DE112011103472T5

DE112011103472T5 - Poröser Metallkörper, Verfahren zu dessen Herstellung und Batterie mit geschmolzenem Salz

Info

Publication number: DE112011103472T5
Application number: DE112011103472T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Fukunaga; Shinji Inazawa; Masatoshi Majima; Atsushi Yamaguchi; Shoichiro Sakai; Koji Nitta
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2011-10-03
Publication date: 2013-08-01
Also published as: WO2012049991A1; JP2012082483A; CN103097590A; KR20130117758A; US20120237827A1; TW201215709A

Abstract

Ein Ziel dieser Erfindung liegt darin, einen porösen Metallkörper, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur hat, Aluminium umfaßt und geeignet als Elektrode einer Batterie mit geschmolzenem Salz verwendet wird; ein Verfahren zur Erzeugung des porösen Metallkörpers und eine Batterie mit geschmolzenem Salz, umfassend den porösen Metallkörper, anzugeben. Ein poröser Metallkörper umfaßt ein poröses Gerüst, das eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bildet und eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 1 bis 100 μm und Zinnschichten umfaßt, die auf einer internen und externen Oberfläche der Aluminiumschicht angeordnet sind. Ein derartiger poröser Metallkörper kann durch einen internen Zinnschicht-Bildungsschritt zur Bildung einer Zinnschicht auf einer Oberfläche eines Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur, einen Aluminiumgerüst-Bildungsschritt zur Bildung einer Aluminiumschicht, die als Aluminiumgerüst dient, auf einer Oberfläche der internen Zinnschicht, einen externen Zinnschicht-Bildungsschritt zur Bildung einer Zinnschicht auf einer Oberfläche des Aluminiumgerüstes, und einen Harz-Entfernungsschritt zur Entfernung des Harzformkörpers gebildet werden, wobei der Harz-Entfernungsschritt nach dem Aluminiumgerüst-Bildungsschritt oder nach dem externen Zinnschicht-Bildungsschritt durchgeführt wird.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft einen porösen Metallkörper mit einem Aluminiumgerüst und ein Verfahren zur Herstellung des porösen Metallkörpers und betrifft weiterhin eine Batterie mit geschmolzenem Salz, umfassend den porösen Metallkörper.
Hintergrund der Erfindung
Poröse Metallkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur werden in großem Umfang beispielsweise für verschiedene Filter, Katalysatorträger und Batterieelektroden verwendet. Beispielsweise wird Celmet (eingetragene Marke, hergestellt von Sumitomo Electric Industries, Ltd.), das sich aus Nickel zusammensetzt, als Elektrodenmaterial für Batterien verwendet, umfassend eine Nickel-Wasserstoff-Batterie und eine Nickel-Cadmium-Batterie. Celmet ist ein poröser Metallkörper mit kontinuierlichen Poren und hat eine höhere Porosität (90% oder mehr) als andere poröse Körper, umfassend Metallvliese. Celmet wird erzeugt durch Bildung einer Nickelschicht auf der Oberfläche des Gerüstes eines porösen Harzkörpers mit kontinuierlichen Poren wie einem Urethanschaum, Zersetzen des geschäumten Harzformkörpers durch eine Wärmebehandlung und weiteres Durchführen einer Reduktionsbehandlung mit der Nickelschicht. Die Nickelschicht wird wie folgt gebildet: der geschäumte Harzformkörper wird einer leitenden Behandlung unterworfen, beispielsweise durch Auferlegung von Kohlenstoffpulver auf die Oberfläche des Gerüstes davon, und Nickel wird dann auf der Oberfläche durch Elektroplattieren niedergeschlagen.
Bei Batterieanwendungen wird Aluminium beispielsweise für die positive Elektrode einer Lithium-Ionenbatterie verwendet: eine Aluminiumfolie, deren Oberflächen mit einem aktiven Material wie Lithiumcobaltoxid beschichtet sind, wird als positive Elektrode verwendet. Zur Erhöhung der Kapazität der positiven Elektrode kann ein poröser Aluminiumkörper eingesetzt werden, so daß eine große Oberfläche vorgesehen wird, und der poröse Aluminiumkörper wird mit einem aktiven Material gefüllt. Wenn in diesem Fall die Elektrode dick ist, ist das aktive Material darin verfügbar, und das Verfügbarkeitsverhältnis des aktiven Materials pro Einheitsfläche kann erhöht werden.
Beispiele des porösen Aluminiumkörpers umfassen ein Aluminiumvlies, gebildet durch Ineinandergreifen von Aluminiumfasern, und einen Aluminiumschaum, gebildet durch Schäumen von Aluminium. Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung eines Metallschaums, umfassend eine große Anzahl von geschlossenen Poren, indem geschmolzenes Metall gerührt wird, in das ein Blasmittel und ein Verdicker gegeben sind. Patentdokument 2 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines porösen Metallkörpers, bei dem das Verfahren zur Erzeugung von Celmet auf Aluminium angewandt wird: ein Film aus einem Metall (wie Kupfer), das eine eutektische Legierung mit Aluminium bei einer Temperatur von gleich oder weniger als dem Schmelzpunkt von Aluminium bilden kann, wird auf dem Gerüst eines geschäumten Harzformkörpers mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur gebildet; Aluminiumpaste wird dann auf den Film aufgetragen; der resultierende Körper wird in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 550°C oder mehr und 750°C oder weniger wärmebehandelt, so daß der organische Bestandteil (Harzschaum) verdampft und das Aluminiumpulver gesintert wird, unter Erhalt eines porösen Metallkörpers.
Druckschriftenliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: japanisches Patent 4176975
Patentdokument 2: ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung 8-170126

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Ein Aluminiumvlies und ein Aluminiumschaum neigen dazu, einen oxidierten Film darauf aufzuweisen, weil die Oxidation stattfinden kann, wenn Aluminium gekühlt ist, nachdem es auf eine Temperatur von gleich oder mehr als dem Schmelzpunkt davon im Herstellungsverfahren erwärmt ist. Aluminium ist oxidationsempfindlich und es ist schwierig, oxidiertes Aluminium bei einer Temperatur von gleich oder weniger als dem Schmelzpunkt zu reduzieren. Demzufolge werden ein Aluminiumvlies und ein Aluminiumschaum, die einen dünnen oxidierten Film aufweisen, nicht erhalten. Obwohl ein Aluminiumschaum, umfassend geschlossene Poren, eine große Oberfläche als Ergebnis des Schäumens aufweist, kann zusätzlich die effektive Verwendung der vollständigen Oberfläche der geschlossenen Poren nicht erzielt werden. Wenn demzufolge ein solcher Aluminiumschaum als Batterieelektrodenmaterial (Stromsammler) verwendet wird, ist es schwierig, die Verwendungseffizienz des aktiven Materials zu erhöhen.
Die Verwendung des Verfahrens gemäß Patentdokument 2 führt zur Bildung einer eutektischen Legierungsschicht aus Aluminium, und daher kann eine Aluminiumschicht mit hoher Reinheit nicht gebildet werden. Weil die Wärmebehandlung bei einer Temperatur um den Schmelzpunkt von Aluminium herum durchgeführt werden muß, um Aluminium zu sintern, kann ein oxidierter Film auf der Aluminiumoberfläche selbst in der nicht-oxidierenden Atmosphäre gebildet werden.
