DE112012000854B4 - Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, Elektrode unter Verwendung des porösen Aluminiumkörpers und nicht-wässrige Elektrolytbatterie, Kondensator und Lithiumionenkondensator mit nicht-wässriger elektrolytischer Lösung, die jeweils die Elektrode verwenden - Google Patents

Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, Elektrode unter Verwendung des porösen Aluminiumkörpers und nicht-wässrige Elektrolytbatterie, Kondensator und Lithiumionenkondensator mit nicht-wässriger elektrolytischer Lösung, die jeweils die Elektrode verwenden Download PDF

Info

Publication number
DE112012000854B4
DE112012000854B4 DE112012000854.5T DE112012000854T DE112012000854B4 DE 112012000854 B4 DE112012000854 B4 DE 112012000854B4 DE 112012000854 T DE112012000854 T DE 112012000854T DE 112012000854 B4 DE112012000854 B4 DE 112012000854B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
porous body
electrode
aluminum
aluminum porous
dimensional network
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE112012000854.5T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112012000854T5 (de
DE112012000854T8 (de
Inventor
Akihisa Hosoe
Kazuki Okuno
Hajime Ota
Koutarou Kimura
Kengo Goto
Junichi Nishimura
Hideaki SAKAIDA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Sumitomo Electric Toyama Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Sumitomo Electric Toyama Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd, Sumitomo Electric Toyama Co Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of DE112012000854T5 publication Critical patent/DE112012000854T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112012000854T8 publication Critical patent/DE112012000854T8/de
Publication of DE112012000854B4 publication Critical patent/DE112012000854B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/66—Current collectors
    • H01G11/70—Current collectors characterised by their structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
    • H01M4/808—Foamed, spongy materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
    • B22F3/1137—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers by coating porous removable preforms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/04—Hybrid capacitors
    • H01G11/06—Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • H01G11/28—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features arranged or disposed on a current collector; Layers or phases between electrodes and current collectors, e.g. adhesives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • H01M10/399—Cells with molten salts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C22C1/081—Casting porous metals into porous preform skeleton without foaming
    • C22C1/082—Casting porous metals into porous preform skeleton without foaming with removal of the preform
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49204—Contact or terminal manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12479—Porous [e.g., foamed, spongy, cracked, etc.]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für eine Elektrode, umfassend:einen langen lagenförmigen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, der eine Zugfestigkeit von 0,2 MPa oder mehr und 5 MPa oder weniger hat und Kohlenstoff in einer Menge von 0,05 g/m2oder mehr und 20 g/m2oder weniger enthält,worin der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für eine Elektrode eine durchschnittliche Kristallkorngröße von 1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger hat.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, der für eine nicht-wässrige Elektrolytbatterie (Lithiumbatterie, etc.) verwendet wird, und einen Kondensator (nachfolgend einfach als „Kondensator“ bezeichnet) und einen Lithiumionenkondensator (nachfolgend einfach als „Lithiumionenkondensator“ bezeichnet) mit einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung, und eine Elektrode, umfassend den porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk und ein Verfahren zur Erzeugung der Elektrode.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Poröse Metallkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur werden in einem großen Bereich von Anwendungen verwendet, wie verschiedenen Filtern, Katalysatorträgern und Batterieelektroden. Beispielsweise wird Celmet (hergestellt von Sumitomo Electric Industries, Ltd., eingetragene Marke), das sich aus einem porösen Nickelkörper mit dreidimensionalem Netzwerk zusammensetzt (nachfolgend als „poröser Nickelkörper“ bezeichnet) als Elektrodenmaterial für Batterien wie Nickel-Metallhydridbatterien und Nickel-Cadmiumbatterien verwendet. Celmet ist ein poröser Metallkörper mit kontinuierlichen Poren und hat charakteristisch eine höhere Porosität (90 % oder mehr) als andere poröse Körper wie metallische Vliese. Celmet kann erhalten werden durch Bilden einer Nickelschicht auf der Oberfläche des Gerüstes eines porösen Harzformkörpers mit kontinuierlichen Poren wie Urethanschaum, anschließendes Zersetzen des Harzformkörpers durch Wärmebehandlung und Reduzieren von Nickel. Die Nickelschicht wird gebildet durch Durchführen einer leitenden Behandlung unter Auftragung eines Kohlenstoffpulvers oder dergleichen auf die Oberfläche des Gerüstes des Harzformkörpers und anschließende Zersetzung von Nickel durch Elektroplattieren.
  • Auf der anderen Seite hat wie Nickel Aluminium ausgezeichnete Eigenschaften wie leitende Eigenschaft, Korrosionsresistenz und leichtes Gewicht und für Anwendungen bei Batterien wird beispielsweise eine Aluminiumfolie, auf der ein aktives Material wie Lithiumkobaltoxid auf die Oberfläche davon aufgetragen wird, als positive Elektrode für eine Lithiumbatterie verwendet. Zur Erhöhung der Kapazität einer positiven Elektrode wird überlegt, dass ein poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk (nachfolgend als „poröser Aluminiumkörper“ bezeichnet), worin die Oberfläche von Aluminium erhöht ist, verwendet wird und das Innere des Aluminiums mit einem Aktivmaterial gefüllt ist. Der Grund hierfür liegt darin, dass dies ermöglicht, dass das Aktivmaterial selbst in einer Elektrode mit einer großen Dicke verwendet werden kann und das Verfügbarkeitsverhältnis des Aktivmaterials pro Einheitsfläche verbessert.
  • Als Verfahren zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers beschreibt Patentliteratur 1 ein Verfahren zum Durchführen eines Aluminium-Dampfniederschlagsverfahrens durch ein Bogenionenplattierverfahren mit einem Kunststoffsubstrat mit dreidimensionalem Netzwerk mit innerem kontinuierlichem Raum zur Bildung einer metallischen Aluminiumschicht mit einer Dicke von 2 bis 20 µm.
  • Es wird gesagt, dass gemäß diesem Verfahren ein poröser Aluminiumkörper mit einer Dicke von 2 bis 20 µm erhalten wird, aber weil dieses Verfahren auf einem Dampfphasenverfahren basiert, ist es schwierig, einen porösen Körper mit großer Oberfläche zu erzeugen, und es ist schwierig, eine Schicht, die intern gleichmäßig ist, in Abhängigkeit von der Dicke oder Porosität des Substrates zu bilden. Weiterhin hat dieses Verfahren Probleme, dass eine Bildungsrate der Aluminiumschicht niedrig ist und die Produktionskosten hoch sind, weil die Anlage für die Herstellung teuer ist. Wenn ein dicker Film gebildet wird, gibt es auch eine Möglichkeit, dass Risse im Film erzeugt werden können oder Aluminium abblättern kann.
  • Patentliteratur 2 beschreibt ein Verfahren für den Erhalt eines porösen Aluminiumkörpers, umfassend das Bilden eines Filmes aus einem Metall (wie Kupfer) auf dem Gerüst eines Harzschaumformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur, wobei das Metall eine Fähigkeit hat, eine eutektische Legierung bei einer Temperatur von gleich oder unterhalb dem Schmelzpunkt von Aluminium zu bilden, anschließendes Auftragen einer Aluminiumpaste auf den Film und Durchführen einer Wärmebehandlung in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 550°C oder mehr und 750°C oder weniger, zur Entfernung eines organischen Bestandteils (Harzschaum) und Sintern eines Aluminiumpulvers.
  • Gemäß diesem Verfahren wird eine Schicht gebildet, die eine eutektische Legierung des oben erwähnten Metalls und Aluminium bildet, und eine Aluminiumschicht mit hoher Reinheit kann nicht gebildet werden.
    Ein Verfahren zur Herstellung einer porösen, metallischen Folie für Elektrodenplatten von Batterien wird in Patentliteratur 3 offenbart. Bei diesem Verfahren wird eine gewünschte Anzahl von geschäumten, porösen Folien und porösen Maschenfolien aufeinandergeschichtet und die Folie wird anschließend plattiert.
  • Als andere Verfahren wird überlegt, dass ein Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur einem Aluminiumplattieren unterworfen wird. Ein Elektroplattierverfahren von Aluminium selbst ist bekannt, aber weil Aluminium eine hohe chemische Affinität für Sauerstoff und ein niedrigeres elektrisches Potential als Wasserstoff hat, ist das Elektroplattieren in einem Plattierbad, das eine wässrige Lösung enthält, schwierig. Somit wurde konventionell das Aluminiumelektroplattieren in einem Plattierbad, das eine nicht-wässrige Lösung enthält, untersucht. Als Technik zum Plattieren einer Metalloberfläche mit Aluminium zum Zwecke der Antioxidation der Metalloberfläche offenbart beispielsweise die Patentliteratur 4 ein Aluminium-Elektroplattierverfahren, bei dem eine niedrigschmelzende Zusammensetzung, die eine Mischungsschmelze aus einem Oniumhalogenid und einem Aluminiumhalogenid ist, als Plattierbad verwendet und Aluminium auf einer Kathode niedergeschlagen wird, während der Wassergehalt des Plattierbades bei 2 Massen-% oder weniger gehalten wird.
  • Beim Aluminium-Elektroplattieren ist das Plattieren nur einer Metalloberfläche möglich, und es gibt kein bekanntes Verfahren zum Elektroplattieren auf der Oberfläche eines Harzformkörpers, insbesondere Elektroplattieren auf der Oberfläche eines Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur.
  • Diese Erfinder haben intensive Untersuchungen bezüglich eines Verfahrens zum Elektroplattieren der Oberfläche eines Harzformkörpers aus Polyurethan mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur mit Aluminium durchgeführt und festgestellt, dass es möglich ist, die Oberfläche eines Harzformkörpers aus Polyurethan durch Plattieren des Harzformkörpers aus Polyurethan, bei dem zumindest die Oberfläche elektrisch leitend gemacht ist, mit Aluminium in einem geschmolzenen Salzbad zu plattieren. Diese Feststellungen führten zur Vollendung eines Verfahrens zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers. Gemäß diesem Produktionsverfahren kann eine Aluminiumstruktur mit einem Harzformkörper aus Polyurethan als Kern des Gerüstes erhalten werden. Für einige Anwendungen wie verschiedene Filter und Katalysatorträger kann die Aluminiumstruktur als Harzmetallkomposit so wie sie ist verwendet werden, aber wenn die Aluminiumstruktur als eine Metallstruktur ohne Harz wegen der Einschränkungen, die von der Verwendungsumgebung resultieren, verwendet wird, muss ein poröser Aluminiumkörper durch Entfernen des Harzes gebildet werden.
  • Die Entfernung des Harzes kann durch irgendein Verfahren durchgeführt werden, einschließlich Zersetzung (Auflösung) mit einem organischen Lösungsmittel, einem geschmolzenen Salz oder superkritischem Wasser, Zersetzung oder durch Erwärmen oder dergleichen.
  • Ein Verfahren zur Zersetzung durch Erwärmen bei hoher Temperatur oder dergleichen ist angemessen, beinhaltet aber die Oxidation von Aluminium. Weil Aluminium im Gegensatz zu Nickel schwierig zu reduzieren ist, wenn es einmal oxidiert ist, verliert, wenn es beispielsweise in einem Elektrodenmaterial einer Batterie oder dergleichen verwendet wird, die Elektrode eine leitende Eigenschaft durch Oxidation und daher kann Aluminium nicht als Elektrodenmaterial verwendet werden. Somit haben diese Erfinder ein Verfahren zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers durchgeführt, worin eine Aluminiumstruktur, die durch Bilden einer Aluminiumschicht auf der Oberfläche eines Harzformkörpers erhalten ist, auf eine Temperatur erwärmt wird, die gleich oder weniger ist als der Schmelzpunkt von Aluminium in einem Zustand, bei dem diese Struktur in ein geschmolzenes Salz getaucht wird, während ein negatives Potential auf die Aluminiumschicht auferlegt wird, um den Harzformkörper durch thermische Zersetzung zu entfernen, unter Erhalt eines porösen Aluminiumkörpers, wobei dies ein Verfahren zur Entfernung eines Harzes ohne Verursachung einer Oxidation von Aluminium ist.
  • Zur Verwendung des somit erhaltenen porösen Aluminiumkörpers als Elektrode ist es notwendig, einen Leitungsdraht an den porösen Aluminiumkörper zur Bildung eines Stromkollektors zu befestigen, den porösen Aluminiumkörper, der als Stromkollektor dient, mit einem Aktivmaterial zu füllen und den resultierenden porösen Aluminiumkörper Behandlungen zu unterwerfen, wie Kompression und Schneiden durch ein Verfahren, das in 1 gezeigt ist, aber eine Technologie für die praktische Verwendung zur industriellen Erzeugung von Elektroden für nicht-wässrige Elektrolytbatterien, Kondensatoren oder dergleichen aus einem porösen Aluminiumkörper ist noch nicht bekannt.
  • LISTE DER DRUCKSCHRIFTEN
  • PATENTLITERATUR
    • Patentliteratur 1: JP 3 413 662 B2
    • Patentliteratur 2: JP H08-170 126 A
    • Patentliteratur 3: DE 689 25 580 T2
    • Patentliteratur 4: JP 3 202 072 B2
    • Patentliteratur 5: JP S56-86 459 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • (TECHNISCHES PROBLEM)
  • Diese Erfindung soll eine Technologie für die praktische Verwendung zur industriellen Erzeugung einer Elektrode aus einem porösen Aluminiumkörper angeben und spezifisch ist es ein Ziel dieser Erfindung, einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, der die kontinuierliche Erzeugung einer Elektrode, einer Elektrode, die den porösen Aluminiumkörper enthält, ermöglicht und ein Verfahren zur Erzeugung der Elektrode anzugeben.
  • (LÖSUNG DES PROBLEMS)
  • Die Konstitution dieser Erfindung ist wie folgt.
    1. (1) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für eine Elektrode, umfassend einen langen lagenförmigen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, der eine Zugfestigkeit von 0,2 MPa oder mehr und 5 MPa oder weniger hat und Kohlenstoff in einer Menge von 0,05 g/m2 oder mehr und 20 g/m2 oder weniger enthält, worin der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für eine Elektrode eine durchschnittliche Kristallkorngröße von 1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger hat.
    2. (2) Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode, umfassend zumindest einen Abwickelschritt, einen Dickeneinstellschritt, einen Leitungsschweißschritt, einen Aktivmaterialfüllschritt, einen Trocknungsschritt, einen Kompressionsschritt, einen Schneidschritt und einen Aufwickelschritt, worin der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für eine Elektrode gemäß (1) als Basismaterial verwendet wird.
    3. (3) Elektrode, umfassend den porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für eine Elektrode nach (1).
    4. (4) Nicht-wässrige Elektrolytbatterie, umfassend die Elektrode nach (3).
    5. (5) Kondensator, der eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung enthält, umfassend die Elektrode gemäß (3).
    6. (6) Lithiumionenkondensator, der eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung enthält, umfassend die Elektrode gemäß (3) .
  • (VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG)
  • Weil der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung eine ausgezeichnete Zugfestigkeit hat, bricht er nicht bei einem Verfahren zum kontinuierlichen Erzeugen eines Elektrodenmaterials und kann daher die Kosten der industriellen Produktion erniedrigen.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Erzeugung eines Elektrodenmaterials aus einem porösen Aluminiumkörper zeigt.
