DE112012000878T5 - Elektrode für elektrochemische Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Akihisa Hosoe
Kazuki Okuno
Hajime Ota
Kengo Goto
Hideaki SAKAIDA
Junichi Nishimura
Koutarou Kimura
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Sumitomo Electric Toyama Co Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Sumitomo Electric Toyama Co Ltd
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Abstract

Es wird eine elektrochemische Vorrichtung bereitgestellt, wie zum Beispiel eine Batterie mit nicht-wärigem Elektrolyten, die herausragende Entladungseigenschaften und dergleichen aufweist, indem eine dicke Elektrode unter Verwendung eines porösen Metallkörpers, wie zum Beispiel eines porösen Aluminiumkörpers, als ein Stromabnehmer gebildet wird. Eine Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung umfaßt einen porösen Metallkörper, der mit einem aktiven Material gefüllt ist, worin der poröse Metallkörper blechartig ist und ein gestapelter poröser Körper ist, worin eine Vielzahl von porösen Einzelschicht-Metallkörpern gestapelt und elektrisch miteinander verbunden sind. Der poröse Metallkörper kann ein poröser Aluminiumkörper sein, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung, die einen porösen Metallkörper, wie zum Beispiel einen porösen Aluminiumkörper, beinhaltet, und ein Verfahren zu deren Herstellung. Der Ausdruck ”elektrochemische Vorrichtung” bezieht sich auf eine Batterie mit nicht-wäßrigem Elektrolyten, wie zum Beispiel eine Lithium-Sekundärbatterie, und auf einen Kondensator, der einen nicht-wäßrigen Elektrolyten aufweist (nachstehend der Einfachheit halber als ”Kondensator” bezeichnet), einen Lithiumionen-Kondensator, der einen nicht-wäßrigen Elektrolyten aufweist (nachstehend der Einfachheit halber als ”Lithiumionen-Kondensator” bezeichnet) oder dergleichen.
  • Stand der Technik
  • In den letzten Jahren sine elektrochemische Vorrichtungen, wie zum Beispiel Lithiumbatterien (zum Beispiel Lithium-Sekundärbatterien), Kondensatoren und Lithiumionen-Kondensatoren, die in tragbaren Informations-Endgeräten und in Energiespeichervorrichtungen für elektrische Vehikel und zur Verwendung im Haushalt verwendet werden, aktiv untersucht worden. Eine elektrochemische Vorrichtung umfaßt eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und einen Elektrolyten. Wenn die elektrochemische Vorrichtung eine Lithium-Sekundärbatterie ist, umfaßt die Lithium-Sekundärbatterie eine positive Elektrode, die als erste Elektrode dient, eine negative Elektrode, die als zweite Elektrode dient, und einen Elektrolyten, und das Laden oder Entladen hiervon wird durch Transportieren von Lithiumionen zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode durchgeführt.
  • Darüber hinaus umfassen jeder von einem Kondensator und einen Lithiumionen-Kondensator eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und einen Elektrolyten, und das Laden oder Entladen hiervon wird durch Absorption/Desorption von Lithiumionen an die erste und zweite Elektrode durchgeführt. Im Fall des Lithiumionen-Kondensators entspricht die erste Elektrode einer positiven Elektrode, und die zweite Elektrode entspricht einer negativen Elektrode.
  • Im allgemeinen umfassen eine erste Elektrode oder eine zweite Elektrode einen Stromabnehmer und eine Mischung.
  • Als Stromabnehmer für eine positive Elektrode (erste Elektrode) wird bekanntermaßen eine Aluminiumfolie verwendet, und auch wird bekanntermaßen ein aus Aluminium aufgebauter poröser Metallkörper, der dreidimensional angeordnete Poren aufweist, verwendet. Als aus Aluminium aufgebauter poröser Metallkörper ist ein Aluminiumschaum bekannt, der durch Schäumen von Aluminium hergestellt wird. Zum Beispiel ist in Patentdokument 1 ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumschaumes offenbart, worin ein Schäummittel und ein Verdickungsmittel zu metallischem Aluminium in geschmolzenem Zustand zugegeben werden, gefolgt von Rühren. Der resultierende Aluminiumschaum weist viele geschlossene Zellen (geschlossene Poren) auf, die dem Herstellungsverfahren zuzurechnen sind.
  • Als poröser Metallkörper ist weithin ein poröser Nickelkörper bekannt, der miteinander verbundene Poren aufweist und eine große Porosität (90% oder mehr) besitzt. Der poröse Nickelkörper wird durch Bilden einer Nickelschicht auf der Oberfläche des Gerüsts eines geschäumten Harzes, das miteinander verbundene Poren aufweist, wie zum Beispiel ein Polyurethanschaum, dann thermisches Zersetzen des geschäumten Harzes und ferner Unterziehen des Nickels unter einer Reduktionsbehandlung hergestellt. Jedoch wurde auf das Problem hingewiesen, daß, wenn das Potential des porösen Nickelkörpers, der ein positiver Elektroden (erster Elektrode-)-Stromabnehmer ist, in einer organischen Elektrolytlösung edel wird, die Beständigkeit des porösen Nickelkörpers gegenüber der Elektrolytlösung schlecht wird. Im Gegensatz hierzu wird solch ein Problem nicht verursacht, wenn das den porösen Körper aufbauende Material Aluminium ist.
  • Entsprechend ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Aluminiumkörpers entwickelt worden, bei dem das Verfahren zur Herstellung eines porösen Nickelkörpers eingesetzt wird. Zum Beispiel offenbart Patentdokument 2 solch ein Verfahren. Das heißt, es wird ”ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Metallkörpers, worin ein Beschichtungsfilm aus einem Metall, das zum Bilden einer eutektischen Legierung befähigt ist, unter Verwendung eines Plattierungsverfahrens oder eines Gasphasenverfahrens, wie zum Beispiel Dampfabscheidung, Sputtern oder CVD, bei einer Temperatur von nicht höher als dem Schmelzpunkt von Al auf einem Gerüst eines geschäumten Harzes mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur gebildet, dann wird das mit dem Beschichtungsfilm versehene geschäumte Harz imprägniert und mit einer Paste, die Al-Pulver, ein Bindemittel und ein organisches Lösungsmittel als Hauptkomponenten enthält, beschichtet, und es wird eine Wärmebehandlung in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 550°C bis 750°C durchgeführt” offenbart.
  • Literaturliste
  • Patentliteratur
    • Patentdokument 1: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-371327
    • Patentdokument 2: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 8-170126
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Um die Batteriekapazität zu erhöhen ist es notwendig, die Menge des aktiven Positiv-Elektrodenmaterials so weit wie möglich zu erhöhen. In einer bekannten Elektrode, die eine Aluminiumfolie als einen Stromabnehmer aufweist, ist angedacht, ein aktives Material mit einer großen Dicke auf die Oberfläche der Folie zu beschichten, um die Menge des aktiven Materials zu vergrößern. Jedoch ist die Beschichtungsdicke, die erhalten werden kann, auf etwa 100 μm beschränkt, und es ist ein wiederholtes Beschichten erforderlich. Darüber hinaus werden wegen des vergrößerten Abstands zwischen dem aktiven Material und dem Stromabnehmer viele Aspekte der Batterie-Leistungseigenschaften beeinträchtigt, sogar wenn eine Elektrode gebildet werden kann, die ein aktives Material in einer großen Dicke aufweist.
  • Kondensatoren und Lithiumionen-Kondensatoren weisen das gleiche Problem wie die Batterien auf. Um die Kondensatorkapazität zu erhöhen, ist es notwendig, die Menge eines aktiven Materials je Einheitsfläche der Elektrode zu erhöhen. Zusätzlich besteht bei einem Lithiumionen-Kondensator im allgemeinen die Tendenz, daß die Kapazitätsdichte je Einheitsfläche der negativen Elektrode im Vergleich zur positiven Elektrode vergrößert ist, und diese Tatsache verhindert eine Verbesserung der Kapazität des gesamten Lithiumionen-Kondensators, was ein Problem ist. Im Hinblick auf die Kapazität des Lithiumionen-Kondensators ist es notwendig, die Kapazitätsdichte auszugleichen, indem die Menge des aktiven Materials je Einheitsfläche der positiven Elektrode so weit wie möglich erhöht wird.
  • Entsprechend ist eine Bauweise untersucht worden, worin ein poröser Aluminiumkörper anstelle der Aluminiumfolie verwendet wird. Jedoch sind bestehende poröse Aluminiumkörper nicht für die Verwendung als Stromabnehmer für Elektroden für elektrochemische Vorrichtungen geeignet, was ein Problem ist. Das heißt, ein Aluminiumschaum, der einer der porösen Aluminiumkörper ist, weist geschlossene Poren auf, die aus dessen Herstellungsverfahren resultieren, und sogar wenn die Oberfläche durch Schäumen vergrößert wird, können nicht alle der Oberflächen effektiv verwendet werden. Im Hinblick auf einen porösen Aluminiumkörper, der durch ein Verfahren hergestellt wird, bei dem das Verfahren zur Herstellung eines porösen Nickelkörpers eingesetzt wird, kann zusätzlich zu Aluminium der Einschluß eines Metalls, das eine eutektische Legierung mit Aluminium bildet, nicht vermieden werden, was ein Problem ist.
  • Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme gemacht worden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrochemische Vorrichtung bereitzustellen, die herausragende Entladungseigenschaften aufweist, indem ein poröser Aluminiumkörper in einer Elektrode für eine Batterie verwendet wird und indem eine dicke Elektrode, bei der poröse Aluminiumkörper als Stromabnehmer verwendet wird, gebildet wird.
  • Lösung des Problems
  • Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben sorgfältig einen porösen Aluminiumkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur entwickelt, der die vorstehend beschriebenen Probleme nicht verursacht und der weithin für eine elektrochemische Vorrichtung verwendet werden kann. Das Verfahren zur Herstellung eines porösen Aluminiumkörpers umfaßt das Verleihen von elektrischer Leitfähigkeit an eine Oberfläche eines Blech-artigen Schaums aus Polyurethan, einem Melaminharz oder dergleichen, das eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist; Durchführen von Aluminiumplattieren auf dessen Oberfläche; und dann Entfernen des Polyurethan- oder Melaminharzes. Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu überwinden, haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, daß durch Erhöhen der Dicke einer Elektrode, die aus einem porösen Metallkörper hergestellt ist, die Kapazität einer elektrochemischen Vorrichtung erhöht werden kann. Das heißt, durch die Verwendung eines porösen, blechartigen Metallkörpers mit einer Dicke, die größer ist als die von Existierenden, wird eine vorteilhafte Wirkung ausgeübt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung einen porösen Metallkörper, der mit einem aktiven Material gefüllt ist, worin der poröse Metallkörper blechartig ist und ein gestapelter poröser Körper ist, worin eine Vielzahl von porösen Einzelschicht-Metallkörpern gestapelt und elektrisch miteinander verbunden sind.