Die Erfinder dieser Erfindung entwickeln eine Batterie mit geschmolzenem Salz, umfassend ein geschmolzenes Salz, das als Kationen hauptsächlich Natrium(Na)-Ionen aufweist und bei 90°C oder weniger schmilzt. Diese Batterie mit geschmolzenem Salz kann metallisches Na als aktives Material der negativen Elektrode verwenden. In diesem Fall wird jedoch die Wirksamkeit des Ladungs-Entladungs-Zyklus aufgrund des Dendritwachstums von Na vermindert, und Na weicht mit der Erhöhung der Temperatur auf. Im Hinblick auf diese Probleme kann eine Na-Zinn-Legierung verwendet werden, um eine höhere Härte zu erzielen: spezifisch wird eine Zinnschicht auf einem Stromkollektor zunächst gebildet, und Na wird durch Ladung zugeführt, um hierdurch die Na-Zinn-Legierung zu bilden. Der Stromsammler wird bevorzugt aus Aluminium gebildet, weil ein Stromabnehmer, der leichtgewichtig und eine hohe Abnahmeeigenschaft hat, erhalten wird.
Demzufolge ist es ein Ziel dieser Erfindung, einen porösen Metallkörper, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist, Aluminium enthält und geeignet als Elektrode einer Batterie mit geschmolzenem Salz verwendet wird, ein Verfahren zur Erzeugung des porösen Metallkörpers und eine Batterie mit geschmolzenem Salz, umfassend den porösen Metallkörper, anzugeben.
Lösung des Problems
Diese Erfindung gibt einen porösen Metallkörper an, umfassend ein poröses Gerüst, das eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bildet und eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 1 bis 100 μm umfaßt, und Zinnschichten, die auf einer internen Oberfläche und einer externen Oberfläche der Aluminiumschicht angeordnet sind (Anspruch 1).
Wenn ein poröser Metallkörper mit einer solchen Netzwerkstruktur und einer großen Oberfläche als Batterieelektrode verwendet wird, kann das aktive Material effizient auf der Oberfläche des Stromabnehmers getragen werden, was zu einer Erhöhung der Batteriekapazität und der Ladungs-Entladungs-Effizienz beiträgt. Insbesondere ist gemäß dieser Erfindung eine Zinnschicht, die als aktives Material fungiert, nicht nur auf der externen Oberfläche, sondern auch auf der internen Oberfläche des Aluminiumgerüstes, das als Stromabnehmer dient, angeordnet. Demzufolge kann eine Batterie, umfassend einen Stromabnehmer, bei dem ein aktives Material ebenfalls innerhalb der internen Räume des Gerüstes getragen ist, betrieben werden. Daher wird die Menge des aktiven Materials und die Elektrodenfläche erhöht und daher kann die Kapazität erhöht werden.
Die dünnen Schichten haben bevorzugt eine Dicke von 0,5 μm oder mehr und weniger als 10 μm (Anspruch 2). Bei der Verwendung des porösen Metallkörpers als Batterieelektrode ist die Menge des aktiven Materials nicht ausreichend, wenn die Dicke weniger als 0,5 μm ist. Wenn die Dicke 10 μm oder mehr ist, bildet Na eine Legierung mit Zinn in großen Tiefen der Zinnschichten, was zu einem Abbau der Ladungs-Entladungs-Eigenschaften führt.
Ein solcher poröser Metallkörper kann durch ein Verfahren zur Erzeugung eines porösen Metallkörpers hergestellt werden, wobei das Verfahren umfaßt: einen Schritt der Bildung einer internen Zinnschicht, zur Bildung einer Zinnschicht auf einer Oberfläche eines Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur; einen Aluminiumgerüst-Bildungsschritt zur Bildung einer Aluminiumschicht, die als Aluminiumgerüst dient, auf einer Oberfläche der internen Zinnschicht; einen externen Zinnschicht-Bildungsschritt zur Bildung einer Zinnschicht auf einer Oberfläche des Aluminiumgerüstes; und einen Harz-Entfernungsschritt zur Entfernung des Harzformkörpers, wobei der Harz-Entfernungsschritt nach dem Bildungsschritt des Aluminiumgerüstes oder nach dem Bildungsschritt des externen Zinnschicht durchgeführt wird (Anspruch 3).
Während die Erfinder dieser Erfindung sorgfältige Studien bezüglich der Entwicklung eines porösen Aluminiumkörpers, der für eine Batterieelektrode geeignet ist, durchgeführt haben, haben sie überlegt, daß nicht nur die externe Oberfläche des porösen Körpers, sondern ebenso die interne Oberfläche, das heißt das poröse Gerüst zum Batteriebetrieb beitragen kann. Die Erfinder haben dann überlegt, daß vor der Bildung eines Aluminiumgerüstes eine Metallschicht, die als aktives Material dienen soll, auf der Oberfläche eines Harzformkörpers gebildet und diese Metallschicht ebenfalls als leitende Schicht für Aluminiumplattierung verwendet werden kann. Somit haben diese Erfinder diese Erfindung vollendet. Wenn ein solches Herstellungsverfahren angewandt wird, dient die Bildung einer leitenden Schicht auf der Oberfläche eines Harzkörpers ebenfalls als Bildung einer Aktiv-Materialschicht beim Produktsverfahren eines porösen Aluminiumkörpers, der eine effiziente Produktion ermöglicht.
Der Harz-Entfernungsschritt umfaßt bevorzugt einen Salpetersäure-Behandlungsvorgang, zum Zersetzen des Harzformkörpers, auf dem Metallschichten gebildet sind, indem der Harzformkörper mit konzentrierter Salpetersäure mit einer Konzentration von 62% oder mehr in Kontakt gebracht wird (Anspruch 4).
Der Harzformkörper wird im allgemeinen aus Urethan (Polyurethan) gebildet. Die Erfinder dieser Erfindung haben festgestellt, daß Urethan durch Zersetzung in konzentrierter Salpetersäure entfernt werden kann, obwohl Urethan sich weniger wahrscheinlich in organischen Lösungsmitteln auflöst. Aluminium löst sich in Säuren und Alkalien auf. In konzentrierter Salpetersäure, die eine oxidierende Säure ist, wird ein sehr dünner Oxidationsfilm (Passivierungsfilm) in der Oberfläche von Aluminium gebildet, und Aluminium wird nicht weiter aufgelöst. Die Erfinder dieser Erfindung haben eine Konzentration von konzentrierter Salpetersäure festgestellt, die optimal ist für die Ermöglichung der Entfernung von Urethan durch Zersetzung, die nicht zur Auflösung von Aluminium führt. Zinn löst sich ebenfalls in konzentrierter Salpetersäure auf. Weil die Zersetzung von Urethan schneller abläuft als die Auflösung von Zinn, kann durch Vollendung des Behandlungsverfahrens nach einer angemessenen Behandlungszeit der Harz-Entfernungsschritt vollendet werden, so daß Zinn zurückbleibt.