    • [2] 2 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Messverfahrens einer durchschnittlichen Kristallkorngröße des porösen Aluminiumkörpers.
    • [3] 3 ist ein Fließdiagramm, das einen Schritt zur Herstellung einer Aluminiumstruktur dieser Erfindung zeigt.
    • [4] 4 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Schritt zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur dieser Erfindung erläutert.
    • [5] 5 ist eine vergrößerte Fotografie der Oberfläche der Struktur eines Harzformkörpers aus Polyurethan.
    • [6] 6 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Schrittes einer kontinuierlichen leitenden Behandlung der Oberfläche eines Harzformkörpers mit einem leitenden Beschichtungsmaterial zeigt.
    • [7] 7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Schrittes zum kontinuierlichen Aluminiumplattieren unter Anwendung des geschmolzenen Salzplattierens zeigt.
    • [8] 8 ist eine Ansicht, die einen Schritt zum Komprimieren eines Endteils eines porösen Aluminiumkörpers zur Bildung eines komprimierten Teils zeigt.
    • [9] 9 ist eine Ansicht, die einen Schritt zum Komprimieren des zentralen Teils eines porösen Aluminiumkörpers zur Bildung eines komprimierten Teils zeigt.
    • [10] 10 ist eine Ansicht, die einen Schritt zum Füllen eines porösen Teils eines porösen Aluminiumkörpers mit einer Aktivmaterialaufschlämmung zeigt.
    • [11] 11 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper bei einer Lithiumbatterie verwendet wird.
    • [12] 12 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper für einen Kondensator verwendet wird.
    • [13] 13 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper für einen Lithiumionenkondensator verwendet wird.
    • [14] 14 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, bei der ein poröser Aluminiumkörper für eine geschmolzene Salzbatterie verwendet wird.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung ist ein langer lagenförmiger poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, der als Basismaterial in einem Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode verwendet wird, umfassend zumindest einen Abwickelschritt, einen Dickeneinstellschritt, einen Leitungsschweißschritt, einen Aktivmaterialfüllschritt, einen Trocknungsschritt, einen Kompressionsschritt, einen Schneidschritt und einen Aufwickelschritt, worin der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk eine Zugfestigkeit von 0,5 MPa oder mehr und 5 MPa oder weniger hat.
  • Es ist notwendig, einen langen lagenförmigen porösen Metallkörper zu verwenden, um die industrielle kontinuierliche Produktion einer Elektrode für eine nicht-wässrige Elektrolytbatterie (Lithiumbatterie, etc.) und einen Kondensator oder Lithiumionenkondensator durchzuführen. Daher hat der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzstruktur dieser Erfindung ein Merkmal, dass er eine lange Lagenform hat, um die kontinuierliche industrielle Produktion einer Elektrode zu ermöglichen. Das heißt die Form des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionaler Netzstruktur dieser Erfindung kann angemessen in Antwort auf eine Produktionslinie, die kontinuierlich eine Elektrode erzeugt, geändert werden und kann eine Form einer langen Lage sein, die für eine solche Serie von Schritten anwendbar ist, und die Dimension des porösen Aluminiumkörpers ist nicht besonders beschränkt. Die Dimension kann beispielsweise 1 m breit, 200 m lang und 1 mm dick sein.
  • Zur kontinuierlichen Erzeugung einer Elektrode muss, wie in 1 gezeigt ist, im Allgemeinen ein langer lagenförmiger poröser Metallkörper von einer Walze abgewickelt werden, die jeweiligen Schritte eingehen, um eine Walze aufgewickelt werden, und der poröse Metallkörper wird getragen, während er durch eine konstante Kraft während der Serie von Schritten gezogen wird. Weil der poröse Metallkörper insbesondere beim Füllschritt und beim Pressschritt stark gezogen wird, kann der poröse Metallkörper brechen, wenn er kein bestimmtes Ausmaß einer Zugfestigkeit hat. Demzufolge hat der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzstruktur der Erfindung ein Merkmal, dass er eine Zugfestigkeit von 0,2 MPa oder mehr und 5 MPa oder weniger hat, so dass der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzstruktur für einen kontinuierlichen Produktionsschritt einer Elektrode verwendet werden kann.
  • Wenn der poröse Aluminiumkörper eine Zugfestigkeit von weniger als 0,2 MPa hat, gibt es eine hohe Möglichkeit eines Bruches beim Schritt des kontinuierlichen Erzeugens einer Elektrode. Wenn im Gegensatz dazu die Zugfestigkeit mehr als 5 MPa ist, ist dies nicht bevorzugt, weil der poröse Aluminiumkörper schwer zu biegen wird und nicht in der Form einer Walze aufgewickelt werden kann. Angesichts dessen hat der poröse Aluminiumkörper mehr bevorzugt eine Zugfestigkeit von 0,2 MPa oder mehr und 4 MPa oder weniger, weiterhin bevorzugt 0,3 MPa oder mehr und 2,5 MPa oder weniger und am meisten bevorzugt 0,5 MPa oder mehr und 1,2 MPa oder weniger.
  • Für den Erhalt eines porösen Aluminiumkörpers mit einer Zugfestigkeit von 0,2 MPa oder mehr können die Bedingungen (Temperatur, Zeit, Strom, etc.) des Aluminiumplattierens eingestellt werden oder der Kohlenstoffgehalt kann eingestellt werden beim Produktionsschritt des porösen Aluminiumkörpers, wie später beschrieben.
  • Weiterhin hat der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzstruktur dieser Erfindung eine durchschnittliche Kristallkorngröße von 1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger. Wenn der poröse Aluminiumkörper eine durchschnittliche Kristallkorngröße von weniger als 1 µm hat, kann es Fälle geben, bei denen die Duktilität des porösen Körpers vermindert wird, unter Verschlechterung der Verarbeitbarkeit. Wenn im Gegensatz dazu die durchschnittliche Kristallkorngröße mehr als 100 µm ist, kann es Fälle geben, bei denen die mechanische Festigkeit vermindert wird. Angesichts dessen hat der poröse Aluminiumkörper bevorzugt eine durchschnittliche Kristallkorngröße von 2 µm oder mehr und 10 µm oder weniger und bevorzugter 3 µm oder mehr und 8 µm oder weniger.
  • Die durchschnittliche Kristallkorngröße des porösen Aluminiumkörpers kann eingestellt werden durch Einstellen der Bedingungen (Temperatur, Zeit, Strom, etc.) des Aluminiumplattierens beim Produktionsschritt des porösen Aluminiumkörpers, wie später beschrieben.
  • Die durchschnittliche Kristallkorngröße des porösen Aluminiumkörpers kann durch Verarbeiten des porösen Aluminiumkörpers mit einem FIB (fokussierter Ionenstrahl) und anschließendes Beobachten des porösen Aluminiumkörpers mit einem SEM (Elektrodenabtastmikroskop) gemessen werden. Mehr spezifisch wird in dem Foto eines porösen Aluminiumkörpers durch SEM, dargestellt in 2, beispielsweise eine Linie, die die gleiche Länge hat wie die einer Skala in dem SEM-Foto, im Gerüst des porösen Aluminiumkörpers gezogen und die Zahl der Kristallkörper, die diese Linie schneiden, wird gezählt. Eine Korngröße wird berechnet durch Dividieren der Länge der Skala durch die Anzahl der Kristallkörner (Länge der Skala)/(Anzahl der Kristallkörner)). Dieser Vorgang wird an fünf unterschiedlichen Punkten in einem Foto wiederholt zum Berechnen eines jeden Korngrößenwertes, und ein Durchschnitt dieser Werte wird als durchschnittliche Kristallkorngröße genommen.
  • Der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzstruktur dieser Erfindung enthält Kohlenstoff in einer Menge von 0,05 g/m2 oder mehr und 20 g/m2 oder weniger. Wenn der poröse Aluminiumkörper Kohlenstoff in einer Menge von 0,05 g/m2 oder mehr enthält, kann die mechanische Festigkeit des porösen Aluminiumkörpers verstärkt werden. Wenn auf der anderen Seite der poröse Aluminiumkörper Kohlenstoff in einer Menge von mehr als 20 g/m2 enthält, ist dies nicht bevorzugt, weil die Verarbeitbarkeit des porösen Aluminiumkörpers verschlechtert wird, unter Erzeugung einer hohen Wahrscheinlichkeit, dass dies der Ausgangspunkt für Risse ist, wenn er gebogen wird. Weiterhin kann die Schweißfähigkeit des porösen Aluminiumkörpers beeinträchtigt werden. Angesichts dessen enthält der poröse Aluminiumkörper bevorzugt Kohlenstoff in einer Menge von 0,1 g/m2 oder mehr und 10 g/m2 oder weniger und bevorzugter 0,2 g/m2 oder mehr und 5 g/m2 oder weniger.
  • Wie später beschrieben, kann bei der Herstellung eines porösen Aluminiumkörpers die Menge an Kohlenstoff, die in einem porösen Aluminiumkörper als Endprodukt enthalten ist, eingestellt werden durch die Verwendung eines Harzformkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk aus einem Urethanschaum oder dergleichen als Ausgangsmaterial und Einstellen der Bedingungen (Temperatur, Zeit, etc.) zur Entfernung des Harzformkörpers.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Erzeugung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionaler Netzstruktur dieser Erfindung beschrieben. Nachfolgend wird das Produktionsverfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, falls erforderlich, beschrieben, wobei ein Beispiel, bei dem ein Aluminiumplattierverfahren als Verfahren zur Bildung eines Aluminiumfilmes auf der Oberfläche eines Harzformkörpers aus Polyurethan angewandt wird, als repräsentatives Beispiel verwendet wird. In den Bezugszeichen sind die Teile mit den gleichen Nummern die gleichen oder entsprechenden Teile. Diese Erfindung ist nicht hierauf beschränkt, aber wird durch die Ansprüche definiert, und alle Modifizierungen, die innerhalb des Umfangs der Ansprüche fallen, und die Äquivalente davon sollen durch die Ansprüche enthalten sein.
  • (Schritt zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur)
  • 3 ist ein Fließdiagramm, das einen Schritt zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur zeigt. Weiterhin zeigt 4 eine schematische Ansicht der Bildung eines Aluminiumplattierfilmes unter Verwendung eines Harzformkörpers als Kernmaterial, die dem Fließdiagramm entspricht. Der Gesamtfluss der Produktionsschritte wird unter Bezugnahme auf beide Figuren beschrieben. Zunächst wird die Herstellung 101 eines Harzformkörpers durchgeführt, der als Basismaterial dient. 4(a) ist eine vergrößerte schematische Ansicht der Oberfläche eines Harzformkörpers mit kontinuierlichen Poren als Beispiel eines Harzformkörpers, der als Basismaterial dient. Poren werden im Gerüst eines Harzformkörpers 1 gebildet. Dann wird eine leitende Behandlung 102 der Oberfläche des Harzformkörpers durchgeführt. Wie in 4(b) beschrieben ist, wird durch diesen Schritt eine dünne leitende Schicht 2 aus einem elektrischen Leiter auf der Oberfläche des Harzformkörpers 1 gebildet.
  • Anschließend wird ein Aluminiumplattieren 103 in einem geschmolzenen Salz durchgeführt, zur Bildung einer aluminiumplattierten Schicht 3 auf der Oberfläche der leitenden Schicht des Harzformkörpers (4(c)). Hierdurch wird eine Aluminiumstruktur erhalten, bei der der plattierte Aluminiumkörper 3 auf der Oberfläche des Harzformkörpers, der als Basismaterial dient, gebildet wird. Die Entfernung 104 des Harzformkörpers, der als Basismaterial dient, wird durchgeführt.
  • Der Harzformkörper 1 kann durch Zersetzung oder dergleichen entfernt werden, unter Erhalt einer Aluminiumstruktur (poröser Körper), der nur eine verbleibende Metallschicht enthält (4(d)). Nachfolgend wird jeder dieser Schritte beschrieben.
  • (Herstellung des Harzformkörpers)
  • Ein Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur und kontinuierlichen Poren wird hergestellt. Ein Material des Harzformkörpers kann irgendein Harz sein. Als Material kann ein Harzschaumformkörper aus Polyurethan, Melaminharz, Polypropylen oder Polyethylen veranschaulicht werden. Obwohl der Harzschaumformkörper veranschaulicht ist, kann ein Harzformkörper mit irgendeiner Form ausgewählt werden, solange der Harzformkörper kontinuierlich gebildete Poren (kontinuierliche Poren) aufweist. Beispielsweise kann ein Harzformkörper mit einer Form wie ein Vlies, gebildet durch Verwirbeln eines faserigen Harzes, anstelle des Harzschaumformkörpers verwendet werden. Der Harzschaumformkörper hat bevorzugt eine Porosität von 80 bis 98 % und einen Porendurchmesser von 50 bis 500 µm. Urethanschäume und Melaminharzschäume haben eine hohe Porosität, Kontinuität der Poren und ausgezeichnete thermische Zersetzungseigenschaften und können daher bevorzugt als Harzschaumformkörper verwendet werden.
  • Urethanschäume sind bevorzugt bezüglich der Gleichmäßigkeit der Poren, leichten Verfügbarkeit und dergleichen und dahingehend bevorzugt, dass Urethanschäume mit einem kleinen Porendurchmesser erhältlich sein können.
  • Harzformkörper enthalten häufig Restmaterialien wie ein Schäummittel und nicht-reagiertes Material bei der Erzeugung des Schaumes, und werden daher bevorzugt einer Waschbehandlung für die anschließenden Schritte unterworfen. Als Beispiel des Harzformkörpers ist ein Urethanschaum, mit dem eine Waschbehandlung als Vorbehandlung durchgeführt wird, in 5 gezeigt. In dem Harzformkörper ist ein dreidimensionales Netzwerk als Gerüst konfiguriert, und daher sind kontinuierliche Poren insgesamt konfiguriert. Das Gerüst des Urethanschaumes hat eine nahezu dreieckige Form in einem Querschnitt senkrecht zu der erstreckenden Richtung. Hierin wird die Porosität durch folgende Gleichung definiert: Porosit a ¨ t = ( 1 − ( Masse des por o ¨ sen  Materials  [ g ] / ( Volumen des por o ¨ sen Materials  [ cm 3 ] × Materialdichte ) ) ) × 100 [ % ]
    Figure DE112012000854B4_0001
  • Weiterhin wird der Porendurchmesser bestimmt durch Vergrößern der Oberfläche des Harzformkörpers in einer Fotomikrografie oder dergleichen, Zählen der Anzahl von Poren pro 25,4 mm (inch) als Zahl der Zellen und Berechnen eines durchschnittlichen Porendurchmessers durch folgende Gleichung: durchschnittlicher Porendurchmesser = 25,4 mm/Zahl der Zellen.
