DE112012000859T5 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Elektrode, die einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk enthält, und eine Batterie, Kondensator und Lithiumionenkondensator, die jeweils die Elektrode enthalten, anzugeben. In einer Elektrode dieser Erfindung, umfassend einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk als Basismaterial ist die Elektrode eine lagenförmige Elektrode und eine Zelle des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk hat eine elliptische Form mit einer kleineren Achse in der Dickenrichtung der Elektrode in einem Querschnitt parallel zu der longitudinalen Richtung und Dickenrichtung der Elektrode, und eine Zelle des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk hat eine elliptische Form mit einer kleineren Achse in der Dickenrichtung der Elektrode in einem Querschnitt parallel zu der Breitenrichtung und Dickenrichtung der Elektrode. Die Elektrode wird bevorzugt erhalten durch Durchführen von zumindest einem Stromsammel-Leitungsschweißschritt, einem Aktivmaterialfüllschritt und einem Kompressionsschritt mit dem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, der als Elektrode für eine nichtwässrige Elektrolytbatterie (Lithiumbatterie, etc.) verwendet wird, einen Kondensator mit einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung (nachfolgend auch als Kondensator bezeichnet), einen Lithiumionenkondensator mit einer nichtwässrigen elektrolytischen Lösung und dergleichen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Poröse Metallkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur werden in einem großen Bereich von Anwendungen wie verschiedene Filter, Katalysatorträger und Batterieelektroden verwendet. 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 charakteristischerweise 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 aus einem porösen Harz mit kontinuierlichen Poren wie Urethanschaum, anschließendes Zersetzen des Harzschaumformkörpers durch Wärmebehandlung und Reduzieren des Nickels. Die Nickelschicht wird gebildet durch Durchführen einer leitenden Behandlung unter Auftragung eines Kohlenstoffpulvers oder dergleichen auf die Oberfläche des Gerüstes aus dem Harzschaumformkörper und anschließende Zersetzung von Nickel durch Elektroplattieren.
  • Auf der anderen Seite hat wie Nickel Aluminium ausgezeichnete Eigenschaften wie leitende Eigenschaften, Korrosionsresistenz und leichtes Gewicht und für Anwendungen in Batterien wird beispielsweise eine Aluminiumfolie, bei der ein aktives Material wie Lithiumcobaltoxid auf die Oberfläche davon aufgetragen wird, als positive Elektrode einer 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 wird, verwendet und das Innere des Aluminiums mit einem Aktivmaterial gefüllt wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass dies ermöglicht, dass das aktive Material selbst in einer Elektrode mit einer großen Dicke verwendet wird und das Verfügbarkeitsverhältnis für das aktive Material pro Einheitsfläche verstärkt wird.
  • Als Verfahren zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers beschreibt Patentliteratur 1 ein Verfahren zum Durchführen eines Aluminiumdampfniederschlagsverfahrens mit einem Kunststoffsubstrat mit dreidimensionalem Netzwerk mit einem inneren kontinuierlichen Raum durch Bogenionenplattieren zur Bildung einer metallischen Aluminiumschicht mit einer Dicke von 2 bis 20 μm.
  • Es wird gesagt, dass entsprechend 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 Fläche zu erhalten, und es ist schwierig, in Abhängigkeit von der Dicke oder Porosität des Substrates eine Schicht zu bilden, die intern gleichmäßig ist. Weiterhin hat dieses Verfahren Probleme, dass eine Bildungsrate der Aluminiumschicht niedrig ist und die Produktionskosten hoch sind, weil die Anlage für die Produktion teuer ist. Wenn ein dicker Film gebildet wird, gibt es eine Möglichkeit, dass Risse in dem Film erzeugt werden oder das Aluminium abblättert.
  • Patentliteratur 2 beschreibt ein Verfahren für den Erhalt eines porösen Aluminiumkörpers, umfassend die Bildung 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 nicht oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 550°C oder mehr und 750°C oder weniger, zur Entfernung eines organischen Bestandteils (Harzschaum) und zum Sintern eines Aluminiumpulvers.
  • Entsprechend diesem Verfahren kann eine Schicht, die eine eutektische Legierung aus dem erwähnten Metall und Aluminium bildet, und eine Aluminiumschicht mit hoher Reinheit nicht gebildet werden.
  • Als andere Verfahren wird überlegt, dass ein Harzschaumformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur einem Aluminiumplattieren unterworfen wird. Ein Elektroplattierverfahren von Aluminium selbst ist bekannt, aber weil Aluminium eine hohe 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 mit einer nicht-wässrigen Lösung untersucht. Beispielsweise offenbart als Technik zum Plattieren einer Metalloberfläche mit Aluminium zum Zwecke der Antioxidation der Metalloberfläche die Patentliteratur 3 ein Aluminiumelektroplattierverfahren, worin 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.
  • Bei dem Aluminiumelektroplattieren ist nur das Plattieren 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 Urethanharzformkörpers mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur mit Aluminium durchgeführt und festgestellt, dass es möglich ist, die Oberfläche eines Urethanharzformkörpers durch Plattieren des Urethanharzformkörpers, worin zumindest die Oberfläche elektrisch leitend gemacht wird, mit Aluminium in einem geschmolzenen Salzbad zu elektroplattieren. Diese Feststellungen haben zur Vollendung eines Verfahrens zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers geführt. Gemäß diesem Herstellungsverfahren kann eine Aluminiumstruktur mit einem Urethanharzformkörper als Kern des Gerüstes erhalten werden. Für einige Anwendungen wie verschiedene Filter und Katalysatorträger kann die Aluminiumstruktur als Harzmetallkomposit wie es ist verwendet werden, aber wenn die Aluminiumstruktur als Metallstruktur ohne Harz wegen der Einschränkungen verwendet wird, von der Verwendungsumgebung resultieren, muss ein poröser Aluminiumkörper gebildet werden, indem das Harz entfernt wird.
  • Die Entfernung des Harzes kann durch irgendein Verfahren durchgeführt werden, einschließlich Zersetzung (Auflösung) mit einem organischen Lösungsmittel, einem Salz oder superkritischem Wasser, Zersetzung durch Erwärmen oder dergleichen.
  • Ein Verfahren zum Zersetzen 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, wenn es beispielsweise in einem Elektrodenmaterial einer Batterie oder dergleichen verwendet wird, verliert die Elektrode eine leitende Eigenschaft durch die Oxidation, und hierdurch kann Aluminium nicht als Elektrodenmaterial verwendet werden. Somit haben diese Erfinder ein Verfahren zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers vollendet, worin eine Aluminiumstruktur, erhalten durch Bilden einer Aluminiumschicht auf der Oberfläche eines porösen Harzformkörpers, auf eine Temperatur von gleich oder unterhalb dem Schmelzpunkt von Aluminium in einem Zustand erwärmt wird, dass es in ein geschmolzenes Salz getaucht wird, während ein negatives Potential auf die Aluminiumschicht auferlegt wird, zur Entfernung des porösen Harzformkörpers durch thermische Zersetzung unter Erhalt eines porösen Aluminiumkörpers, wobei dies als ein Verfahren zur Entfernung eines Harzes ist, ohne dass die Oxidation von Aluminium verursacht wird.
  • 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 wie Kompression und Schneiden durch ein Verfahren, das in 1 dargestellt ist, zu unterwerfen, aber eine Technologie für die praktische Verwendung zur industriellen Erzeugung von Elektroden für nicht-wässrige Elektrolytbatterien und Kondensatoren und Lithiumionenkondensatoren, die jeweils eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung enthalten, aus einem porösen Aluminiumkörper ist noch nicht bekannt.
  • LISTE DER DRUCKSCHRIFTEN
  • PATENTLITERATUR
    • Patentliteratur 1: japanisches Patent 3413662
    • Patentliteratur 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung 8-170126
    • Patentliteratur 3: japanisches Patent 3202072
    • Patentliteratur 4: ungeprüfte japanische Patentanmeldung 56-86459
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • (TECHNISCHES PROBLEM)
  • Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Technologie zur praktischen Verwendung zur industriellen Erzeugung einer Elektrode aus einem porösen Aluminiumkörper anzugeben und eine Elektrode unter Verwendung eines porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk und eine nicht-wässrige Elektrolytbatterie, einen Kondensator und einen Lithiumionenkondensator, die jeweils die Elektrode enthalten, anzugeben.
  • (LÖSUNG DES PROBLEMS)
  • Die Konstitution dieser Erfindung ist wie folgt.
    • (1) Elektrode mit einem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk als Basismaterial, worin die Elektrode eine lagenförmige Elektrode ist, und der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk eine elliptisch geformte Zelle mit einer kleinen Achse in einer Dickenrichtung der Elektrode in einem Querschnitt parallel zu einer longitudinalen Richtung und der Dickenrichtung der Elektrode aufweist, und der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk eine elliptisch geformte Zelle mit einer kleinen Achse in der Dickenrichtung der Elektrode in einem Querschnitt parallel zu einer Breitenrichtung und der Dickenrichtung der Elektrode aufweist.
    • (2) Elektrode gemäß (1), die erhalten wird durch Durchführen von zumindest einem Stromsammel-Leitungsschweißschritt, einem Aktivmaterialfüllschritt und einem Kompressionsschritt.
    • (3) Elektrode, umfassend einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk als Basismaterial, worin die Elektrode eine lagenförmige Elektrode ist und der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk eine elliptisch geformte Zelle mit einer kleinen Achse in einer Breitenrichtung der Elektrode in einem Querschnitt parallel zu einer Dickenrichtung der Elektrode hat.
    • (4) Elektrode, umfassend einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk als Basismaterial, worin die Elektrode eine lagenförmige Elektrode ist und der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk eine kreisförmig geformte Zelle in einem Querschnitt parallel zur einer Dickenrichtung der Elektrode hat.
    • (5) Elektrode nach einem von (1) bis (4), worin dann, wenn ein Querschnitt in Dickenrichtung der Elektrode in drei Bereiche eines Bereiches (1), eines Bereiches (2) und eines Bereiches (3) in dieser Reihenfolge unterteilt wird, ein Verhältnis der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (1) zu einer Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (2) 0,8 oder mehr und 1,2 oder weniger ist, und ein Verhältnis der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (3) zu der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (2) 0,8 oder mehr und 1,2 oder weniger ist.
    • (6) Elektrode nach einem von (1) bis (4), worin dann, wenn ein Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode in drei Bereiche eines Bereiches (1), eines Bereiches (2) und eines Bereiches (3) in dieser Reihenfolge unterteilt wird, ein Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (1) und Bereich (3) zu der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (2) größer als 1,2 ist.
    • (7) Elektrode nach einem von (1) bis (4), worin dann, wenn ein Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode in drei Bereiche eines Bereiches (1), eines Bereiches (2) und eines Bereiches (3) in dieser Reihenfolge unterteilt wird, ein Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (1) und im Bereich (3) zu der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (2) kleiner als 0,8 ist.
    • (8) Elektrode gemäß einem von (1) bis (7), worin die äußerste Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk mit einem Aktivmaterial bedeckt ist und der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk nicht von dem Aktivmaterial freigelegt ist.
    • (9) Elektrode nach einem von (1) bis (7), worin das Aktivmaterial nicht in einem Bereich von der äußersten Oberfläche bis zu einer Tiefe von 0,02 mm des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk vorhanden ist.
    • (10) Nicht-wässrige Elektrolytbatterie, umfassend die Elektrode nach einem von (1) bis (9).