  • Wenn solch ein poröser Aluminiumkörper hergestellt wird, wird ein Schaum, der als Substrat dient, in der Form eines Bleches zugeführt, der aus Polyurethan oder dergleichen aufgebaut ist. Um einen dicken porösen Aluminiumkörper herzustellen, muß die Dicke der blechartigen Schaums erhöht werden. Jedoch wurde das Problem gefunden, daß die Plattierung nicht hinreichend innerhalb des Blechs im Aluminium-Plattierungsschritt abgeschieden wird, falls die Dicke des blechartigen Schaums groß ist. Das heißt, es wurde gefunden, daß ein hinreichendes Gerüst nicht im Inneren gebildet wird, obwohl ein Aluminiumgerüst hinreichend auf beiden Oberflächen des fertiggestellten porösen Aluminiumkörpers gebildet wird, was zu einer Struktur führt, bei der eine Trennung vom Inneren in zwei dünne Bleche wahrscheinlich ist. Durch die Verwendung eines gestapelten porösen Körpers für eine Elektrode entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung herzustellen, die eine gewünschte Kapazität erreichen kann, indem eine Vielzahl von porösen Aluminiumkörpern mit herstellbarer Dicke verwendet wird.
  • In der Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung können die porösen Einzelschicht-Metallkörper einem Kompressionsformen unterzogen werden, um so die Dicke zu verringern, nachdem sie mit dem aktiven Material gefüllt worden sind.
  • Ferner kann bei der Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung der poröse Metallkörper, der aus dem gestapelten porösen Körper aufgebaut ist, einem Kompressionsformen unterzogen werden, um so die Dicke zu verringern, nachdem die porösen Einzelschicht-Metallkörper mit dem aktiven Material gefüllt worden sind und gestapelt worden sind.
  • In der Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung ist der poröse Metallkörper bevorzugt ein poröser Aluminiumkörper, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung einen Schritt zur Herstellung eines porösen Körpers, um einen blechartigen porösen Einzelschicht-Metallkörper herzustellen, einen Füllschritt zum Füllen des porösen Einzelschicht-Metallkörpers mit einem aktiven Material, einen Kompressionsschritt zum Komprimieren des porösen Einzelschicht-Metallkörpers, um die Dicke zu verringern, und einen Stapelschritt zum Stapeln einer Vielzahl der porösen Einzelschicht-Metallkörper.
  • Durch das wie vorstehend beschriebene Erhöhen der Elektrodenkapazität kann in der Struktur der elektrochemischen Vorrichtung die Anzahl der zu stapelnden Elektrodenpaare, die jeweils eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode enthalten, verringert werden, und die Oberflächenkapazitätsdichte kann erhöht werden. Daher kann die Dicke der gesamten elektrochemischen Vorrichtung verringert werden. Aufgrund der Verringerungen in der Elektrodenfläche und der Anzahl von Stapelungen können die Mengen von teuren Separatoren und Stromabnehmern, die für Elektrode verwendet werden, verringert werden, und die Anzahl und die Verwendung von Verschlüssen und die Anzahl der durchzuführenden Verschweißungen kann verringert werden, was zu einer großen Verringerung der Produktionskosten führt.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine elektrochemische Vorrichtung bereitzustellen, die herausragende Entladungseigenschaften und dergleichen aufweist, indem eine dicke Elektrode gebildet wird, bei der ein poröser Metallkörper, wie zum Beispiel ein poröser Aluminiumkörper, als Stromabnehmer verwendet wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Flußdiagramm, das einen Produktionsprozeß einer Aluminiumstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2(a) bis 2(d) sind schematische Querschnittsansichten, die den Herstellungsprozeß einer Aluminiumstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • 3 ist eine schematische Ansicht, die ein strukturelles Beispiel zeigt, worin ein erfindungsgemäßer porösen Aluminiumkörper in einer Lithiumbatterie verwendet wird.
  • 4 ist eine schematische Ansicht, die ein strukturelles Beispiel zeigt, worin erfindungsgemäße poröse Aluminiumkörper in einem Kondensator verwendet werden.
  • 5 ist eine schematische Ansicht, die ein strukturelles Beispiel zeigt, worin ein erfindungsgemäßer poröser Aluminiumkörper in einem Lithiumionen-Kondensator verwendet wird.
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein strukturelles Beispiel zeigt, worin erfindungsgemäße poröse Aluminiumkörper in einer Salzschmelzebatterie verwendet werden.
  • 7 ist eine SEM-Photographie, die einen porösen Aluminiumkörper gemäß einem Beispiel zeigt.
  • 8 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Elektrode veranschaulicht.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben werden, worin ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Aluminiumkörpers als ein spezifisches Beispiel eines porösen Metallkörpers als ein repräsentatives Beispiel beschrieben werden wird, wobei auf die Zeichnungen zweckgemäß Bezug genommen wird. Als poröser Aluminiumkörper ist spezifisch eine Aluminiumstruktur gezeigt, die eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist, welche das gleiche Gerüst wie das von Nickel-Celmet besitzt (Celmet ist eine registrierte Handelsmarke). In den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird, bezeichnen dieselben Bezugszeichen die gleichen oder entsprechende Teile. Es ist beabsichtigt, daß der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die Ausführungsformen, sondern durch die angehängten Ansprüche bestimmt wird, und sie umfaßt alle Variationen der äquivalenten Bedeutungen und Bereiche in den Ansprüchen.
  • (Poröser Aluminiumkörper)
  • (Herstellungsverfahren für Aluminiumstruktur)
  • 1 ist ein Flußdiagramm, das ein Produktionsverfahren für eine Aluminiumstruktur zeigt. 2(a) bis 2(d) entsprechen dem Flußdiagramm und zeigen schematisch, wie eine Aluminiumstruktur unter Verwendung eines Harz-Formkörpers als Kern hergestellt wird. Der gesamte Ablauf des Herstellungsverfahrens wird unter Bezugnahme auf 1 und 2(a) bis (2(d) beschrieben werden. Als erstes wird die Herstellung eines Substrat-Harz-Formkörpers (101) durchgeführt. 2(a) ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen Teil einer Oberfläche eines geschäumten Harz-Formkörpers, der miteinander verbundene Poren aufweist, als ein Beispiel eines Substrat-Harz-Formkörpers zeigt. Ein geschäumter Harz-Formkörper 1 dient als Gerüst und weist hierin Poren auf. Als nächstes wird das Versehen der Oberfläche des Harz-Formkörpers (102) mit elektrischer Leitfähigkeit durchgeführt. Hierdurch wird, wie in 2(b) gezeigt, eine leitfähige Schicht 2, die aus einem leitfähigen Material gemacht ist, dünn auf der Oberfläche des Harz-Formkörpers 1 gebildet. Anschließend wird die Aluminiumplattierung in einer Salzschmelze (103) durchgeführt, um eine Aluminium-Plattierungsschicht 3 auf der Oberfläche des Harz-Formkörpers zu bilden, der mit der leitfähigen Schicht versehen ist (siehe 2(c)). Somit wird eine Aluminiumstruktur erhalten, die den Substrat-Harz-Formkörper als Substrat und die auf dessen Oberfläche gebildete Aluminium-Plattierungsschicht 3 umfaßt. Dann kann die Entfernung des Substrat-Harz-Formkörper (104) durchgeführt werden. Durch Entfernen des geschäumten Harz-Formkörpers 1 durch Zersetzung oder dergleichen kann eine Aluminiumstruktur (poröser Aluminiumkörper) erhalten werden, worin nur die Metallschicht verbleibt (siehe 2(d)). Die individuellen Schritte werden nachstehend in Reihenfolge beschrieben.
  • (Herstellung eines porösen Harz-Formkörpers)
  • Es wird ein poröser Harz-Formkörper, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur und miteinander verbundene Poren aufweist, hergestellt. Als Material für den porösen Harz-Formkörper kann jegliches Harz ausgewählt werden. Zum Beispiel kann ein geschäumter Harz-Formkörper aus Polyurethan, einem Melaminharz, Polypropylen, Polyethylen oder dergleichen verwendet werden. Obwohl er als geschäumter Harz-Formkörper beschrieben wird, kann ein Harz-Formkörper mit jeglicher Form ausgewählt werden, solange er miteinander verbundene Poren (kommunizierende Poren) aufweist. Zum Beispiel kann anstelle des geschäumten Harz-Formkörpers ein Körper mit einer Form ähnlich zu einem Vliesstoff verwendet werden, worin Harzfasern miteinander verheddert sind. Bevorzugt weist der geschäumte Harz-Formkörper eine Porosität von 80% bis 98% und einen Zelldurchmesser von 50 bis 500 μm auf. Ein Polyurethanschaum und ein geschäumtes Melaminharz besitzen eine große Porosität, die Eigenschaft, daß die Poren miteinander verbunden sind, und herausragende Wärmezersetzbarkeit, und sie können daher geeignet als geschäumter Harz-Formkörper verwendet werden. Im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit der Poren, die leichte Verfügbarkeit und dergleichen ist ein Polyurethanschaum bevorzugt, und ein geschäumtes Melaminharz ist im Hinblick darauf bevorzugt, daß ein geschäumter Harz-Formkörper erhalten werden kann, der einen kleinen Zelldurchmesser aufweist.
  • In vielen Fällen weist der geschäumte Harz-Formkörper Rückstände auf, wie zum Beispiel ein Schäummittel und unreagierte Monomere aus dem Schaumherstellungsprozeß, und es ist bevorzugt, für die nachfolgenden Schritte eine Reinigungsbehandlung durchzuführen. Zum Beispiel baut im Fall eines Polyurethanschaums der Harz-Formkörper als ein Gerüst ein dreidimensional Netzwerk auf, und somit werden insgesamt miteinander verbundene Poren gebildet. Das Gerüst des Polyurethanschaums weist eine im wesentlichen dreieckige Form in Querschnittsrichtung rechtwinklig zu der Richtung, in die sich das Gerüst erstreckt, auf. Die Porosität ist durch die folgende Gleichung definiert: Porosität = (1 – (Gewicht des porösen Materials [g]/(Volumen des porösen Material [cm3] × Materialdichte))) × 100 [%]
  • Darüber hinaus wird der Zelldurchmesser durch ein Verfahren bestimmt, worin eine vergrößerte Oberfläche eines Harz-Formkörpers mittels eines Photomikroskops oder dergleichen erhalten wird, die Anzahl der Poren je Inch (25,4 mm) als die Anzahl der Zellen berechnet wird, und ein Mittelwert durch die Gleichung: mittlerer Zelldurchmesser = 25,4 mm/Anzahl der Zellen erhalten wird.
  • (Verleihen der Oberfläche des Harz-Formkörpers mit elektrischer Leitfähigkeit)
  • Um eine elektrolytische Plattierung durchzuführen, wird die Oberfläche des geschäumten Harzes vorher einer Behandlung zum Verleihen von elektrischer Leitfähigkeit unterworfen. Die Behandlung ist nicht besonders beschränkt, solange sie eine Schicht mit Leitfähigkeit auf der Oberfläche des geschäumten Harzes bereitstellen kann, und es kann jegliches Verfahren ausgewählt werden, wie zum Beispiel stromlose Plattierung eines leitfähigen Metalls, zum Beispiel Nickel, Gasphasenabscheidung oder Sputtern von Aluminium oder dergleichen, oder Auftragung eines leitfähigen Beschichtungsmaterials, das leitfähige Kohlenstoffpartikel oder dergleichen enthält. Nachstehend werden als Beispiele der Behandlung zum Verleihen von elektrischer Leitfähigkeit ein Verfahren zum Verleihen von elektrischer Leitfähigkeit durch Sputtern von Aluminium und ein Verfahren zum Verleihen von elektrischer Leitfähigkeit an die Oberfläche eines geschäumten Harzes unter Verwendung von leitfähigen Kohlenstoffpartikeln beschrieben werden.