  • (Leitende Behandlung der Oberfläche des Harzformkörpers)
  • Zur Durchführung des Elektroplattierens wird die Oberfläche des Harzschaumes vorher einer leitenden Behandlung unterworfen. Ein Verfahren zur leitenden Behandlung ist nicht besonders beschränkt, solange es eine Behandlung ist, durch die der Oberfläche des Harzformkörpers eine leitende Eigenschaft verliehen werden kann, und irgendein Verfahren, einschließlich dem elektrolosen Plattieren eines leitenden Metalls wie Nickel, Dampfniederschlag und Sputtern von Aluminium oder dergleichen und die Auftragung eines leitenden Beschichtungsmaterials, das leitende Teilchen wie Kohlenstoff enthält, kann ausgewählt werden.
  • Als Beispiel der leitenden Behandlung wird unten ein Verfahren beschrieben, mit dem die Oberfläche des Harzschaumes durch Sputtern von Aluminium elektrisch leitend gemacht wird, und ein Verfahren, durch das die Oberfläche des Harzschaumes elektrisch leitend unter Verwendung von Kohlenstoff als leitende Teilchen gemacht wird.
  • - Sputtern von Aluminium -
  • Eine Sputterbehandlung unter Verwendung von Aluminium ist nicht besonders beschränkt, solange Aluminium als Target verwendet wird, und sie kann entsprechend einem üblichen Verfahren durchgeführt werden. Ein Sputterfilm aus Aluminium wird beispielsweise durch Halten eines Harzformkörpers mit einem Substrathalter und anschließendes Auferlegen einer Direktspannung zwischen dem Halter und einem Target (Aluminium) unter Einführen eines Inertgases in die Sputteranlage gebildet, um dafür zu sorgen, dass ein ionisiertes Inertgas auf das Aluminiumtarget aufschlägt und zum Niederschlagen der gesputterten Aluminiumteilchen auf die Oberfläche des Harzformkörpers. Die Sputterbehandlung wird bevorzugt unterhalb einer Temperatur durchgeführt, bei der der Harzformkörper nicht schmilzt, und bevorzugt kann die Sputterbehandlung bei einer Temperatur von etwa 100 bis 200°C und bevorzugt bei einer Temperatur von etwa 120 bis 180°C durchgeführt werden.
  • - Kohlenstoffauftragung -
  • Ein Kohlenstoffbeschichtungsmaterial wird als leitendes Beschichtungsmaterial hergestellt. Eine Suspensionslösung, die als leitendes Beschichtungsmaterial dient, enthält bevorzugt Kohlenstoffteilchen, ein Bindemittel, ein Dispergiermittel und ein Dispersionsmedium. Die gleichmäßige Auftragung von leitenden Teilchen erfordert die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Suspension der Suspensionslösung. Somit wird die Suspensionslösung bevorzugt bei einer Temperatur von 20 bis 40°C gehalten. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Temperatur der Suspensionslösung von weniger als 20°C zu einem Mangel der gleichmäßigen Suspension führt und nur das Bindemittel konzentriert wird, zur Bildung einer Schicht auf der Oberfläche des Gerüstes, das die Netzwerkstruktur des Harzformkörpers ausmacht. In diesem Fall neigt eine Schicht von aufgetragenen Kohlenstoffteilchen zum Abschälen, und die Metallplattierung, die fest an dem Substrat anhaftet, wird kaum gebildet. Wenn auf der anderen Seite eine Temperatur der Suspensionslösung höher als 40°C ist, wird, weil die Menge des zu verdampfenden Dispersionsmediums groß ist, im Verlaufe der Zeit der Auftragungsbehandlung die Suspensionslösung konzentriert und die Menge an Kohlenstoff neigt zur Variation. Die Kohlenstoffteilchen haben einen Teilchendurchmesser von 0,01 bis 5 µm und bevorzugt 0,01 bis 0,5 µm. Ein großer Teilchendurchmesser kann zu einem Verstopfen der Löcher des Harzformkörpers führen oder ein glattes Plattieren beeinträchtigen, und ein zu kleiner Teilchendurchmesser macht es schwierig, eine ausreichende leitende Eigenschaft zu erzielen.
  • Die Auftragung der Kohlenstoffteilchen auf den Harzformkörper kann durchgeführt werden durch Tauchen des Harzformkörpers, das ein Subjekt ist, in die Suspensionslösung und Abschrecken und Trocknen des Harzformkörpers. 6 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration einer Behandlungsanlage für die leitende Behandlung eines streifenförmigen Harzformkörpers (ein streifenförmiges Harz), der als Gerüst dient, als Beispiel des praktischen Produktionsschrittes zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, umfasst diese Anlage eine Zuführspule 12 zum Zuführen eines streifenförmigen Harzes 11, ein Bad 15, das eine Suspensionslösung 14 eines leitenden Beschichtungsmaterials enthält, ein Paar von Abquetschwalzen 17, die oberhalb des Bades 15 angeordnet sind, eine Vielzahl von Heißluftdüsen 16, die auf entgegengesetzten Seiten des fortlaufenden streifenförmigen Harzes 11 angeordnet sind, und eine Aufnahmespule 18 zum Aufnehmen eines streifenförmigen Harzes 11. Weiterhin wird eine Führungswalze 13 zum Führen des streifenförmigen Harzes 11 angemessen angeordnet. In der somit konfigurierten Anlage wird das streifenförmige Harz 11 mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur von der Zuführspule 12 abgewickelt, durch die Ablenkwalze 13 geführt und in die Suspensionslösung in dem Bad 15 getaucht. Das streifenförmige Harz 11, das in die Suspensionslösung 14 in dem Bad 15 getaucht ist, wechselt seine Richtung nach oben und läuft zwischen die Abquetschwalzen 17, die oberhalb der Flüssigoberfläche der Suspensionslösung 14 angeordnet sind. In diesem Fall ist der Abstand zwischen den Abquetschwalzen 17 kleiner als die Dicke des streifenförmigen Harzes 11, und daher wird das streifenförmige Harz 11 komprimiert. Somit wird eine überschüssige Suspensionslösung, mit der das streifenförmige Harz 11 imprägniert ist, in das Bad 15 abgequetscht.
  • Anschließend ändert das streifenförmige Harz 11 seine Laufrichtung erneut. Das Dispersionsmedium oder dergleichen der Suspensionslösung wird durch heiße Luft, die von den Heißluftdüsen 16 ejiziert wird, die durch eine Vielzahl von Düsen konfiguriert sind, und das streifenförmige Harz 11, das vollständig getrocknet ist, wird um die Aufnahmespule 18 gewickelt. Die Temperatur der heißen Luft, die von den Heißluftdüsen 16 ejiziert ist, liegt bevorzugt im Bereich von 40 bis 80°C. Wenn eine solche Anlage verwendet wird, kann die leitende Behandlung automatisch und kontinuierlich durchgeführt werden und ein Gerüst mit einer Netzwerkstruktur ohne Verstopfen und mit einer gleichmäßigen leitenden Schicht wird gebildet, und daher kann der anschließende Metallplattierschritt glatt durchgeführt werden.
  • (Bildung der Aluminiumschicht: geschmolzenes Salzplattieren)
  • Nachfolgend wird eine aluminiumplattierte Schicht auf der Oberfläche des Harzformkörpers durch Elektroplattieren in einem geschmolzenen Salz gebildet. Durch Plattieren von Aluminium in dem geschmolzenen Salz kann eine dicke Aluminiumschicht gleichmäßig insbesondere auf der Oberfläche einer komplizierten Gerüststruktur wie dem Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur gebildet werden. Ein Direktstrom wird zwischen einer Kathode des Harzformkörpers mit einer Oberfläche, mit dem die leitende Behandlung durchgeführt ist, und einer Anode aus einer Aluminiumplatte mit einer Reinheit von 99,0 % in dem geschmolzenen Salz auferlegt. Als geschmolzenes Salz kann ein organisches geschmolzenes Salz, das ein eutektisches Salz aus einem organischen Halogenid und einem Aluminiumhalogenid ist, oder ein anorganisches geschmolzenes Salz verwendet werden, das ein eutektisches Salz aus einem Alkalimetallhalogenid und einem Aluminiumhalogenid ist. Die Verwendung eines organischen geschmolzenen Salzbades, das bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur schmilzt, ist bevorzugt, weil dies das Plattieren ohne Zersetzung des Harzformkörpers, einem Basismaterial, ermöglicht. Als organisches Halogenid kann ein Imidazoliumsalz, Pyridiniumsalz oder dergleichen verwendet werden, und spezifisch sind 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (EMIC) und Butylpyridiniumchlorid (BPC) bevorzugt. Weil die Kontamination des geschmolzenen Salzes mit Wasser oder Sauerstoff einen Abbau des geschmolzenen Salzes verursacht, wird das Plattieren bevorzugt in einer Inertgasatmosphäre wie Stickstoff oder Argon und in einer abgedichteten Umgebung durchgeführt.
  • Das geschmolzene Salzbad ist bevorzugt ein geschmolzenes Salzbad, umfassend Stickstoff und insbesondere ist ein Imidazoliumsalzbad bevorzugt. Wenn ein Salz, das bei hoher Temperatur schmilzt, als geschmolzenes Salz verwendet wird, ist die Auflösung oder Zersetzung des Harzes im geschmolzenen Salz schneller als das Wachstum einer plattierten Schicht, und daher kann eine plattierte Schicht nicht auf der Oberfläche des Harzformkörpers gebildet werden. Das Imidazoliumsalzbad kann ohne irgendeine Wirkung auf das Harz selbst bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen verwendet werden. Als Imidazoliumsalzbad wird ein Salz bevorzugt verwendet, das ein Imidazoliumkation mit Alkylgruppen an der 1,3-Position enthält, und besonders sind geschmolzene Salze auf Basis von Aluminiumchlorid + 1-Ethyl-3-methyl-imidazoliumchlorid (AlCl3 + EMIC) wegen ihrer hohen Stabilität und Resistenz gegenüber Zersetzung am meisten bevorzugt. Das Imidazoliumsalzbad ermöglicht ein Plattieren von Urethanschaumharzen und Melaminschaumharzen, und die Temperatur des geschmolzenen Salzbades liegt bei 10 bis 65°C und bevorzugt 25 bis 60°C. Mit einer Verminderung der Temperatur wird der Stromdichtebereich, bei dem ein Plattieren möglich ist, eingeengt, und das Plattieren der gesamten Oberfläche eines Harzformkörpers wird schwierig. Der Mangel, dass eine Form eines Basisharzes beeinträchtigt wird, scheint bei einer hohen Temperatur von mehr als 65°C aufzutreten.
  • In Bezug auf das geschmolzene Salz-Aluminiumplattieren auf einer Metalloberfläche wird berichtet, dass ein Additiv wie Xylol, Benzol, Toluol oder 1,10-Phenanthrolin zu AlCl3-EMIC gegeben wird, um die Glätte der plattierten Oberfläche zu verbessern. Diese Erfinder haben festgestellt, dass insbesondere bei einem Aluminiumplattieren eines Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur die Zugabe von 1,10-Phenanthrolin charakteristische Wirkungen auf die Bildung eines porösen Aluminiumkörpers hat. Das heißt, es gibt ein erster Charakteristikum, dass die Glätte eines Plattierfilmes verbessert und das Aluminiumgerüst, das den porösen Körper bildet, kaum gebrochen wird, und ein zweites Charakteristikum, dass ein gleichmäßiges Plattieren mit einem kleinen Unterschied der Plattierdicke zwischen der Oberfläche und dem Inneren des porösen Körpers erzielt werden kann.
  • Beim Pressen des vollendeten porösen Aluminiumkörpers oder dergleichen können die oben erwähnten beiden Eigenschaften des kaum zu brechenden Gerüstes und der gleichmäßigen Plattierdicke im Inneren und Äußeren einen porösen Körper ergeben, der ein kaum zu brechendes Gerüst insgesamt hat und gleichmäßig gepresst ist. Wenn der poröse Aluminiumkörper als Elektrodenmaterial für Batterien oder dergleichen verwendet wird, wird eine Elektrode mit einem Elektrodenaktivmaterial gefüllt und gepresst, zur Erhöhung der Dichte. Weil das Gerüst häufig beim Füllschritt des Aktivmaterials oder beim Pressen bricht, sind die beiden Eigenschaften extrem wirksam bei einer solchen Anwendung.
  • Gemäß der obigen Beschreibung ist die Zugabe eines organischen Lösungsmittels zum geschmolzenen Salzbad bevorzugt, und insbesondere wird 1,10-Phenanthrolin bevorzugt verwendet. Die Menge des organischen Lösungsmittels, das zum Plattierbad gegeben wird, liegt bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 7 g/l. Wenn die Menge 0,2 g/l oder weniger ist, hat das resultierende Plattieren eine geringe Glätte und ist spröde, und es ist schwierig, eine Wirkung zur Verminderung eines Unterschiedes der Dicke zwischen der Oberflächenschicht und dem Inneren zu erzielen. Wenn die Menge 7 g/l oder mehr ist, wird die Plattiereffizienz vermindert, und es ist schwierig, eine bestimmte Plattierdicke zu erzielen.
  • 7 ist eine Ansicht, die schematisch die Konfiguration einer Anlage zum kontinuierlichen Plattieren des oben erwähnten streifenförmigen Harzes mit Aluminium zeigt. Diese Ansicht zeigt eine Konfiguration, bei der ein streifenförmiges Harz 22 mit einer Oberfläche, die einer leitenden Behandlung unterworfen worden ist, von links nach rechts in der Figur transferiert wird. Ein erstes Plattierbad 21a ist durch eine zylindrische Elektrode 24, eine Aluminiumanode 25, die auf der Innenwand eines Behälters angeordnet ist, und ein Plattierbad 23 konfiguriert. Das streifenförmige Harz 22 gelangt durch das Plattierbad 23 entlang der zylindrischen Elektrode 24, und hierdurch kann ein gleichmäßiger elektrischer Strom leicht durch den gesamten Harzformkörper fließen und ein gleichmäßiges Plattieren kann erzielt werden. Ein Plattierbad 21b ist ein Bad zum weiteren Durchführen eines dicken gleichmäßigen Plattierens und ist konfiguriert durch eine Vielzahl von Bädern, so dass das Plattieren mehrere Male durchgeführt werden kann. Das streifenförmige Harz 22 mit einer Oberfläche, mit der eine leitende Behandlung durchgeführt ist, gelangt durch ein Plattierbad 28, während es durch Elektrodenwalzen 26, die als Zuführwalzen und Energiezuführkathoden auf der Außenseite des Bades fungieren, transferiert wird, um hierdurch das Plattieren durchzuführen. Die Vielzahl der Bäder umfassen Anoden 27 aus Aluminium, die beiden Flächen des Harzformkörpers über dem Plattierbad 28 gegenüberliegen, was ein gleichmäßigeres Plattieren auf beiden Flächen des Harzformkörpers ermöglicht. Eine Plattierlösung wird adäquat von dem plattierten porösen Aluminiumkörper durch Stickstoffgasblasen entfernt, und dann wird der plattierte poröse Aluminiumkörper mit Wasser gewaschen, unter Erhalt eines porösen Aluminiumkörpers.
