其包括具有连通的孔的铝多孔体和填充到所述铝多孔体的所述孔中的活性材料；隔板；以及负极，所述正极、所述隔板和所述负极是层叠的，其中，包括所述正极、所述隔板和所述负极的电极体是卷绕的。
（附加项4）一种电容器，包括：电极，其包括具有连通的孔的铝多孔体和填充到所述铝多孔体的所述孔中的活性材料；以及隔板，所述电极和所述隔板是层叠的，其中，包括所述电极和所述隔板的电极体是卷绕的。
（附加项5）一种锂离子电容器，包括：正极，其包括具有连通的孔的铝多孔体和填充到所述铝多孔体的所述孔中的活性材料；隔板；以及负极，所述正极、所述隔板和所述负极是层叠的，其中，包括所述正极、所述隔板和所述负极的电极体是卷绕的。
参考符号列表
1  发泡树脂成形体   2  导电层   3  铝镀层
4  正极   5  负极   6  隔板   7  活性材料
8  活性材料   10  铝多孔体   11  铝箔   60  锂电池
61  正极   62  负极   63  固体电解质层（SE层）
64  正极层（正极体）
65  正极集电体   66  负极层
67  负极集电体   121  正极   122  负极
123  隔板   124  压板   125  弹簧   126  压制部件   127  壳体
128  正极端子   129  负极端子   130  引线
141  可极化电极   142  隔板   143  有机电解液   144  引线
145  壳体   146  正极   147  负极   148  引线   149  引线
工业实用性
如上所述，根据本发明，由于可获得利用了铝多孔体的特性的电池用电极，因此本发明可以广泛应用于各种电极，例如锂二次电池等非水电解质电池、熔融盐电池、电容器和锂离子电容器等中的电极。

Claims (12)

1.一种电化学装置，包括：
第一电极，其包括具有连通的孔的铝多孔体和填充到所述铝多孔体的所述孔中的活性材料；
隔板；以及
第二电极，
所述第一电极、所述隔板和所述第二电极是层叠的，
其中，多个电极体层叠而没有被卷绕，所述多个电极体中的每一个均包括所述第一电极、所述隔板和所述第二电极。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一电极、所述隔板和所述第二电极在平面图上均为矩形。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一电极或所述第二电极以被所述隔板包围的方式而构造。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电化学装置，其中，在将所述活性材料填充到所述具有连通的孔的铝多孔体的所述孔中之后，在厚度方向上对所述第一电极进行压缩。
5.一种电化学装置，包括：
第一电极，其包括铝结构体和活性材料，所述铝结构体具有铝箔和设置在所述铝箔的表面上的由铝构成的三维结构体，所述活性材料填充到所述铝结构体的三维结构中；
隔板；以及
第二电极，
所述第一电极、所述隔板和所述第二电极是层叠的，
其中，多个电极体层叠，所述多个电极体中的每一个均包括所述第一电极、所述隔板和所述第二电极。
6.根据权利要求5所述的电化学装置，其中，所述由铝构成的三维结构体为具有连通的孔的铝多孔体。
7.一种锂二次电池，包括：
负极，其包括具有连通的孔的铝多孔体和填充到所述铝多孔体的所述孔中的活性材料；
隔板；以及
正极，
所述负极、所述隔板和所述正极是层叠的。
8.根据权利要求7所述的锂二次电池，其中，所述负极不含碳。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学装置，其中，所述电化学装置为锂二次电池，所述第一电极为正极，并且所述第二电极为负极。
10.根据权利要求9所述的电化学装置，其中，所述负极不含碳。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学装置，其中，所述电化学装置为电容器。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学装置，其中，所述电化学装置为锂离子电容器。
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