Ein Fall wird berücksichtigt, bei dem der Harz-Entfernungsschritt nach dem Aluminiumgerüst-Bildungsschritt und vor dem Bildungsschritt für die externe Zinnschicht durchgeführt wird. Als Ergebnis des Harz-Entfernungsschrittes verbleibt eine Zinnschicht mit einer angemessenen Dicke auf der internen Oberfläche, während die externe Oberfläche aus Aluminium gebildet ist. In diesem Zustand wird dann der Bildungsschritt für die externe Zinnschicht zur Bildung einer Zinnschicht durchgeführt. Alternativ wird ein Fall berücksichtigt, bei dem der Harz-Entfernungsschritt nach dem Bildungsschritt für die externe Zinnschicht durchgeführt wird. In diesem Fall wird ein Anteil der externen Zinnschicht ebenfalls während der Harzentfernung aufgelöst. Durch vorhergehendes Bilden der Zinnschicht, so daß sie eine ausreichend große Dicke hat, und durch angemessenes Auswählen der Zeit für die Harzentfernung kann dafür gesorgt werden, daß die Zinnschicht verbleibt und eine gewünschte Dicke hat.
Diese Erfindung gibt ebenfalls eine Batterie mit geschmolzenem Salz an, umfassend als negatives Elektrodenteil den oben beschriebenen porösen Metallkörper (Ansprüche 6 und 7). Der Stromabnehmer, der sich aus Aluminium zusammensetzt, wird als poröser Körper gebildet; und eine Zinnschicht, die als aktives Material dient, wird nicht nur auf der externen Oberfläche, sondern auch auf der internen Oberfläche des porösen Gerüstes, das sich aus Aluminium zusammensetzt, vorgesehen. Als Ergebnis kann, wenn dieser poröse Metallkörper als negatives Elektrodenteil verwendet und eine Elektrode unter Verwendung dieses Teils hergestellt wird, eine Hochleistungsbatterie mit hoher Kapazität erhalten werden.
Der Harz-Entfernungsschritt umfaßt bevorzugt weiterhin einen Lösungsmittel-Behandlungsvorgang zur Entfernung von Niederschlagsstoffen des Harzformkörpers, indem Zersetzungsstoffe mit einem organischen Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird, wobei der Lösungsbehandlungsvorgang nach dem Salpetersäure-Behandlungsvorgang durchgeführt wird (Anspruch 5). Der Grund liegt darin, daß der Prozentsatz der Urethan-Entfernung erhöht werden kann.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Diese Erfindung gibt einen porösen Metallkörper an, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur hat, Aluminium enthält und geeignet als Elektrode für eine Batterie mit geschmolzenem Salz verwendet wird; ein Verfahren zur Erzeugung des porösen Metallkörpers und eine Batterie mit geschmolzenem Salz, umfassend den porösen Metallkörper.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Fließdiagramm, das Schritte zur Erzeugung eines porösen Metallkörper gemäß dieser Erfindung erläutert.
2 ist eine schematische Schnittansicht zum Illustrieren von Schritten zur Erzeugung eines porösen Metallkörpers dieser Erfindung.
3 ist eine vergrößerte Photographie, die eine Oberflächenstruktur eines Urethanharzschaumes erläutert, das als Beispiel eines porösen Harzformkörpers dient.
4 ist eine schematische Schnittansicht, die ein strukturelles Beispiel erläutert, bei dem ein poröser Metallkörper auf eine Batterie mit geschmolzenem Salz auferlegt wird.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele dieser Erfindung beschrieben. Die gleichen oder ähnlichen Komponenten in den Zeichnungen, die unten angegeben sind, werden mit identischen Bezugszeichen angegeben. Diese Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Umfang dieser Erfindung wird durch die Patentansprüche angezeigt und soll alle Modifizierungen innerhalb der Bedeutung und des Äquivalentsumfangs der Ansprüche umfassen.
(Schritte zur Erzeugung des porösen Metallkörpers)
1 ist ein Fließdiagramm, das Schritte zur Erzeugung eines porösen Metallkörpers gemäß dieser Erfindung erläutert. Gemäß diesem Fließdiagramm erläutert 2 schematisch die Bildung eines porösen Metallkörpers, bei dem ein Harzformkörper als Kernmaterial dient. Der Gesamtfluß der Produktionsschritte wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Zunächst wird die ”Herstellung eines Harzform-Grundkörpers” 101 durchgeführt. 2(a) ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen vergrößerten Teilharzbereich der Oberfläche eines geschäumten Harzformkörpers mit kontinuierlichen Poren erläutert, wobei der geschäumte Harzformkörper als Beispiel des Harzform-Grundkörpers dient. Die Poren sind in einem geschäumten Harzformkörper 1, der als Gerüst dient, gebildet. ”Die Bildung einer Zinnschicht” 102, die als interne Zinnschicht dienen soll, wird dann durchgeführt; dieser Schritt soll ebenfalls die Oberfläche der Harzformkörpers leitend machen. Als Ergebnis dieses Schrittes wird unter Bezugnahme auf 2(b) eine Zinnschicht 2 mit kleiner Dicke auf der Oberfläche des Harzformkörpers 1 gebildet. ”Das Aluminiumplattieren in einem geschmolzenen Salz” 103 wird dann durchgeführt, zur Bildung einer Aluminium-Plattierschicht 3 auf der Oberfläche des Harzformkörper mit der Zinnschicht (2(c)). Somit wird ein mit Aluminium beschichteter Harzformkörper, worin die Aluminium-Plattierschicht 3 auf der Oberfläche des Harzformkörpers, der als Basismaterial dient, gebildet ist, vorgesehen. ”Die Bildung einer Zinnschicht 4” (104) auf der Oberfläche der Aluminium-Plattierschicht wird dann durchgeführt (2(d)). Somit wird die Struktur Zinnschicht/Aluminiumschicht/Zinnschicht auf der Oberfläche des Harzform-Grundkörpers gebildet. Wie unten beschrieben ist diese Dreischichtstruktur jedoch nicht begrenzend: wenn beispielsweise eine Zinkschicht zur Bildung einer Zinnschicht gebildet wird, kann die Zinkschicht zwischen der Struktur angeordnet sein. ”Die Entfernung des Harzform-Grundkörpers” 105 wird dann durchgeführt. Beispielsweise verbleiben durch Kontaktieren des Aluminium-beschichteten Harzformkörpers mit konzentrierter Salpetersäure mit einer Konzentration von 62% oder mehr zur Entfernung des geschäumten Harzformkörpers 1 durch Zersetzung nur die Metallschichten, und ein poröser Metallkörper (poröser Körper) mit einem porösen Gerüst kann vorgesehen werden (2(e)). Die ”Entfernung des Harzform-Grundkörpers” 105 kann durchgeführt werden vor der Bildung der externen Zinnschicht 104 in 1. In diesem Fall wird die externe Zinnschicht leicht gebildet, so daß sie eine gewünschte Dicke hat, ohne daß sie durch den Schritt der Entfernung des Grundkörpers beeinflußt wird. Nachfolgend werden die Schritte nacheinander beschrieben.