  • Sputtern von Aluminium
  • Das Sputtern unter Verwendung von Aluminium ist nicht besonders beschränkt, solange Aluminium als ein Target verwendet wird, und es kann mit einem herkömmlichen Verfahren durchgeführt werden. Zum Beispiel wird, nachdem ein geschäumtes Harz auf einem Substrathalter fixiert ist, durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen dem Halter und dem Target (Aluminium), während Inertgas eingeführt wird, verursacht, daß ionisiertes Inertgas mit Aluminium kollidiert, und es werden gesputterte Aluminiumpartikel auf der Oberfläche des geschäumten Harzes abgeschieden, um einen gesputterten Film von Aluminium zu bilden. Das Sputtern kann unter Temperaturen durchgeführt werden, bei denen das geschäumte Harz nicht geschmolzen ist, spezifisch bei etwa 100°C bis 200°C, und bevorzugt bei 120°C bis 180°C.
  • Auftragung von Kohlenstoff
  • Es wird ein Kohlenstoff-Beschichtungsmaterial als leitfähiges Beschichtungsmaterial hergestellt. Eine Suspension als leitfähiges Beschichtungsmaterial enthält bevorzugt Kohlenstoffpartikel, ein Bindemittel, ein Dispergiermittel und ein Dispergiermedium. Um die Auftragung von leitfähigen Partikeln gleichmäßig durchzuführen, muß die Suspension in einen gleichmäßig suspendierten Zustand gehalten werden. Entsprechend wird die Suspension bevorzugt bei 20°C bis 40°C gehalten. Der Grund hierfür ist, daß, wenn die Temperatur der Suspension niedriger als 20°C ist, der gleichmäßige suspendierte Zustand verlorengeht, und eine Schicht so gebildet wird, daß nur das Bindemittel auf der Oberfläche des Gerüsts, das die Netzwerkstruktur des Synthetikharz-Vorläufers aufbaut, konzentriert ist. In diesem Fall löst sich die aufgetragene Schicht von Kohlenstoffpartikeln leicht ab, und es ist schwierig, eine fest anhaftende Metallplattierung zu bilden. Wenn andererseits die Temperatur der Suspension 40°C übersteigt, ist die Verdampfungsmenge des Dispergiermittels groß, die Suspension wird über den Zeitverlauf der Auftragungsbehandlung konzentriert, und es besteht die Wahrscheinlichkeit, daß sich die Kohlenstoff-Beschichtungsmenge verändert. Darüber hinaus beträgt die Partikelgröße der Kohlenstoffpartikel 0,01 bis 5 μm und bevorzugt 0,01 bis 0,5 μm. Wenn die Partikelgröße groß ist, können die Partikel die Poren des porösen Harz-Formkörpers verstopfen oder eine glatte Plattierung blockieren. Wenn die Partikelgröße exzessiv klein ist, ist es schwierig, eine hinreichende Leitfähigkeit herzustellen.
  • Die Auftragung der Kohlenstoffpartikel auf einen porösen Harz-Formkörper kann durch Eintauchen des Ziel-Harz-Formkörpers in die Suspension, gefolgt von Ausdrücken und Trocknen durchgeführt werden. Zum Beispiel wird in einem praktischen Herstellungsverfahren ein streifenförmiges Harz mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur in der Form eines langen Blechs kontinuierlich von einer Zuführrolle gezogen und in einem Tank in die Suspension eingetaucht. Das in die Suspension eingetauchte streifenförmige Harz wird mit Quetschwalzen ausgedrückt, und die überschüssige Suspension wird herausgedrückt. Dann werden das Dispergiermedium und dergleichen in der Suspension durch Unterziehen des streifenförmigen Harzes unter einer Heißluftstrahlbehandlung mit einer Heißluftdüse oder dergleichen entfernt. Nachdem das streifenförmige Harz gründlich getrocknet ist, wird es auf einer Aufwickelrolle aufgenommen. Die Temperatur der Heißluft kann im Bereich von 40°C bis 80°C liegen. Unter Verwendung solch einer Vorrichtung kann eine Behandlung zum Verleihen von elektrischer Leitfähigkeit automatisch und kontinuierlich durchgeführt werden, und es ist möglich, ein Gerüst zu bilden, das eine Netzwerkstruktur frei von Verstopfen aufweist und das mit einer gleichmäßigen leitfähigen Schicht versehen ist. Daher kann der nachfolgende Schritt zur Metallplattierung glatt durchgeführt werden.
  • [Bildung der Aluminiumschicht: Salzschmelzeplattieren)
  • Als nächstes wird ein elektrolytisches Plattieren in einer Salzschmelze durchgeführt, um eine plattierte Aluminiumschicht auf der Oberfläche des Harz-Formkörpers zu bilden. Durch Durchführen der Aluminiumplattierung in einem Salzschmelzebad ist es insbesondere möglich, eine gleichmäßig dicke Aluminiumschicht auf der Oberfläche einer komplexen Gerüststruktur zu bilden, wie auf einem geschäumten Harz-Formkörper, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist. Unter Verwendung des Harz-Formkörpers, dessen Oberfläche mit elektrischer Leitfähigkeit versehen worden ist, als Kathode und Aluminium mit einer Reinheit von 99,0 als Anode wird eine Gleichspannung in einer Salzschmelze angelegt. Als Salzschmelze kann eine organische Salzschmelze, die ein eutektisches Salz eines organischen Halogenids und eines Aluminiumhalogenids ist, oder eine anorganische Salzschmelze, die ein eutektisches Salz eines Alkalimetallhalogenids und eines Aluminiumhalogenids ist, verwendet werden. Wenn ein Bad einer Schmelze eines organischen Salzes, das bei einer relativ niedrigen Temperatur schmilzt, verwendet wird, kann der als Substrat dienende Harz-Formkörper plattiert werden, ohne daß er zersetzt wird, was bevorzugt ist. Als organisches Halogenid kann ein Imidazoliumsalz, Pyridiniumsalz oder dergleichen verwendet werden. Spezifisch sind 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (EMIC) und Butylpyridiniumchlorid (BPC) bevorzugt. Wenn Feuchtigkeit oder Sauerstoff in eine Salzschmelze eindringt, wird die Salzschmelze abgebaut. Daher wird das Plattieren bevorzugt in einer Inertgasatmosphäre, wie unter Stickstoff oder Argon, und in einer abgeschlossenen Umgebung durchgeführt.
  • Als Salzschmelzebad wird bevorzugt ein Stickstoff-haltiges Salzschmelzebad verwendet, und ein Imidazolium-Salzbad wird besonders bevorzugt verwendet. Wenn als geschmolzenes Salz ein Salz verwendet wird, das bei hoher Temperatur schmilzt, schreitet die Auflösung in die Salzschmelze oder die Zersetzung des Harzes schneller voran als das Wachstum der Plattierungsschicht, und es ist unmöglich, eine Plattierungsschicht auf der Oberfläche des Harz-Formkörpers zu bilden. Das Imidazolium-Salzbad kann sogar bei relativ niedriger Temperatur verwendet werden, ohne das Harz zu beeinträchtigen. Als Imidazoliumsalz wird bevorzugt ein Salz verwendet, das ein Imidazolium-Kation enthält, welches Alkyl-Gruppen an den 1- und 3-Positionen aufweist. Insbesondere wird am stärksten bevorzugt eine Salzschmelze von Aluminiumchlorid + 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (AlCl3 + EMIC) verwendet, weil es eine große Stabilität aufweist und schwer zu zersetzen ist. Die Plattierung auf einem Polyurethanschaum, einem geschäumten Melaminharz oder dergleichen ist möglich, und die Temperatur des Salzschmelzebades beträgt 10°C bis 65°C, und bevorzugt 25°C bis 60°C. Mit einer Verringerung der Temperatur verkleinert sich der Stromdichtebereich, in dem eine Plattierung durchgeführt werden kann, und es wird schwierig, eine Plattierung über die gesamte Oberfläche des porösen Harz-Formkörpers durchzuführen. Bei einer hohen Temperatur von größer als 65°C besteht die Wahrscheinlichkeit, daß das Problem der Deformation des Harz-Formkörpers auftritt.
  • Bei einer Salzschmelze-Aluminiumplattierung auf eine Oberfläche von Metall ist zum Zwecke der Verbesserung der Glattheit der Plattierungsoberfläche die Zugabe eines Additivs, wie zum Beispiel Xylol, Benzol, Toluol oder 1,10-Phenanthrolin, zu AlCl3-EMIC beschrieben worden. Die hiesigen Erfinder haben gefunden, daß insbesondere im Fall, worin eine Aluminiumplattierung auf einem porösen Harz-Formkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur durchgeführt wird, die Zugabe von 1,10-Phenanthrolin besondere Wirkungen bei der Bildung eines porösen Aluminiumkörpers ausübt. Das heißt, ein erstes Merkmal ist, daß die Glattheit des Plattierungsfilms verbessert ist und das den porösen Körper aufbauende Aluminiumgerüst schwer zu brechen ist, und ein zweites Merkmal ist, daß es möglich ist, eine gleichmäßige Plattierung durchzuführen, worin der Unterschied in der Plattierungsdicke zwischen dem Oberflächenbereich und dem Innenbereich des porösen Körpers klein ist.
  • Wegen dieser zwei Merkmale, das heißt, wegen der Eigenschaft, schwer zu brechen zu sein und der Gleichmäßigkeit der Plattierungsdicke innerhalb und außerhalb, ist in dem Fall, daß der fertiggestellte poröse Aluminiumkörper einem Pressen oder dergleichen unterzogen wird, das gesamte Gerüst schwer zu brechen, und es ist möglich, einen porösen Körper zu erhalten, der gleichmäßig gepreßt ist. Wenn poröse Aluminiumkörper als ein Elektrodenmaterial für Batterien und dergleichen verwendet werden, werden die Elektroden mit einem aktiven Elektrodenmaterial gefüllt, und die Dichte wird durch Pressen erhöht. In dem Prozeß zum Einfüllen des aktiven Materials und während des Pressens besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die Gerüste brechen. Daher ist eine Aluminiumstruktur gemäß dieser Ausführungsform in solch einer Anwendung sehr vorteilhaft.
  • Aus dem vorstehend beschriebenen Grund ist es bevorzugt, ein organisches Lösungsmittel zu der Salzschmelze zuzugeben, und insbesondere wird bevorzugt 1,10-Phenantholin verwendet. Die zu dem Plattierungsbad zuzugebende Menge des organischen Lösungsmittels beträgt bevorzugt 0,2 bis 7 g/l. Bei 0,2 g/l oder weniger weist die resultierende Plattierungsschicht eine schlechte Glattheit auf und ist brüchig, und die Wirkung zum Verringern des Unterschieds der Dicke zwischen der Oberflächenschicht und dem Innenbereich ist schwierig zu erreichen. Bei 7 g/l oder mehr wird die Plattierungseffizienz verringert, und es ist schwierig, eine vorbestimmte Plattierungsdicke zu erhalten.