    • (11) Kondensator mit einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung, umfassend die Elektrode nach einem von (1) bis (9).
    • (12) Lithiumionenkondensator mit einer nicht wässrigen elektrolytischen Lösung, umfassend die Elektrode nach einem von (1) bis (9).
  • (VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG)
  • Die erfindungsgemäße Elektrode kann durch ein Verfahren zum kontinuierlichen Produzieren erzeugt werden und die industriellen Produktionskosten vermindern.
  • Weiterhin kann die Elektrode dieser Erfindung für eine nichtwässrige Elektrolytbatterie und einen Kondensator und Lithiumionenkondensator verwendet werden, die jeweils die nicht-wässrige elektrolytische Lösung und dergleichen enthalten, und kann die Leistungseigenschaften einer solchen Batterie, eines Kondensators und eines Lithiumionenkondensators verbessern oder die Lebensdauer verlängern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Erzeugung eines Elektrodenmaterials aus einem porösen Aluminiumkörper zeigt.
  • 2 ist eine schematische Schnittansicht, die einen porösen Aluminiumkörper zeigt, worin in einem Querschnitt in der Dickenrichtung einer Elektrode die Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in äußeren Oberflächenbereichen (Oberfläche und Rückfläche) größer ist als die Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in einem inneren Bereich (zentraler Bereich).
  • 3 ist eine schematische Schnittansicht, die einen porösen Aluminiumkörper zeigt, worin in einem Querschnitt in der Dickenrichtung einer Elektrode die Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in einem inneren Bereich (zentralem Bereich) größer ist als die Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in einem äußeren Bereich (Oberfläche und Rückfläche).
  • 4 ist eine schematische Schnittansicht, die zwei Arten von porösen Aluminiumkörpern zeigt, die jeweils die unterschiedliche Anzahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in einem Querschnitt in der Dickenrichtung einer Elektrode haben.
  • 5 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, worin die Oberfläche eines porösen Aluminiumkörpers mit einem Aktivmaterial bedeckt ist.
  • 6 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Aktivmaterial nicht von der Oberfläche eines Aktivmaterials freigelegt ist.
  • 7 ist ein Fließdiagramm, das einen Schritt zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur dieser Erfindung zeigt.
  • 8 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Schritt zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur dieser Erfindung zeigt.
  • 9 ist eine vergrößerte Fotografie, der die Oberfläche der Struktur eines Urethanharzformkörpers zeigt.
  • 10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Schrittes des kontinuierlichen Aluminiumplattierens unter Anwendung des geschmolzenen Salzplattierens erläutert.
  • 11 ist eine Ansicht, die einen Schritt zum Komprimieren eines Endteils eines porösen Aluminiumkörpers zur Bildung eines komprimierten Teils zeigt.
  • 12 ist eine Ansicht, die einen Schritt zum Komprimieren des zentralen Teils eines porösen Aluminiumkörpers zur Bildung eines komprimierten Teils zeigt.
  • 13 ist eine Ansicht, die einen Schritt zum Füllen eines porösen Teils eines porösen Aluminiumkörpers mit einer Aktivmaterialaufschlämmung zeigt.
  • 14 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper für eine Lithiumbatterie verwendet wird.
  • 15 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper für einen Kondensator mit einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung verwendet wird.
  • 16 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper für einen Lithiumionenkondensator verwendet wird.
  • 17 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper für eine geschmolzene Salzbatterie verwendet wird.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Eine Elektrode dieser Erfindung kann verschiedene Wirkungen erzielen, indem ein lagenförmiger poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk als Basismaterial der Elektrode verwendet wird.
  • Die Elektrode dieser Erfindung hat bevorzugt die folgenden Konfigurationen.
    • [1] In einem Querschnitt in Dickenrichtung der Elektrode wird die Form einer Zelle in einen spezifischen Zustand gebracht.
    • [2] In der Dickenrichtung der Elektrode wird die Verteilung der Menge von Aluminium, das ein Gerüst bildet, in einen spezifischen Zustand gebracht.
    • [3] Der Zustand des Füllens eines Aktivmaterials in einen porösen Aluminiumkörper wird in einen spezifischen Zustand gebracht.
  • Nachfolgend wird jede Konfiguration beschrieben.
  • – Konstitution von [1] –
  • Bei Zugabe der Konstitution von [1] zu der Elektrode dieser Erfindung sind die folgenden Aspekte <1-1> bis <1-3> denkbar.
    • <1-1> Ein Aspekt, bei dem in einem Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode die Form der Zelle in eine elliptische Form mit einer kleinen Achse in der Dickenrichtung gebracht wird.
    • <1-2> Ein Aspekt, bei dem in einem Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode die Form der Zelle in eine elliptische Form mit einer kleinen Achse in der Breitenrichtung gebracht wird.
    • <1-3> Ein Aspekt, bei dem in einem Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode die Form der Zelle in eine kreisförmige Form gebracht wird.
  • Nachfolgend wird jeder Aspekt beschrieben.
  • – Aspekt <1-1> –
  • Zur Erhöhung der Leistungseigenschaften der Elektroden ist es wirksam, das Verfügbarkeitsverhältnis eines aktiven Materials zu verstärken. Beispiele eines Verfahrens zum Verstärken des Verfügbarkeitsverhältnisses des Aktivmaterials umfassen Verfahren zum Verkürzen des Abstandes zu dem Gerüst der Elektrode und dem Aktivmaterial.
  • Angesichts dessen ist es bei der erfindungsgemäßen Elektrode bevorzugt, dass eine Zelle des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk eine elliptische Form mit einer kleinen Achse in Dickenrichtung der Elektrode in einem Querschnitt parallel zu der longitudinalen Richtung und der Dickenrichtung der lagenförmigen Elektrode hat, und eine Zelle des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk eine elliptische Form mit einer kleinen Achse in der Dickenrichtung der Elektrode in einem Querschnitt parallel zur Breitenrichtung in Dickenrichtung der Elektrode hat. Weil der Abstand zwischen dem Aktivmaterial und dem Gerüst des Basismaterials verkürzt wird, wird die Elektrode dieser Erfindung eine Elektrode, die eine Batterie, einen Kondensator und einen Lithiumionenkondensator ergeben kann, die jeweils einen kleinen Stromsammelabstand und eine Leistung haben.
  • Zur Herstellung einer solchen Elektrode ist es wirksam, eine Elektrode durch Auferlegung eines ausreichenden Druckes im Kompressionsschritt der Elektrode, die beispielsweise in F von 1 gezeigt ist, zu pressen. Beispielsweise ist es weiterhin effektiv, dass sie einer Kompression vor der Herstellung einer Elektrode unterworfen wird.
  • Daher wird die erfindungsgemäße Elektrode bevorzugt erhalten durch Durchführen von zumindest einem Stromsammel-Leitungsschweißschritt, einem Aktivmaterialfüllschritt und einem Kompressionsschritt mit dem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk.
  • – Aspekt <1-2> –
  • Aus dem gleichen Gesichtspunkt wie beim Aspekt <1-1> ist es bei der Elektrode dieser Erfindung ebenfalls bevorzugt, dass eine Zelle des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk, ein Basismaterial, eine elliptische Form mit einer kleineren Achse in der Breitenrichtung der Elektrode in einem Querschnitt parallel zu der Dickenrichtung der lagenförmigen Elektrode aufweist. Weil der Abstand zwischen dem Aktivmaterial und dem Gerüst des Basismaterials verkürzt wird, wird hierdurch die erfindungsgemäße Elektrode eine Elektrode, die eine Batterie, einen Kondensator und einen Lithiumionenkondensator ergeben kann, die jeweils einen kleinen Stromsammelabstand und eine hohe Leistung haben.
  • Zur Herstellung einer solchen Elektrode ist es wirksam, eine Elektrode herzustellen, während eine Zugspannung von beispielsweise 0,5 MPa oder mehr und 2 MPa oder weniger beim Produktionsschritt der Elektrode auferlegt wird.
  • – Aspekt <1-3> –
  • Wenn es Variationen des Abstandes zwischen dem Aktivmaterial und dem Gerüst des Basismaterials innerhalb der Elektrode gibt, wird, weil es Variationen eines Stromsammelabstandes des Aktivmaterials gibt, eine Stromverteilung groß und die Lebensdauer wird verkürzt.
  • Angesichts dessen ist es bei der erfindungsgemäßen Elektrode bevorzugt, dass eine Zelle des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk, einem Basismaterial, eine kreisförmige Form in einem Querschnitt parallel zu der Dickenrichtung der lagenförmigen Elektrode hat. Weil es keine Variation des Abstandes zwischen dem Aktivmaterial und dem Gerüst des Basismaterials gibt, wird ein Stromsammelabstand gleichmäßig und daher wird die Elektrode dieser Erfindung eine Elektrode, die eine Batterie, einen Kondensator und einen Lithiumionenkondensator ergeben kann, die jeweils eine kleine Stromverteilung und lange Lebensdauer haben.
  • Beispiele eines Verfahrens zur Erzeugung einer solchen Elektrode umfassen ein Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode ohne Komprimieren beim Produktionsschritt dieser Elektrode.
  • – Konstitution [2] –
  • Wenn die Konstitution von [2] bei der erfindungsgemäßen Elektrode vorhanden ist, sind die folgenden Aspekte <2-1> bis <2-3> denkbar.
    • <2-1> Ein Aspekt, bei dem in einem Querschnitt in Dickenrichtung der Elektrode die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes gleichmäßig in der Aluminiumrichtung aufrechterhalten wird und keine Verteilung aufweist.
    • <2-2> Wie in 2 gezeigt ist, ist dies ein Aspekt, bei dem in einem Querschnitt in Dickenrichtung der Elektrode die Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in äußeren Oberflächenbereichen (Oberfläche und Rückfläche) erhöht und die Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in einem inneren Bereich (zentraler Bereich) vermindert wird.
    • <2-3> Wie in 3 gezeigt ist, ist dies ein Aspekt, bei dem in einem Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode die Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in einem inneren Bereich (zentraler Bereich) erhöht und die Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in äußeren Oberflächenbereichen (Oberfläche und Rückfläche) vermindert wird.
  • Nachfolgend wird jeder Aspekt beschrieben.
  • – Aspekt <2-1> –
  • Beim porösen Aluminiumkörper fließt, wenn die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Querschnitt in der Dickenrichtung gleichmäßig in der Dickenrichtung ist, ein Strom gleichmäßig im porösen Körper durch Auferlegung einer Spannung auf den porösen Aluminiumkörper. Wenn ein poröser Aluminiumkörper als Basismaterial der Elektrode verwendet wird, wird die Stromsammlung gleichmäßig durchgeführt und eine lange Lebensdauer der Elektrode kann realisiert werden.
  • Wenn daher bei der erfindungsgemäßen Elektrode ein Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode in drei Bereiche eines Bereichs 1, eines Bereiches 2 und eines Bereiches 3 in dieser Reihenfolge unterteilt wird, ist ein Verhältnis der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüsts im Bereich 1 zur Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüsts im Bereich 2 bevorzugt 0,8 oder mehr und 1,2 oder weniger, und ein Verhältnis der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich 3 zu der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 2 ist bevorzugt 0,8 oder mehr und 1,2 oder weniger. Darüber hinaus ist das Verhältnis der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 1 zu der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 2 mehr bevorzugt 0,9 oder mehr und 1,1 oder weniger und das Verhältnis der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 3 zu der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 2 ist bevorzugt 0,9 oder mehr und 1,1 oder weniger.