(Herstellung des porösen Harzformkörpers)
Ein Harzformkörper mit einer dreidimensionellen Netzwerkstruktur und kontinuieren Poren, zum Beispiel ein geschäumter Harzformkörper, der sich aus Urethan zusammensetzt, wird hergestellt. Ein Harzformkörper mit irgendeiner Form kann ausgewählt werden, solange er kontinuierliche Poren (offene Poren) hat. Beispielsweise kann ein Harzformkörper, der eine Form aufweist, die ähnlich ist wie ein Vlies und durch Verwirbeln von Harzfasern hergestellt ist, anstelle des geschäumten Harzformkörpers verwendet werden. Der geschäumte Harzformkörper hat bevorzugt eine Porosität von 80 bis 98% und einen Porendurchmesser von 50 bis 500 μm. Ein Urethanschaum hat eine hohe Porosität, Kontinuität von Poren und hohe Gleichmäßigkeit der Poren und wird daher bevorzugt als geschäumter Harzformkörper verwendet.
Weil der geschäumte Harzformkörper häufig restliche Materialien, einschließlich einem Schäummittel und einem nicht-reagierten Monomer, die von der Produktion des Schaum stammen, enthält, wird er bevorzugt einer Waschbehandlung unterworfen, um die anschließenden Schritte angemessen durchzuführen. Als Beispiel des geschäumten Harzformkörpers wird ein Urethanschaum in 3 erläutert, mit dem eine Waschbehandlung durchgeführt ist. Bei diesem Harzformkörper bildet das Gerüst ein dreidimensionales Netzwerk, um hierdurch allgemein kontinuierliche Poren zu bilden. Das Gerüst aus einem Urethanschaum hat eine im wesentlichen dreieckige Form in einem Querschnitt senkrecht zu der erstreckten Richtung. Die Porosität wird durch die folgende Gleichung definiert. Porosität = (1 – (Gewicht des porösen Materials [g]/(Volumen des porösen Materials [cm³] × Materialdichte))) × 100 [%].
Der Porendurchmesser wird auf folgende Weise bestimmt. Die Oberfläche des Harzformkörpers wird beispielsweise mit einer Photomikroaufnahme vergrößert. Die Zellzahl pro Inch (25,4 mm) wird gezählt und der Porendurchmesser als Durchschnittswert durch die Gleichung berechnet:
Durchschnittlicher Porendurchmesser = 24,5 mm/Zellzahl.
(Bildung einer Zinnschicht auf der Oberfläche des Harzformkörpers: Gasphasenverfahren)
Die interne Zinnschicht, die als leitende Schicht fungiert, wird zunächst auf der Oberfläche des geschäumten Harzformkörpers gebildet. Diese dünne Schicht kann durch ein gewünschtes Verfahren gebildet werden, ausgewählt aus beispielsweise Gasphasenverfahren, umfassend Dampfniederschlag, Sputtern und chemischer Plasma-Dampfniederschlag und Auferlegung eines Zinnbeschichtungsmaterials. Von diesen ist der Dampfniederschlag bevorzugt, weil ein dünner Film gleichmäßig gebildet werden kann. Die interne Zinnschicht hat bevorzugt eine Dicke von 0,5 bis 10 μm, mehr bevorzugt 1,5 bis 5 μm. Wenn die interne Zinnschicht eine Dicke von wenigstens 0,1 μm hat, wird der geschäumte Harzformkörper ausreichend leitend für die Aluminiumplattierung gemacht. Bei Verwendung des porösen Metallkörpers als negative Elektrode einer Batterie mit geschmolzenem Salz ist, wenn die interne Zinnschicht eine Dicke von weniger als 0,5 μm hat, die Menge des aktiven Materials unzureichend und das aktive Material fungiert nicht effektiv; wenn die interne Zinnschicht eine Dicke von mehr als 10 μm hat, sind Zwischenräume in den Poren des Gerüstes übermäßig klein, und das aktive Material fungiert nicht effektiv.
(Vorbehandlung zum Plattieren: Anodenelektrolyse)
Die in dem oben beschriebenen Schritt gebildete Zinnschicht wird mit Aluminium durch geschmolzenes Salzplattieren zur Bildung einer Aluminium-Plattierschicht plattiert. Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn ein Oxidationsfilm in der Oberfläche der leitenden Schicht vorhanden ist, die Adhäsion von Aluminium zu der leitenden Schicht schlecht in dem anschließenden Plattierschritt, und Aluminium kann in einem Inselmuster anhaften oder die Aluminium-Plattierschicht kann Variationen in der Dicke haben. Demzufolge wird vor dem Plattierschicht die Anodenelektrolyse bevorzugt zum Auflösen und Entfernen eines oxidierten Filmes, der in der Oberfläche der Zinnschicht gebildet ist, durchgeführt. Spezifisch werden der Harzformkörper mit der Zinnschicht und eine Gegenelektrode wie eine Aluminiumplatte in ein geschmolzenes Salz getaucht; eine Direktstromelektrizität wird zwischen dem Harzformkörper (leitende Schicht), der als Anode dient, und der Gegenelektrode, die als Kathode dient, auferlegt. Das geschmolzene Salz kann das gleiche sein oder verschieden von dem sein, das in dem anschließenden geschmolzen Salz-Plattierschritt verwendet wird.
(Vorbehandlung zum Plattieren: nicht-oxidierende Atmosphäre)
Zur Unterdrückung der Oxidation der Zinnschicht kann alternativ nach der Bildung der Zinnschicht der Harzformkörper zu dem anschließendem Plattierschritt bewegt werden, ohne daß er irgendeinen oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt ist. Beispielsweise sind eine Dampfniederschlagsanlage und eine Plattieranlage mit geschmolzenem Salz in einer Argonatmosphäre installiert; die Probe wird durch Dampfniederschlag in der Argonatmosphäre dem leitenden Schritt unterworfen; und die Probe wird dann durch die Argonatmosphäre zum anschließenden Schritt transferiert, das heißt dem Plattieren mit geschmolzenem Salz. Durch Anwendung dieses Verfahrens kann die Oberfläche der im vorhergehenden Schritt gebildeten Zinnschicht ohne Oxidation plattiert werden.
(Bildung der Aluminiumschicht: Plattieren mit geschmolzenem Salz)
Der Harzformkörper wird dann einer Elektroplattierung in einem geschmolzenen Salz zur Bildung einer Aluminium-Plattierschicht auf der Oberfläche des Harzformkörpers unterworfen. In einem geschmolzenen Salz wird Direktstromelektrizität zwischen einer negativen Elektrode, die der Harzformkörper ist, dessen Oberfläche mit der Zinnschicht leitend gemacht ist, und einer positiven Elektrode auferlegt, die eine Aluminiumplatte mit einer Reinheit von 99,99% ist. Die Aluminium-Plattierschicht hat eine Dicke von 1 bis 100 μm, bevorzugt 5 bis 20 μm. Das geschmolzene Salz kann ein organisches geschmolzenes Salz, das ein eutektisches Salz zwischen einem Organohalogenid und einem Aluminiumhalogenid ist, oder ein anorganisches geschmolzenes Salz sein, das ein eutektisches Salz zwischen einem Halogenid aus einem Alkalimetall und einem Aluminiumhalogenid ist. Die Verwendung eines Bades aus einem organischen geschmolzenem Salz, das bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur schmilzt ist bevorzugt, weil der Harzformkörper, der als Basismaterial dient, ohne Zersetzung plattiert werden kann. Beispiele des Organohalogenides umfassen Imidazoliumsalze und Pyridiniumsalze. Insbesondere sind 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (EMIC) und Butylpyridiniumcholrid (BPC) bevorzugt. Die Imidazoliumsalze sind bevorzugt Salze mit einem Imidazolium-Kation mit Alkyl-Gruppen an den 1- und 3-Positionen. Insbesondere wird ein Aluminiumchlorid/1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid(AlCl₃-EMIC)-geschmolzenes Salz am bevorzugtesten verwendet, weil es sehr stabil ist und wenig wahrscheinlich sich zersetzt.