  • Es ist auch möglich, ein anorganisches Salzbad als Salzschmelze innerhalb eines Bereichs zu verwenden, bei dem das Harz nicht gelöst ist oder dergleichen. Das anorganische Salzbad ist typischerweise ein binäres AlCl3-XCl (X: Alkalimetall)-Salzsystem oder ein Multikomponenten-Salzsystem. Obwohl die Schmelztemperatur im Vergleich mit organischen Salzbädern, wie zum Beispiel einem Imidazolium-Salzbad, generell hoch ist, sind in solch einem anorganischen Salzbad die Umgebungsbedingungen, wie Feuchtigkeit und Sauerstoff, weniger beschränkt, und im allgemeinen ist die praktische Implementierung bei niedrigen Kosten möglich. Wenn das Harz ein geschäumtes Melaminharz ist, ist die Verwendung bei einer hohen Temperatur im Vergleich mit einem Polyurethanschaum möglich, und es wird ein anorganisches Salzbad bei 60°C bis 150°C eingesetzt.
  • Durch die vorstehend beschriebenen Schritte ist es möglich, einen porösen Aluminiumkörper zu erhalten, der den Harz-Formkörper als Kern seines Gerüsts enthält. Dieser poröse Aluminiumkörper kann in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung als ein Harz-Metallkomposit verwendet werden, wie zum Beispiel für verschiedene Filter und als Katalysatorträger. Wenn aufgrund von Beschränkungen in der Verwendungsumgebung der poröse Aluminiumkörper als ein poröser Metallkörper, der das Harz nicht enthält, verwendet wird, wird das Harz entfernt. In der vorliegenden Erfindung wird das Harz durch Zersetzung in einer Salzschmelze entfernt, was nachstehend beschrieben wird, um die Oxidation von Aluminium zu vermeiden.
  • (Entfernung des Harzes: Behandlung mit Salzschmelze)
  • Die Zersetzung in einer Salzschmelze wird durch das nachstehend beschriebene Verfahren durchgeführt. Der vorher mit der Aluminium-Plattierungsschicht auf dessen Oberfläche versehene Harz-Formkörper wird in eine Salzschmelze eingetaucht und es wird erwärmt, während ein negatives Potential (niedrigeres Potential als das Aluminium-Standard-Elektroden-Potential) an die Aluminiumschicht angelegt wird, um den geschäumten Harz-Formkörper zu entfernen. Wenn ein negatives Potential in einem Zustand angelegt wird, worin die Struktur in die Salzschmelze eingetaucht ist, ist es möglich, den geschäumten Harz-Formkörper zu zersetzen, ohne Aluminium zu oxidieren. Die Erwärmungstemperatur kann gemäß der Art des geschäumten Harz-Formkörpers geeignet ausgewählt werden. Wenn der Harz-Formkörper aus Polyurethan aufgebaut ist, tritt die Zersetzung bei etwa 380°C auf, und daher muß die Temperatur des Salzschmelzbades auf 380°C oder höher eingestellt werden. Jedoch ist es notwendig, die Behandlung bei einer Temperatur des Schmelzpunkts (660°C) von Aluminium oder niedriger durchzuführen, um das Aluminium nicht zu schmelzen. Ein bevorzugte Temperaturbereich ist von 500°C bis 600°C. Die Größe des anzulegenden negativen Potentials ist auf der negativen Seite in bezug auf das Reduktionspotential von Aluminium und auf der positiven Seite in bezug auf das Reduktionspotential der Kationen in der Salzschmelze. Durch solch ein Verfahren ist es möglich, einen porösen Aluminiumkörper zu erhalten, der miteinander verbundene Poren aufweist und eine dünne Oxidschicht auf dessen Oberfläche und einen niedrigen Sauerstoffgehalt aufweist.
  • Die bei der Zersetzung des Harzes verwendete Salzschmelze kann ein Halogenidsalz eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls sein, so daß das Aluminium-Elektrodenpotential klein wird. Spezifisch enthält die Salzschmelze bevorzugt ein oder mehrere, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumchlorid (LiCl), Kaliumchlorid (KCl) und Natriumchlorid (NaCl). Durch solch ein Verfahren ist es möglich, einen porösen Aluminiumkörper zu erhalten, der miteinander verbundene Poren aufweist und eine dünne Oxidschicht auf dessen Oberfläche und eine niedrige Sauerstoffmenge aufweist.
  • (Bildung einer Elektrode für eine Batterie)
  • Es werden eine Vielzahl der somit erhaltenen porösen Aluminiumkörper (nachstehend kann ein einzelner poröser Aluminiumkörper, bevor er mit anderen gestapelt wird, als ein ”poröser Einzelschicht-Aluminiumkörper” bezeichnet werden) gestapelt, um einen Stromabnehmer einer Elektrode für eine Batterie zu bilden. Im Hinblick darauf, daß das aktive Material leicht in das Innere eingeführt werden kann und daß das Füllen sukzessive mit der Produktion von porösen Körpern durchgeführt werden kann, ist es bevorzugt, die porösen Einzelschicht-Aluminiumkörper zu stapeln, nachdem ein aktives Material in die porösen Einzelschicht-Aluminiumkörper gefüllt worden ist. Es mag auch möglich sein, das Füllen durchzuführen, nachdem das Stapeln durchgeführt worden ist. In diesem Fall kann eine elektrische Leitung und eine mechanische Verbindung zwischen porösen Körpern leicht erhalten werden, was vorteilhaft ist. Die Anzahl der zu stapelnden porösen Körper kann willkürlich in Abhängigkeit von der gewünschten Batteriekapazität bestimmt werden und kann somit gemäß der Einfachheit des Stapelns und dem strukturellen Design der gesamten Batterie ausgewählt werden.
  • Darüber hinaus können die porösen Körper einem Kompressionsformen in der Dickenrichtung der porösen Körperbleche unterzogen werden, nachdem das aktive Material in die porösen Körper gefüllt worden ist oder die porösen Körper gestapelt worden sind. Hierdurch kann die Fülldichte erhöht werden, und weil der Abstand zwischen dem aktiven Material und dem Stromabnehmer verkürzt wird, kann die Batterieleistung verbessert werden.
  • (Lithiumbatterie (einschließlich Lithium-Sekundärbatterie, Lithiumionen-Sekundärbatterie oder dergleichen))
  • Die Elektrodenmaterialien für Batterien, die poröse Aluminiumkörper enthalten, und die Batterien werden nachstehend beschrieben. Wenn zum Beispiel ein poröser Aluminiumkörper in einer positiven Elektrode einer Lithiumbatterie verwendet wird, wird als aktives Material Lithiumcobaltat (LiCoO2), Lithiummanganat (LiMn2O4), Lithiumnickeloxid (LiNiO2) oder dergleichen verwendet. Das aktive Material wird in Kombination mit einem leitenden Additiv und einem Bindemittel verwendet. In einem bestehenden positiven Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien wird ein aktives Material durch Beschichten auf die Oberfläche einer Aluminiumfolie aufgetragen, die als eine Elektrode verwendet wird. Obwohl Lithiumbatterien im Vergleich mit Nickel-Metallhydridbatterien oder Kondensatoren eine große Kapazität aufweisen, ist für die Verwendung in Automobilen und dergleichen eine weitere Erhöhung der Kapazität gewünscht. Um die Batteriekapazität je Einheitsfläche zu verbessern, wird die Beschichtungsdicke des aktiven Materials erhöht. Darüber hinaus ist es notwendig, daß die Aluminiumfolie, die den Stromabnehmer aufbaut, und das aktive Material elektrisch in Kontakt miteinander stehen, um das aktive Material effektiv auszunutzen. Entsprechend wird für die Verwendung das aktive Material mit dem leitenden Additiv vermischt. Im Gegensatz hierzu weist der erfindungsgemäße poröse Aluminiumkörper eine große Porosität und eine große Oberfläche je Einheitsfläche auf. Weil daher die Kontaktfläche zwischen dem Stromabnehmer und dem aktiven Material erhöht ist, kann das aktive Material effektiv ausgenutzt werden, und die Batteriekapazität kann verbessert werden. Darüber hinaus kann die einzumischende Menge des leitenden Additivs verringert werden. n einer Lithiumbatterie wird das vorstehend beschriebene positive Elektrodenmaterial für die positive Elektrode verwendet. Bezüglich der negativen Elektrode wird eine Folie, ein gelochtes Metall, ein poröser Körper oder dergleichen aus Kupfer oder Nickel als ein Stromabnehmer verwendet, und als aktives Negativ-Elektrodenmaterial wird Graphit, Lithiumtitanat (Li4Ti5O12), ein Legierungssystem, das Sn, Si oder dergleichen enthält, Lithiummetall oder dergleichen verwendet. Das aktive Negativ-Elektrodenmaterial wird für die Verwendung auch mit einem leitenden Additiv und einem Bindemittel vermischt.
  • In solch einer Lithiumbatterie kann die Kapazität sogar mit einer kleinen Elektrodenoberfläche verbessert werden, und somit ist es möglich, die Energiedichte der Batterie im Vergleich mit einer bestehenden Lithiumionen-Sekundärbatterie, die eine Aluminiumfolie enthält, zu erhöhen. Obwohl die vorteilhaften Wirkungen hauptsächlich im Zusammenhang mit Sekundärbatterien beschrieben worden sind, kann die vorteilhafte Wirkung, daß die Kontaktfläche erhöht wird, wenn ein aktives Material in poröse Aluminiumkörper in Sekundärbatterien gefüllt wird, auch in Primärbatterien erhalten werden, und es ist möglich, die Kapazität zu verbessern.
  • (Struktur einer Lithiumbatterie)
  • In einer Lithiumbatterie wird eine nicht-wäßrige Elektrolytlösung oder ein Festelektrolyt als Elektrolyt verwendet. 3 ist eine Längs-Querschnittsansicht einer Voll-Festphasen-Lithiumbatterie, bei der ein Festelektrolyt verwendet wird. Eine Voll-Festphasen-Lithiumbatterie 60 umfaßt eine positive Elektrode 61, eine negative Elektrode 62 und eine Festelektrolyt-Schicht (SE-Schicht) 63, die zwischen den zwei Elektroden angeordnet ist. Die positive Elektrode 61 umfaßt eine positive Elektrodenschicht (positiver Elektrodenkörper) 64 und einen Stromabnehmer der positiven Elektrode 65, und die negative Elektrode 62 umfaßt eine negative Elektrodenschicht 66 und einen Stromabnehmer der negativen Elektrode 67. Als Elektrolyt kann neben dem Festelektrolyten eine nicht-wäßrig Elektrolytlösung verwendet werden, die später beschrieben wird. In solch einem Fall ist ein Separator (poröser Polymerfilm, Vliesstoff, Papier oder dergleichen) zwischen den zwei Elektroden angeordnet, und die nicht-wäßrige Elektrolytlösung ist in die zwei Elektroden und den Separator imprägniert.