  • Auf der anderen Seite kann ein anorganisches Salzbad ebenfalls als geschmolzenes Salz in einem Ausmaß verwendet werden, dass ein Harz nicht schmilzt oder dergleichen. Das anorganische Salzbad ist ein Salz aus einem Zweikomponentensystem, typischerweise AlCl3-XCl (X: Alkalimetall) oder ein Multikomponentensystem. Ein solches anorganisches Salzbad hat üblicherweise eine höhere geschmolzene Temperatur als ein organisches Salzbad wie ein Imidazoliumsalzbad, hat aber weniger Umweltbeschränkungen wie Wassergehalt oder Sauerstoff und kann insgesamt bei niedrigen Kosten praktisch verwendet werden. Wenn das Harz ein Melaminschaumharz ist, wird ein anorganisches Salzbad bei 60 bis 150°C verwendet, weil das Harz bei höherer Temperatur als ein Urethanschaumharz verwendet werden kann.
  • Eine Aluminiumstruktur mit einem Harzformkörper als Kern des Gerüstes wird durch die erwähnten Schritte erhalten. Für einige Anwendungen wie verschiedene Filter und einem Katalysatorträger kann die Aluminiumstruktur als HarzMetallkomposit so wie sie ist verwendet werden, aber wenn die Aluminiumstruktur als poröser Metallkörper ohne Harz wegen der Einschränkungen, die von der Verwendungsumgebung resultieren, verwendet wird, wird das Harz entfernt. Erfindungsgemäß wird zur Vermeidung einer Oxidation von Aluminium das Harz durch Zersetzung in einem geschmolzenen Salz wie unten beschrieben entfernt.
  • (Entfernung des Harzes: Behandlung durch geschmolzenes Salz)
  • Die Zersetzung in einem geschmolzenen Salz wird auf folgende Weise durchgeführt. Ein Harzformkörper mit einer aluminiumplattierten Schicht, die auf der Oberfläche davon angeordnet ist, wird in ein geschmolzenes Salz getaucht und erwärmt, während ein negatives Potential (Potential, das niedriger ist als ein Standard-Elektrodenpotential von Aluminium) auf die Aluminiumschicht auferlegt wird, zur Entfernung eines Harzformkörpers. Wenn das negative Potential auf die Aluminiumschicht auferlegt wird, wobei der Harzformkörper in das geschmolzene Salz getaucht ist, kann der Harzformkörper ohne Oxidation von Aluminium zersetzt werden. Eine Erwärmungstemperatur kann angemessen entsprechend dem Typ des Harzformkörpers ausgewählt werden. Wenn der Harzformkörper Urethan ist, muss eine Temperatur des geschmolzenen Salzbades 380°C oder höher sein, weil die Zersetzung von Urethan bei etwa 380°C auftritt, aber die Behandlung muss bei einer Temperatur von gleich oder weniger als dem Schmelzpunkt (660°C) von Aluminium durchgeführt werden, um das Schmelzen von Aluminium zu vermeiden. Ein bevorzugter Temperaturbereich ist 500°C oder mehr und 600°C oder weniger. Ein aufzuerlegendes negatives Potential ist auf der Minusseite des Reduktionspotentials von Aluminium und auf der Plusseite des Reduktionspotentials des Kations im geschmolzenen Salz. Auf diese Weise kann ein poröser Aluminiumkörper, der kontinuierliche Poren hat und eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche und einen niedrigen Sauerstoffgehalt hat, erhalten werden.
  • Das geschmolzene Salz, das bei der Zersetzung des Harzes verwendet wird, kann ein Halogenidsalz aus einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall sein, so dass das Aluminium-Elektrodenpotential niedriger ist. Mehr spezifisch enthält das geschmolzene Salz bevorzugt ein oder mehrere Salze, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumchlorid (LiCl), Kaliumchlorid (KCl) und Natriumchlorid (NaCl). Auf diese Weise kann ein poröser Aluminiumkörper, der kontinuierliche Poren und eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche und einen niedrigen Sauerstoffgehalt aufweist, erhalten werden.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode von dem somit erhaltenen porösen Aluminiumkörper beschrieben.
  • 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Verfahrens zum kontinuierlichen Erzeugen einer Elektrode aus einem porösen Aluminiumkörper erläutert. Das Verfahren umfasst einen Abwickelschritt A für eine poröse Körperlage zum Abwickeln einer porösen Körperlage von einer Abwickelwalze 41, einen Dickeneinstellschritt B unter Verwendung einer Kompressionswalze 42, einen Leitungsschweißschritt C unter Verwendung einer Kompressions-/Schweißwalze 43 und eine Leitungszuführwalze 49, einen Aufschlämmungsfüllschritt D unter Verwendung einer Füllwalze 44, eine Aufschlämmungszuführdüse 50 und eine Aufschlämmung 51, einen Trocknungsschritt E unter Verwendung einer Trocknungsmaschine 45, einen Kompressionsschritt F unter Verwendung einer Kompressionswalze 46, einen Schneidschritt G unter Verwendung einer Schneidwalze 47 und einen Aufwickelschritt H unter Verwendung einer Aufwickelwalze 48. Nachfolgend werden diese Schritte spezifisch beschrieben.
  • (Dickeneinstellschritt)
  • Eine poröse Aluminiumkörperlage wird von einer Ausgangsmaterialwalze abgewickelt, um die die Lage aus einem porösen Aluminiumkörper gewickelt war, und wird eingestellt, so dass sie eine optimale Dicke und eine flache Oberfläche durch Walzenpressen in dem Dickeneinstellschritt hat. Die Enddicke des porösen Aluminiumkörpers wird angemessen entsprechend einer Anwendung einer Elektrode bestimmt, und dieser Dickeneinstellschritt ist ein Vorkompressionsschritt eines Kompressionsschrittes zum Erzielen der Enddicke und komprimiert den porösen Aluminiumkörper auf ein Ausmaß der Dicke, bei der eine Behandlung im nachfolgenden Schritt leicht durchgeführt wird. Eine Flachplattenpresse oder Walzenpresse wird als Pressmaschine verwendet. Die Flachplattenpresse ist bevorzugt zum Unterdrücken der Dehnung eines Stromkollektors, ist aber nicht geeignet für die Massenproduktion, daher wird eine Walzenpresse, die eine kontinuierliche Behandlung durchführen kann, bevorzugt verwendet.
  • (Leitungsschweißschritt)
  • - Kompression eines Endteils des porösen Aluminiumkörpers -
  • Wenn der poröse Aluminiumkörper als Elektrodenstromkollektor einer Sekundärbatterie oder dergleichen verwendet wird, muss eine Anschlussleitung für externe Extraktion an den porösen Aluminiumkörper geschweißt werden. Bei einer Elektrode, die den porösen Aluminiumkörper enthält, ist es, weil ein robustes Metallteil nicht in dem porösen Aluminiumkörper vorhanden ist, unmöglich, ein Leitungsstück direkt an den porösen Aluminiumkörper zu schweißen. Daher wird ein Endteil des porösen Aluminiumkörpers in der Form einer Folie durch Kompression verarbeitet, um diesem eine mechanische Festigkeit zu verleihen, und eine Anschlussleitung wird an das Teil geschweißt.
  • Ein Beispiel eines Verfahrens zum Verarbeiten des Endteils des porösen Aluminiumkörpers wird beschrieben.
  • 8 ist eine Ansicht, die schematisch den Kompressionsschritt zeigt.
  • Eine Rotationswalze kann als Kompressionsspannrahmen verwendet werden.
  • Wenn das Kompressionsteil eine Dicke von etwa 0,05 mm oder mehr und etwa 0,2 mm oder weniger (z.B. etwa 0,1 mm) hat, kann eine bestimmte mechanische Festigkeit erzielt werden.
  • In 9 wird das zentrale Teil eines porösen Aluminiumkörpers 34 mit einer Breite von zwei porösen Aluminiumkörpern durch eine Rotationswalze 35 als Spannrahmen komprimiert, zur Bildung eines komprimierten Teils (Leitungsteils) 33. Nach der Kompression wird das komprimierte Teil 33 entlang der Mittellinie des zentralen Teils geschnitten, unter Erhalt von zwei Lagen von Elektrodenstromkollektoren mit einem komprimierten Teil am Ende des Stromkollektors.
  • Weiterhin kann Vielzahl von Stromkollektoren erhalten werden durch Bildung einer Vielzahl von streifenförmigen komprimierten Teilen am zentralen Teil des porösen Aluminiumkörpers durch Verwendung einer Vielzahl von Rotationswalzen und Schneiden entlang der jeweiligen Mittellinien dieser streifenförmigen komprimierten Teile.
  • - Binden der Anschlussleitung an das periphere Ende der Elektrode -
  • Eine Anschlussleitung wird an das komprimierte Endteil des somit erhaltenen Stromkollektors gebunden. Es ist bevorzugt, dass eine Metallfolie als Anschlussleitung verwendet wird, um den elektrischen Widerstand einer Elektrode zu vermindern, und die Metallfolie wird an die Oberfläche von zumindest einer Seite der Peripherien der Elektrode gebunden. Zur Reduzierung des elektrischen Widerstandes wird das Schweißen bevorzugt als Bindeverfahren angewandt. Eine Breite zum Schweißen einer Metallfolie ist bevorzugt 10 mm oder weniger, weil eine zu breite Metallfolie dafür sorgt, dass ein verlorener Raum in einer Batterie erhöht wird und eine Kapazitätsdichte der Batterie wird vermindert. Wenn die Breite zum Schweißen zu eng ist, ist, weil das Schweißen schwierig und die Wirkung zum Sammeln eines Stromes verschlechtert wird, die Breite bevorzugt 1 mm oder mehr.
  • Als Verfahren zum Schweißen kann ein Verfahren zum Resistenzschweißen oder Ultraschallschweißen angewandt werden, aber das Ultraschallschweißen ist wegen der größeren Bindefläche bevorzugt.
  • - Metallfolie -
  • Ein Material der Metallfolie ist bevorzugt Aluminium angesichts des elektrischen Widerstandes und der Toleranz für eine elektrolytische Lösung. Weil Verunreinigungen in der Metallfolie eine Elution oder Reaktion der Verunreinigungen in einer Batterie verursachen, wird ein Kondensator oder ein Lithiumionenkondensator, eine Aluminiumfolie mit einer Reinheit von 99,99 % oder mehr bevorzugt verwendet. Die Dicke des angeschweißten Teils ist bevorzugt kleiner als die der Elektrode selbst.
  • Die Aluminiumfolie wird bevorzugt so erzeugt, dass sie eine Dicke von 20 bis 500 µm hat.
  • Das Schweißen der Metallfolie kann vor dem Füllen des Stromkollektors mit einem Aktivmaterial oder nach dem Füllen durchgeführt werden, aber wenn das Schweißen vor dem Füllen durchgeführt wird, kann verhindert werden, dass das Aktivmaterial abblättert. Insbesondere beim Ultraschallschweißen wird das Schweißen bevorzugt vor dem Füllen durchgeführt. Weiterhin kann eine Aktivkohlepaste an einem geschweißten Bereich anhaften, aber weil die Möglichkeit gibt, dass die Paste während des Schrittes abgeschält wird, wird der geschweißte Bereich bevorzugt maskiert, um das Füllen der Paste zu vermeiden.
  • Obwohl in dieser Beschreibung der Kompressionsschritt des Endteils und der Bindeschritt der Anschlussleitung als separate Schritte beschrieben worden sind, können der Kompressionsschritt und der Bindeschritt gleichzeitig durchgeführt werden. In diesem Fall kann eine Walze, worin ein Walzenteil, das als Kompressionswalze mit einem Endteil zum Binden einer Anschlussleitung der porösen Aluminiumkörperlage kontaktiert werden soll, ein Resistenzschweißen durchführen kann, verwendet werden und die poröse Aluminiumkörperlage und die Metallfolie können gleichzeitig zur Walze geführt werden, zum gleichzeitigen Durchführen des Komprimierens des Endteils und des Metallfolienschweißens an das komprimierte Teil.
  • (Schritt zum Füllen des Aktivmaterials)
  • Eine Elektrode wird erhalten durch Füllen des oben beschrieben hergestellten Stromkollektors mit einem Aktivmaterial. Das Aktivmaterial wird angemessen ausgewählt entsprechend dem Verwendungszweck der Elektrode.
  • Zum Füllen des Aktivmaterials können allgemein bekannte Verfahren wie ein Verfahren zum Füllen durch Eintauchen und ein Beschichtungsverfahren angewandt werden. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen ein Walzenbeschichtungsverfahren, Applikatorbeschichtungsverfahren, elektrostatisches Beschichtungsverfahren, Pulverbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichter-Beschichtungsverfahren, Stangenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Walzenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichter-Beschichtungsverfahren, Rakelbeschichtungsverfahren, Drahtstangenbeschichtungsverfahren, Streichmesserbeschichtungsverfahren, Blattbeschichtungsverfahren und Siebdruckverfahren.
  • Wenn das Aktivmaterial gefüllt ist, wird eine Leitungshilfe oder ein Bindemittel nach Bedarf zugegeben und ein organisches Lösungsmittel wird zugemischt, zur Herstellung einer Aufschlämmung, und die hergestellte Aufschlämmung wird in den porösen Aluminiumkörper durch Anwendung des oben erwähnten Füllverfahrens gefüllt.
  • 10 zeigt ein Verfahren zum Füllen eines porösen Körpers mit einer Aufschlämmung durch ein Walzenbeschichtungsverfahren. Wie in der Figur gezeigt ist, wird die Aufschlämmung zu einer porösen Körperlage geführt und diese Lage wird zwischen ein Paar Rotationswalzen, die einander bei einem bestimmten Intervall gegenübergelegt sind, geleitet. Die Aufschlämmung wird gepresst und in den porösen Körper gefüllt, wenn dieser zwischen den Rotationswalzen geleitet wird.
  • (Trocknungsschritt)
  • Der poröse Körper, der mit dem Aktivmaterial gefüllt ist, wird zu einer Trocknungsmaschine transferiert und erwärmt, zum Verdampfen/Entfernen des organischen Lösungsmittels, und hierdurch wird ein Elektrodenmaterial, bei dem das Aktivmaterial in dem porösen Körper fixiert ist, erhalten.
  • (Kompressionsschritt)
  • Das getrocknete Elektrodenmaterial wird zu einer Enddicke im Kompressionsschritt komprimiert. Eine Flachplattenpresse oder eine Walzenpresse wird als Pressmaschine verwendet. Die Flachplattenpresse ist bevorzugt zum Unterdrücken der Dehnung eines Stromkollektors, ist aber nicht für die Massenproduktion geeignet, und daher wird eine Walzenpresse bevorzugt verwendet, die eine kontinuierliche Behandlung durchführen kann.
  • Ein Fall des Komprimierens durch Walzenpressen ist in dem Kompressionsschritt F von 1 gezeigt.
  • (Schneidschritt)
  • Zur Verbesserung der Fähigkeit der Massenproduktion des Elektrodenmaterials ist es bevorzugt, dass die Breite einer Lage des porösen Aluminiumkörpers auf die Breite einer Vielzahl von Endprodukten eingestellt und die Lage entlang der Bewegungsrichtung mit einer Vielzahl von Messern geschnitten wird, zur Bildung einer Vielzahl von langen Lagen aus Elektrodenmaterialien. Dieser Schneidschritt ist ein Schritt zum Unterteilen einer langen Länge des Elektrodenmaterials in eine Vielzahl von langen Längen der Elektrodenmaterialien.