  • Erfindungsgemäß kann die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in jedem Bereich in einem Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode wie folgt gemessen werden.
  • Zunächst wird ein Querschnitt der Elektrode durch Polieren freigelegt und der Querschnitt mit einem Mikroskop beobachtet und eine Fotografie des Querschnittes wird aufgenommen. Anschließend wird die Fotografie in drei Bereiche in der Dickenrichtung der Elektrode unterteilt, und diese Bereiche werden als Bereich 1, Bereich 2 bzw. Bereich 3 bezeichnet. Dann wird eine Summe der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes (die Zahl der Metallbereiche des porösen Aluminiumkörpers), die in dem jeweiligen Bereich in der Fotografie vorhanden sind, berechnet. Die Messung wird fünfmal bei unterschiedlichen Querschnitten durchgeführt, und ein Durchschnittswert davon wird berechnet.
  • Zusätzlich kann dieses Messverfahren gleichermaßen bei dem porösen Aluminiumkörper angewandt werden, und in diesem Fall wird ein Harz in einen Öffnungsbereich des porösen Aluminiumkörpers gefüllt und danach wird das Harz gehärtet und ein Querschnitt des Harzes kann durch Polieren freigelegt werden. Beispiele des zu füllenden Harzes umfassen ein Epoxyharz, Acrylharz und ein Polyesterharz.
  • Zur Herstellung der oben erwähnten Elektrode dieser Erfindung kann ein poröser Aluminiumkörper als Basismaterial verwendet werden, worin dann, wenn ein Querschnitt in der Dickenrichtung des porösen Aluminiumkörpers in drei Bereiche eines Bereiches 1, eines Bereiches 2 und eines Bereiches 3 in dieser Reihenfolge unterteilt wird, ein Verhältnis der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich 1 zu der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich 2 0,8 oder mehr und 1,2 oder weniger ist, und ein Verhältnis der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich 3 zu der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich 2 0,8 oder mehr und 1,2 oder weniger ist.
  • Zur Herstellung eines solchen porösen Aluminiumkörpers kann ein allgemeiner poröser Harzformkörper, der als Ausgangsmaterial eines porösen Metallkörpers für eine Elektrode beim Produktionsschritt eines porösen Aluminiumkörpers wie später beschrieben eingesetzt wird, verwendet werden.
  • – Aspekt <2-2> –
  • Wenn ein Aktivmaterial in einen Öffnungsteil des porösen Aluminiumkörpers gefüllt wird, wird in einem Bereich, bei dem die Anzahl des Gerüstes groß ist, ein Bereich erhöht, bei dem das Aktivmaterial mit dem Gerüst im Kontakt ist. Das heißt in einem Bereich, bei dem die Anzahl des Gerüstes groß ist, wird das Aktivmaterial kaum abgeblättert und die Halteleistung des Aktivmaterials wird erhöht. Demzufolge ist es möglich, die Abblätterung des Aktivmaterials zu verhindern und die Halteleistung des Aktivmaterials zu verstärken, indem als Basismaterial der Elektrode dieser Erfindung ein poröser Aluminiumkörper verwendet wird, worin in einem Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in äußeren Oberflächenbereichen (Oberfläche und Rückfläche) groß ist und die Zahl der Querschnitt des Aluminiumgerüstes in einem inneren Bereich (zentraler Bereich) klein ist.
  • Wenn daher in der erfindungsgemäßen Elektrode ein Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode in drei Bereiche eines Bereiches 1, eines Bereiches 2 und eines Bereiches 3 in dieser Reihenfolge unterteilt wird, ist ein Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in den Bereichen 1 und 3 zu der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in dem Bereich 2 bevorzugt größer als 1,2 und mehr bevorzugt größer als 1,5. Wenn das Verhältnis des Durchschnitts der Zahl der Querschnitte der Aluminiumgerüste im Bereich 1 und 3 zu der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 2 1,2 oder weniger ist, wird die Halteleistung des Aktivmaterials, die oben beschrieben ist, kaum entfaltet.
  • Das Verhältnis der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes kann bestimmt werden durch Messen der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in jedem Bereich auf gleiche Weise wie die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in jedem oben beschriebenen Bereich und Berechnen eines Verhältnisses der Zahl der Querschnitte. Das heißt der Durchschnitt der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 1 und der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 3 kann berechnet werden, und der Durchschnitt kann durch die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 2 geteilt werden.
  • Zur Herstellung der oben erwähnten Elektrode dieser Erfindung kann ein poröser Aluminiumkörper als Basismaterial verwendet werden, worin dann, wenn ein Querschnitt in der Dickenrichtung des porösen Aluminiumkörpers in drei Bereiche eines Bereiches 1, eines Bereiches 2 und eines Bereiches 3 in dieser Reihenfolge unterteilt wird, ein Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich 1 und Bereich 3 zu der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich 2 größer als 1,2 ist.
  • Ein solcher poröser Aluminiumkörper kann beispielsweise durch Laminieren von porösen Aluminiumkörpern mit jeweils der unterschiedlichen Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in einem Querschnitt in der Dickenrichtung und anschließendes Vergleichmäßigen dieser porösen Aluminiumkörper erhalten werden.
  • Das heißt die erfindungsgemäße Elektrode ist ebenfalls wirksam, einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk zu verwenden, gebildet durch Laminieren von drei Lagen von porösen Aluminiumkörpern A, B und C in dieser Reihenfolge in einer Dickenrichtung, die vergleichmäßigt werden soll, worin ein Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte von Aluminiumgerüsten in den Querschnitten in der Dickenrichtung der porösen Aluminiumkörper A und C zu der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Querschnitt in der Dickenrichtung des porösen Aluminiumkörpers B größer als 1,2 ist.
  • Wie in 4 gezeigt, werden spezifisch zwei Arten von porösen Aluminiumkörpern gebildet, ein poröser Aluminiumkörper, worin die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in einem Querschnitt in der Dickenrichtung groß ist und ein poröser Aluminiumkörper, worin die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in einem Querschnitt in der Dickenrichtung klein ist. Zwei Lagen der porösen Aluminiumkörper A und C, worin die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in einem Querschnitt in der Dickenrichtung groß ist, und des porösen Aluminiumkörpers B, worin die Zahl der Querschnitte des Gerüstes klein ist, werden laminiert, wobei der poröse Aluminiumkörper B in Sandwichform zwischen den zu vergleichmäßigenden porösen Aluminiumkörpern A und B angeordnet ist.
  • Hierdurch kann ein poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, worin die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in äußeren Oberflächenschichtbereichen (Oberfläche und Rückfläche) in der Dickenrichtung groß ist, und umgekehrt die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in einem inneren Bereich (zentraler Bereich) in der Dickenrichtung klein ist, hergestellt werden. Weiterhin kann die Dicke des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk größer als jene von konventionellen porösen Aluminiumkörpern mit dreidimensionalem Netzwerk sein durch Laminieren einer Vielzahl von porösen Aluminiumkörpern, um diese zu vergleichmäßigen.
  • Wenn die porösen Aluminiumkörper A, B und C ausgewählt werden, so dass das Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte der Aluminiumgerüste in den Querschnitten in Dickenrichtung der porösen Aluminiumkörper A und C zu der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Querschnitt in der Dickenrichtung des porösen Aluminiumkörpers B größer ist als 1,2, ist es möglich, die Halteleistung des oben beschriebenen Aktivmaterials zu verbessern. Weiterhin ist das Verhältnis mehr bevorzugt größer als 1,5.
  • Beispiele eines Verfahrens zum Vergleichmäßigen der laminierten porösen Aluminiumkörper A bis C umfassen Verfahren, bei denen die porösen Aluminiumkörper übereinandergelegt und komprimiert werden. Unter diesen ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem die porösen Aluminiumkörper übereinandergelegt und walzgepresst und dann teilweise geschweißt werden, um einen elektrischen Kontakt zu erhalten. Durch Erhöhen der Temperatur der Lage der laminierten porösen Aluminiumkörper bis etwa dem Schmelzpunkt von Aluminium in einem Zustand unter Auferlegung eines Druckes auf die Lage der laminierten porösen Aluminiumkörper können Gerüste, die miteinander in Kontakt stehen, miteinander verschmolzen werden, unter Vergleichmäßigung dieser.
  • – Aspekt <2-3> –
  • Wenn wie oben beschrieben das Aktivmaterial in das Öffnungsteil des porösen Aluminiumkörpers gefüllt wird, ist in einem Bereich, bei dem die Anzahl der Gerüste groß ist, ein Bereich, bei dem das Aktivmaterial mit dem Gerüst in Kontakt steht, erhöht, und der Abstand zwischen dem Aktivmaterial und dem Gerüst wird verkürzt. Daher ist in einem Bereich, bei dem die Anzahl der Gerüste groß ist, die Halteleistung des Aktivmaterials groß und gleichzeitig wird die Stromsammelleistung des Aktivmaterials erhöht. Demzufolge ist es möglich, die Stromsammelleistung innerhalb der Elektrode zu verstärken und das Aktivmaterial innerhalb der Elektrode 100%ig zu verwenden, indem als Basismaterial der Elektrode dieser Erfindung ein poröser Aluminiumkörper verwendet wird, bei dem in einem Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in äußeren Oberflächenbereichen (Oberfläche und Rückfläche) klein und die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in einem inneren Bereich (zentraler Bereich) groß ist.
  • Daher ist in der erfindungsgemäßen Elektrode, wenn ein Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode in die drei Bereiche eines Bereiches 1, eines Bereiches 2 und eines Bereiches 3 in dieser Reihenfolge unterteilt wird, ein Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich 1 und Bereich 3 zu der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich 2 bevorzugt kleiner als 0,8 und mehr bevorzugt kleiner als 0,7. Wenn das Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte der Aluminiumgerüste im Bereich 1 und im Bereich 3 zu der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 2 0,8 oder mehr ist, wird die Wirkung zur Verbesserung der Stromsammelleistung innerhalb der Elektrode, wie oben beschrieben, kaum ausgeübt.
  • Das Verhältnis der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes kann bestimmt werden durch Messen der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in jedem Bereich auf gleiche Weise wie die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in jedem Bereich wie oben beschrieben, und durch Berechnen eines Verhältnisses der Zahl der Querschnitte. Das heißt der Durchschnitt der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 1 und der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 3 kann berechnet werden, und der Durchschnitt kann durch die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 2 dividiert werden.
  • Zur Herstellung der oben erwähnten Elektrode dieser Erfindung kann ein poröser Aluminiumkörper als Basismaterial verwendet werden, bei dem dann, wenn ein Querschnitt in der Dickenrichtung des porösen Aluminiumkörpers in drei Bereiche eines Bereiches 1, eines Bereiches 2 und eines Bereiches 3 in dieser Reihenfolge unterteilt wird, ein Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich 1 und Bereich 3 zu der Anzahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich 2 kleiner als 0,8 ist.
  • Ein solcher poröser Aluminiumkörper kann beispielsweise durch Laminieren von porösen Aluminiumkörpern, die jeweils die unterschiedliche Anzahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in einem Querschnitt in der Dickenrichtung haben, und Vergleichmäßigung dieser porösen Aluminiumkörper erhalten werden.