  • (In den porösen Aluminiumkörper zu füllendes aktives Material)
  • Wenn ein poröser Aluminiumkörper für eine positive Elektrode einer Lithiumbatterie verwendet wird, kann als aktives Material ein Material verwendet werden, in das oder aus dem Lithium insertiert oder entfernt werden kann. Durch Füllen solch eines Materials in den porösen Aluminiumkörper kann eine für eine Lithiumbatterie geeignet Elektrode erhalten werden. Beispiele des aktiven Positiv-Elektrodenmaterials, das verwendet werden kann, umfassen Lithiumcobaltat (LiCoO2), Lithiumnickeloxid (LiNiO2), Lithiumcobaltnickeloxid (LiCo0,3Ni0,7O2), Lithiummanganat (LiMn2O4), Lithiumtitanat (Li4Ti5O12), Lithiummanganoxide (LiMyMn2-yO4; M = Cr, Co, Ni), Lithium-haltige Oxide und dergleichen. Das aktive Material wird in Kombination mit einem leitenden Additiv und einem Bindemittel verwendet. Beispiele umfassen auch Übergangsmetalloxide, wie Verbindungen vom Olivin-Typ, z. B. bekanntes Lithiumeisenphosphat und Verbindungen hiervon (LiFePO4, LiFe0,5Mn0,5PO4). Darüber hinaus kann ein Teil eines Übergangsmetallelements, das in diesen Materialien enthalten ist, durch ein anderes Übergangsmetallelement ersetzt werden.
  • Andere Beispiele des aktiven Positiv-Elektrodenmaterials umfassen Lithiummetall, das als ein Gerüst ein Sulfid-Chalcogenid aufweist, wie zum Beispiel TiS2, V2S3, FeS, FeS2 oder LiMSx (M ist ein Übergangsmetallelement, wie zum Beispiel Mo, Ti, Cu, Ni oder Fe, oder Sb, Sn oder Pb) oder ein Metalloxid, wie zum Beispiel TiO2, Cr3O5, V2O5 oder MnO2. Das vorstehend beschrieben Lithiumtitanat (Li4Ti5O12) kann auch als aktives Negativ-Elektrodenmaterial verwendet werden.
  • (In einer Lithiumbatterie verwendete Elektrolytlösung)
  • Eine nicht-wäßrige Elektrolytlösung wird in einem polaren aprotischen organischen Lösungsmittel verwendet, und spezifisch wird Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton, Sulfolan oder dergleichen verwendet. Als unterstützendes Salz wird Lithiumtetrafluorborat, Lithiumhexafluorphosphat, ein Imidsalz oder dergleichen verwendet. Die Konzentration des unterstützenden Salzes, das als Elektrolyt dient, ist bevorzugt so hoch wie möglich. Da jedoch eine Lösungsgrenze besteht, wird die Konzentration des unterstützenden Salzes generell bei etwa 1 mol/l eingestellt.
  • (In den porösen Aluminiumkörper einzufüllender Festelektrolyt)
  • Zusätzlich zu einem aktiven Material kann ein Festelektrolyt in den porösen Aluminiumkörper gefüllt werden. Durch Füllen des porösen Aluminiumkörpers mit dem aktiven Material und dem Festelektrolyten kann eine Elektrode erhalten werden, die für eine Voll-Fesphasen-Lithiumionenen-Sekundärbatterie geeignet ist. Im Hinblick auf die Sicherstellung der Entladungskapazität beträgt jedoch der Prozentanteil des aktiven Materials an der Gesamtmenge der in den porösen Aluminiumkörper einzufüllenden Materialien bevorzugt 50 Masse% oder mehr, und stärker bevorzugt 70 Masse% oder mehr.
  • Als Festelektrolyt wird bevorzugt ein fester Sulfid-Elektrolyt verwendet, der eine hohe Leitfähigkeit für Lithiumionen aufweist. Als solch ein fester Sulfid-Elektrolyt kann zum Beispiel ein fester Sulfid-Elektrolyt verwendet werden, der Lithium, Phosphor und Schwefel enthält. Der feste Sulfid-Elektrolyt kann ferner ein Element enthalten, wie zum Beispiel O, Al, B, Si, Ge oder dergleichen.
  • Der feste Sulfid-Elektrolyt kann durch ein bekanntes Verfahren erhalten werden. Zum Beispiel werden Lithiumsulfid (Li2S) und Phosphorpentasulfid (P2S5) als Ausgangsmaterialien vorbereitet, Li2S und P2S5 werden in einem molaren Verhältnis von etwa 50:50 bis 80:20 vermischt, und die Mischung wird geschmolzen und rasch gekühlt (Schmelzextraktionsverfahren), oder die Mischung wird einem mechanischen Mahlen (mechanisches Mahlverfahren) unterzogen.
  • Der durch das vorstehend beschriebene Verfahren erhaltene feste Sulfid-Elektrolyt ist amorph. Der amorphe feste Sulfid-Elektrolyt kann so wie er ist verwendet werden, oder er kann erwärmt werden, um einen kristallinen festen Sulfid-Elektrolyten zu bilden. Es kann erwartet werden, daß durch die Kristallisation die Lithiumionen-Leitfähigkeit verbessert wird.
  • (Füllen des aktiven Materials in den porösen Aluminiumkörper)
  • Das Füllen des aktiven Materials (oder des aktiven Materials und des Festelektrolyten) kann mit einem bekannten Verfahren durchgeführt werden, wie zum Beispiel ein Eintauch-Füllverfahren, oder ein Beschichtungsverfahren. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen Walzenbeschichtung, Dosierrakelbeschichtung, elektrostatische Beschichtung, Pulverbeschichtung, Sprühbeschichtung, Sprühbeschichter-Beschichtung, Rakelbeschichter-Beschichtung, Walzenbeschichter-Beschichtung, Eintauchbeschichter-Beschichtung, Klingenbeschichtung, Drahtrakelbeschichtung, Messerbeschichter-Beschichtung, Klingenbeschichtung und Siebdruck.
  • Wenn das Einfüllen des aktiven Materials (oder des aktiven Materials und des Festelektrolyten) durchgeführt wird, werden entsprechend der Notwendigkeit ein leitendes Additiv und ein Bindemittel zu dem aktiven Material zugegeben, und es wird ein organisches Lösungsmittel oder Wasser hereingemischt, um eine Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung herzustellen. Die Aufschlämmung wird in den porösen Aluminiumkörper unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens eingefüllt. Als leitendes Additiv kann zum Beispiel Ruß, wie Acetylenruß (AB) oder Ketjen-Ruß (KB), oder Kohlefasern, wie zum Beispiel Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) verwendet werden. Als Bindemittel kann zum Beispiel Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthan-Gummi oder dergleichen verwendet werden.
  • Als zur Herstellung der Aufschlämmung der positiven Elektrodenmischung verwendetes organischen Lösungsmittel kann irgendein organisches Lösungsmittel geeignet ausgewählt werden, solange es die Materialien (d. h. das aktive Material, das leitende Additiv, das Bindemittel und falls notwendig den Festelektrolyten), die in den porösen Aluminiumkörper einzufüllen sind, nicht beeinträchtigt. Beispiele solch eines 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 darüber hinaus ein Tensid verwendet werden, um die Einfülleigenschaften zu verbessern.
  • In einem bestehenden positiven Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien wird ein aktives Material durch Beschichten auf die Oberfläche einer Aluminiumfolie aufgetragen. Um die Batteriekapazität je Einheitsfläche zu verbessern, wird die Beschichtungsdicke des aktiven Materials erhöht. Um das aktive Material effektiv auszunutzen, ist es darüber hinaus notwendig, daß die Aluminiumfolie und das aktive Material in elektrischem Kontakt miteinander stehen. Entsprechend wird das aktive Material mit dem leitenden Additiv für die Verwendung gemischt. Im Gegensatz hierzu weist der erfindungsgemäße poröse Aluminiumkörper eine hohe Porosität und eine große Oberfläche je Einheitsfläche auf. Weil daher die Kontaktfläche zwischen dem Stromabnehmer und dem aktiven Material erhöht ist, kann das aktive Material effektiv ausgenutzt werden, die Batteriekapazität kann verbessert werden, und die einzumischende Menge des leitenden Additivs kann verringert werden.
  • (Elektrode für Kondensator)
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Kondensators zeigt, worin ein Elektrodenmaterial für einen Kondensator verwendet wird. Die als polisierbare Elektroden 141 dienenden Elektrodenmaterialien, in denen jeweils ein aktives Elektrodenmaterial auf einem porösen Aluminiumkörper geträgert ist, werden in einer organischen Elektrolytlösung 143 plaziert, die durch einen Separator 142 getrennt ist. Die polarisierbaren Elektroden 141 werden mit Anschlüssen 144 verbunden, und alle diese Bauteile werden in einem Gehäuse 145 untergebracht. Durch die Verwendung der porösen Aluminiumkörper als Stromabnehmer ist die Oberfläche der Stromabnehmer vergrößert, und die Kontaktfläche mit der Aktivkohle, die als aktives Material dient, ist erhöht. Daher ist es möglich, einen Kondensator zu erhalten, bei dem die Leistungsabgabe und die Kapazität erhöht werden können.
  • Um eine Elektrode für einen Kondensator herzustellen, wird Aktivkohle, das als aktives Material dient, in einen Stromabnehmer aus dem porösen Aluminiumkörper eingefüllt. Die Aktivkohle wird in Kombination mit einem leitenden Additiv und einem Bindemittel verwendet. Eine größere Menge von Aktivkohle, die eine Hauptkomponente ist, ist wünschenswert, um die Kapazität des Kondensators zu erhöhen, und bevorzugt beträgt die Menge von Aktivkohle 90 Masse% oder mehr, ausgedrückt als Zusammensetzungsanteil nach dem Trocknen (nach dem Entfernen eines Lösungsmittels). Obwohl notwendig, sind das leitende Additiv und das Bindemittel darüber hinaus Faktoren, die zur Verringerung der Kapazität beitragen, und darüber hinaus ist das Bindemittel ein Faktor, der den inneren Widerstand erhöht. Daher ist es wünschenswert, die Mengen des leitenden Additivs und des Bindemittels soweit wie möglich zu verringern. Die Menge des leitenden Additivs ist bevorzugt 10 Masse% oder weniger, und die Menge des Bindemittels ist bevorzugt 10 Masse% oder weniger.
  • Wenn die Oberfläche der Aktivkohle erhöht ist, ist die Kapazität des Kondensators erhöht. Daher beträgt die spezifische Oberfläche bevorzugt 1000 m2/g oder mehr. Als Aktivkohle kann ein aus Pflanzen erhaltenes Material, wie zum Beispiel aus Kokosnußschalen, oder ein Erdöl-basierendes Material verwendet werden. Um die Oberfläche der Aktivkohle zu verbessern, wird bevorzugt eine Aktivierungsbehandlung unter Verwendung von Wasserdampf oder einem Alkalimittel durchgeführt.
  • Durch Mischen und Rühren des Elektrodenmaterials, das die Aktivkohle als eine Hauptkomponente enthält, wird eine Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung erhalten. Die Aufschlämmung der positiven Elektrodenmischung wird in den Stromabnehmer eingefüllt, gefolgt von Trocknen, und falls notwendig wird die Dichte durch Kompression mit einer Walzenpresse oder dergleichen erhöht. Hierdurch wird eine Elektrode für einen Kondensator erhalten.