Weil das Eindringen von Wasserstoff oder Sauerstoff in das geschmolzene Salz zu einer Zerstörung des geschmolzenen Salzes führt, wird das Plattieren bevorzugt in einer Atmosphäre aus einem Inertgas wie Sauerstoff oder Argon und in einer abgedichteten Umgebung durchgeführt. Wenn ein EMIC-Bad als Bad mit organischem geschmolzenem Salz verwendet wird, ist die Temperatur des Plattierbades 10 bis 60°C, bevorzugt 25 bis 45°C.
Wenn ein Bad mit Imidazoliumsalz als Bad für das geschmolzene Salz verwendet wird, wird ein organisches Lösungsmittel bevorzugt zu diesem geschmolzenen Salzbad gegeben. Insbesondere ist das organische Lösungsmittel bevorzugt Xylol. Die Zugabe eines organischen Lösungsmittels, insbesondere Xylol, gibt spezifische Wirkungen bei der Bildung eines porösen Aluminiumkörpers: spezifisch ist ein erster Vorteil, daß das Aluminiumgerüst, das den porösen Körper bildet, weniger wahrscheinlich bricht und ein zweiter Vorteil ist, daß ein gleichmäßiges Plattieren erzielt werden kann, so daß der Unterschied bei der Plattierdicke zwischen dem Oberflächenbereich und dem internen Bereich des porösen Körpers klein ist. Bezüglich des ersten Vorteils verbessert die Zugabe eines organischen Lösungsmittels das Plattieren auf der Oberfläche des Gerüstes von der granularen Form (mit großen Irregularitäten, die als Körnchen bei der Oberflächenbeobachtung gesehen werden) zu einer planaren Form und als Ergebnis wird das dünne und enge Gerüst verstärkt. Bezüglich des zweiten Vorteils führt die Zugabe eines organischen Lösungsmittels zum Bad mit geschmolzenem Salz zu einer Verminderung der Viskosität des Bades mit geschmolzenem Salz, und als Ergebnis kann das Plattierbad leicht zum Inneren der feinen Netzwerkstruktur zirkulieren. Spezifisch, wenn das Plattierbad eine hohe Viskosität hat, erreicht eine neue Zufuhr des Plattierbades leicht die Oberfläche des porösen Körpers, während es weniger wahrscheinlich ist, daß dies das Innere des porösen Körpers erreicht; durch Vermindern der Viskosität des Plattierbades erreicht demzufolge das Plattierbad ebenfalls leicht das Innere und eine Plattierung mit gleichmäßiger Dicke kann gebildet werden. Die Menge eines organischen Lösungsmittels, das zum Plattierbad gegeben ist, ist bevorzugt 25 bis 57 mol%. Wenn die Menge 25 mol% oder weniger ist, ist es weniger wahrscheinlich, daß die Wirkung der Verminderung des Dickenunterschiedes zwischen der Oberflächenschicht und dem Inneren auftritt. Wenn die Menge 57 mol% oder mehr ist, wird das Plattierbad instabil und die Plattierlösung und Xylol werden teilweise voneinander getrennt.
Zusätzlich zu dem Plattierschritt mit einem Bad mit geschmolzenem Salz, zu dem ein organisches Lösungsmittel gegeben wird, wird ein Waschschritt unter Verwendung des organischen Lösungsmittels als Reinigungslösung bevorzugt anschließend durchgeführt. Die plattierte Harzoberfläche muß gewaschen werden, um das Plattierbad zu entfernen. Ein solches Waschen nach dem Plattieren wird im allgemeinen mit Wasser durchgeführt. Jedoch verursacht das Waschen mit Wasser das Eindringen von Wasser in der Form von beispielsweise Wasserdampf in die Plattierlösung, während Imidazoliumsalzbäder Wasser vermeiden müssen. Zum Vermeiden des Waschens mit Wasser, das das Plattieren nachteilig beeinflußt, wird das Waschen mit einem organischen Lösungsmittel vorteilhafterweise durchgeführt. In dem oben beschriebenen Fall, bei dem ein organisches Lösungsmittel zu einem Plattierbad gegeben wird, führt das Waschen mit dem organischen Lösungsmittel, das zum Plattierbad gegeben wird, zu zusätzlichen Vorteilen. Spezifisch kann die Plattierlösung verhältnismäßig leicht gesammelt und durch Waschen recycelt werden, was zu einer Kostenreduzierung führt. Beispielsweise wird ein Fall berücksichtigt, bei dem ein plattierter Körper, an dem ein Bad, umfassend ein geschmolzenes Salz AlCl₃-EMIC und Xylol anhaftet, mit Xylol gewaschen. Dieses Waschen ergibt eine Lösung, umfassend eine größere Menge an Xylol als das verwendete Plattierbad. Weil die Menge des geschmolzenen Salzes AlCl₃-EMIC, das mit Xylol gemischt ist, begrenzt ist, wird die Lösung in einen oberen Bereich, der sich aus Xylol zusammensetzt, und einen unteren Bereich getrennt, der sich aus dem geschmolzenen Salz AlCl₃-EMIC, enthaltend etwa 57 mol% Xylol, zusammensetzt. Die Extraktion dieses getrennten unteren Bereiches der Lösung ermöglicht die Sammlung der geschmolzenen Lösung. Weil Xylol eine niedrigen Siedepunkt von 144°C hat, kann zusätzlich das geschmolzene Salz so erwärmt werden, daß die Xylol-Konzentration eingestellt wird, so daß sie die Konzentration in der Plattierlösung ist; somit kann die resultierende Lösung als Plattierlösung recycelt werden. Nach dem Waschen mit einem organischen Lösungsmittel wird der plattierte Körper bevorzugt weiterhin mit Wasser an einem anderen Ort gewaschen, der von dem Plattierbad entfernt ist.
(Bildung einer Zinnschicht auf der Aluminiumoberfläche)
Eine Zinnschicht wird auf der Oberfläche der Aluminiumschicht beispielsweise durch Plattieren gebildet. Dieses Plattieren kann durch Elektroplattieren, bei dem Zinn elektrochemisch auf den Stromabnehmer, der sich aus Al zusammensetzt, niedergeschlagen wird, oder durch elektroloses Plattieren durchgeführt werden, bei dem Zinn chemisch durch Reduktion niedergeschlagen wird. Ein oxidierter Film kann auf der Aluminiumoberfläche niedergeschlagen werden. Wenn eine Zinnschicht direkt auf der Aluminiumoberfläche mit einem oxidierten Film gebildet wird, neigt die Zinnschicht dazu, getrennt zu werden. Demzufolge wird die Aluminiumoberfläche bevorzugt einer Zink-Substitutionsplattierung vor der Bildung eines Zinnfilmes darauf durch Zinnplattieren unterworfen. Die Zink-Substitutionsplattierung läuft ab, während der oxidierte Film entfernt wird. Demzufolge wird ein Zinkfilm gebildet, um so in den oxidierten Film einzudringen, und der Zinn-Plattierfilm kann auf diesem Zinkfilm gebildet werden, so daß er eine hohe Adhäsion zum Zinkfilm aufweist. Spezifisch ist die Zink-Substitutions-Plattierlösung stark alkalisch; wenn die Auflösung des oxidierten Filmes abläuft und das darunterliegende Aluminium freigelegt wird, erhalten Zinkionen Elektronen von Aluminium, so daß Zink sich niederschlägt und Aluminium sich auflöst; und ein Zink-Plattierfilm kann ausreichend gebildet werden. Weil der Zink-Plattierfilm eine hohe Adhäsion hat und durch Plattieren gebildet wird, kann die Dicke des Zink-Plattierfilmes reduziert werden.