  • Das heißt die erfindungsgemäße Elektrode ist ebenfalls effektiv, einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk zu verwenden, gebildet durch Laminieren von drei Lagen von porösen Aluminiumkörpern D, E und F in dieser Reihenfolge in der zu vergleichmäßigenden Dickenrichtung, worin ein Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte von Aluminiumgerüsten in den Querschnitten in der Dickenrichtung der porösen Aluminiumkörper D und F zu der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Querschnitt in der Dickenrichtung des porösen Aluminiumkörper E kleiner als 0,8 ist.
  • Wie in 4 gezeigt ist, werden zwei Arten von porösen Aluminiumkörpern hergestellt, ein poröser Aluminiumkörper, bei dem die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in einem Querschnitt in der Dickenrichtung groß ist, und ein poröser Aluminiumkörper, bei dem die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in einem Querschnitt in der Dickenrichtung klein ist. Dann werden zwei Lagen der porösen Aluminiumkörper D und F, worin die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in einem Querschnitt in der Dickenrichtung klein ist, und des porösen Aluminiumkörpers E, worin die Zahl der Querschnitte des Gerüstes groß ist, laminiert, wobei der poröse Aluminiumkörper E zwischen den porösen Aluminiumkörpern D und F in Sandwichform angeordnet sind, die vergleichmäßigt werden sollen.
  • Hierdurch kann ein poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, worin die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in äußeren Oberflächenschichtbereichen (Oberfläche und Rückfläche) in der Dickenrichtung klein ist und umgekehrt die Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes in einem inneren Bereich (zentralen Bereich) in der Dickenrichtung groß ist, hergestellt werden. Weiterhin kann die Dicke des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk größer sein als die von konventionellen porösen Aluminiumkörpern mit dreidimensionalem Netzwerk, in denen eine Vielzahl von porösen Aluminiumkörpern laminiert werden, um diese zu vergleichmäßigen.
  • Wenn die porösen Aluminiumkörper D, E und F ausgewählt werden, so dass das Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte der Aluminiumgerüste in den Querschnitten in der Dickenrichtung der porösen Aluminiumkörper D und F zu der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Querschnitt in der Dickenrichtung des porösen Aluminiumkörpers E kleiner als 0,8 ist, wird es möglich, die Halteleistung des Aktivmaterials wie oben beschrieben zu verbessern. Weiterhin ist das Verhältnis mehr bevorzugt kleiner als 0,7.
  • Beispiele eines Verfahrens zur Vergleichmäßigung der porösen laminierten Aluminiumkörper D bis F umfassen Verfahren zum Übereinanderlegen der porösen Aluminiumkörper und Komprimieren dieser. Unter den Verfahren ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem die porösen Aluminiumkörper übereinandergelegt und walzgepresst und dann teilweise geschweißt werden, unter Erhalt eines elektrischen Kontaktes. Durch Erhöhung der Temperatur der Lage der porösen Aluminiumkörper bis zu etwa dem Schmelzpunkt von Aluminium in einem Zustand unter Auferlegung eines Druckes auf die Lage der laminierten porösen Aluminiumkörper können beispielsweise Gerüste, die miteinander in Kontakt stehen, verschmolzen werden, unter Vergleichmäßigung.
  • – Konstitution [3] –
  • Bei Verwendung der Konstitution von [3] auf die erfindungsgemäße Elektrode sind die folgenden Aspekte <3-1> bis <3-2> denkbar.
    • <3-1> Die äußerste Oberfläche eines porösen Aluminiumkörpers wird vollständig mit einem Aktivmaterial gefüllt.
    • <3-2> Das Aktivmaterial wird nicht auf der Außenseite der äußersten Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers freigelegt.
  • Nachfolgend wird jeder Aspekt beschrieben.
  • – Aspekt <3-1> –
  • Wie in 1 gezeigt ist, wird zur Herstellung einer Elektrode aus dem porösen Aluminiumkörper das Füllen des Aktivmaterials (gezeigt als Aufschlämmungsfüllschritt D in 1) durchgeführt. Dann wird der poröse Aluminiumkörper zu einer Elektrode geformt, indem ein Trocknungsschritt und Komprimierschritt durchgeführt wird, wenn aber der Gerüstbereich des porösen Aluminiumkörpers als Stromkollektor von der Oberfläche der Elektrode nach Vollendung der Elektrode freigelegt ist, können Probleme auftreten, dass ein Mikrokurzschluss und eine Elektro-Stromeinschränkung leicht auftreten können und die Lebensdauer verkürzt wird. Weiterhin muss ein Separator verdickt werden, um diese Probleme zu vermeiden.
  • Daher ist es bei der erfindungsgemäßen Elektrode, wie in 5 gezeigt, bevorzugt, dass die äußerste Oberfläche eines porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk als Basismaterial mit einem Aktivmaterial abgedeckt und das Gerüst des porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk nicht von dem Aktivmaterial freigelegt ist. Hierdurch kann eine Batterie ohne Mikrokurzschluss und Elektro-Stromeinschränkung und mit einer langen Lebensdauer erhalten werden. Weil die Dicke des Separators reduziert werden kann, kann eine Batterie, ein Kondensator und ein Lithiumionenkondensator verkleinert werden.
  • Zusätzlich betrifft erfindungsgemäß die äußerste Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers, wie in 5 gezeigt, eine Ebene, erhalten durch Durchführen durch jeden Apex des Gerüstes in dem äußersten Bereich des porösen Aluminiumkörpers. Weil 5 eine Konzeptionsansicht ist, ist die äußerste Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers nur in einem oberen Bereich in 5 gezeigt, aber in einem tatsächlichen lagenförmigen porösen Aluminiumkörper wird überlegt, dass die jeweiligen Oberflächen ähnlich sind.
  • Zur Herstellung einer solchen Elektrode dieser Erfindung ist es bevorzugt, eine genügende Menge des Aktivmaterials zum Bedecken des Gerüstes des porösen Aluminiumkörpers in dem Aufschlämmungsfüllschritt abzudecken, wie in 1 gezeigt ist.
  • – Aspekt <3-2> –
  • Wie in 1 gezeigt ist, wird zur Herstellung einer Elektrode aus dem porösen Aluminiumkörper das Füllen des Aktivmaterials (dargestellt als Aufschlämmungsfüllschritt D in 1) durchgeführt und dann wird der poröse Aluminiumkörper zu einer Elektrode geformt, mit dem ein Trocknungsschritt und ein Komprimierschritt durchgeführt wird. Wenn in diesem Fall die Fähigkeit eines Bindemittels, das in den porösen Aluminiumkörper zusammen mit dem Aktivmaterial gefüllt ist, unzureichend ist, neigt das Aktivmaterial dazu, leicht von der Oberfläche der Elektrode abgeschält zu werden, und ein Mikrokurzschluss kann nach Vollendung der Elektrode leicht auftreten.
  • Daher ist es bei der Elektrode dieser Erfindung, wie in 6 gezeigt, bevorzugt, dass das Aktivmaterial nicht in einem Bereich von der äußersten Oberfläche zu einer Tiefe von 0,02 mm des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk als Basismaterial vorhanden ist. Hierdurch kann eine Elektrode erhalten werden, bei der das Aktivmaterial adäquat innerhalb der Elektrode gehalten wird und nicht von der Oberfläche der Elektrode abgeblättert ist, wobei ein Mikrokurzschluss nicht auftritt.
  • Zusätzlich betrifft die äußerste Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers, wie oben beschrieben, eine Ebene, erhalten durch Durchleiten eines jeden Apex des Gerüstes in dem äußersten Bereich des porösen Aluminiumkörpers. Weil 6 eine Konzeptionsansicht ist, ist die äußerste Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers in nur einem oberen Teil von 6 gezeigt, und andere Bereiche sind mit dem Aktivmaterial abgedeckt, aber bei dem tatsächlichen lagenförmigen porösen Aluminiumkörper wird überlegt, dass die jeweiligen Oberflächen ähnlich sind.
  • Zur Herstellung einer solchen Elektrode dieser Erfindung kann ein Verfahren zum Abschöpfen des Aktivmaterials von der Oberfläche der Elektrode mit einer Bürste nach dem Kompressionsschritt F, dargestellt in 1, veranschaulicht werden.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Erzeugung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung beschrieben. Nachfolgend wird ein Produktionsverfahren unter Bezugnahme der Zeichnungen, falls erforderlich, beschrieben, wobei ein Beispiel, bei dem das Aluminiumplattierverfahren angewandt wird, als Beispiel zur Bildung eines Aluminiumfilmes auf der Oberfläche eines Urethanharzformkörpers als repräsentatives Beispiel verwendet wird. In den Referenzzeichen bedeuten Teile mit gleichen Zahlen gleiche oder ähnliche Teile. Diese Erfindung ist nicht hierauf beschränkt, sondern ist durch die Ansprüche definiert, und alle Modifizierungen, die in den Umfang dieser Erfindung fallen, und die Äquivalente davon, sollen von den Ansprüchen erfasst werden.
  • (Schritt zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur)
  • 7 ist ein Fließdiagramm, das einen Schritt zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur zeigt. 8 zeigt eine schematische Ansicht der Bildung eines Aluminiumplattierfilmes unter Verwendung eines Harzformkörpers als Kernmaterial, das dem Fließdiagramm entspricht. Der Gesamtfluss des Produktionsschrittes wird nachfolgend unter Bezugnahme auf beide Figuren erläutert. Zunächst erfolgt die Herstellung 101 eines Harzformkörpers, der als Basismaterial dient. 8(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 8(b) gezeigt ist, wird durch diesen Schritt eine dünne leitende Schicht 2 aus einem elektrischen Leiter auf der Oberfläche des Harzformkörpers 1 gebildet.
  • Anschließend wird das Aluminiumplattieren 103 in einem geschmolzenen Salz durchgeführt, zur Bildung einer aluminiumplattierten Schicht 3 auf der Oberfläche der leitenden Schicht des Harzformkörpers (8(c)). Hierdurch wird eine Aluminiumstruktur erhalten, worin die aluminiumplattierte Schicht 3 auf der Oberfläche des Harzformkörpers gebildet wird, der als Basismaterial dient. Die Entfernung 104 des Harzformkörpers, der als Basismaterial dient, wird durchgeführt.
  • Der Harzformkörper 1 kann entfernt werden durch Zersetzung oder dergleichen, unter Erhalt einer Aluminiumstruktur (poröser Körper), der nur eine verbleibende Metallschicht enthält (8(d)). Nachfolgend wird jeder dieser Schritte detailliert beschrieben.
  • (Herstellung des porösen Harzformkörpers)
  • Ein poröser Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur und kontinuierlichen Poren wird hergestellt. Ein Material des porösen Harzformkörpers kann irgendein Harz sein. Als Material kann ein Harzschaumformkörper aus Polyurethan, Melamin, Polypropylen oder Polyethylen veranschaulicht werden. Obwohl der Harzschaumformkörper veranschaulicht ist, kann irgendein Harzformkörper mit irgendeiner Form ausgewählt werden, solange der Harzformkörper kontinuierliche Poren hat. Beispielsweise kann ein Harzformkörper mit einer Form wie einem 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 Melaminschäume haben eine hohe Porosität, Kontinuität der Poren und ausgezeichnete thermische Zersetzungseigenschaften und können daher bevorzugt als Harzschaumformkörper verwendet werden.
  • Urethanschäume sind angesichts der Gleichmäßigkeit der Poren, leichten Verfügbarkeit und dergleichen bevorzugt und bevorzugt, weil Urethanschäume mit einem kleinen Porendurchmesser verfügbar sein können.