  • (Füllen der Aktivkohle in den porösen Aluminiumkörper) Das Einfüllen der Aktivkohle kann mit einem bekannten Verfahren durchgeführt werden, wie zum Beispiel ein Eintauchverfahren oder ein Beschichtungsverfahren. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen Walzenbeschichtung, Dosierrakelbeschichtung, elektrostatische Beschichtung, Pulverbeschichtung, Sprühbeschichtung, Sprühbeschichter-Beschichtung, Rakelbeschichter-Beschichtung, Walzenbeschichter-Beschichtung, Eintauchbeschichter-Beschichtung, Klingenbeschichtung, Drahtrakelbeschichtung, Messerbeschichter-Beschichtung, Klingenbeschichtung und Siebbeschichtung.
  • Wenn das Einfüllen der Aktivkohle durchgeführt wird, wird zum Beispiel entsprechend der Notwendigkeit ein leitendes Additiv und ein Bindemittel zu der Aktivkohle zugegeben, und hierzu wird ein organisches Lösungsmittel oder Wasser gemischt, um eine Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung herzustellen. Die Aufschlämmung wird in den porösen Aluminiumkörper unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens eingefüllt. Als leitendes Additiv kann zum Beispiel Ruß, wie zum Beispiel Acetylenruß (AB) oder Ketjen-Ruß (KB), oder Kohlefasern, wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT), verwendet werden. Als Bindemittel kann zum Beispiel Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthan-Gummi oder dergleichen verwendet werden.
  • Als bei der Herstellung der Aufschlämmung der positiven Elektrodenmischung verwendetes organisches Lösungsmittel kann jegliches organische Lösungsmittel geeignet ausgewählt werden, solange es die Materialien (das heißt, das aktive Material, das leitende Additiv, das Bindemittel und, falls notwendig, den Festelektrolyten), die in den porösen Aluminiumkörper eingefüllt werden sollen, nicht beeinträchtigt. Beispiele solch eines 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 ein Lösungsmittel verwendet wird, kann darüber hinaus ein Tensid verwendet werden, um die Einfülleigenschaften zu verbessern.
  • (Herstellung eines Kondensators)
  • Es werden zwei Elektroden durch Ausschneiden von Elektroden, die wie vorstehend erhalten sind, zu einer geeigneten Gröle hergestellt und einander mit einem hierzwischen vorgesehenen Separator gegenübergesetzt. Als Separator wird bevorzugt eine poröse Membran oder Vliesstoff, aufgebaut aus Cellulose, einem Polyolefinharz oder dergleichen, verwendet. Unter Verwendung der notwendigen Abstandshalter wird die Struktur in einem Zellgehäuse untergebracht, und hierin wird eine Elektrolytlösung imprägniert. Letztendlich wird das Gehäuse durch Plazieren eines Deckels hierauf mit einer isolierenden Dichtung dazwischen versiegelt. Hierdurch wird ein elektrischer Doppelschichtkondensator hergestellt. Wenn ein nicht-wäßriges Material verwendet wird, werden, um die Feuchtigkeit in den Kondensator zu minimieren, bevorzugt die Komponenten, wie die Elektroden, gründlich getrocknet. Die Herstellung des Kondensators kann in einer Umgebung mit geringer Feuchtigkeit durchgeführt werden, und das Versiegeln kann in einer Umgebung mit reduziertem Druck durchgeführt werden. Solange die Stromabnehmer und Elektroden der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist der Kondensator nicht besonders beschränkt, und der Kondensator kann durch ein anderes als das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellt werden.
  • Die zu verwendende Elektrolytlösung kann entweder wäßrig oder nicht-wäßrig sein. Eine nicht-wäßrige Elektrolytlösung ist bevorzugt, weil die Spannung hoch eingestellt werden kann. Im Fall einer wäßrigen Elektrolytlösung kann Kaliumhydroxid oder dergleichen als ein Elektrolyt verwendet werden. Im Fall einer nicht-wäßrigen Elektrolytlösung sind viele ionische Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Kombinationen von Kationen und Anionen verfügbar. Beispiele von Kationen, die verwendet werden können, umfassen niederaliphatisches quaternäres Ammonium, niederaliphatisches quaternäres Phosphonium und Imidazolinium. Als Beispiele von Anionen sind Metallchlorid-Ionen, Metallfluorid-Ionen und Imid-Verbindungen, wie Bis(fluorsulfonyl)imid bekannt. Darüber hinaus wird als Lösungsmittel für die Elektrolytlösung ein polares aprotisches organisches Lösungsmittel verwendet, und spezifische Beispiele hiervon umfassen Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton und Sulfolan. Als unterstützendes Salz in der nicht-wäßrigen Elektrolytlösung wird Lithiumtetrafluorborat, Lithiumhexafluorphosphat oder dergleichen verwendet.
  • (Lithiumionen-Kondensator)
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Lithiumionen-Kondensators zeigt, worin ein Elektrodenmaterial für einen Lithiumionen-Kondensator verwendet wird. In einer organischen Elektrolytlösung 143, die durch einen Separator 142 separiert ist, ist ein Elektrodenmaterial, worin ein aktives Positiv-Elektrodenmaterial auf einem porösen Aluminiumkörper geträgert ist, als positive Elektrode 146 angeordnet, und ein Elektrodenmaterial, worin ein aktives Negativ-Elektrodenmaterial auf einem Stromabnehmer geträgert ist, ist als negative Elektrode 147 angeordnet. Die positive Elektrode 146 und die negative Elektrode 147 sind mit Anschlüssen 148 bzw. 149 verbunden, und alle diese Bauteile sind in einem Gehäuse 145 untergebracht. Durch die Verwendung eines porösen Aluminiumkörpers als Stromabnehmer ist die Oberfläche des Stromabnehmers erhöht, und sogar wenn Aktivkohle, die als aktives Material dient, dünn aufgetragen ist, ist es möglich, einen Lithiumionen-Kondensator zu erhalten, der zur Erhöhung der Leistungsabgabe und der Kapazität befähigt ist.
  • (Positive Elektrode)
  • Um eine Elektrode für einen Lithiumionen-Kondensator herzustellen, wird Aktivkohle, das als aktives Material dient, in einen porösen Aluminiumkörper-Stromabnehmer eingefüllt. Die Aktivkohle wird in Kombination mit einem leitenden Additiv und einem Bindemittel verwendet. Eine größere Menge von Aktivkohle, die eine Hauptkomponente ist, ist wünschenswert, um die Kapazität des Lithiumionen-Kondensators zu erhöhen, und bevorzugt beträgt die Menge der Aktivkohle 90 Masse% oder mehr, ausgedrückt als Zusammensetzungsanteil nach dem Trocknen (nach der Entfernung von Lösungsmittel). Obwohl notwendig, sind darüber hinaus das leitende Additiv und Bindemittel Faktoren, die die Kapazität verringern, und darüber hinaus ist das Bindemittel ein Faktor, der den inneren Widerstand erhöht. Daher ist es wünschenswert, die Mengen des leitenden Additivs und des Bindemittels so weit wie möglich zu verringern. Die Menge des leitenden Additivs beträgt bevorzugt 10 Masse% oder weniger, und die Menge des Bindemittel beträgt bevorzugt 10 Masse% oder weniger.
  • Wenn die Oberfläche der Aktivkohle erhöht ist, ist die Kapazität des Lithiumionen-Kondensators erhöht. Daher beträgt die spezifische Oberfläche bevorzugt 1000 m2/g oder mehr. Als Aktivkohle kann ein aus Pflanzen erhaltenes Material, wie aus Kokosnußschalen, oder ein auf Erdöl basierendes Material verwendet werden. Um die Oberfläche der Aktivkohle zu verbessern, wird bevorzugt eine Aktivierungsbehandlung unter Verwendung von Wasserdampf oder einem Alkalimittel durchgeführt.
  • Durch Mischen und Rühren des Elektrodenmaterials, das die Aktivkohle als eine Hauptkomponente umfaßt, wird eine Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung erhalten. Die Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung wird in den Stromabnehmer eingefüllt, gefolgt von Trocknen, und falls notwendig wird die Dichte durch Kompression mit einer Walzenpresse oder dergleichen erhöht. Hierdurch wird eine Elektrode für einen Kondensator erhalten.
  • (Einfüllen der Aktivkohle in den porösen Aluminiumkörper)
  • Das Einfüllen der Aktivkohle kann durch ein bekanntes Verfahren durchgeführt werden, wie zum Beispiel durch ein Eintauch-Füllverfahren oder ein Beschichtungsverfahren. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen Walzenbeschichtung, Dosierrakelbeschichtung, elektrostatische Beschichtung, Pulverbeschichtung, Sprühbeschichtung, Sprühbeschichter-Beschichtung, Stabbeschichter-Beschichtung, Walzenbeschichter-Beschichtung, Eintauchbeschichter-Beschichtung, Klingenbeschichtung, Drahtrakelbeschichtung, Messerbeschichter-Beschichtung, Stabbeschichtung und Siebbeschichtung.
  • Wenn das Einfüllen der Aktivkohle durchgeführt wird, wird zum Beispiel, wenn notwendig, ein leitendes Additiv und ein Bindemittel zu der Aktivkohle zugegeben, und es wird ein organisches Lösungsmittel oder Wasser hierin eingemischt, um eine Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung herzustellen. Die Aufschlämmung wird in dem porösen Aluminiumkörper unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens eingefüllt. Als leitendes Additiv kann zum Beispiel Ruß, wie Acetylenruß (AB) oder Ketjen-Ruß (KB), oder Kohlefasern, wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT), verwendet werden. Als Bindemittel kann zum Beispiel Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthan-Gummi oder dergleichen verwendet werden.
  • Als zur Herstellung der Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung verwendetes organisches Lösungsmittel kann jegliches organische Lösungsmittel geeignet ausgewählt werden, solange es die Materialien (das heißt, das aktive Material, das leitende Additiv, das Bindemittel und falls notwendig den Festelektrolyten), die in den porösen Aluminiumkörper eingefüllt werden sollen, nicht beeinträchtigt. Beispiele solch eines 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 ein Lösungsmittel verwendet wird, kann darüber hinaus ein Tensid verwendet werden, um die Einfülleigenschaften zu verbessern.
  • (Negative Elektrode)
  • Die negative Elektrode ist nicht besonders beschränkt, und es kann eine bekannte negative Elektrode für eine Lithiumbatterie verwendet werden. Weil jedoch eine bekannte negative Elektrode, worin eine Kupferfolie als ein Stromabnehmer verwendet wird, eine geringe Kapazität aufweist, wird bevorzugt eine Elektrode verwendet, worin ein aktives Material in einem porösen Körper aus Kupfer oder Nickel eingefüllt ist wie der vorstehend beschriebene geschäumte Nickel. Um darüber hinaus die Vorrichtung als Lithiumionen-Kondensator zu betreiben, wird die negative Elektrode bevorzugt vorher mit Lithiumionen dotiert. Als Dotierverfahren kann ein bekanntes Verfahren verwendet werden. Beispiele hiervon umfassen ein Verfahren, worin eine Lithiummetallfolie mit der Oberfläche einer negativen Elektrode verbunden wird, und die mit der Lithiummetallfolie versehene negative Elektrode in eine Elektrolytlösung eingetaucht wird, um das Dotieren durchzuführen, ein Verfahren, worin eine Elektrode, die mit Lithiummetall versehen ist, in einem Lithiumionen-Kondensator plaziert wird, eine Zelle zusammengebaut wird und dann ein Strom zwischen einer negativen Elektrode und der Lithiummetallelektrode angelegt wird, um das Dotieren elektrisch durchzuführen, und ein Verfahren, worin eine elektrochemische Zelle unter Verwendung einer negativen Elektrode und Lithiummetall zusammengebaut wird und die elektrisch mit Lithium dotierte negative Elektrode herausgenommen und verwendet wird.