Als Vorbehandlung wird spezifisch eine weiche Ätzbehandlung zur Entfernung des oxidierten Filmes des Stromabnehmers mit einem alkalischen Ätzmittel zunächst durchgeführt. Eine Entschmutzungsbehandlung (Entfernung von aufgelösten Resten) mit Salpetersäure wird dann durchgeführt. Nachdem der Stromabnehmer mit Wasser gewaschen ist, wird die Oberfläche des Stromabnehmers, von dem der oxidierte Film entfernt ist, einer Zinkat-Behandlung (Zink-Substitutionsplattieren) mit einer Zinkat-Behandlungslösung zur Bildung eines Zinkfilmes unterworfen. Der Zinkfilm kann abgeschält und eine andere Zinkat-Behandlung kann durchgeführt werden. In diesem Fall kann ein Zinkfilm, der dichter und dünner ist, gebildet werden, und er hat eine höhere Adhäsion zur Aluminiumschicht, die die Freisetzung von Zink unterdrückt.
Der Stromabnehmer mit dem Zinkfilm wird dann in ein Plattierbad, umfassend eine Plattierlösung, getaucht, zur Durchführung der Zinnplattierung; als Ergebnis wird ein Zinnplattierfilm gebildet (Zinnplattierschritt).
Es folgt ein Beispiel von Plattierbedingungen zum Bilden des Zinnplattierfilmes durch Elektroplattierung.
Zusammensetzung der Plattierlösung

SnSO₄: 40 g/dm³
H₂SO₄: 100 g/dm³
Kresolsulfonsäure: 50 g/dm³
Formaldehyd (37%): 5 ml/dm³
Glanzmittel
pH: 4,8
Temperatur: 20°C bis 30°C
Stromdichte: 2 A/dm²
Anode: Zinn
Behandlungszeit: 600 Sekunden (wenn die Dicke des Zinn-Plattierfilms etwa 10 μm ist)

Vor der Bildung des Zinn-Plattierfilmes kann ein Nickel-Plattierfilm auf dem Zinkfilm gebildet werden. Es folgt ein Beispiel der Plattierbedingungen zur Bildung des Nickel-Plattierfilmes.
Zusammensetzung der Plattierlösung

Nickelsulfat: 240 g/l
Nickelchlorid: 45 g/l
Borsäure: 30 g/l
pH: 4,5
Temperatur: 50°C
Stromdichte: 3 A/dm³
Behandlungszeit: 330 Sekunden (wenn die Filmdicke etwa 3 μm ist)

Durch Bildung dieses Nickel-Plattierfilms als Zwischenschicht kann eine saure oder alkalische Plattierlösung zur Durchführung des Zinnplattierens verwendet werden. Wenn der Ni-Plattierfilm nicht gebildet und eine saure oder alkalische Plattierlösung verwendet wird, wird Zink in die Plattierlösung freigegeben.
Bei dem oben beschriebenen Zinn-Plattierschritt wird der Sn-Plattierfilm bevorzugt so gebildet, daß er eine Dicke von 0,5 μm oder mehr und 200 μm oder weniger hat. Diese Filmdicke kann beispielsweise durch Ändern der Zeit eingestellt werden, für die der Stromabnehmer in die Plattierlösung getaucht wird. Wenn die Filmdicke 0,5 μm oder mehr und 200 μm oder weniger ist, wird bei Verwendung des porösen Metallkörpers als negative Elektrode einer Batterie mit geschmolzenem Salz eine gewünschte Elektrodenkapazität erhalten und beispielsweise ein Problem, daß der Sn-Plattierfilm aufgrund einer Expansion, die durch Volumenänderung verursacht wird, bricht und ein Kurzschluß auftritt, unterdrückt. Wenn der Sn-Plattierfilm eine Legierung mit Na durch Okklusion von Natriumionen bildet, hat die Elektrode eine höhere Oberflächenhärte als die negative Na-Elektrode. Die Filmdicke ist bevorzugt 0,5 μm oder mehr und 100 μm oder weniger, weil der Bruch des Filmes weiter unterdrückt wird. Die Filmdicke ist mehr bevorzugt 0,5 μm oder mehr und 50 μm oder weniger, weil die Kapazitätsaufrechterhaltungsrate der Ladung und Entladung weiter erhöht wird. Die Filmdicke ist weiter bevorzugt 1 μm oder mehr und 20 μm oder weniger, weil eine Verminderung in der Entladungsspannung unterdrückt werden kann. Die Filmdicke ist am meisten bevorzugt 5 μm oder mehr und 10 μm oder weniger, weil die Kapazitätsaufrechterhaltungsrate und die Oberflächenhärte der negativen Elektrode weiter erhöht werden.
Ein Zink-Diffusionsverfahren zum Diffundieren von Zink in die Aluminiumschicht wird bevorzugt durchgeführt. Dieses Zink-Diffusionsverfahren kann beispielsweise durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 200°C oder mehr und 230°C oder weniger für etwa 30 Sekunden bis 5 Minuten durchgeführt werden. In Abhängigkeit von der Dicke des Zinkfilmes kann die Wärmebehandlungstemperatur auf 400°C oder mehr erhöht werden. Obwohl der Zink-Diffusionsvorgang eliminiert werden kann, ermöglicht die Wärmebehandlung die Diffusion von Zink in die Aluminiumschicht; als Ergebnis werden, wenn der poröse Metallkörper als negative Elektrode einer Batterie mit geschmolzenem Salz verwendet wird, die Ladung und Entladung durch Zink unterdrückt, unter Verstärkung der Eigenschaften des Ladungs-Entladungs-Zyklus, und die Erzeugung von Dendrit wird unterdrückt, um hierdurch die Sicherheit zu erhöhen.