  • (Aufwickelschritt)
  • Dieser Schritt ist ein Schritt zum Aufwickeln der Vielzahl von langen Lagen der Elektrodenmaterialien, erhalten im oben erwähnten Schneidschritt, um eine Aufwickelwalze.
  • Nachfolgend werden Anwendungen des im oben erwähnten Schritt erhaltenen Elektrodenmaterials beschrieben.
  • Beispiele von Hauptanwendungen des Elektrodenmaterials, bei dem der poröser Aluminiumkörper als Stromkollektor verwendet wird, umfassen Elektroden für nicht-wässrige Elektrolytbatterien, wie eine Lithiumbatterie und eine geschmolzene Salzbatterie, Elektroden für einen Kondensator und Elektroden für einen Lithiumionenkondensator. Nachfolgend werden diese Anwendungen beschrieben.
  • (Lithiumbatterie)
  • Nachfolgend wird ein Elektrodenmaterial für Batterien beschrieben, umfassend einen porösen Aluminiumkörper und eine Batterie. Beispielsweise wenn der poröse Aluminiumkörper in einer positiven Elektrode für eine Lithiumbatterie (umfassend eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, etc.) verwendet wird, wird Lithiumkobaltoxid (LiCoO2), Lithiummanganoxid (LiMn2O4), Lithiumnickeldioxid (LiNiO2) oder dergleichen als Aktivmaterial verwendet. Das Aktivmaterial wird in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet.
  • In einem konventionellen positiven Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien wird eine Elektrode verwendet, die durch Auftragen eines Aktivmaterials auf die Oberfläche einer Aluminiumfolie gebildet ist. Obwohl eine Lithiumbatterie eine höhere Kapazität hat als eine Nickelhydridbatterie oder ein Kondensator, ist eine weitere Erhöhung der Kapazität bei Automobilanwendungen erforderlich. Zur Erhöhung einer Batteriekapazität pro Einheitsfläche wird die Auftragungsdicke des Aktivmaterials erhöht. Zum effektiven Verwenden des Aktivmaterials muss das Aktivmaterial im elektrischen Kontakt mit der Aluminiumfolie, einem Stromkollektor, sein, und daher wird das Aktivmaterial mit einer zu verwendenden Leitungshilfe vermischt.
  • Im Gegensatz dazu hat der poröse Aluminiumkörper dieser Erfindung eine hohe Porosität und große Oberfläche pro Einheitsfläche. Somit wird eine Kontaktfläche zwischen dem Stromkollektor und dem Aktivmaterial erhöht und daher kann das Aktivmaterial effektiv verwendet werden, die Batteriekapazität kann verbessert und die Menge der zuzumischenden Leitungshilfe vermindert werden. In einer Lithiumbatterie werden die oben erwähnten positiven Elektrodenmaterialien für eine positive Elektrode verwendet, und für eine negative Elektrode wird eine Folie, ein gestanztes Metall oder ein poröser Körper aus Kupfer oder Nickel als Stromkollektor verwendet, und ein negatives Elektrodenaktivmaterial, wie Graphit, Lithiumtitanoxid (Li4Ti5O12), eine Legierung aus Sn oder Si, Lithiummetall oder dergleichen wird verwendet. Das negative Elektrodenaktivmaterial wird ebenfalls in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet.
  • Eine solche Lithiumbatterie kann eine erhöhte Kapazität selbst mit einer kleinen Elektrodenfläche haben und demzufolge eine höhere Energiedichte als eine konventionelle Lithiumbatterie, die eine Aluminiumfolie enthält, aufweisen. Die erfindungsgemäßen Wirkungen in einer Sekundärbatterie wurden hauptsächlich oben beschrieben, aber die erfindungsgemäßen Wirkungen in einer Primärbatterie sind gleich wie bei einer Sekundärbatterie, und eine Kontaktfläche wird erhöht, wenn der poröse Aluminiumkörper mit dem Aktivmaterial gefüllt wird, und eine Kapazität der Primärbatterie kann verbessert werden.
  • (Konfiguration der Lithiumbatterie)
  • Ein in einer Lithiumbatterie verwendeter Elektrolyt umfasst eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung und einen festen Elektrolyten. 11 ist eine vertikale Schnittansicht einer Lithiumbatterie mit festem Zustand, die einen festen Elektrolyten enthält. Eine Lithiumbatterie mit festem Zustand 60 umfasst eine positive Elektrode 61, eine negative Elektrode 62 und eine feste Elektrolytschicht (SE-Schicht) 63, die zwischen beiden Elektroden angeordnet ist. Die positive Elektrode 61 enthält eine positive Elektrodenschicht (positiver Elektrodenkörper) 64 und einen Stromkollektor 65 der positiven Elektrode, und die negative Elektrode 62 enthält eine negative Elektrodenschicht 66 und einen Stromkollektor 67 der negativen Elektrode.
  • Als Elektrolyt wird eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung, die später beschrieben wird, neben dem festen Elektrolyten verwendet. In diesem Fall wird ein Separator (poröser Polymerfilm, Vlies, Papier, etc.) zwischen beiden Elektroden angeordnet, und beide Elektroden und der Separator werden mit der nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung imprägniert.
  • (Aktivmaterial, das in den porösen Aluminiumkörper gefüllt ist)
  • Wenn ein poröser Aluminiumkörper in einer positiven Elektrode für eine Lithiumbatterie verwendet wird, kann ein Material, das Lithium extrahieren/einfügen kann, als Aktivmaterial verwendet werden, und ein poröser Aluminiumkörper, der mit einem solchen Material gefüllt ist, kann eine Elektrode ergeben, die für eine Lithiumsekundärbatterie geeignet ist. Als Material des positiven Elektrodenaktivmaterials wird beispielsweise Lithiumkobaltoxid (LiCoO2), Lithiumnickeldioxid (LiNiO2), Lithiumkobaltnickeloxid (LiCo0,3Ni0,7O2), Lithiummanganoxid (LiMn2O4), Lithiumtitanoxid (Li4Ti5O12), Lithiummanganoxid-Verbindung (LiMyMn2-yO4); M=Cr, Co, Ni) oder Lithiumsäure verwendet. Das Aktivmaterial wird in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet. Beispiele des Materials des positiven Elektrodenaktivmaterials umfassen Übergangsmetalloxide, wie konventionelles Lithiumeisenphosphat und Olivinverbindungen, die Verbindungen (LiFePO4, LiFe0,5Mn0,5PO4) von Lithiumeisenphosphat sind. Weiterhin können die Übergangsmetallelemente, die in diesen Materialien enthalten sind, teilweise durch ein anderes Übergangsmetallelement substituiert sein.
  • Darüber hinaus umfassen Beispiele von anderen positiven Elektrodenaktivmaterialien Lithiummetalle, worin ein Gerüst ein Chalcogenid auf Sulfidbasis ist, wie TiS2, V2S3, FeS, FeS2 und LiMSx (M ist ein Übergangsmetallelement wie Mo, Ti, Cu, Ni oder Fe, oder Sb, Sn oder Pb) und ein Metalloxid wie TiO2, Cr3O8, V2O5 oder MnO2. Das erwähnte Lithiumtitanat (Li4Ti5O12) kann ebenfalls als negatives Elektrodenaktivmaterial verwendet werden.
  • (Elektrolytische Lösung, die in einer Lithiumbatterie verwendet wird)
  • Eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung wird in einem polaren aprotischen organischen Lösungsmittel verwendet, und spezifische Beispiele der nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung umfassen Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton und Sulfolan. Als Tragesalze wird Lithiumtetrafluoroborat, Lithiumhexafluorophosphat, ein Imidsalz oder dergleichen verwendet. Die Konzentration des Tragesalzes, das als Elektrolyt dient, ist bevorzugt höher, aber ein Tragesalz mit einer Konzentration von etwa 1 mol/l wird im Allgemeinen verwendet, weil es eine Auflösegrenze gibt.
  • (Fester Elektrolyt, der in den porösen Aluminiumkörper gefüllt ist)
  • Der poröse Aluminiumkörper kann zusätzlich mit einem festen Elektrolyten neben dem Aktivmaterial gefüllt werden. Der poröse Aluminiumkörper kann für eine Elektrode für eine Festzustand-Lithiumbatterie durch Füllen des porösen Aluminiumkörpers mit dem Aktivmaterial und dem festen Elektrolyten geeignet sein. Jedoch ist das Verhältnis des Aktivmaterials zu den Materialien, die in den porösen Aluminiumkörper gefüllt sind, bevorzugt auf 50 Massen-% oder mehr und mehr bevorzugt 70 Massen-% oder mehr angesichts der Sicherstellung einer Entladungskapazität eingestellt.
  • Ein fester Elektrolyt auf Sulfidbasis mit einer hohen Lithiumionenleitfähigkeit wird bevorzugt für den festen Elektrolyten verwendet, und Beispiele des festen Elektrolyten auf Sulfidbasis umfassen feste Elektrolyte auf Sulfidbasis, die Lithium, Phosphor und Schwefel enthalten. Die festen Elektrolyten auf Sulfidbasis können weiterhin ein Element wie O, Al, B, Si oder Ge enthalten.
  • Ein solcher fester Elektrolyt auf Sulfidbasis kann erhalten werden durch ein allgemein bekanntes Verfahren. Beispiele eines Verfahrens zur Bildung des festen Elektrolyten auf Sulfidbasis umfassen ein Verfahren, bei dem Lithiumsulfid (Li2S) und Diphosphorpentasulfid (P2S5) als Ausgangsmaterialien hergestellt, Li2S und P2S5 in Anteilen von etwa 50:50 bis etwa 80:20, ausgedrückt als Molverhältnis, vermischt werden und die resultierende Mischung verschmolzen und abgeschreckt wird (Schmelz- und schnelles Abschreckverfahren), und ein Verfahren zum mechanischen Mahlen des abgeschreckten Produktes (mechanisches Mahlverfahren).
  • Der feste Elektrolyt auf Sulfidbasis, erhalten durch das oben erwähnte Verfahren, ist amorph. Der feste Elektrolyt auf Sulfidbasis kann ebenfalls in dem amorphen Zustand verwendet werden, aber er kann einer Wärmebehandlung unterworfen werden, unter Bildung eines kristallinen Festelektrolyten auf Sulfidbasis. Es kann erwartet werden, dass dies die Lithiumionenleitfähigkeit durch diese Kristallisierung verbessert.
  • (Füllen des Aktivmaterials in den porösen Aluminiumkörper)
  • Zum Füllen des Aktivmaterials (Aktivmaterial und fester Elektrolyt) können allgemein bekannte Verfahren, wie ein Verfahren zum Füllen durch Eintauchen und ein Beschichtungsverfahren angewandt werden. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen ein Walzenbeschichtungsverfahren, Applikatorbeschichtungsverfahren, elektrostatisches Beschichtungsverfahren, Pulverbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichter-Beschichtungsverfahren, Stangenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Walzenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichter-Beschichtungsverfahren, Rakelbeschichtungsverfahren, Drahtstangenbeschichtungsverfahren, Streichmesserbeschichtungsverfahren, Blattbeschichtungsverfahren und Siebdruckverfahren.
  • Wenn das Aktivmaterial (Aktivmaterial und fester Elektrolyt) gefüllt wird, wird beispielsweise eine Leitungshilfe oder ein Bindemittel nach Bedarf zugegeben und ein organisches Lösungsmittel oder Wasser wird mit diesem vermischt, zur Herstellung einer Aufschlämmung aus einer positiven Elektrodenmischung. Ein poröser Aluminiumkörper wird mit dieser Aufschlämmung durch das oben erwähnte Verfahren gefüllt. Als Leitungshilfe können beispielsweise Ruß wie Acetylen-Ruß (AB) oder Ketjen-Ruß (KB) oder Kohlenstofffasern wie Kohlenstoffnanoröhren (CNT) verwendet werden. Als Bindemittel können beispielsweise Polvvinylidenfluorid (PVDF) Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthangummi und dergleichen verwendet werden.
  • Das bei der Herstellung der Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung verwendete organische Lösungsmittel kann angemessen ausgewählt werden, solange es nicht nachteilig Materialien (d.h. ein Aktivmaterial, eine Leitungshilfe, ein Bindemittel und einen festen Elektrolyten nach Bedarf), die in dem porösen Aluminiumkörper gefüllt werden, beeinträchtigt. Beispiele des organischen Lösungsmittels umfassen n-Hexan, Cyclohexan, Heptan, Toluol, Xylol, Trimethylbenzol, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Vinylencarbonat, Vinylethylencarbonat, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan, Ethylenglykol und N-Methyl-2-pyrrolidon. Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann ein Tensid zur Verstärkung der Füllleistung eingesetzt werden.
  • Zusätzlich wird bei einem konventionellen positiven Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien eine Elektrode gebildet durch Auftragen eines Aktivmaterials auf die Oberfläche einer Aluminiumfolie. Zur Erhöhung einer Batteriekapazität pro Einheitsfläche wird die Auftragungsdicke des Aktivmaterials erhöht. Zur effektiven Verwendung des Aktivmaterials muss das Aktivmaterial im elektrischen Kontakt mit der Aluminiumfolie sein, und daher wird das Aktivmaterial mit einer zu verwendenden Leitungshilfe vermischt. Im Gegensatz dazu hat der poröse Aluminiumkörper dieser Erfindung eine hohe Porosität und große Oberfläche pro Einheitsfläche. Somit wird eine Kontaktfläche zwischen dem Stromkollektor und dem Aktivmaterial erhöht, und daher kann das Aktivmaterial effektiv verwendet, die Batteriekapazität verbessert und die Menge der zuzugebenden Leitungshilfe vermindert werden.
  • (Elektrode für Kondensator)
  • 12 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel eines Kondensators zeigt, der durch Verwendung des Elektrodenmaterials für einen Kondensator erzeugt wird. Ein Elektrodenmaterial, gebildet durch Stützen eines Elektrodenaktivmaterials auf einen porösen Aluminiumkörper, wird als polarisierbare Elektrode 141 in einem organischen Elektrolyt 143, der mit einem Separator 142 getrennt ist, angeordnet. Die polarisierbare Elektrode 141 wird an einen Leitungsdraht 144 gebunden und all diese Komponenten in einem Gehäuse 145 untergebracht. Wenn der poröse Aluminiumkörper als Stromkollektor verwendet wird, wird die Oberfläche des Stromkollektors erhöht und eine Kontaktfläche zwischen dem Stromkollektor und Aktivkohle als Aktivmaterial wird erhöht und daher kann ein Kondensator, der eine hohe Leistung und Kapazität realisieren kann, erhalten werden.
  • Zur Erzeugung einer Elektrode für einen Kondensator wird ein Stromkollektor des porösen Aluminiumkörpers mit der Aktivkohle als Aktivmaterial gefüllt. Die Aktivkohle wird in Kombination mit einer Leitungshilfe oder einem Bindemittel verwendet.