  • Poröse Harzformkörper enthalten häufig Restmaterialien wie ein Schäummittel und nicht-reagiertes Monomer bei der Herstellung des Schaumes und werden daher bevorzugt einem Waschschritt für die anschließenden Schritte unterworfen. Als Beispiel des porösen Harzformkörpers ist ein Urethanschaum, mit dem eine Waschbehandlung als Vorbehandlung durchgeführt ist, in 9 gezeigt. Im 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 sich erstreckenden Richtung. Hierin wird die Porosität durch folgende Gleichung definiert: Porosität = (1 – (Gewicht des porösen Materials [g]/(Volumen des porösen Materials [cm3] × Materialdichte))) × 100[%]
  • Weiterhin wird der Porendurchmesser bestimmt durch Vergrößern der Oberfläche des Harzformkörpers in einer Fotomikrografie oder dergleichen, Zählen der Zahl der Poren pro inch (25,4 mm) 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 zuvor einer leitenden Behandlung unterworfen. Ein Verfahren für die leitende Behandlung ist nicht besonders beschränkt, solange sie eine Behandlung ist, durch die eine Schicht mit einer leitenden Eigenschaft auf der Oberfläche des Harzformkörpers angeordnet werden kann, und irgendein Verfahren, einschließlich dem elektrolosen Plattieren eines leitenden Metalls wie Nickel, Dampfniederschlag und Sputtern von Aluminium oder dergleichen und Auftragung eines leitenden Beschichtungsmaterials, das leitende Teilchen wie Kohlenstoff enthält, kann ausgewählt 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 im geschmolzenen Salzbad 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 der die leitende Behandlung durchgeführt ist, und einer Anode aus einer Aluminiumplatte mit einer Reinheit von 99,0% im geschmolzenen Salz durchgeführt. Als geschmolzenes Salz kann ein organisches geschmolzenes Salz verwendet werden, das ein eutektisches Salz aus einem organischen Halogenid und einem Aluminiumhalogenid ist, oder ein anorganisches geschmolzenes Salz, 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 es 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 Atmosphäre aus einem Inertgas wie Stickstoff oder Argon und in einer abgedichteten Umgebung durchgeführt.
  • Das geschmolzene Salzbad ist bevorzugt ein geschmolzenes Salzbad, das Stickstoff enthält, und insbesondere wird ein Imidazoliumsalzbad bevorzugt verwendet. Wenn ein Salz, das bei einer 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 verwendet werden, ohne dass es irgendeine Wirkung auf das Harz selbst bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen ausübt. Als Imidazoliumsalz wird ein Salz, das ein Imidazoliumkation mit Alkylgruppen an 1,3-Position enthält, bevorzugt verwendet, und insbesondere sind geschmolzene Salze auf Basis von Aluminiumchlorid + 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (AlCl3 + EMIC) am meisten bevorzugt wegen ihrer hohen Stabilität und Resistenz gegenüber Zersetzung. Das Imidazoliumsalzbad ermöglicht das Plattieren von Urethanharzschäumen und Melaminharzschäumen, und die Temperatur des geschmolzenen Salzbades liegt im Bereich von 10 bis 65 und bevorzugt 25 bis 65°C. Mit einer Verminderung der Temperatur wird der Stromdichtebereich, bei dem das Plattieren möglich ist, eingeengt, und das Plattieren der gesamten Oberfläche eines porösen Körpers wird schwierig. Der Mangel, dass eine Form eines Basisharzes beeinträchtigt wird, neigt bei einer hohen Temperatur von mehr als 65°C aufzutreten.
  • In Bezug auf das geschmolzene Salz-Aluminiumplattieren auf einer Oberfläche wird berichtet, dass ein Additiv wie Xylol, Benzol, Toluol oder 1,10-Phenanthrolin zu AlCl3-EMIC zur Verbesserung der Glätte der plattierten Oberfläche gegeben wird. Diese Erfinder haben festgestellt, dass insbesondere beim Aluminiumplattieren eines Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur die Addition von 1,10-Phenanthrolin charakteristische Wirkungen auf die Bildung eines porösen Aluminiumkörpers hat. Das heißt, dies ergibt ein erstes Charakteristikum, dass das Aluminiumgerüst, das den porösen Körper ausmacht, kaum bricht, 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 Charakteristiken 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 wird. 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 bei dem Füllschritt des Aktivmaterials oder beim Pressen bricht, sind die beiden Eigenschaften extrem effektiv bei einer solchen Anwendung.
  • Gemäß der obigen Beschreibung ist die Addition eines organischen Lösungsmittels zum geschmolzenen Salzbad bevorzugt, und insbesondere wird 1,10-Phenanthrolin bevorzugt verwendet. Die Menge des zum Plattierbad gegebenen organischen Lösungsmittels liegt bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 7 g/l. Wenn die Menge 0,2 g/l oder weniger ist, ist das resultierende Plattieren schlecht bezüglich der Glätte und ist spröde, und es ist schwierig, eine Wirkung zur Verminderung eines Unterschiedes in der Dicke zwischen der Oberflächenschicht und dem Inneren zu erzielen. Wenn die Menge 7 g/l oder mehr ist, vermindert sich die Plattiereffizienz, und es ist schwierig, eine bestimmte Plattierdicke zu erzielen.
  • 10 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, mit der eine leitende Behandlung durchgeführt ist, von links nach rechts in der Figur transferiert wird. Ein erstes Plattierbad 21a wird 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 dem eine leitende Behandlung durchgeführt ist, gelangt durch ein Plattierbad 28, während es durch Elektrodenwalzen 26 transferiert wird, die als Zuführwalzen und Energiezuführkathoden auf der Außenseite des Bades fungieren, um hierdurch das Plattieren durchzuführen. Die Vielzahl der Bäder umfassen Anoden 27 aus Aluminium, die beiden Flächen des Harzformkörpers über das 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 einem Multikomponentensystem. Ein solches anorganisches Salzbad hat üblicherweise eine höhere Schmelztemperatur als ein organisches Salzbad wie ein Imidazoliumsalzbad, hat aber geringere Umweltbeschränkungen wie Wassergehalt oder Sauerstoff und kann daher mit niedrigen Kosten insgesamt praktisch verwendet werden. Wenn das Harz ein Melaminharzschaum ist, wird ein anorganisches Salzbad mit 60 bis 150°C verwendet, weil das Harz bei einer höheren Temperatur als ein Urethanharzschaum 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 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 der 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 wie folgt durchgeführt. Ein poröser Harzformkörper mit einer aluminiumplattierten Schicht, die auf der Oberfläche davon gebildet 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, um den porösen Harzformkörper zu entfernen. Wenn das negative Potential auf die Aluminiumschicht auferlegt wird, wobei der Harzformkörper in das geschmolzene Salz getaucht ist, kann der poröse Harzformkörper ohne Oxidation von Aluminium zersetzt werden. Eine Erwärmungstemperatur kann angemessen entsprechend dem Typ des porösen 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 mit kontinuierlichen Poren und einer dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche und mit niedrigem Sauerstoffgehalt erhalten werden.
  • Das bei der Zersetzung des Harzes verwendete geschmolzene Salz kann ein Halogenidsalz eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls sein, so dass das Aluminiumelektrodenpotential 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 erhalten werden, der kontinuierliche Poren und eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche und einen niedrigen Sauerstoffgehalt hat.
  • 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 zeigt. 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 einer Leitungsschweißwalze 49, einen Aufschlämmungsfüllschritt D unter Verwendung einer Füllwalze 44, einer Aufschlämmungszuführdüse 50 und einer Aufschlämmung 51, einen Trocknungsschritt E unter Verwendung einer Trocknungsmaschine 45, einen Kompressionsschritt F unter Verwendung einer Kompressionswalze 46, einen Schneidschritt G unter Verwendung einer Schneidesalze 47 und einen Aufwickelschritt H unter Verwendung einer Aufwickelwalze 48. Nachfolgend werden diese Schritte spezifisch beschrieben.
  • (Dickeneinstellschritt)
  • Eine poröse Aluminiumkörperlage wird von einer Ausgangslagenwalze, um die die Lage eines porösen Aluminiumkörpers gewunden war, abgewickelt und wird eingestellt, so dass sie eine optimale Dicke und eine flache Oberfläche durch Walzenverarbeiten in dem Dickeneinstellschritt hat. Die Enddicke des porösen Aluminiumkörpers wird angemessen entsprechend der Anwendung einer Auftragung einer Elektrode bestimmt, und dieser Dickeneinstellschritt ist ein Vorkompressionsschritt eines Kompressionsschrittes zum Erzielen der Enddicke, und komprimiert den porösen Aluminiumkörper auf einen Dickenwert, bei dem eine Behandlung im folgenden Schritt leicht durchgeführt wird. Eine Flachplattenpresse oder eine Walzenpresse wird als Pressmaschine verwendet. Die Flachplattenpresse ist bevorzugt zum Unterdrücken der Dehnung eines Stromkollektors, ist aber nicht geeignet für die Massenproduktion, und daher wird eine Walzenpresse bevorzugt verwendet, die eine kontinuierliche Behandlung durchführen kann.
  • (Leitungsschweißschritt)
  • – Komprimieren des Endteils eines 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 unmöglich, weil ein robustes Metallteil nicht im porösen Aluminiumkörper vorhanden ist, ein Leitungsstück direkt an den porösen Aluminiumkörper zu schweißen. Daher wird ein Endteil des porösen Aluminiumkörpers in die 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.
  • 11 ist eine Ansicht, die schematisch den Kompressionsschritt zeigt.
  • Eine Rotationswalze kann als Kompressionsspannrahmen verwendet werden.
  • Wenn das komprimierte Teil eine Dicke von 0,05 mm oder mehr und 0,2 mm oder weniger hat (beispielsweise etwa 0,1 mm), kann eine bestimmte mechanische Festigkeit erzielt werden.
  • In 12 wird der zentrale Teil eines porösen Aluminiumkörpers 34 mit einer Breite von zwei porösen Aluminiumkörpern durch eine Rotationswalze 35 als Kompressionsspannrahmen zur Bildung eines komprimierten Teils 33 komprimiert. Nach der Kompression wird das komprimierte Teil 33 entlang der Mittellinie eines zentralen Teils geschnitten, unter Erhalt von zwei Lagen von Elektronenstromkollektoren mit einem komprimierten Teil am Ende des Stromkollektors.
  • Weiterhin kann eine Vielzahl von Stromkollektoren erhalten werden durch Bildung einer Vielzahl von streifenförmigen komprimierten Endteilen am komprimierten Teil des porösen Aluminiumkörpers, indem eine Vielzahl von Rotationswalzen verwendet und entlang der jeweiligen Mittellinien dieser streifenförmigen komprimierten Teile geschnitten wird.
  • – Bindung einer Anschlussleitung an den peripheren Bereich der Elektrode –
  • Eine Anschlussleitung wird an das komprimierte Teil 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 Verminderung des elektrischen Widerstandes wird das Schweißen bevorzugt als Bindeverfahren durchgeführt. Eine Breite zum Schweißen einer Metallfolie ist bevorzugt 10 mm oder weniger, da eine zu breite Metallfolie einen erhöhten verlorenen Raum in einer Batterie verursacht und die Kapazitätsdichte der Batterie vermindert wird. 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 Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen verwendet werden, aber das Ultraschallschweißen ist bevorzugt wegen der größeren Bindefläche.