(Zersetzung des Harzes: Behandlung mit konzentrierter Salpetersäure)
Als Ergebnis der oben beschriebenen Schritte wird ein Metall-beschichteter Harzformkörper mit einem Harzformkörper, der als Gerüstkern dient, erhalten. Dieser Harzgrundkörper wird dann entfernt. Der Metall-beschichtete Harzformkörper wird mit konzentrierter Salpetersäure, die ein Oxidationsmittel ist, in Kontakt gebracht. Der Metall-beschichtete Harzformkörper kann in eine Lösung aus konzentrierter Salpetersäure getaucht werden. Alternativ kann eine Lösung aus konzentrierter Salpetersäure auf den Metall-beschichteten Harzformkörper gesprüht werden. Die Lösung aus konzentrierter Salpetersäure hat eine Konzentration von 62% oder mehr. Als Ergebnis dieses Schrittes wird Urethan zersetzt, so daß es niedrige Molekulargewichte aufweist, und kann durch Auflösung in Salpetersäure entfernt werden. Aluminium wird im wesentlichen nicht aufgelöst, und eine poröse Struktur, die von dem geschäumten Harzformkörper stammt, wird aufrechterhalten. Obwohl Zinn sich in Salpetersäure auflöst, können durch angemessenes Auswählen der Behandlungszeit zehn Schichten mit gewünschten Dicken verbleiben. Spezifisch kann bezüglich der internen Zinnschicht, weil Urethan zunächst zersetzt wird und dann die Zinnschicht sich aufzulösen beginnt, die Zinnschicht so erzeugt werden, daß die eine gewünschte Dicke hat, indem die Behandlung im Hinblick auf die Zeit, in der eine beabsichtigte Menge der Zinnschicht aufgelöst ist, vollendet wird. Die externe Zinnschicht kann erzeugt werden, so daß sie eine gewünschte Dicke hat, indem die externe Zinnschicht durch Plattieren gebildet wird, so daß sie eine Dicke angesichts einer Verminderung in der Dicke durch Auflösung während der Zersetzung von Urethan hat.
Wenn Salpetersäure eine Konzentration von weniger als 62% hat, wird Urethan in gewissem Ausmaß zersetzt, so daß es verhältnismäßig niedrige Molekulargewichte hat, aber feste Stoffe verbleiben und das Urethan kann nicht vollständig entfernt werden. Wenn die Konzentration weniger als 62% ist, wird die Menge der aufgelösten Metallschichten groß und ein gewünschter poröser Metallkörper kann nicht erhalten werden. Obwohl die obere Grenze der Konzentration der konzentrierten Salpetersäure nicht besonders begrenzt ist, ist sie praktischerweise etwa 70%. Weil konzentrierte Salpetersäure eine Lösung mit niedriger Viskosität ist, neigt die Lösung dazu, in feine Bereiche des porösen Metall-beschichteten Harzformkörpers einzudringen und daher kann Urethan gleichmäßig zersetzt werden.
(Zersetzung des Harzes: Wärmebehandlung)
Bei dem oben beschriebenen Schritt wird Urethan entfernt, unter Erhalt eines porösen Metallkörpers. Der poröse Metallkörper wird bevorzugt weiter einer Nachbehandlung unterworfen, weil eine kleine Menge an Urethan-Zersetzungsstoffen mit niedrigen Molekulargewichten im porösen Metallkörper verbleibt. Beispielsweise kann die Nachbehandlung durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur durchgeführt werden, die niedriger ist als die oben beschriebene Wärmebehandlungstemperatur oder indem der poröse Metallkörper mit einem organischen Lösungsmittel kontaktiert wird. Angesichts der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur wird die Wärmebehandlung bevorzugt bei einer Temperatur von 200°C oder mehr und 230°C oder weniger durchgeführt. Weil Urethan, das im porösen Metallkörper verbleibt, durch die Salpetersäure-Behandlung ein niedriges Molekulargewicht aufweist, wird es zersetzt und bei einer solchen Temperatur entfernt. Die Temperatur ist 230°C oder weniger, weil die Wärmebehandlung bei einer Temperatur durchgeführt wird, die gleich oder geringer ist als der Schmelzpunkt von Zinn. Obwohl bei einer solchen Temperatur Urethan entfernt werden kann, ohne daß im wesentlichen eine Oxidation der Metallschichten verursacht wird, wird die Wärmebehandlung bevorzugt in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt, zum Unterdrücken der Oxidation. Durch Entfernung des Harzes auf diese Weise kann die Dicke einer Oxidschicht in der Oberfläche klein gemacht werden (der Sauerstoffgehalt kann niedrig gemacht werden). Zur effizienteren Entfernung des Urethanrestes wird die Wärmebehandlung bevorzugt unter einem Fluß eines Gases wie Stickstoffgas durchgeführt.
(Zersetzung des Harzes: Behandlung mit organischem Lösungsmittel)
Die Nachbehandlung kann durchgeführt werden, indem der poröse Metallkörper mit einem organischen Lösungsmittel kontaktiert wird: der poröse Metallkörper, mit dem die Behandlung unter Verwendung von konzentrierter Salpetersäure durchgeführt wird, kann in ein organisches Lösungsmittel getaucht werden, und ein organisches Lösungsmittel kann auf den porösen Metallkörper gesprüht werden, mit dem die Behandlung unter Verwendung von konzentrierter Salpetersäure durchgeführt ist. Diese Nachbehandlungsverfahren können alleine oder in Kombination durchgeführt werden. Das organische Lösungsmittel kann frei beispielsweise aus Aceton, Ethanol oder Toluol gewählt werden. Organische Lösungsmittel auf Halogenbasis, einschließlich Lösungsmitteln auf Brombasis, Lösungsmitteln auf Chlorbasis und Lösungsmitteln auf Fluorbasis, haben ein hohes Lösungsvermögen und sind nicht entzündbar und sind daher angesichts der Sicherheit bevorzugt.
Die Schritte zur Bildung des porösen Metallkörpers wurden bisher beschrieben. Wie oben beschrieben kann der Harz-Grundkörper nach dem Aluminiumplattieren im geschmolzenen Salz und vor der Bildung der Zinnschicht entfernt werden.
(Batterie mit geschmolzenem Salz)
Ein poröser Metallkörper dieser Erfindung wird bevorzugt als negatives Elektrodenmaterial für eine Batterie mit geschmolzenem Salz verwendet, umfassend ein geschmolzenes Salz, das als Kationen tatsächlich Natrium(Na)-Ionen aufweist und schmilzt bei 90°C oder weniger. Wenn Na als aktives Material für die negative Elektrode in einer solchen Batterie verwendet wird, kann, weil Na einen niedrigen Schmelzpunkt von 98°C hat und mit einer Erhöhung der Temperatur zum Erweichen neigt, Na eine Legierung mit Zinn (Sn) bilden, um hierdurch eine höhere Härte zu erzielen. In diesem Fall wird eine Zinnschicht zunächst auf dem Stromabnehmer gebildet, und Na wird dann durch Ladung zugeführt, um hierdurch eine Na-Sn-Legierung zu bilden. Der Stromabnehmer setzt sich bevorzugt aus Aluminium zusammen, weil ein Stromabnehmer, der leichtgewichtig ist und eine hohe Sammeleigenschaft hat, vorgesehen wird. Ein poröser Metallkörper dieser Erfindung hat eine Struktur, bei der ein Aluminiumgerüst, das als Stromabnehmer dient, an Zinnschichten gebunden ist, und diese Aktivmaterialschichten sind im Inneren und außerhalb des porösen Gerüstes vorhanden. Demzufolge ermöglicht der poröse Metallkörper eine hohe Batteriekapazität.