  • Zur Erhöhung der Kapazität des Kondensators ist die Menge der Aktivkohle als Hauptkomponente bevorzugt groß, und die Menge der Aktivkohle ist bevorzugt 90 % oder mehr, ausgedrückt als Zusammensetzungsverhältnis nach dem Trocknen (nach Entfernung eines Lösungsmittels). Die Leitungshilfe und das Bindemittel sind notwendig, aber die Mengen davon sind bevorzugt möglichst klein, weil sie Ursachen für eine Verminderung der Kapazität sind und weiterhin das Bindemittel eine Ursache einer Erhöhung des internen Widerstandes ist. Bevorzugt ist die Menge der Leitungshilfe 10 Massen-% oder weniger und die Menge des Bindemittels ist 10 Massen-% oder weniger.
  • Wenn die Oberfläche der Aktivkohle größer ist, ist die Kapazität des Kondensators größer und daher hat die Aktivkohle bevorzugt eine spezifische Oberfläche von 1000 m2/g oder mehr. Als Material der Aktivkohle kann eine Palmhülle, die von Pflanzen stammt, ein Material auf Petroleumbasis oder dergleichen, verwendet werden. Zur Erhöhung der Oberfläche der Aktivkohle wird das Material bevorzugt durch Verwendung von Dampf oder Alkali aktiviert.
  • Das Elektrodenmaterial setzt sich hauptsächlich aus der Aktivkohle zusammen und wird gemischt und gerührt, unter Erhalt einer Aktivkohlepaste. Diese Aktivkohlepaste wird in den erwähnten Stromkollektor gefüllt und getrocknet, und dessen Dichte wird durch Komprimieren mit einer Walzenpresse oder dergleichen nach Bedarf erhöht, unter Erhalt einer Elektrode für einen Kondensator.
  • (Füllen der Aktivkohle in einen porösen Aluminiumkörper)
  • Zum Füllen der Aktivkohle können allgemein bekannte Verfahren, wie ein Verfahren zum Füllen durch Eintauchen und ein Beschichtungsverfahren, verwendet werden. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen ein Walzenbeschichtungsverfahren, Applikatorbeschichtungsverfahren, elektrostatisches Beschichtungsverfahren, Pulverbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichter-Beschichtungsverfahren, Stangenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Walzenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichter-Beschichtungsverfahren, Rakelbeschichtungsverfahren, Drahtstangenbeschichtungsverfahren, Streichmesserbeschichtungsverfahren, Blattbeschichtungsverfahren und Siebdruckverfahren.
  • Wenn das Aktivmaterial gefüllt ist, wird beispielsweise nach Bedarf eine Leistungshilfe oder ein Bindemittel zugegeben und ein organisches Lösungsmittel oder Wasser wird zugemischt, zur Herstellung einer Aufschlämmung aus der positiven Elektrodenmischung. Ein poröser Aluminiumkörper wird mit dieser Aufschlämmung durch das erwähnte Verfahren gefüllt. Als Leitungshilfe können beispielsweise Ruß, wie Acetylen-Ruß (AB) oder Ketjen-Ruß (KB) oder Kohlenstofffasern, wie Kohlenstoffnanoröhren (CNT) verwendet werden. Als Bindemittel können beispielsweise Polyvinylidenchlorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthangummi und dergleichen verwendet werden.
  • Das bei der Herstellung der Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung verwendete organische Lösungsmittel kann angemessen ausgewählt werden, solange es nicht nachteilig Materialien (d.h. ein Aktivmaterial, eine Leitungshilfe, einen Bindemittel und einen festen Elektrolyt nach Bedarf), die in den porösen Aluminiumkörper gefüllt werden, beeinflusst. Beispiele des organischen Lösungsmittels umfassen n-Hexan, Cyclohexan, Heptan, Toluol, Xylol, Trimethylbenzol, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Vinylencarbonat, Vinylethylencarbonat, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan, Ethylenglykol und N-Methyl-2-pyrrolidon. Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann ein Tensid zur Verstärkung der Füllleistung zugegeben werden.
  • (Herstellung des Kondensators)
  • Die auf oben beschriebene Weise erhaltene Elektrode wird zu einer angemessenen Größe zur Herstellung von zwei Lagen gestanzt und dann werden diese beiden Elektroden einander gegenüber gelegt, wobei ein Separator zwischen diesen angeordnet ist. Ein poröser Film oder Vlies aus Cellulose oder einem Polyolefinharz wird bevorzugt als Separator verwendet. Dann werden die Elektroden in einem Zellgehäuse durch Verwendung von erforderlichen Spacern untergebracht und mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert. Schließlich wird ein Deckel auf das Gehäuse gegeben, wobei eine Isolierdichtung zwischen dem Deckel und dem Gehäuse angeordnet wird, und wird abgedichtet und hierdurch kann ein elektrischer Doppelschichtkondensator hergestellt werden. Wenn ein nicht-wässriges Material verwendet wird, werden Materialien der Elektrode und dergleichen bevorzugt adäquat getrocknet, um den Wassergehalt im Kondensator möglichst stark zu vermindern. Die Herstellung des Kondensators erfolgt in einer Umgebung mit niedriger Feuchtigkeit, und das Abdichten kann in einer Umgebung mit reduziertem Druck durchgeführt werden. Zusätzlich ist der Kondensator nicht besonders beschränkt, solange der Stromkollektor und die Elektrode dieser Erfindung verwendet werden, und Kondensatoren können verwendet werden, die durch ein anderes Verfahren als dieses Verfahren hergestellt werden.
  • Obwohl als elektrolytische Lösung sowohl eine wässrige elektrolytische Lösung als auch eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung verwendet werden kann, wird die nicht-wässrige elektrolytische Lösung bevorzugt verwendet, weil deren Spannung auf einen höheren Wert eingestellt werden kann als bei der wässrigen elektrolytischen Lösung. In der wässrigen elektrolytischen Lösung kann Kaliumhydroxid oder dergleichen als Elektrolyt verwendet werden. Beispiele der nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung umfassen viele ionische Flüssigkeiten in Kombination mit einem Kation und einem Anion. Als Kation wird niedriges aliphatisches quaternäres Ammonium, niedriges aliphatisches quaternäres Phosphonium, Imidazolium oder dergleichen verwendet, und als Anion sind Ionen von Metallchloriden, Ionen von Metallfluoriden und Imidverbindungen, wie Bis(fluorosulfonyl)imid und dergleichen bekannt. Als nicht-wässrige elektrolytische Lösung gibt es ein polares aprotisches organisches Lösungsmittel, und spezifische Beispiele davon umfassen Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton und Sulfolan. Als Tragesalz in der nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung wird Lithiumtetrafluoroborat, Lithiumhexafluorophosphat oder dergleichen verwendet.
  • (Lithiumionenkondensator)
  • 13 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel eines Lithiumionenkondensators zeigt, der durch Verwendung des Elektrodenmaterials für einen Lithiumionenkondensator erzeugt ist. In einer organischen elektrolytischen Lösung 143, die mit einem Separator 142 getrennt ist, wird ein Elektrodenmaterial, gebildet durch Tragen eines positiven Elektrodenaktivmaterials auf einem porösen Aluminiumkörper, als positive Elektrode 146 angeordnet, und ein Elektrodenmaterial, gebildet durch Tragen eines negativen Elektrodenaktivmaterials auf einem Stromkollektor, wird als negative Elektrode 147 angeordnet. Die positive Elektrode 146 und die negative Elektrode 147 werden mit einem Leitungsdraht 148 bzw. einem Leitungsdraht 149 verbunden, und all diese Komponenten werden in einem Gehäuse 145 untergebracht. Wenn der poröse Aluminiumkörper als Stromkollektor verwendet wird, wird die Oberfläche des Stromkollektors erhöht, und selbst wenn Aktivkohle als Aktivmaterial auf dem porösen Aluminiumkörper auf dünne Weise aufgetragen wird, kann ein Kondensator erhalten werden, der eine hohe Leistung und hohe Kapazität realisieren kann.
  • (Positive Elektrode)
  • Zur Erzeugung einer Elektrode für einen Lithiumionenkondensator wird ein Stromkollektor des porösen Aluminiumkörpers mit Aktivkohle als Aktivmaterial gefüllt. Die Aktivkohle wird in Kombination mit einer Leitungshilfe oder einem Bindemittel verwendet.
  • Zur Erhöhung der Kapazität des Lithiumionenkondensators ist die Menge der Aktivkohle als Hauptkomponente bevorzugt groß, und die Menge der Aktivkohle ist bevorzugt 90 % oder mehr, ausgedrückt als Zusammensetzungsverhältnis nach dem Trocknen (nach Entfernung eines Lösungsmittels). Die Leitungshilfe und das Bindemittel sind notwendig, aber die Mengen davon sind bevorzugt möglichst klein, weil sie Ursachen einer Verminderung der Kapazität sind und weiterhin das Bindemittel eine Ursache einer Erhöhung des internen Widerstandes ist. Bevorzugt ist die Menge der Leitungshilfe 10 Massen-% oder weniger und die Menge des Bindemittels ist 10 Massen-% oder weniger.
  • Wenn die Oberfläche der Aktivkohle größer ist, ist die Kapazität des Lithiumionenkondensators größer und daher hat die Aktivkohle bevorzugt eine spezifische Oberfläche von 1000 m2/g oder mehr. Als Material der Aktivkohle kann eine Palmhülle, die von Pflanzen stammt, ein Material auf Petroleumbasis oder dergleichen verwendet werden. Zur Erhöhung der Oberfläche der Aktivkohle wird das Material bevorzugt durch Verwendung von Dampf oder Alkali aktiviert. Als Leitungshilfe kann Ketjen-Ruß, Acetylen-Ruß, Kohlenstofffasern oder Kompositmaterialien davon verwendet werden. Als Bindemittel können Polyvinylidenchlorid, Polytetrafluorethylen, Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose, Xanthangummi und dergleichen verwendet werden. Ein Lösungsmittel kann angemessen aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel in Abhängigkeit von dem Typ des Bindemittels ausgewählt werden. In dem organischen Lösungsmittel wird N-Methyl-2-pyrrolidon häufig verwendet. Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann ein Tensid zur Verstärkung der Füllleistung zugegeben werden.
  • Das Elektrodenmaterial setzt sich hauptsächlich aus Aktivkohle zusammen und wird gemischt und gerührt, unter Erhalt einer Aktivkohlepaste. Diese Aktivkohlepaste wird in den erwähnten Stromkollektor gefüllt und getrocknet und dessen Dichte wird erhöht durch Komprimieren mit einer Walzenpresse oder dergleichen nach Bedarf, unter Erhalt einer Elektrode für einen Lithiumionenkondensator.
  • (Füllen von Aktivkohle in den porösen Aluminiumkörper)
  • Zum Füllen der Aktivkohle können allgemein bekannte Verfahren, wie ein Verfahren zum Füllen durch Eintauchen und ein Beschichtungsverfahren verwendet werden. Beispiele des Beschichtungsverfahren umfassen ein Walzenbeschichtungsverfahren, Applikatorbeschichtungsverfahren, elektrostatisches Beschichtungsverfahren, Pulverbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichter-Beschichtungsverfahren, Stangenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Walzenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichter-Beschichtungsverfahren, Rakelbeschichtungsverfahren, Drahtstangenbeschichtungsverfahren, Streichmesserbeschichtungsverfahren, Blattbeschichtungsverfahren und Siebdruckverfahren.
  • Wenn das Aktivmaterial gefüllt wird, wird beispielsweise eine Leitungshilfe oder ein Bindemittel nach Bedarf zugegeben, und ein organisches Lösungsmittel oder Wasser wird zugemischt, zur Herstellung einer Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung. Ein poröser Aluminiumkörper wird mit dieser Aufschlämmung durch das genannte Verfahren gefüllt. Als Leitungshilfe können beispielsweise Ruß wie Acetylen-Ruß (AB) oder Ketjen-Ruß (KB) oder Kohlenstofffasern wie Kohlenstoffnanoröhren (CNT) verwendet werden. Als Bindemittel können beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA) Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthangummi und dergleichen verwendet werden.
  • Das bei der Herstellung der Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung verwendete organische Lösungsmittel kann angemessen ausgewählt werden, solange es nicht nachteilig Materialien (d.h. ein Aktivmaterial, ein Leitungshilfe, Bindemittel und Festelektrolyt nach Bedarf), die in den porösen Aluminiumkörper gefüllt werden, beeinflusst. Beispiele des organischen Lösungsmittels umfassen n-Hexan, Cyclohexan, Heptan, Toluol, Xylol, Trimethylbenzol, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Vinylencarbonat, Vinylethylencarbonat, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan, Ethylenglykol und N-Methyl-2-pyrrolidon. Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann ein Tensid zur Verstärkung der Füllleistung verwendet werden.
  • (Negative Elektrode)
  • Eine negative Elektrode ist nicht besonders beschränkt, und eine konventionelle negative Elektrode für Lithiumbatterien kann verwendet werden, aber eine Elektrode, bei der ein aktives Material in einem porösen Körper aus Kupfer oder Nickel wie das oben beschriebene geschäumte Nickel gefüllt wird, ist bevorzugt, weil eine konventionelle Elektrode, bei der eine Kupferfolie als Stromkollektor verwendet wird, eine kleine Kapazität hat. Zur Durchführung der Vorgänge als Lithiumionenkondensator wird die negative Elektrode bevorzugt mit Lithiumionen vorher dotiert. Als Dotierverfahren können allgemein bekannte Verfahren angewandt werden. Beispiele des Dotierverfahrens umfassen ein Verfahren, bei dem eine Lithiummetallfolie an die Oberfläche einer negativen Elektrode fixiert und diese in eine elektrolytische Lösung zum Dotieren getaucht wird, ein Verfahren, bei dem eine Elektrode mit daran fixiertem Lithiummetall in einem Lithiumionenkondensator angeordnet und nach Zusammenbauen einer Zelle ein elektrischer Strom zwischen der negativen Elektrode und der Lithiummetallelektrode geleitet wird, um die Elektrode elektrisch zu dotieren, und ein Verfahren, bei dem eine elektrochemische Zelle von einer negativen Elektrode und Lithiummetall zusammengebaut wird und eine negative Elektrode, die elektrisch mit Lithium dotiert ist, herausgenommen und verwendet wird.
  • In jedem Verfahren ist es bevorzugt, dass die Menge des Lithiumdotierens größer ist, um adäquat das Potential der negativen Elektrode zu vermindern, aber die negative Elektrode wird bevorzugt ohne Dotieren durch die Kapazität der positiven Elektrode gelassen, weil dann, wenn die restliche Kapazität der negativen Elektrode kleiner ist als die der positiven Elektrode, die Kapazität des Lithiumionenkondensators klein wird.
  • (Elektrolytische Lösung, die beim Lithiumionenkondensator verwendet wird)
  • Die gleiche nicht-wässrige elektrolytische Lösung, die bei einer Lithiumbatterie verwendet wird, wird für eine elektrolytische Lösung verwendet. Eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung wird in einem polaren aprotischen organischen Lösungsmittel verwendet, und spezifische Beispiele der nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung umfassen Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton und Sulfolan. Als Tragesalz wird Lithiumtetrafluoroborat, Lithiumhexafluorophosphat, ein Imidsalz oder dergleichen verwendet.