  • In jeglichem der vorstehend beschriebenen Verfahren ist es wünschenswert, die Dotierungsmenge von Lithium zu erhöhen, um das Potential der negativen Elektrode hinreichend zu verringern. Wenn jedoch die Restkapazität der negativen Elektrode kleiner wird als die Kapazität der positiven Elektrode, verringert sich die Kapazität des Lithiumionen-Kondensators. Daher ist es bevorzugt, einen Teil, der der Kapazität der positiven Elektrode entspricht, ohne Dotierung zu belassen.
  • (In einem Lithiumionen-Kondensator verwendete Elektrolytlösung)
  • Als Elektrolytlösung kann die gleiche nicht-wäßrige Elektrolytlösung wie diejenige, die in der Lithiumbatterie verwendet wird, verwendet werden. Die nicht-wäßrige Elektrolytlösung wird in einem polaren aprotischen organischen Lösungsmittel verwendet, und spezifisch wird Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton, Sulfolan oder dergleichen verwendet. Als unterstützendes Salz wird Lithiumtetrafluorborat, Lithiumhexafluorphosphat, ein Imidsalz oder dergleichen verwendet.
  • (Herstellung eines Lithiumionen-Kondensators)
  • Eine wie vorstehend beschrieben erhaltene Elektrode wird zu einer geeigneten Größe ausgeschnitten und so plaziert, daß sie einer negativen Elektrode mit einem Separator dazwischen gegenüberliegt. Als negative Elektrode kann eine Elektrode verwendet werden, die durch das vorstehend beschriebene Verfahren mit Lithiumionen dotiert worden ist. Alternativ kann eine Elektrode, die mit Lithiummetall verbunden ist, in der Zelle plaziert werden, wenn ein Verfahren eingesetzt wird, worin das Dotieren durchgeführt wird, nachdem die Zelle zusammengesetzt worden ist. Als Separator wird bevorzugt eine poröse Membran oder ein Vliesstoff, aufgebaut aus Cellulose, einem Polyolefinharz oder dergleichen, verwendet. Unter Verwendung der notwendigen Abstandshalter wird die Struktur in einem Zellgehäuse untergebracht und die Elektrolytlösung wird hierin imprägniert. Letztendlich wird das Gehäuse durch Plazieren eines Deckels auf dem Gehäuse mit einer isolierenden Dichtung dazwischen versiegelt. Hierdurch wird ein Lithiumionen-Kondensator hergestellt. Um die Feuchtigkeit in dem Lithiumionen-Kondensator zu minimieren, werden die Materialien, wie zum Beispiel die Elektroden, bevorzugt gründlich getrocknet. Die Herstellung des Lithiumionen-Kondensators kann in einer Umgebung mit geringer Feuchtigkeit durchgeführt werden, und das Versiegeln kann in einer Umgebung mit reduziertem Druck durchgeführt werden. Solange ein Stromabnehmer und eine Elektrode der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist der Lithiumkondensator nicht besonders beschränkt, und der Lithiumkondensator kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das sich von dem vorstehend beschriebenen unterscheidet.
  • (Elektrode für eine Salzschmelzebatterie)
  • Ein poröser Aluminiumkörper kann auch als ein Elektrodenmaterial für eine Salzschmelzebatterie verwendet werden. Wenn ein poröser Aluminiumkörper als ein positives Elektrodenmaterial verwendet wird, wird als ein aktives Material eine Metallverbindung, wie Natriumchromat (NaCrO2) oder Titandisulfid (TiS2), in die Kationen der Salzschmelze, die als Elektrolyt dient, eingelagert werden können, verwendet. Das aktive Material wird in Kombination mit einem leitenden Additiv und einem Bindemittel verwendet. Als leitendes Additiv kann Acetylenruß oder dergleichen verwendet werden. Als Bindemittel kann Polytetrafluorethylen (PTFE) oder dergleichen verwendet werden. Wenn Natriumchromat als aktives Material verwendet wird und Acetylenruß als leitendes Additiv verwendet wird, kann PTFE beide Materialien fest binden, was bevorzugt ist.
  • Ein poröser Aluminiumkörper kann auch als ein negatives Elektrodenmaterial für eine Salzschmelzebatterie verwendet werden. Wenn ein poröser Aluminiumkörper als negatives Elektrodenmaterial verwendet wird, kann als ein aktives Material elementares Natrium, ein Legierung von Natrium und einem anderen Metall, Kohlenstoff oder dergleichen verwendet werden. Der Schmelzpunkt von Natrium beträgt etwa 98°C, und wenn sich die Temperatur erhöht, wird Metall weich. Daher ist es bevorzugt, Natrium mit einem anderen Metall (Si, Sn, In oder dergleichen) zu legieren. Unter diesen ist insbesondere eine Legierung von Natrium und Sn leicht handhabbar und ist somit bevorzugt. Natrium oder eine Natriumlegierung können auf der Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers durch elektrolytisches Plattieren, Hot-Dip-Beschichtung oder dergleichen geträgert werden. Es kann auch ein anderes Verfahren verwendet werden, worin, nachdem ein Metall (Si oder dergleichen) das mit Natrium legiert werden soll, mit dem porösen Aluminiumkörper durch Plattieren oder dergleichen verbunden worden ist, ein Laden in einer Salzschmelzebatterie durchgeführt wird, um eine Natriumlegierung zu bilden.
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Salzschmelzebatterie zeigt, worin das Elektrodenmaterial für eine Batterie verwendet wird. In der Salzschmelzebatterie sind eine positive Elektrode 121, worin ein aktives Positiv-Elektrodenmaterial auf der Oberfläche eines Aluminiumgerüsts aus einem porösen Aluminiumkörper geträgert ist, eine negative Elektrode 122, worin ein aktives Negativ-Elektrodenmaterial auf der Oberfläche eines Aluminiumgerüsts eines porösen Aluminiumkörpers geträgert ist, und ein Separator 123, imprägniert mit einer Salzschmelze, die als Elektrolyt dient, in einem Gehäuse 127 untergebracht. Zwischen der oberen Oberfläche des Gehäuses 127 und der negativen Elektrode 122 ist ein pressendes Bauteil 126 vorgesehen, das eine Preßplatte 124 und eine Feder 125 umfaßt, die die Preßplatte 124 preßt. Durch Vorsehen des pressenden Bauteils 126 wird ein Pressen gleichmäßig durchgeführt, sodaß der Kontakt zwischen den individuellen Bauteilen erreicht werden kann, sogar wenn sich Volumenveränderungen in der positiven Elektrode 121, der negativen Elektrode 122 und dem Separator 123 ergeben. Der Stromabnehmer (poröser Aluminiumkörper) der positiven Elektrode 121 und der Stromabnehmer (poröser Aluminiumkörper) der negativen Elektrode 122 sind jeweils mit einem positiven Elektrodenendstück 128 und einem negativen Elektrodenendstück 129 durch Anschlüsse 130 verbunden.
  • Als Salzschmelze, die als Elektrolyt dient, kann jegliches von verschiedenen anorganischen Salzen und organischen Salzen, die bei der Betriebstemperatur schmelzen, verwendet werden. Als Kation der Salzschmelze kann mindestens eines verwendet werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend 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).
  • Um den Schmelzpunkt der Salzschmelze zu erhöhen, werden für die Verwendung bevorzugt zwei oder mehr Salze vermischt. Wenn zum Beispiel Kaliumbis(fluorsulfonyl)amid [K-N(SO2F)2; KFSA] und Natriumbis(fluorsulfonyl)amid [Na-N(SO2F)2; NaFSA) für die Verwendung kombiniert werden, kann die Betriebstemperatur der Batterie auf 90°C oder niedriger eingestellt werden.
  • Die Salzschmelze wird verwendet, indem sie in den Separator imprägniert wird. Der Separator verhindert, daß die positive Elektrode und die negative Elektrode in Kontakt miteinander kommen, und als Separator kann ein Glas-Vliesstoff, ein poröser Harz-Formkörper oder dergleichen verwendet werden. Die positive Elektrode, der mit der Salzschmelze imprägnierte Separator und die negative Elektrode werden gestapelt und in dem Gehäuse untergebracht und dann als Batterie verwendet.
  • Beispiele
  • Die vorliegende Erfindung wird detaillierter unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben werden. Es ist beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt ist.
  • (Bildung einer leitfähigen Schicht)
  • Nachstehend wird ein Herstellungsbeispiel für einen porösen Aluminiumkörper spezifisch beschrieben werden. Es wurde ein Polyurethanschaum mit einer Dicke von 1 mm, einer Porosität von 95 und einer Anzahl von Poren (Zellen) je Inch von etwa 50 als geschäumter Harz-Formkörper hergestellt und zu einem Rechteck von 100 mm × 30 mm geschnitten. Der Polyurethanschaum wurde in eine Kohlenstoff-Suspension eingetaucht, gefolgt von Trocknen. Hierdurch wurde eine leitfähige Schicht gebildet, an deren gesamte Oberfläche Kohlenstoffpartikel anhafteten. Die Suspension enthielt 25 Masse% Graphit und Ruß und enthielt auch ein Harz-Bindemittel, ein Penetrationsmittel und ein Antischäummittel. Die Partikelgröße des Rußes betrug 0,5 μm.
  • (Salzschmelzeplattieren)
  • Der Polyurethanschaum mit der leitfähigen Schicht auf dessen Oberfläche wurde als Arbeitsstück in einer Einspannvorrichtung mit einer Leistungszuführfunktion fixiert. Dann wurde die Einspannvorrichtung, an die das Werkstück fixiert war, in einer Glove-Box, die mit einer Argonatmosphäre und bei niedriger Feuchtigkeit (Taupunkt –30°C oder niedriger) eingestellt war, plaziert und in ein Salzschmelze-Aluminium-Plattierungsbad (33 mol% EMIC – 67 mol% AlCl3) bei einer Temperatur von 40°C eingetaucht. Die Einspannvorrichtung, an der das Werkstück fixiert war, wurde an die negative Seite eines Gleichrichters angeschlossen, und es wurde eine Aluminiumplatte (Reinheit 99,99%) als Gegenelektrode an die positive Seite angeschlossen. Das Plattieren wurde durch Anlegen einer Gleichspannung mit einer Stromdichte von 3,6 A/dm2 für 90 Minuten durchgeführt. Hierdurch wurde eine Aluminiumstruktur erhalten, worin eine Aluminiumplattierungsschicht mit einem Gewicht von 150 g/m2 auf der Oberfläche des Polyurethanschaumes gebildet war. Es wurde mit einen Rührer unter Verwendung eines Rotors aus Teflon (Handelsmarke) gerührt. Die Stromdichte ist ein Wert, der unter Verwendung der scheinbaren Oberfläche des Polyurethanschaums berechnet wurde.