  • – Metallfolie –
  • Ein Material der Metallfolie ist bevorzugt Aluminium angesichts des elektrischen Widerstandes und der Toleranz für eine elektrolytische Lösung. Weil Verunreinigungen in der Metallfolie die 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 geschweißten Teiles ist bevorzugt kleiner als die der Elektrode selbst.
  • Die Aluminiumfolie ist 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. Beim Ultraschallschweißen wird insbesondere das Schweißen bevorzugt vor dem Füllen durchgeführt. Darüber hinaus kann eine Aktivkohlepaste an einem geschweißten Bereich anhaften, aber weil es die Möglichkeit gibt, dass die Paste während des Schrittes abgeschält wird, wird der geschweißte Bereich bevorzugt maskiert, um das Füllen der Paste zu vermeiden.
  • Zusätzlich können, obwohl in dieser Beschreibung der Kompressionsschritt des Endteils und der Bindeschritt der Anschlussleitung als getrennte Schritte beschrieben sind, der Kompressionsschritt und der Bindeschritt gleichzeitig durchgeführt werden. In diesem Fall kann eine Walze, bei der ein Walzenteil, das als Kompressionswalze mit einem Endteil zum Binden einer Anschlussleitung an den porösen Aluminiumkörper in Kontakt gebracht werden soll, das Widerstandsschweißen durchführen kann, verwendet werden, und der poröse Aluminiumkörper und die Metallfolie können gleichzeitig zu der Walze geführt werden, um das Komprimieren des Endteils und das Schweißen der Metallfolie an das komprimierte Teil gleichzeitig durchzuführen.
  • (Schritt zum Füllen des Aktivmaterials)
  • Eine Elektrode wird erhalten durch Füllen des Stromkollektors, der wie oben beschrieben erhalten ist, mit einem Aktivmaterial. Das Aktivmaterial wird angemessen entsprechend dem Zweck der Verwendung der Elektrode ausgewählt.
  • 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 Siebdruckbeschichtungsverfahren.
  • Wenn das Aktivmaterial gefüllt wird, wird nach Bedarf eine Leitungshilfe oder ein Bindemittel 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 Füllschrittes gefüllt.
  • 13 zeigt ein Verfahren zum Füllen eines porösen Körpers mit einer Aufschlämmung durch ein Walzenbeschichtungsverfahren. Wie in der Figur gezeigt ist, wird die Aufschlämmung auf eine poröse Körperlage geführt, und diese Lage wird zwischen ein Paar von Rotationswalzen, die einander bei einem bestimmten Abstand gegenübergelegt sind, durchgeleitet. Die Aufschlämmung wird gepresst und in den porösen Körper beim Durchlaufen zwischen den Rotationswalzen gefüllt.
  • (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 auf eine Enddicke beim Kompressionsschritt komprimiert. Eine Flachplattenpresse oder eine Walzenpresse wird als Pressmaschine verwendet. Die Flachplattenpresse ist bevorzugt zum Unterdrücken der Dehnung eines Stromkollektors, ist aber nicht bevorzugt zur Massenproduktion, und daher wird die Walzenpresse, die eine kontinuierliche Behandlung durchführen kann, bevorzugt verwendet.
  • Der Fall der Kompression durch Walzenpressen ist in dem Kompressionsschritt von 1 gezeigt.
  • (Schneidschritt)
  • Zur Verbesserung der Fähigkeit der Massenproduktion des Elektrodenmaterials ist es bevorzugt, dass die Breite einer Lage aus dem porösen Aluminiumkörper auf eine Breite einer Vielzahl der Endprodukte 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 von Elektrodenmaterialien, erhalten im oben erwähnten Schneidschritt, um eine Aufwickelwalze.
  • Nachfolgend werden Anwendungen des Elektrodenmaterials, das im oben erwähnten Schritt erhalten ist, beschrieben.
  • Beispiele von Hauptanwendungen des Elektrodenmaterials, bei dem der poröse Aluminiumkörper als Stromkollektor verwendet wird, umfassen Elektroden für nicht-wässrige Elektrolytbatterien, wie Lithiumbatterie und eine geschmolzene Salzbatterie, eine Elektrode für einen Kondensator mit einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung und einen Lithiumionenkondensator mit einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung.
  • Nachfolgend werden diese Anwendungen beschrieben.
  • (Lithiumbatterie)
  • Nachfolgend wird ein Elektrodenmaterial für Batterien, die einen porösen Aluminiumkörper enthalten, und eine Batterie beschrieben. Wenn beispielsweise ein poröser Aluminiumkörper in einer positiven Elektrode einer Lithiumbatterie (umfassend eine Lithiumionen-Sekundärbatterie) 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.
  • Bei 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 als eine Nickel-Metallhydridbatterie oder einen Kondensator hat, ist eine weitere Erhöhung der Kapazität in Automobilanwendungen erforderlich. Zur Erhöhung der Batteriekapazität pro Einheitsfläche wird daher die Auftragungsdicke des Aktivmaterials erhöht. Zur effektiven Verwendung des Aktivmaterials muss das Aktivmaterial mit der Aluminiumfolie, einen Stromkollektor im elektrischen Kontakt stehen, 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 die Kontaktfläche zwischen dem Stromkollektor und dem Aktivmaterial erhöht und daher kann das Aktivmaterial effektiv verwendet werden, die Batteriekapazität kann verbessert und die Menge der zu verwendenden Leitungshilfe kann 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 und demzufolge eine höhere Energiedichte als eine konventionelle Lithiumbatterie, die eine Aluminiumfolie enthält, haben. Die Wirkungen dieser Erfindung in einer Sekundärbatterie wurden oben hauptsächlich beschrieben, aber die Wirkungen dieser Erfindung in einer Primärbatterie sind gleich wie die in einer Sekundärbatterie, die 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.
  • 14 ist eine vertikale Schnittansicht einer Festzustand-Lithiumbatterie, die einen festen Elektrolyten beinhaltet. Die Festzustand-Lithiumbatterie 60 umfasst eine positive Elektrode 61, eine negative Elektrode 62 und eine Festelektrolytschicht (SE-Schicht) 63, die zwischen beiden Elektroden angeordnet ist. Die positive Elektrode 61 umfasst eine positive Elektrodenschicht (positiver Elektrodenkörper) 64 und einen Stromkollektor 65 aus der positiven Elektrode, und die negative Elektrode 62 umfasst 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 oder dergleichen) zwischen beiden Elektroden angeordnet, aber die 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 einer 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 der Materialien 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 andere Übergangsmetallelemente 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. Hierin kann das oben erwähnte Lithiumtitanat (Li4Ti5O12) ebenfalls als negatives Elektrodenaktivmaterial verwendet werden.
  • (Elektrolytische Lösung, die in der Lithiumbatterie verwendet wird)
  • Eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung wird in einem polaren organischen Lösungsmittel verwendet, und spezifische Beispiele der nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung umfassen Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton und Sulfolan. Als Tragesalz werden 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 einer Festzustand-Lithiumbatterie durch Füllen des porösen Aluminiumkörpers mit dem Aktivmaterial und dem festen Elektrolyten geeignet sein. Das Verhältnis des Aktivmaterials zu Materialien, die in den porösen Aluminiumkörper gefüllt werden, wird bevorzugt auf 50 Massen-% oder mehr und mehr bevorzugt 70 Massen-% oder mehr angesichts der Sicherstellung einer Entladungskapazität eingestellt.
  • Ein Festelektrolyt auf Sulfidbasis mit einer hoher Lithiumionenleitfähigkeit wird bevorzugt als fester Elektrolyte verwendet, und Beispiele des festen Elektrolyten auf Sulfidbasis umfassen Festelektrolyte auf Sulfidbasis, die Lithium, Phosphor und Schwefel enthalten. Der feste Elektrolyt auf Sulfidbasis kann 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 zum Bilden 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 geschmolzen 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 diesem amorphen Zustand verwendet werden, kann aber einer Wärmebehandlung unterworfen werden, um einen kristallinen festen Elektrolyten auf Sulfidbasis zu bilden. Es kann erwartet werden, dass dies die Lithiumionenleitfähigkeit durch diese Kristallisierung verbessert.
  • (Füllen des Aktivmaterials in einen 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) befüllt wird, wird beispielsweise nach Bedarf eine Leitungshilfe oder ein Bindemittel 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 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 kann 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, Bindemittel und fester Elektrolyt, nach Bedarf), die in dem 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 weiterhin ein Tensid zur Verstärkung der Füllleistung eingesetzt werden.
  • Zusätzlich wird bei einem konventionellen positiven Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien eine Elektrode durch Auftragen eines Aktivmaterials auf die Oberfläche einer Aluminiumfolie gebildet. Zur Erhöhung der Batteriekapazität pro Einheitsfläche wird die Auftragungsdicke des Aktivmaterials erhöht. Zur effektiven Verwendung des Aktivmaterials muss das Aktivmaterial mit der Aluminiumfolie im elektrischen Kontakt 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 Leitungshilfe, die vermischt werden soll, vermindert werden.
  • (Elektrode für Kondensator)
  • 15 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel eines Kondensators zeigt, der durch Verwendung des Elektrodenmaterials für einen Kondensator hergestellt ist. Ein Elektrodenmaterial, gebildet durch Tragen eines Elektrodenaktivmaterials auf einem 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 mit einem Leitungsdraht 144 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 eine Kontaktfläche zwischen dem Stromkollektor und Aktivkohle als Aktivmaterial wird erhöht, und daher kann ein Kondensator, der eine hohe Leistung und eine hohe 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 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, wird 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 oben erwähnten Stromkollektor gefüllt und getrocknet und die Dichte wird erhöht durch Komprimieren mit einer Walzenpresse oder dergleichen nach Bedarf, unter Erhalt einer Elektrode für einen Kondensator.
  • (Füllen der 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 Beschichtungsverfahrens umfassen ein Walzenbeschichtungsverfahren, Applikatorbeschichtungsverfahren, elektrostatisches Beschichtungsverfahren, Pulverbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichter-Beschichtungsverfahren, Stangenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Walzenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichter-Beschichtungsverfahren, Rakelbeschichtungsverfahren, Drahtstangenbeschichtungsverfahren, Streichmesserbeschichtungsverfahren, Blattbeschichtungsverfahren und Siebdruckverfahren.
  • Wenn die Aktivkohle gefüllt ist, wird nach Bedarf beispielsweise eine Leistungshilfe oder ein Bindemittel zugegeben, und ein organisches Lösungsmittel oder Wasser wird mit diesem vermischt, zur Herstellung einer Aufschlämmung einer 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) oder Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthangummi oder dergleichen verwendet werden.
  • Das organische Lösungsmittel, das bei der Herstellung der Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung verwendet wird, kann angemessen ausgewählt werden, solange es nicht nachteilig Materialien (d. h. ein Aktivmaterial, 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.
  • (Herstellung des Kondensators)
  • Die auf obige Weise erhaltene Elektrode wird zu einer angemessenen Größe zur Herstellung von zwei Lagen gestanzt, und diese beiden Elektroden werden einander gegenüber angeordnet, wobei ein Separator dazwischen angeordnet wird. Ein poröser Film oder Vlies aus Cellulose oder einem Polyolefinharz wird bevorzugt für den Separator verwendet. Dann werden die Elektroden in einem Zellgehäuse durch Verwendung von erforderlichen Abstandshaltern untergebracht und mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert. Schließlich wird ein Deckel auf das Gehäuse gelegt, wobei eine Isolierdichtung zwischen dem Deckel und dem Gehäuse angeordnet ist und wird abgedichtet und hierdurch wird ein elektrischer Doppelschichtkondensator hergestellt. Wenn ein nicht-wässriges Material verwendet wird, werden die Materialien der Elektrode und dergleichen bevorzugt adäquat getrocknet, um den Wassergehalt im Kondensator möglichst stark zu vermindern. Die Herstellung des Kondensators wird in Umgebungen mit niedriger Feuchtigkeit durchgeführt, und das Abdichten kann in Umgebungen 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 sind.