  • (Herstellung des Lithiumionenkondensators)
  • Die auf oben erwähnte Weise erhaltene Elektrode wird zu einer angemessenen Größe gestanzt und der negativen Elektrode gegenübergelegt, wobei ein Separator zwischen der ausgestanzten Elektrode und der negativen Elektrode gelegt ist. Die negative Elektrode kann eine Elektrode sein, die mit Lithiumionen durch das oben erwähnte Verfahren dotiert ist, und wenn das Verfahren zum Dotieren der negativen Elektrode nach dem Zusammenbauen einer Zelle angewandt wird, kann eine Elektrode mit daran gebundenem Lithiummetall in der Zelle angeordnet sein. Ein poröser Film oder ein Vlies aus Cellulose oder einem Polyolefinharz wird bevorzugt für den Separator verwendet. Dann werden die Elektroden in einem Zellgehäuse durch Verwendung von erforderlichen Spacern angeordnet und mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert. Schließlich wird ein Deckel auf das Gehäuse gegeben, wobei eine Isolierdichtung zwischen dem Deckel und dem Gehäuse angeordnet wird, und wird abgedichtet, und hierdurch kann ein Lithiumionenkondensator hergestellt werden. Materialien der Elektrode und dergleichen werden bevorzugt adäquat getrocknet, um den Wassergehalt im Lithiumionenkondensator möglichst stark zu vermindern. Die Herstellung des Lithiumionenkondensators wird in Umgebungen mit niedriger Feuchtigkeit durchgeführt, und das Abdichten kann in Umgebungen mit vermindertem Druck durchgeführt werden. Zusätzlich ist der Lithiumionenkondensator nicht besonders beschränkt, solange der Stromkollektor und die Elektrode dieser Erfindung verwendet werden, und Kondensatoren können verwendet werden, die durch ein anderes Verfahren als dieses Verfahren hergestellt sind.
  • (Elektrode für die geschmolzene Salzbatterie)
  • Der poröse Aluminiumkörper kann ebenfalls als Elektrodenmaterial für geschmolzene Salzbatterien verwendet werden. Wenn der poröse Aluminiumkörper als positives Elektrodenmaterial verwendet wird, wird eine Metallverbindung wie Natriumchromit (NaCrO2) oder Titandisulfid (TiS2), in die ein Kation aus einem geschmolzenen Salz, das als Elektrolyt dient, interkaliert sein kann, als Aktivmaterial verwendet. Das Aktivmaterial wird in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet. Als Leitungshilfe kann Acetylen-Ruß oder dergleichen verwendet werden. Als Bindemittel kann Polytetrafluorethylen (PTFE) und dergleichen verwendet werden. Wenn Natriumchromit als Aktivmaterial und Acetylen-Ruß als Leitungshilfe verwendet wird, ist das Bindemittel bevorzugt PTFE, weil PTFE Natriumchromit und Acetylen-Ruß dicht binden kann.
  • Der poröse Aluminiumkörper kann ebenfalls als negatives Elektrodenmaterial für geschmolzene Salzbatterien verwendet werden. Wenn der poröse Aluminiumkörper als negatives Elektrodenmaterial verwendet wird, kann Natrium alleine, eine Legierung aus Natrium und einem anderen Metall, Kohlenstoff oder dergleichen als Aktivmaterial verwendet werden. Natrium hat einen Schmelzpunkt von etwa 98°C, und ein Metall wird weicher mit einer Erhöhung der Temperatur. Somit ist es bevorzugt, Natrium mit einem anderen Metall (Si, Sn, In, etc.) zu legieren. Insbesondere ist eine Legierung aus Natrium und Sn bevorzugt wegen der leichten Handhabbarkeit. Natrium oder eine Natriumlegierung kann auf der Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers durch Elektroplattieren, Heißtauchen oder ein anderes Verfahren getragen werden. Alternativ kann ein Metall (Si, etc.), das mit Natrium legiert werden soll, auf den porösen Aluminiumkörper durch Plattieren niedergeschlagen und in eine Natriumlegierung durch Laden in einer geschmolzenen Salzbatterie umgewandelt werden.
  • 14 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel einer geschmolzenen Salzbatterie zeigt, worin das oben erwähnte Elektrodenmaterial für Batterien verwendet wird. Die geschmolzene Salzbatterie umfasst eine positive Elektrode 121, worin ein positives Elektrodenaktivmaterial auf der Oberfläche eines Aluminiumgerüstes eines porösen Aluminiumkörpers getragen wird, eine negative Elektrode 122, bei der ein negatives Elektrodenaktivmaterial auf der Oberfläche eines Aluminiumgerüstes eines porösen Aluminiumkörpers getragen wird, und einen Separator 123, der mit einem geschmolzenen Salz eines Elektrolyten imprägniert ist, die in einem Gehäuse 127 untergebracht sind. Ein Pressteil 126, umfassend eine Pressplatte 124 und eine Feder 125 zum Pressen der Pressplatte ist zwischen der oberen Oberfläche des Gehäuses 127 und der negative Elektrode angeordnet. Durch Vorsehen der Pressteils können die positive Elektrode 121, die negative Elektrode 122 und der Separator 123 gleichmäßig gepresst werden, um miteinander kontaktiert zu werden, selbst wenn ihre Volumina sich geändert haben. Ein Stromkollektor (poröser Aluminiumkörper) der positiven Elektrode 121 und ein Stromkollektor (poröser Aluminiumkörper) der negativen Elektrode 122 sind an ein positives Elektrodenende 128 bzw. ein negatives Elektrodenende 129 durch einen Leitungsdraht 130 gebunden.
  • Das geschmolzene Salz, das als Elektrolyt dient, kann verschiedene anorganische oder organische Salze sein, die bei der Arbeitstemperatur schmelzen. Als Kation des geschmolzenen Salzes können ein oder mehrere Kationen, ausgewählt aus Alkalimetallen wie Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb) und Cäsium (Cs) und Erdalkalimetallen wie Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr) und Barium (Ba) verwendet werden.
  • Zur Verminderung des Schmelzpunktes des geschmolzenen Salzes ist es bevorzugt, eine Mischung aus zumindest zwei Salzen einzusetzen. Beispielsweise kann die Verwendung von Kaliumbis(fluorosulfonyl)amid (K-N(SO2F)2; KFSA) und Natriumbis(fluorosulfonyl)amid (Na-N(SO2)F)2; NaFSA) in Kombination die Arbeitstemperatur der Batterie auf 90°C oder weniger vermindern.
  • Das geschmolzene Salz wird in der Form eines Separators verwendet, der mit dem geschmolzenen Salz imprägniert ist. Der Separator verhindert den Kontakt zwischen der positiven und der negativen Elektrode und kann ein Glasvlies, ein poröser Harzformkörper oder dergleichen sein. Ein Laminat der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und des Separators, imprägniert mit dem geschmolzenen Salz, wird in einem Gehäuse untergebracht und als Batterie verwendet.
  • BEISPIELE
  • Diese Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben, aber diese Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
  • [Beispiel 1]
  • (Bildung einer leitenden Schicht)
  • Ein Urethanschaum mit einer Porosität von 95 %, etwa 46 Poren (Zellen) pro 25,4 mm (inch), einem Porendurchmesser von etwa 550 µm und einer Dicke von 1 mm wurde als Harzformkörper hergestellt und in ein 100 mm × 30 mm Quadrat geschnitten. Ein Aluminiumfilm wurde auf der Oberfläche des Polyurethanschaums in einem Gewicht pro Einheitsfläche von 10 g/m2 durch Sputtern zur Bildung einer leitenden Schicht gebildet.
  • (Geschmolzenes Salzplattieren)
  • Der Urethanschaum mit einer leitenden Schicht, die auf der Oberfläche davon gebildet war, wurde als Arbeitsstück in einem Spannrahmen mit einer Elektrizitätszuführfunktion geladen und dann wurde der Spannrahmen in einer Handschuhbox gegeben, deren Inneres auf eine Argonatmosphäre und niedrige Feuchtigkeit (Taupunkt -30°C oder weniger) eingestellt war, und wurde in ein geschmolzenes Salz-Aluminium-Plattierbad (33 mol% EMIC-67 mol% AlCl3) bei einer Temperatur von 40°C getaucht. Der Spannrahmen, der das Arbeitsstück hielt, wurde mit der Kathode eines Rektifizierers verbunden, und eine Aluminiumplatte (Reinheit 99,99 %) der Gegenelektrode wurde an die Anode gebunden. Das Arbeitsstück wurde durch Auferlegen eines Direktstromes bei einer Stromdichte von 3,6 A/dm2 90 Minuten plattiert, unter Erhalt einer Aluminiumstruktur, bei der 140 g/m2 einer aluminiumplattierten Schicht auf der Oberfläche des Urethanschaumes abgebildet wurden. Das Rühren wurde mit einem Rührer unter Verwendung eines Teflon(eingetragene Marke)-Rotors durchgeführt. Die Stromdichte wurde auf der Basis der scheinbaren Fläche des Urethanschaumes berechnet.
  • (Zersetzung des Harzformkörpers)
  • Jede der oben erwähnten Aluminiumstrukturen wurde in ein eutektisches geschmolzenes LiCl-KCl-Salz bei einer Temperatur von 500°C getaucht und ein negatives Potential von -1 V wurde auf die Aluminiumstruktur für 30 Minuten auferlegt. Luftblasen, die von der Zersetzungsreaktion des Polyurethans resultierten, wurde im geschmolzenen Salz erzeugt. Dann wurde die Aluminiumstruktur auf Raumtemperatur in der Atmosphäre gekühlt und mit Wasser gewaschen, zur Entfernung des geschmolzenen Salzes, unter Erhalt eines porösen Aluminiumkörpers, von dem das Harz entfernt worden ist. Der erhaltene poröse Aluminiumkörper hatte kontinuierliche Poren und eine hohe Porosität wie der Urethanschaum, der als Kernmaterial verwendet wurde.
  • (Verarbeitung des Endteils des porösen Aluminiumkörpers)
  • Die Dicke des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde auf 0,96 mm durch Walzenpressen eingestellt, und der poröse Aluminiumkörper in ein Stück mit einem Quadrat mit 5 cm geschnitten.
  • Zur Herstellung des Schweißens wurden SUS-Blöcke (Stäbe), die jeweils eine Breite von 5 mm hatten, und ein Hammer als Kompressionsspannrahmen verwendet, und eine Stelle 5 mm von einem Ende des porösen Aluminiumkörpers wurde zwischen die SUS-Blöcke in Sandwichform angeordnet und der poröse Aluminiumkörper wurde durch Erwärmen der SUS-Blöcke mit dem Hammer komprimiert, zur Bildung eines komprimierten Teils mit einer Dicke von 100 µm.
  • Danach wurde eine Anschlussleitung durch Punktschweißen unter folgenden Bedingungen geschweißt.
  • <Schweißbedingungen>
  • Schweißanlage: Hi-Max 100, hergestellt von Panasonic Corporation, Modell YG-101 UD
    • (Spannung kann auf bis zu 250 V auferlegt werden)
    • Kapazität: 100 Ws, 0,6 kVA

    Elektrode: Kupferelektrode mit einem Durchmesser von 2 mm Beladung: 78,5 N (8 kgf)
    Spannung: 140 V
  • <Anschlussleitung>
  • Material: Aluminium
    Dimension: 5 mm Breite, 7 cm Länge, 100 µm Dicke
    Oberflächenzustand: Boehmitbehandlung
  • Die Zugfestigkeit des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde durch einen Zugfestigkeitstest (Teststück: 10 mm breit und 100 mm lang, Abstand zwischen den Spannteilen: 50 mm) gemessen und war 0,6 MPa, und es wurde bestätigt, dass der poröse Aluminiumkörper die industrielle kontinuierliche Produktion einer Elektrode aushalten kann.
  • Die durchschnittliche Kristallkorngröße des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde gemessen und war 3 µm. Darüber hinaus wurde der Kohlenstoffgehalt durch ein Hochfrequenz-Verbrennungs-Infrarotabsorptionsverfahren gemessen und war 0,8 g/m2.
  • [Beispiel 2]
  • Ein poröser Aluminiumkörper wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass das Plattieren des Arbeitsstückes durch Auferlegung eines Direktstromes bei einer Stromdichte von 7,2 A/dm2 für 90 Minuten in dem geschmolzenen Salzplattieren von Beispiel 1 plattiert wurde, zur Bildung von 280 g/m2 einer aluminiumplattierten Schicht auf der Oberfläche des Urethanschaumes.
  • Die Zugfestigkeit des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 gemessen und war 1,2 MPa. Weiterhin war die durchschnittliche Kristallkorngröße 2 µm und der Kohlenstoffgehalt war 0,9 g/m2.
  • [Beispiel 3]
  • Ein poröser Aluminiumkörper wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass das folgende Verfahren als Verfahren für die leitende Behandlung bei Beispiel 1 eingesetzt wurde.
  • (Verfahren der leitenden Behandlung)
  • 100 g Ruß, der amorph ist und einen Teilchendurchmesser von 0,01 bis 0,2 µm hat, wurde in 0,5 1 einer 10%igen wässrigen Harzlösung auf Acrylesterbasis dispergiert, zur Herstellung eines klebrigen Beschichtungsmaterials in diesem Verhältnis. Dann wurde eine leitende Behandlung durch kontinuierliches Eintauchen einer porösen Harzlage in das erwähnte Beschichtungsmaterial, Abquetschen der porösen Harzlage mit einer Walze und Trocknen der Lage zur Bildung einer leitenden Beschichtungsschicht auf der Oberfläche des dreidimensionalen Netzwerkharzes durchgeführt.
  • Die Zugfestigkeit des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 gemessen und war 0,5 MPa. Weiterhin war die durchschnittliche Kristallkorngröße 2 µm, und der Kohlenstoffgehalt war 10 g/m2.