4 ist eine schematische Bildansicht einer Batterie mit geschmolzenem Salz, umfassend beispielsweise den oben beschriebenen porösen Metallkörper, der als Batterie-Elektrodenmaterial dient. Beispielsweise hat die Batterie mit geschmolzenem Salz eine Struktur, bei der die folgenden Komponenten in einem Gehäuse 127 enthalten sind: eine positive Elektrode 121, bei der ein aktives Material für eine positive Elektrode auf der Oberfläche eines Aluminiumgerüstes eines porösen Metallkörpers mit einer Aluminiumoberfläche getragen wird; eine negative Elektrode 122, die ein poröser Metallkörper ist, worin Zinnschichten auf Aluminiumoberflächen angeordnet sind; und ein Separator 123, der mit einem geschmolzenen Salz imprägniert ist, das als Elektrolyt dient. Ein Preßteil 126, gebildet durch eine Preßplatte 124 und Feder 125, die die Preßplatte preßt, ist zwischen der oberen Oberfläche des Gehäuses 127 und der negativen Elektrode angeordnet. Selbst wenn die Volumina der positiven Elektrode 121, der negativen Elektrode 122 und des Separators 123 variieren, preßt das Preßteil gleichmäßig diese Komponenten, so daß diese Komponenten miteinander in Kontakt stehen. Der Stromabnehmer (poröser Aluminiumkörper) der positiven Elektrode 121 und Stromabnehmer (poröser Aluminiumkörper mit Zinnschichten) der negativen Elektrode 122 werden jeweils an ein positives Elektrodenende 128 und negatives Elektrodenende 129 durch Leitungen 130 verbunden.
Das geschmolzene Salz, das als Elektrolyt dient, kann aus verschiedenen anorganischen Salzen und organischen Salzen ausgewählt werden, die bei der Betriebstemperatur schmelzen. Das Kation des geschmolzenen Salzes kann eines oder mehrere sein, ausgewählt aus Alkalimetallen, umfassend Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb) und Cäsium (Cs), und Erdalkalimetallen, einschließlich Beryllium (Be), Magnesium (mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr) und Barium (Ba).
Zur Verminderung des Schmelzpunktes des geschmolzenen Salzes werden zwei oder mehrere Salze bevorzugt in Kombination verwendet. Wenn beispielsweise Kaliumbis(fluorsulfonyl)amid (KFSA) und Natriumbis(fluorsulfonyl)amid (NaFSA) in Kombination verwendet werden, kann die Arbeitstemperatur der Batterie 90°C oder weniger sein.
Das geschmolzene Salz ist so, daß ein Separator damit imprägniert wird. Der Separator ist konfiguriert, zur Verhinderung, daß die positive Elektrode und die negative Elektrode miteinander in Kontakt gelangen. Der Separator kann beispielsweise aus Glas, Vlies oder porösem Harz gebildet sein. Die positive Elektrode, die negative Elektrode und der Separator, imprägniert mit dem geschmolzenen Salz, werden gestapelt und sind in einem Gehäuse enthalten und werden als Batterie verwendet.
Die oben angegebene Beschreibung umfaßt andere Ausführungsbeispiele wie unten beschrieben.
(Zusätzliche Feststellung 1)
Ein poröser Metallkörper umfassend:
ein poröses Gerüst, das eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bildet und eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 1 bis 100 μm umfaßt,
Zinnschichten, die auf einer internen Oberfläche und einer externen Oberfläche der Aluminiumschicht angeordnet sind, und
eine Zinkschicht, die zwischen der Aluminiumschicht und der Zinnschicht angeordnet ist, die auf der externen Oberfläche angeordnet ist.
(Zusätzliche Feststellung 2)
Ein Verfahren zur Erzeugung eines porösen Metallkörpers, umfassend:
einen internen Zinnschicht-Bildungsschritt zur Bildung einer Zinnschicht auf einer Oberfläche eines Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur:
einen Aluminiumgerüst-Bildungsschritt zur Bildung einer Aluminiumschicht, die als Aluminiumgerüst dient, auf einer Oberfläche der internen Zinnschicht;
einen externen Zinnschicht-Bildungsschritt zur Bildung einer Zinnschicht auf einer Oberfläche des Aluminiumgerüstes; und
einen Harz-Entfernungsschritt zur Entfernung des Harzformkörpers, wobei der Harz-Entfernungsschritt nach dem Aluminiumgerüst-Bildungsschritt oder nach dem externen Zinnschicht-Bildungsschritt durchgeführt wird;
wobei der externe Zinnschicht-Bildungsschritt einen Schritt zur Bildung eines Zinkfilmes auf der Oberfläche der Aluminiumschicht durch Zink-Substitutionsplattierung umfaßt; und
einen Schritt zum Plattieren einer Oberfläche des Zinkfilmes mit Zinn.
Bezugszeichenliste

1: geschäumtes Harz
2: interne Zinnschicht
3: Aluminium-Plattierschicht
4: externe Zinnschicht
121: positive Elektrode
122: negative Elektrode
123: Separator
124: Preßplatte
125: Feder
126: Preßteil
127: Gehäuse
128: positives Elektrodenende
129: negatives Elektrodenende
130: Leitung

Claims

Poröser Metallkörper, umfassend: ein poröses Gerüst, das eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bildet und eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 1 bis 100 μm umfaßt, und Zinnschichten, die auf einer internen Oberfläche und einer externen Oberfläche der Aluminiumschicht angeordnet sind.
Poröser Metallkörper nach Anspruch 1, worin die Zinnschichten eine Dicke von 0,5 μm oder mehr und weniger als 10 μm haben.
Verfahren zur Bildung eines porösen Metallkörpers, umfassend: einen internen Zinnschicht-Bildungsschritt zur Bildung einer Zinnschicht auf einer Oberfläche eines Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur: einem Aluminiumgerüst-Bildungsschritt zur Bildung einer Aluminiumschicht, die als Aluminiumgerüst auf einer Oberfläche der internen Zinnschicht dient; einen externen Zinnschicht-Bildungsschritt zur Bildung einer Zinnschicht auf einer Oberfläche des Aluminiumgerüstes; und einen Harz-Entfernungsschritt zur Entfernung des Harzformkörpers, wobei der Harz-Entfernungsschritt durchgeführt wird nach dem Aluminiumgerüst-Bildungsschritt oder nach dem externen Zinnschicht-Bildungsschritt.
Verfahren nach Anspruch 3, worin der Harz-Entfernungsschritt einen Salpetersäure-Behandlungsschritt zum Zersetzen des Harzformkörpers umfaßt, auf dem Metallschichten gebildet sind, indem der Harzformkörper mit konzentrierter Salpetersäure mit einer Konzentration von 62% oder mehr kontaktiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, worin der Harz-Entfernungsschritt weiterhin einen Lösungsmittel-Behandlungsvorgang zur Entfernung von Zersetzungsstoffen des Harzformkörpers umfaßt, indem die Zersetzungsstoffe mit einem organischen Lösungsmittel kontaktiert werden, wobei der Lösungsmittel-Behandlungsschritt nach dem Salpetersäure-Behandlungsschritt durchgeführt wird.
Negatives Elektrodenteil für eine Batterie mit geschmolzenem Salz, umfassend den porösen Metallkörper nach Anspruch 1 oder 2 oder einen porösen Metallkörper, erzeugt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5.
Batterie mit geschmolzenem Salz, umfassend als negative Elektrode einen porösen Metallkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur, umfassend eine Metallgerüstschicht, die porös ist und eine Aluminiumschicht umfaßt, und Zinnschichten, die interne und externe Oberflächen der Metallgerüstschicht bedecken.