  • 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 die Spannung auf einen höheren Wert als die der wässrigen elektrolytischen Lösung eingestellt werden kann. 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 Metalifluoriden 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)
  • 16 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel eines Lithiumionenkondensators zeigt, erzeugt durch Verwendung des Elektrodenmaterials für einen Lithiumionenkondensator. 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 und einem Leitungsdraht 149 verbunden, und all diese Komponenten werden in einem Gehäuse 145 untergebracht. Wenn der poröse Aluminiumkörper als Stromkollektor verwendet wird, erhöht sich die Oberfläche des Stromkollektors und daher kann, selbst wenn Aktivkohle als Aktivmaterial auf den porösen Aluminiumkörper dünn aufgetragen wird, ein Lithiumionenkondensator, der eine hohe Leistung und hohe Kapazität realisieren kann, erhalten werden.
  • (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 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 für die 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 können 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. Im organischen Lösungsmittel wird N-Methyl-2-pyrrolidon häufig verwendet. Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann ein Tensid zur Verstärkung der Füllleistung verwendet werden.
  • Das Elektrodenmaterial setzt sich hauptsächlich aus der Aktivkohle zusammen und wird gemischt und gerührt, unter Erhalt einer Aktivkohlepaste. Diese Aktivkohlepaste wird in den oben 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 die Aktivkohle gefüllt wird, wird beispielsweise eine Leitungshilfe oder ein Bindemittel nach Bedarf zugegeben, und ein organisches Lösungsmittel oder Wasser wird damit vermischt, 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, Leitungshilfe, Bindemittel und Festelektrolyt nach Bedarf), die in den porösen Aluminiumkörper gefüllt werden sollen, 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 Aktivmaterial in einen 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 zum elektrischen Dotieren der Elektrode durchgeleitet wird, und ein Verfahren, bei dem eine elektrochemische Zelle von einer negativen Elektrode und Lithiummetall zusammengebaut wird und eine negative Elektrode, die mit Lithium elektrisch dotiert ist, herausgenommen und verwendet wird.
  • In jedem Verfahren ist es bevorzugt, dass die Menge des Lithiumdotierens groß 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 in 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 werden Lithiumtetrafluoroborat, Lithiumhexafluorophosphat, ein Imidsalz oder dergleichen verwendet.
  • Herstellung des Lithiumionenkondensators)
  • Die auf obige Weise erhaltene Elektrode wird zu einer angemessenen Größe ausgestanzt und der negativen Elektrode gegenübergelegt, wobei ein Separator zwischen der ausgestanzten Elektrode und der negativen Elektrode zwischengelegt wird. Die negative Elektrode kann eine Elektrode sein, die mit Lithiumionen durch das oben erwähnte Verfahren dotiert ist, und wenn das Dotierverfahren der negativen Elektrode nach Zusammenbauen einer Zelle angewandt wird, kann eine Elektrode mit daran gebundenem Lithiummetall in der Zelle angeordnet werden. Ein poröser Film oder Vlies aus Cellulose oder einem Polyolefinharz wird bevorzugt für den Separator verwendet. Dann werden die Elektroden in einem Zellgehäuse durch Verwendung der erforderlichen Abstandshalter untergebracht und mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert. Schließlich wird ein Deckel auf das Gehäuse gelegt, wobei eine Isolierdichtung zwischen dem Deckel und dem Gehäuse gelegt wird, und wird abgedichtet, und hierdurch kann ein Lithiumionenkondensator erzeugt werden. Materialien der Elektrode und dergleichen werden bevorzugt adäquat getrocknet, um den Wassergehalt in dem Lithiumionenkondensator möglichst stark zu vermindern. Die Herstellung des Lithiumionenkondensators wird in Umgebungen mit niedriger Feuchtigkeit durchgeführt, und das Abdichten kann in Umgebungen mit reduziertem 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 geschmolzene Salzbatterie)
  • Der poröse Aluminiumkörper kann ebenfalls als Elektrodenmaterial für geschmolzene Salzbatterien verwendet werden. Wenn der poröse Aluminiumkörper als positives Elektrodenmaterial verwendet wird, kann eine Metallverbindung wie Natriumchromit (NaCrO2) oder Titandisulfid (TiS2), in die ein Kation eines geschmolzenen Salzes, das als Elektrolyt dient, interkaliert werden kann, als Aktivmaterial verwendet wird. 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) oder 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 wegen der leichten Handhabbarkeit bevorzugt. 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 zu legieren ist, auf den porösen Aluminiumkörper durch Plattieren niedergeschlagen und dann in eine Natriumlegierung durch Laden in einer geschmolzene Salzbatterie umgewandelt werden.
  • 17 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 ist, und einen Separator 123, der mit einem geschmolzenen Salz aus einem Elektrolyt imprägniert ist, die in einem Gehäuse 127 untergebracht sind. Ein Pressteil 126, das eine Pressplatte 124 und eine Feder 125 zum Pressen der Pressplatte enthält, wird 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 miteinander in Kontakt gebracht werden, selbst wenn ihre Volumina sich geändert haben. Ein Stromkollektor (poröser Aluminiumkörper) der positiven Elektrode 121 und ein Stromkollektor (poröser Aluminiumkörper) der positiven Elektrode 121 und ein Stromkollektor (poröser Aluminiumkörper) der negativen Elektrode 122 werden mit einem positiven Elektrodenende 128 bzw. einem negativen Elektrodenende 129 durch einen Leitungsdraht 130 verbunden.
  • Das geschmolzene Salz, das als Elektrolyt dient, kann aus verschiedenen anorganischen oder organischen Salzen ausgewählt werden, die bei der Arbeitstemperatur schmelzen. Als Kation des geschmolzenen Salzes kann 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 zu verwenden. 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 senken.
  • 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 aus der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und dem Separator, imprägniert mit dem geschmolzenen Salz, die in einem Gehäuse untergebracht sind, wird als Batterie verwendet.
  • BEISPIELE
  • Nachfolgend wird diese Erfindung detailliert auf der Basis von Beispielen beschrieben, aber diese Erfindung ist nicht hierauf beschränkt.
  • [Beispiel 1]
  • (Bildung der leitenden Schicht)
  • Ein Urethanschaum mit einer Porosität von 95%, etwa 46 Poren (Zellen) pro inch, einem Teilchendurchmesser von etwa 552 μm und einer Dicke von 1 mm wurde als Urethanharzformkörper hergestellt und zu einem 100 mm × 30 mm Quadrat geschnitten. Ein Aluminiumfilm wurde auf der Oberfläche des Polyurethanschaumes in einem Gewicht pro Einheitsfläche von 10 g/m2 durch das Sputterverfahren gebildet, zur Durchführung einer leitenden Behandlung.
  • (Geschmolzenes Salzplattieren)
  • Der Urethanschaum mit einer auf der Oberfläche gebildeten leitenden Schicht wurde als Arbeitsstück in einen Spannrahmen mit einer Elektrizitätszuführfunktion gegeben und dann wurde der Spannrahmen in einer Handschuhbox angeordnet, deren Inneres auf einer Argonatmosphäre und niedrige Feuchtigkeit (Taupunkt –30°C oder weniger) eingestellt war, und wurde in ein geschmolzenes Salz-Aluminiumplattierbad (33 mol% EMIC-67 mol% AlCl3) bei einer Temperatur von 40°C getaucht. Der Spannrahmen, der das Arbeitsstück hielt, wurde an die Kathode eines Rektifizierers gebunden und eine Aluminiumplatte (Reinheit 99,99%) der Gegenelektrode wurde mit der Anode verbunden. Das Arbeitsstück wurde durch Auferlegen eines Direktstromes bei einer Stromdichte von 3,6 A/dm2 90 Minuten plattiert, unter Erhalt einer Aluminiumstruktur, bei der 150 g/m2 einer aluminiumplattierten Schicht auf der Oberfläche des Urethanschaumes gebildet war. 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 porösen Harzformkörpers)
  • Jede der oben erwähnten Aluminiumstrukturen wurde in ein eutektisches geschmolzenes Salz aus LiCl-KCl bei einer Temperatur von 500°C getaucht und ein negatives Potential von –1 V wurde auf die Aluminiumstruktur 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, um das geschmolzene Salz zu entfernen, um hierdurch einen porösen Aluminiumkörpers zu erhalten, von dem das Harz entfernt worden war. 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 zu einer Größe von 5 cm2 geschnitten.
  • Zum Herstellen des Schweißens wurden ein SUS-Block (Stab) mit einer Breite von 5 mm und ein Hammer als Kompressionsspannrahmen hergestellt, und der SUS-Block wurde an einer Stelle 5 mm von einem Ende des porösen Aluminiumkörpers entfernt angeordnet und der poröse Körper wurde durch Schlagen des SUS-Blocks mit dem Hammer zur Bildung eines komprimierten Teils mit einer Dicke von 100 μm komprimiert.
  • Danach wurde eine Anschlussleitung durch Punktschweißen unter den folgenden Bedingungen geschweißt. <Schweißbedingungen>
    Schweißanlage: Hi-Max 100, hergestellt von Panasonic
    Corporation, Modell YG-101 UD
    (Spannung kann bis zu 250 V auferlegt werden)
    Kapazität: 100 Ws, 0,6 kVA
    Elektrode: Kupferelektrode mit einem Durchmesser von 2 mm
    Beladung: 8 kgf
    Spannung: 140 V
    <Anschlussleitung>
    Material: Aluminium
    Dimension: Breite 5 mm, Länge 7 cm, Dicke 100 μm
    Oberflächenbedingung: Boehmitbehandlung
  • (Füllen der Aufschlämmung in den porösen Aluminiumkörper)
  • Ein Lithiumkobaltoxidpulver (positives Elektrodenaktivmaterial) mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 μm wurde als Aktivmaterial hergestellt und das Lithiumkobaltoxidpulver, Acetylen-Ruß (Leitungshilfe) und PVDF (Bindemittel) wurden in Anteilen von 90:5:5, ausgedrückt als Massen vermischt. N-Methyl-2-pyrrolidon (organisches Lösungsmittel) wurde tropfenweise zu der Mischung gegeben und die resultierende Mischung wurde vermischt zur Herstellung einer pastenartigen Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung. Dann wurde die Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung in den porösen Aluminiumkörper gefüllt. Danach wurde die Aufschlämmung bei 100°C 40 Minuten getrocknet, zur Entfernung des organischen Salzes, unter Erhalt eines Elektrode 1 für eine positive Elektrode.
  • Die erhaltene Elektrode 1 für eine positive Elektrode wurde poliert, um einen Querschnitt davon freizulegen. Dann wurde ein Querschnitt der Elektrode mit SEM beobachtet und folglich wurde bestätigt, dass eine Zelle des porösen Aluminiumkörpers eine elliptische Form mit einer kleineren Achse in der Dickenrichtung der Elektrode in der Breitenrichtung und longitudinalen Richtung der Elektrode aufweist.