  • Diese Erfindung wurde auf der Basis von Ausführungsbeispielen beschrieben, ist aber nicht auf die genannten Ausführungsbeispiele beschränkt. Variationen bei diesen Ausführungsbeispielen können innerhalb des Umfangs der dieser Erfindung wie in den Ansprüchen definiert gemacht werden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Weil der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung in einem langen lagenförmigen Zustand vorliegt und eine ausgezeichnete Zugfestigkeit hat, kann er geeignet als Basismaterial bei der Durchführung der industriellen kontinuierlichen Produktion von Elektroden für eine nicht-wässrige Elektrolytbatterie (Lithiumbatterie, etc.), Kondensator und Lithiumionenkondensator verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Harzformkörper
    2
    leitende Schicht
    3
    aluminiumplattierte Schicht
    11
    streifenförmiges Harz
    12
    Zuführspule
    13
    Ablenkspule
    14
    Suspensionslösung für leitendes Beschichtungsmaterial
    15
    Bad
    16
    Heißluftdüse
    17
    Abquetschwalze
    18
    Aufnahmespule
    21a, 21b
    Plattierbad
    22
    streifenförmiges Harz
    23, 28
    Plattierbad
    24
    zylindrische Elektrode
    25, 27
    Anode
    26
    Elektrodenwalze
    32
    Kompressionsspannrahmen
    33
    komprimiertes Teil
    34
    poröser Aluminiumkörper
    35
    Rotationswalze
    36
    Rotationsachse für Walze
    37
    Anschlussleitung
    38
    Isolations-/Abdichtband
    41
    Abwickelwalze
    42
    Kompressionswalze
    43
    Kompressions-Schweißwalze
    44
    Füllwalze
    45
    Trocknungsmaschine
    46
    Kompressionswalze
    47
    Schneidwalze
    48
    Aufwickelwalze
    49
    Leitungszuführwalze
    50
    Aufschlämmungszuführdüse
    51
    Aufschlämmung
    60
    Lithiumbatterie
    61
    positive Elektrode
    62
    negative Elektrode
    63
    Elektrolytschicht
    64
    positive Elektrodenschicht (positiver Elektrodenkörper)
    65
    Stromkollektor der positiven Elektrode
    66
    negative Elektrodenschicht
    67
    Stromkollektor der negativen Elektrode
    121
    positive Elektrode
    122
    negative Elektrode
    123
    Separator
    124
    Pressplatte
    125
    Feder
    126
    Pressteil
    127
    Gehäuse
    128
    positives Elektrodenende
    129
    negatives Elektrodenende
    130
    Leitungsdraht
    141
    polarisierbare Elektrode
    142
    Separator
    143
    organische elektrolytische Lösung
    144
    Leitungsdraht
    145
    Gehäuse
    146
    positive Elektrode
    147
    negative Elektrode
    148
    Leitungsdraht
    149
    Leitungsdraht

Claims (6)

  1. Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für eine Elektrode, umfassend: einen langen lagenförmigen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, der eine Zugfestigkeit von 0,2 MPa oder mehr und 5 MPa oder weniger hat und Kohlenstoff in einer Menge von 0,05 g/m2 oder mehr und 20 g/m2 oder weniger enthält, worin der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für eine Elektrode eine durchschnittliche Kristallkorngröße von 1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger hat.
  2. Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode, umfassend zumindest einen Abwickelschritt, einen Dickeneinstellschritt, einen Leitungsschweißschritt, einen Aktivmaterialfüllschritt, einen Trocknungsschritt, einen Kompressionsschritt, einen Schneidschritt und einen Aufwickelschritt, worin der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für eine Elektrode gemäß Anspruch 1 als Basismaterial verwendet wird.
  3. Elektrode, umfassend den porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für eine Elektrode gemäß Anspruch 1.
  4. Nicht-wässrige Elektrolytbatterie, umfassend die Elektrode gemäß Anspruch 3.
  5. Kondensator, der eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung enthält, umfassend die Elektrode gemäß Anspruch 3.
  6. Lithiumionenkondensator, der eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung enthält, umfassend die Elektrode gemäß Anspruch 3.
DE112012000854.5T 2011-02-18 2012-02-13 Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, Elektrode unter Verwendung des porösen Aluminiumkörpers und nicht-wässrige Elektrolytbatterie, Kondensator und Lithiumionenkondensator mit nicht-wässriger elektrolytischer Lösung, die jeweils die Elektrode verwenden Active DE112012000854B4 (de)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011032812 2011-02-18
JP2011-032812 2011-02-18
JP2011-279129 2011-12-21
JP2011279129 2011-12-21
PCT/JP2012/053266 WO2012111609A1 (ja) 2011-02-18 2012-02-13 三次元網状アルミニウム多孔体及び該アルミニウム多孔体を用いた電極並びに該電極を用いた非水電解質電池、非水電解液を用いたキャパシタ及びリチウムイオンキャパシタ

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE112012000854T5 DE112012000854T5 (de) 2013-12-24
DE112012000854T8 DE112012000854T8 (de) 2014-01-16
DE112012000854B4 true DE112012000854B4 (de) 2023-01-12

Family

ID=46672528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112012000854.5T Active DE112012000854B4 (de) 2011-02-18 2012-02-13 Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, Elektrode unter Verwendung des porösen Aluminiumkörpers und nicht-wässrige Elektrolytbatterie, Kondensator und Lithiumionenkondensator mit nicht-wässriger elektrolytischer Lösung, die jeweils die Elektrode verwenden

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9263195B2 (de)
JP (1) JP5961117B2 (de)
KR (1) KR101833285B1 (de)
CN (1) CN103370820B (de)
DE (1) DE112012000854B4 (de)
WO (1) WO2012111609A1 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014188807A1 (ja) * 2013-05-23 2014-11-27 日産自動車株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法及び製造装置
WO2015105136A1 (ja) * 2014-01-09 2015-07-16 住友電気工業株式会社 リチウムイオンキャパシタ用正極およびそれを用いたリチウムイオンキャパシタ
CN107614142B (zh) * 2015-04-24 2020-06-16 住友电气工业株式会社 复合材料及其制造方法
US20160329594A1 (en) * 2015-05-07 2016-11-10 Ford Global Technologies, Llc Solid state battery
JP2017147034A (ja) * 2016-02-15 2017-08-24 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 電池用電極の製造装置および製造方法
US11180828B2 (en) 2017-04-05 2021-11-23 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Aluminum porous body and method for producing aluminum porous body
CN108447685A (zh) * 2018-02-09 2018-08-24 深圳江浩电子有限公司 一种高赋能电极填充装置和填充方法
CN113711390A (zh) * 2019-03-25 2021-11-26 赛莫必乐公司 金属泡沫电容器和超级电容器
CN110165289A (zh) * 2019-06-21 2019-08-23 中天储能科技有限公司 锂离子电池以及制备方法
KR20210072691A (ko) * 2019-12-09 2021-06-17 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 활물질 슬러리 도포 전 시트형 집전체의 열처리를 위한 열처리부를 포함하는 이차전지용 전극 제조장치, 및 열처리 과정을 포함하는 이차전지용 전극 제조방법
US11837709B2 (en) 2019-12-09 2023-12-05 Lg Energy Solution, Ltd. Manufacturing apparatus of electrode for secondary battery comprising heating part and manufacturing method of electrode for secondary battery comprising heating process, for heating electrode current collector before coating with electrode active material slurry

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5686459A (en) 1979-12-14 1981-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Spiral-shaped electrode and manufacture thereof
JPH08170126A (ja) 1994-12-15 1996-07-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 金属多孔体、その製造方法及びそれを用いた電池用極板
DE68925580T2 (de) 1989-04-14 1996-09-19 Katayama Tokushu Kogyo Kk Verfahren zur Herstellung einer porösen metallischen Folie
JP3202072B2 (ja) 1992-09-21 2001-08-27 三菱化学株式会社 電気アルミニウムめっき方法
JP3413662B2 (ja) 1992-01-13 2003-06-03 上村工業株式会社 アルミニウム多孔体の製造方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2637949B2 (ja) * 1985-12-12 1997-08-06 松下電器産業株式会社 電 池
US5087245A (en) 1989-03-13 1992-02-11 Ivac Corporation System and method for detecting abnormalities in intravascular infusion
JPH076077B2 (ja) 1989-10-16 1995-01-25 片山特殊工業株式会社 金属多孔体の製造方法および該方法により製造された金属多孔体
JPH076076B2 (ja) * 1989-10-16 1995-01-25 片山特殊工業株式会社 金属多孔体の製造方法および該方法により製造された金属多孔体
JPH09143510A (ja) * 1995-11-14 1997-06-03 Kataoka Tokushu Kogyo Kk 電池電極基板用金属繊維多孔体、電池電極板およびその製造方法
JP2000106169A (ja) * 1998-07-29 2000-04-11 Japan Storage Battery Co Ltd 電極の製造方法および電池
JP3016769B1 (ja) 1998-12-02 2000-03-06 片山特殊工業株式会社 電池用電極板の製造方法、該方法により製造された電極板および該電極板を備えた電池
JP2000195511A (ja) * 1998-12-28 2000-07-14 Japan Storage Battery Co Ltd 電極および電極の製造方法および電池
TWI259849B (en) 2001-06-11 2006-08-11 Sumitomo Electric Industries Porous metal, metallic composite using it and method for manufacturing the same
JP3978652B2 (ja) * 2001-06-11 2007-09-19 住友電気工業株式会社 金属多孔体、それを用いた金属複合材およびそれらの製造方法
JP4851760B2 (ja) * 2005-09-16 2012-01-11 日本碍子株式会社 多孔質体の製造方法
JP4813152B2 (ja) * 2005-11-14 2011-11-09 富士重工業株式会社 リチウムイオンキャパシタ
EP2073951A2 (de) * 2006-10-18 2009-07-01 Dow Global Technologies Inc. Verbessertes verfahren zur bindung von aluminium-bor-kohlenstoff-verbundstoffen
JP2009163976A (ja) * 2008-01-07 2009-07-23 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池用不織布基板、およびその製造方法
JP5182648B2 (ja) * 2008-03-18 2013-04-17 日立金属株式会社 多孔質アルミニウム焼結体の製造方法
JP5169591B2 (ja) * 2008-07-31 2013-03-27 三菱マテリアル株式会社 金属多孔質電極基材およびその製造方法
JP5098954B2 (ja) * 2008-10-28 2012-12-12 日本ゼオン株式会社 電気化学素子用電極の製造方法および電気化学素子
JP5407550B2 (ja) * 2009-05-22 2014-02-05 三菱マテリアル株式会社 非水電解質二次電池の正極用集電体、これを用いた電極、およびそれらの製造方法
JP5578307B2 (ja) * 2009-05-22 2014-08-27 三菱マテリアル株式会社 非水電解質二次電池用電極およびその製造方法
JP5338485B2 (ja) * 2009-06-02 2013-11-13 三菱マテリアル株式会社 電気二重層型キャパシタ用電極およびその製造方法
JP7006076B2 (ja) * 2017-09-22 2022-01-24 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 情報処理装置、情報処理システム及びプログラム
JP7006077B2 (ja) * 2017-09-22 2022-01-24 日本電気株式会社 管理システム、管理方法、及び管理プログラム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5686459A (en) 1979-12-14 1981-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Spiral-shaped electrode and manufacture thereof
DE68925580T2 (de) 1989-04-14 1996-09-19 Katayama Tokushu Kogyo Kk Verfahren zur Herstellung einer porösen metallischen Folie
JP3413662B2 (ja) 1992-01-13 2003-06-03 上村工業株式会社 アルミニウム多孔体の製造方法
JP3202072B2 (ja) 1992-09-21 2001-08-27 三菱化学株式会社 電気アルミニウムめっき方法
JPH08170126A (ja) 1994-12-15 1996-07-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 金属多孔体、その製造方法及びそれを用いた電池用極板

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2012111609A1 (ja) 2014-07-07
US9263195B2 (en) 2016-02-16
WO2012111609A1 (ja) 2012-08-23
JP5961117B2 (ja) 2016-08-02
DE112012000854T5 (de) 2013-12-24
CN103370820B (zh) 2016-04-13
KR101833285B1 (ko) 2018-02-28
US10020126B2 (en) 2018-07-10
US20120328957A1 (en) 2012-12-27
CN103370820A (zh) 2013-10-23
DE112012000854T8 (de) 2014-01-16
KR20140012077A (ko) 2014-01-29
US20160086743A1 (en) 2016-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112012000854B4 (de) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, Elektrode unter Verwendung des porösen Aluminiumkörpers und nicht-wässrige Elektrolytbatterie, Kondensator und Lithiumionenkondensator mit nicht-wässriger elektrolytischer Lösung, die jeweils die Elektrode verwenden
DE112012000901B4 (de) Stromkollektor unter Verwendung eines porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk, Elektrode unter Verwendung des Stromkollektors und nicht-wässrige Elektrolytbatterie, Kondensator und Lithiumionenkondensator mit nicht-wässriger elektrolytischer Lösung, die jeweils die Elektrode verwenden, und Verfahren zur Erzeugung der Elektrode
DE112012000869T5 (de) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, Elektrode, die den porösen Aluminiumkörper verwendet, und Batterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, Kondensator und Lithium-Ionen-Kondensator mit nicht-wässriger elektrolytischer Lösung, die jeweils die Elektrode verwenden
KR101766292B1 (ko) 3차원 그물 형상 알루미늄 다공체, 당해 알루미늄 다공체를 이용한 전극, 당해 전극을 이용한 비수 전해질 전지 및, 당해 전극을 이용한 비수 전해액 커패시터
DE112012000887T5 (de) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für einen Stromsammler, Stromsammler, der den porösen Aluminiumkörper verwendet, Elektrode, die den Stromsammler verwendet und Batterie mit nicht wässrigem Elektrolyt, Kondensator und Lithium-Ionen-Kondensator, die jeweils die Elektrode verwenden
DE112012000890T5 (de) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für Stromabnehmer, Elektrode, bei der der poröse Aluminiumkörper verwendet wird, und Batterie, Kondensator und Lithiumionen-Kondensator, die jeweils die Elektrode verwenden
DE112012000856T5 (de) Elektrochemische Vorrichtung
DE112012000878T5 (de) Elektrode für elektrochemische Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE112012000861T5 (de) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für einen Stromkollektor, Elektrode, die den porösen Aluminiumkörper verwendet, Batterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, Kondensator und Lithium-Ionen-Kondensator
KR101809066B1 (ko) 3차원 그물 형상 알루미늄 다공체 및 당해 알루미늄 다공체를 이용한 전극 그리고 당해 전극을 이용한 비수 전해질 전지, 비수 전해액을 이용한 커패시터 및 리튬 이온 커패시터
DE112012000882T5 (de) Elektrochemisches Element
DE112012000876T5 (de) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für Stromkollektor und Verfahren zu dessen Erzeugung
DE112012000897T5 (de) Poröser Aluminiumkörper und Verfahren zur Herstellung desselben
DE112012000877T5 (de) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für einen Stromkollektor, Elektrode, die den porösen Aluminiumkörper verwendet, und Batterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, Kondensator und Lithium-Ionen-Kondensator mit nicht-wässriger elektrolytischer Lösung, die die Elektrode verwenden
DE112012000879T5 (de) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur, Stromkollektor und Elektrode, die jeweils den porösen Aluminiumkörper verwenden, und nicht-wäßrige Elektrolytbatterie, Kondensator und Lithiumionen-Kondensator mit nicht-wäßriger elektrolytischer Lösung, die jeweils die Elektrode verwenden
DE112012000896T5 (de) Elektrode für elektrochemisches Element und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE112012000905T5 (de) Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für ein elektrochemisches Element
DE112012004423T5 (de) Elektrodenmaterial und Batterie, Batterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt und Kondensator, die jeweils das Material einschliessen
DE112012002349T5 (de) Poröser Metallkörper und Elektrodenmaterial und Batterie, die beide den Körper beinhalten
DE112012002350T5 (de) Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumstruktur und Aluminiumstruktur
DE112012000895T5 (de) Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für ein elektrochemisches Element
DE112012000880B4 (de) Stromkollektor, elektrode, batterie mit nicht-wässrigem elektrolyt, kondensator und lithium-ionen-kondensator, die einen porösen aluminiumkörper mit dreidimensionalem netzwerk verwenden
DE112012000859T5 (de) Elektrode unter Verwendung eines porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk und nicht-wässrige Elektrolytbatterie, Kondensator und Lithiumionenkondensator mit einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung, die jeweils die Elektrode verwenden
DE112011103087T5 (de) Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumstruktur und Aluminiumstruktur
DE112012000858T5 (de) Elektrode für elektrochemisches Element

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final