  • [Beispiel 2]
  • sEine Elektrode 2 für eine positive Elektrode wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme der Herstellung einer Elektrode unter Auferlegung einer Zugkraft. Ein Querschnitt des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 beobachtet und folglich wurde festgestellt, dass eine Zelle des porösen Aluminiumkörpers eine elliptische Form mit einer kleineren Achse in der Breitenrichtung der Elektrode aufwies.
  • [Beispiel 3]
  • Eine Elektrode 3 für eine positive Elektrode wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der poröse Aluminiumkörper ohne Kompression verwendet wurde.
  • Ein Querschnitt des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 beobachtet und folglich festgestellt, dass eine Zelle des porösen Aluminiumkörpers eine Kreisform hat.
  • [Beispiel 4]
  • Eine Elektrode 4 für eine positive Elektrode mit einer Dicke von 1 mm und einem Gewicht pro Einheitsfläche von 140 g/m2 wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass als Ausgangsmaterial ein Urethanschaum mit einer Porosität von 95%, 58 Poren (Zellen) pro inch, einem Durchmesser von etwa 438 μm und einer Dicke von 1 mm als poröser Harzformkörper verwendet wurde.
  • Die erhaltene Elektrode 4 für eine positive Elektrode wurde poliert, um einen Querschnitt davon freizulegen. Dann wurde der Querschnitt der Elektrode mit SEM beobachtet, und eine Fotografie des Querschnittes wurde aufgenommen. Die Fotografie wurde in drei Bereiche in der Dickenrichtung der Elektrode unterteilt, und diese Bereiche wurden mit Bereich 1, Bereich 2 und Bereich 3 bezeichnet. Dann wurde die Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes in jedem Bereich durch Bildverarbeitung gemessen.
  • Als Ergebnis war die Zahl der Querschnitte 41 im Bereich 1, 40 im Bereich 2 und 42 im Bereich 3. Ein Verhältnis der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 1 mit der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 2 war 1,03. Ein Verhältnis der Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 3 zu der Zahl der Querschnitte im Aluminiumgerüst im Bereich 2 war 1,05.
  • [Beispiel 5]
  • Ein poröser Aluminiumkörper A mit einer Dicke von 1 mm und einem Gewicht pro Einheitsfläche von 140 g/m2 und ein poröser Aluminiumkörper C mit einer Dicke von 1 mm und einem Gewicht pro Einheitsfläche von 140 g/m2 wurden auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass als Ausgangsmaterial ein Urethanschaum mit einer Porosität von 95%, 58 Poren (Zellen) pro inch, einem Porendurchmesser von etwa 438 μm und einer Dicke von 1 mm als poröser Harzformkörper verwendet wurde.
  • Gleichermaßen wurde ein poröser Aluminiumkörper B mit einer Dicke von 1 mm und einem Gewicht pro Einheitsfläche von 140 g/m2 auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass als Ausgangsmaterial ein Urethanschaum mit einer Porosität von 95%, 40 Poren (Zellen) pro inch, einem Zelldurchmesser von etwa 635 μm und einer Dicke von 1 mm als poröser Harzformkörper verwendet wurde.
  • Dann wurden die porösen Aluminiumkörper A, B und C durch Laminieren der porösen Aluminiumkörper A, B und C in dieser Reihenfolge, Walzpressen dieser vor der Herstellung einer Elektrode und anschließendes Durchführen eines Teilschweißen vereinheitlicht.
  • Danach wurde eine Elektrode 5 für eine positive Elektrode auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 erhalten.
  • Ein Querschnitt der erhaltenen Elektrode 5 für eine positive Elektrode wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 4 beobachtet.
  • Als Ergebnis war die Zahl der Querschnitte 40 im Bereich 1, 30 im Bereich 2 und 42 im Bereich 3. Ein Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte der Aluminiumgerüste im Bereich 1 und im Bereich 3 zur Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 2 war 1,37.
  • [Beispiel 6]
  • Ein poröser Aluminiumkörper D mit einer Dicke von 1 mm und einem Gewicht pro Einheitsfläche von 140 g/m2 und ein poröser Aluminiumkörper F mit einer Dicke von 1 mm und einem Gewicht pro Einheitsfläche von 140 g/m2 wurden auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass als Ausgangsmaterial ein Urethanschaum mit einer Porosität von 95%, 40 Poren (Zellen) pro inch, einem Porendurchmesser von etwa 635 μm und einer Dicke von 1 mm als poröser Harzformkörper verwendet wurde.
  • Gleichermaßen wurde ein poröser Aluminiumkörper E mit einer Dicke von 1 mm und einem Gewicht pro Einheitsfläche von 140 g/m2 auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass als Ausgangsmaterial ein Urethanschaum mit einer Porosität von 95%, 58 Poren (Zellen) pro inch, einem Zelldurchmesser von etwa 438 um und einer Dicke von 1 mm als poröser Harzformkörper verwendet wurde.
  • Dann wurden die porösen Aluminiumkörper D, E und F durch Laminieren der porösen Aluminiumkörper D, E und F in dieser Reihenfolge, Walzpressen dieser vor der Herstellung einer Elektrode und anschließendes Durchführen eines Teilschweißen vereinheitlicht.
  • Danach wurde eine Elektrode 6 für eine positive Elektrode auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 erhalten.
  • Ein Querschnitt der erhaltenen Elektrode 6 für eine positive Elektrode wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 4 beobachtet.
  • Als Ergebnis war die Zahl der Querschnitte 31 im Bereich 1, 41 im Bereich 2 und 32 im Bereich 3. Ein Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte der Aluminiumgerüste im Bereich 1 und im Bereich 3 zur Zahl der Querschnitte des Aluminiumgerüstes im Bereich 2 war 1,3.
  • [Beispiel 7]
  • Eine Elektrode 7 für eine positive Elektrode mit einer Dicke von 1 mm und einem Gewicht pro Einheitsfläche von 140 g/m2 wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass als Ausgangsmaterial ein Urethanschaum mit einer Porosität von 95%, 50 Poren (Zellen) pro inch, einem Durchmesser von etwa 508 μm und einer Dicke von 1 mm als poröser Harzformkörper verwendet wurde.
  • Ein Querschnitt der erhaltenen Elektrode 7 für eine positive Elektrode wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 beobachtet.
  • Als Ergebnis war die äußerste Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers mit einem Aktivmaterial bedeckt, und ein Gerüst des porösen Aluminiumkörpers war nicht von der Oberfläche der Elektrode freigelegt.
  • [Beispiel 8]
  • Als Ausgangsmaterial wurde ein Urethanschaum mit einer Porosität von 95%, etwa 50 Poren (Zellen) pro inch, einem Porendurchmesser von etwa 508 μm und einer Dicke von 1 mm als poröser Harzformkörper verwendet. Dann wurde eine Elektrode auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt und schließlich wurde das Aktivmaterial, das auf der Oberfläche der Elektrode verblieb, mit einer Bürste entfernt, unter Erhalt eines Stromkollektors 8 für eine positive Elektrode. Die erhaltene Elektrode hatte eine Dicke von 1 mm und ein Gewicht pro Einheitsfläche von 140 g/m2.
  • Ein Querschnitt der erhaltenen Elektrode 8 für eine positive Elektrode wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel beobachtet.
  • Als Ergebnis war das Aktivmaterial nicht in einem Bereich von der äußersten Oberfläche bis zu einer Tiefe von 0,02 mm des porösen Aluminiumkörpers vorhanden.
  • Diese Erfindung wurde auf der Basis von Ausführungsbeispielen beschrieben, ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Variationen können für diese Ausführungsbeispiele innerhalb des Umfangs der Identität und Äquivalenz dieser Erfindung durchgeführt werden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die erfindungsgemäße Elektrode kann geeignet für nichtwässrige Elektrolytbatterien (Lithiumbatterie und dergleichen), einen nicht-wässrigen Elektrolytkondensator und einen nicht-wässrigen Elektrolyt-Lithiumionenkondensator verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Harzformkörper
    2
    leitende Schicht
    3
    aluminiumplattierte Schicht
    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 der Walze
    37
    Anschlussleitung
    38
    Isolations-/Abdichtband
    41
    Abwickelwalze
    42
    Kompressionswalze
    43
    Kompressions-Schweißwalze
    44
    Füllwalze
    45
    Trocknungsmaschine
    46
    Kompressionswalze
    47
    Schneidesalze
    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 (12)

  1. Elektrode mit einem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk als Basismaterial, worin die Elektrode eine lagenförmige Elektrode ist, und der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk eine elliptisch geformte Zelle mit einer kleinen Achse in einer Dickenrichtung der Elektrode in einem Querschnitt parallel zu einer longitudinalen Richtung und der Dickenrichtung der Elektrode aufweist, und der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk eine elliptisch geformte Zelle mit einer kleinen Achse in der Dickenrichtung der Elektrode in einem Querschnitt parallel zu einer Breitenrichtung und der Dickenrichtung der Elektrode aufweist.
  2. Elektrode gemäß Anspruch 1, die erhalten wird durch Durchführen von zumindest einem Stromsammel-Leitungsschweißschritt, einem Aktivmaterialfüllschritt und einem Kompressionsschritt.
  3. Elektrode, umfassend einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk als Basismaterial, worin die Elektrode eine lagenförmige Elektrode ist und der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk eine elliptisch geformte Zelle mit einer kleinen Achse in einer Breitenrichtung der Elektrode in einem Querschnitt parallel zu einer Dickenrichtung der Elektrode hat.
  4. Elektrode, umfassend einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk als Basismaterial, worin die Elektrode eine lagenförmige Elektrode ist und der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk eine kreisförmig geformte Zelle in einem Querschnitt parallel zur einer Dickenrichtung der Elektrode hat.
  5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin dann, wenn ein Querschnitt in Dickenrichtung der Elektrode in drei Bereiche eines Bereiches (1), eines Bereiches (2) und eines Bereiches (3) in dieser Reihenfolge unterteilt wird, ein Verhältnis der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (1) zu einer Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (2) 0,8 oder mehr und 1,2 oder weniger ist, und ein Verhältnis der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (3) zu der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (2) 0,8 oder mehr und 1,2 oder weniger ist.
  6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin dann, wenn ein Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode in drei Bereiche eines Bereiches (1), eines Bereiches (2) und eines Bereiches (3) in dieser Reihenfolge unterteilt wird, ein Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (1) und Bereich (3) zu der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (2) größer als 1,2 ist.
  7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin dann, wenn ein Querschnitt in der Dickenrichtung der Elektrode in drei Bereiche eines Bereiches (1), eines Bereiches (2) und eines Bereiches (3) in dieser Reihenfolge unterteilt wird, ein Verhältnis des Durchschnittes der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (1) und im Bereich (3) zu der Zahl der Querschnitte eines Aluminiumgerüstes im Bereich (2) kleiner als 0,8 ist.
  8. Elektrode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die äußerste Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk mit einem Aktivmaterial bedeckt ist und der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk nicht von dem Aktivmaterial freigelegt ist.
  9. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das Aktivmaterial nicht in einem Bereich von der äußersten Oberfläche bis zu einer Tiefe von 0,02 mm des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk vorhanden ist.
  10. Nicht-wässrige Elektrolytbatterie, umfassend die Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Kondensator mit einer nicht-wässrigen elektrolytischen Lösung, umfassend die Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  12. Lithiumionenkondensator mit einer nicht wässrigen elektrolytischen Lösung, umfassend die Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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