  • Aus dem Gerüstteil der resultierenden Aluminiumstruktur wurde eine Probe genommen, und der Querschnitt rechtwinklig zur Richtung, in der das Gerüst sich erstreckte, wurde beobachtet. Der Querschnitt wies eine im wesentlichen dreieckige Form auf, was die Struktur des als Kern verwendeten Polyurethanschaums reflektiert.
  • (Zersetzung des geschäumte Harz-Formkörpers)
  • Die Aluminiumstruktur wurde in eine eutektische LiCl-KCl-Salzschmelze bei 500°C eingetaucht, und es wurde ein negatives Potential von –1 V hieran für 30 Minuten angelegt. In der Salzschmelze wurden Blasen generiert, die aus der Zersetzung des Polyurethans resultierten. Nachdem auf Raumtemperatur in Luft abgekühlt worden war, wurde die Aluminiumstruktur mit Wasser gereinigt, um die Salzschmelze zu entfernen. Hierdurch wurde ein poröser Aluminiumkörper erhalten, von dem das Harz entfernt worden war. 7 ist eine vergrößerte Photographie, die den resultierenden porösen Aluminiumkörper zeigt. Der poröse Aluminiumkörper wies wie der als Kern verwendete Polyurethanschaum miteinander verbundene Poren und eine große Porosität auf.
  • Der resultierende poröse Aluminiumkörper wurde in Königswasser gelöst. Wenn mit einem induktiv gekoppelten Plasma(ICP)-Emissionsspektrometer gemessen wurde, betrug die Aluminiumreinheit 98,5 Masse%. Wenn mit einem Infrarot-Absorptionsverfahren nach der Verbrennung in einem Hochfrequenz-Induktions-Erwärmungsofen gemäß JIS-G1211 gemessen wurde, betrug der Kohlenstoffgehalt 1,4 Masse%. Darüber hinaus wurden im wesentlichen keine Sauerstoffpeaks beobachtet, wenn die Oberfläche einer EDX-Analyse bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV unterzogen wurde, und somit wurde bestätigt, daß der Sauerstoffgehalt in dem porösen Aluminiumkörper gleich oder kleiner war als die Detektionsgrenze (3,1 Masse%) von EDX.
  • (Herstellung einer Elektrode für eine Batterie unter Verwendung des porösen Aluminiumkörpers)
  • Es wurde LiCoO2 mit einer mittleren Partikelgröße von 7 μm als aktives Positiv-Elektrodenmaterial, Ruß als leitendes Additiv und PVDF als Bindemittel im Massenverhältnis von 10:1:1 vermischt, und ferner wurde hierin N-Methyl-2-pyrrolidon als ein Lösungsmittel eingemischt, um eine Paste herzustellen. Die Paste wurde in einen porösen Aluminiumkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur und mit einer Porosität von etwa 95% eingefüllt, gefolgt von Vakuumtrocknen bei 150°C. Darüber hinaus wurde der poröse Aluminiumkörper so Walzen-gepreßt, daß die Dicke 70% der anfänglichen Dicke betrug, um ein Elektrodenmaterial für eine Batterie (positive Elektrode) zu erhalten. Das Elektrodenmaterial für eine Batterie wurde zu 10 mm Durchmesser ausgeschnitten und durch Punktschweißen an einem Knopfbatteriegehäuse aus SUS304 fixiert. Die Füllkapazität der positiven Elektrode betrug 2,4 mAh.
  • Als Separator wurde eine poröse Membran aus Polypropylen mit einer Dicke von 25 μm verwendet. Es wurde eine Ethylencarbonat (ED)/Diethylcarbonat (DEC) (Volumenverhältnis 1:1)-Lösung, worin 1 M Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) gelöst war, auf den Separator bei 0,1 ml/cm2 getropft, so daß der Separator mit der Lösung unter Vakuum imprägniert wurde. Als negative Elektrode wurde eine Lithium-Aluminiumfolie mit einer Dicke von 20 μm und einem Durchmesser von 11 mm verwendet. Das Elektrodenmaterial für die Batterie (positive Elektrode), der Separator und die negative Elektrode wurden in der Reihenfolge gestapelt, und der gestapelte Körper wurde mit einem oberen Deckel und einem unteren Deckel mit einem Viton-O-Ring dazwischen bedeckt, gefolgt von verpressen. Hierdurch wurde eine Batterie hergestellt.
  • (Elektrode durch Stapeln)
  • Um die Dicke einer positiven Elektrode durch Stapeln sicherzustellen, wurde ein poröser Einzelschicht-Aluminiumkörper mit einer Dicke von 1,4 mm auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben hergestellt. Der poröse Einzelschicht-Körper besitzt eine größere Dicke als eine bekannte Elektrode, und somit ist es möglich, eine Wirkung zum Erhöhen der Batteriekapazität und dergleichen zu erhalten. Durch Stapeln der porösen Körper ist es möglich, den Dickeneffekt zu erhalten. Als ein strukturelles Beispiel wurden drei poröse Einzelschicht-Körper gestapelt. Die Struktur wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. 8 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Querschnitt einer Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Drei poröse Einzelschicht-Aluminiumkörper 4a, 4b und 4c sind gestapelt, um eine Elektrode 5 aufzubauen. Obwohl die drei porösen Einzelschicht-Aluminiumkörper aus dem gleichen Material aufgebaut sein können, können durch Verändern des Beschichtungsgewichts bestimmte Effekte erhalten werden. Hier bezieht sich das Beschichtungsgewicht auf das Gewicht je Fläche und ist durch die folgende Gleichung ausgedrückt: Beschichtungsgewicht (g/cm2) = Gewicht (g):Fläche (m2). Wenn zum Beispiel das Beschichtungsgewicht der äußeren zwei porösen Einzelschicht-Aluminiumkörper 4a und 4c größer (z. B. zum Zweifachen) eingestellt wird als das des porösen Einzelschicht-Aluminiumkörpers 4b, der hierzwischen vorgesehen ist, ist die im Inneren zurückgehaltene Menge der Elektrolytlösung erhöht, was für die Ionendiffusion vorteilhaft ist, und die Ionenzuführgeschwindigkeit wird erhöht, was zu einer Verbesserung im ausgenutztem Anteil des aktiven Material führt. Hier ist der ausgenutzte Anteil der prozentuale Anteil, der zeigt, zu welchen Ausmaß die Kapazität durch tatsächliches Laden und Entladen abgerufen werden kann, relativ zur theoretischen Kapazität, die aus der Zusammensetzung des aktiven Materials bestimmt ist, und er wird ausgedrückt durch die folgende Gleichung: ausgenutzter Anteil (%) = tatsächliche Entladekapazität (mAh):theoretische Kapazität (mAh) × 100. Wenn andererseits das Beschichtungsgewicht der äußeren zwei porösen Einzelschicht-Aluminiumkörper 4a und 4c kleiner eingestellt wird (z. B. 1/2) als das des porösen Einzelschicht-Aluminiumkörpers 4b, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß sich die äußeren Seiten deformieren, und die äußeren Seiten werden zum Zeitpunkt der Kompression der Elektrode bevorzugt komprimiert. Daher verringert sich der Zelldurchmesser in den äußeren Seiten, und das aktive Material kann vorm Herausfallen geschützt werden, was zu einer Verbesserung der Batterielebenszeit führt. Wenn eine gewickelte Elektrode hergestellt wird, können darüber hinaus zum Beispiel drei poröse Einzelschicht-Aluminiumkörper so gestapelt werden, daß das Beschichtungsgewicht der unteren Schicht 1/2 von der mittleren Schicht beträgt, und das Beschichtungsgewicht der oberen Schicht das Zweifache der mittleren Schicht beträgt. Der Grund hierfür ist, daß, wenn die Elektrode so gewickelt wird, daß die Schicht mit dem größten Beschichtungsgewicht sich an der Außenseite befindet, die Festigkeit der äußeren Seite, die eine größere Zugbelastung aufweist, erhöht werden kann.
  • Darüber hinaus kann durch Einstellen des mittleren Zelldurchmessers der äußeren zwei porösen Einzelschicht-Aluminiumkörper 4a und 4c so, daß sie größer (z. B. zweifach) als das des porösen Einzelschicht-Aluminiumkörpers 4b innerhalb sind, die stromabnehmende Distanz im Inneren verkürzt werden, was für die Ionendiffusion nachteilig ist, und daher kann der ausgenutzte Anteil erhöht werden. Andererseits wird durch Einstellen des mittleren Zelldurchmessers der äußeren zwei porösen Einzelschicht-Aluminiumkörper 4a und 4c so, daß sie kleiner (z. B. 1/2) sind als der des porösen Einzelschicht-Aluminiumkörpers 4b im Inneren, die Eigenschaft zum Rückbehalten des aktiven Materials besser, was zu einer Verbesserung der Lebensdauer führt. Wenn eine gewickelte Elektrode hergestellt wird, wird durch Einstellen des Zelldurchmesserverhältnisses, zum Beispiel einfach, 1,25-fach und 1,5-fach und durch Stapeln der Schicht mit einem großen Zelldurchmesser so, daß sie an der Innenseite der Wicklung vorliegt, die Arbeitseffizienz der gewickelten Elektrode verbessert.
  • (Elektrode durch Pressen)
  • Obwohl vorstehend die Elektrode durch Stapeln beschrieben worden ist, kann durch das Pressen nach dem Stapeln ein weiterer Effekt erhalten werden. Um die Wirkung der Kompression zu bestätigen, wurde ein aktives Material in einen porösen Aluminiumkörper mit einer Dicke von 1 mm eingefüllt, und der poröse Aluminiumkörper wurde zu einer Dicke von 0,6 mm gepreßt. Unter Verwendung des resultierenden porösen Aluminiumkörpers als eine Elektrode wurde eine 12 V–100 Ah-Batterie hergestellt, und es wurde ein Vergleich mit dem Fall durchgeführt, worin eine Aluminiumfolie als eine Elektrode verwendet wurde. Wenn die Fläche pro Blech zu 10 × 10 cm eingestellt wurde, war bei der Aluminiumfolie die erforderliche Anzahl von gestapelten Elektroden 332. Im Gegensatz hierzu war bei der dicken komprimierten Elektrode, bei der poröse Aluminiumkörper verwendet wurde, die erforderliche Anzahl von gestapelten Elektroden 50. Darüber hinaus kann in einer Elektrode, bei der ein poröser Aluminiumkörper mit einer Dicke von 5 mm verwendet wurde, und worin die Dicke auf 3 mm durch Pressen reduziert worden war, die Anzahl der gestapelten Elektroden auf 20 verringert werden. Auf solch eine Weise kann durch die Verwendung einer stromabnehmenden Struktur, die eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist, der Abstand zwischen dem Stromabnehmer und dem aktiven Material verkürzt werden, und es kann eine dicke Elektrode hergestellt werden.
  • Die Offenbarung kann die nachstehend beschriebenen anderen Merkmale umfassen.
  • (Zusätzliche Aussage 1) Eine Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung umfaßt einen porösen Metallkörper, der mit einem aktiven Material gefüllt ist, worin der poröse Metallkörper blechartig ist, und eine Dicke von 0,6 mm oder mehr aufweist.
  • (Zusätzliche Aussage 2) Eine Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung umfaßt einen porösen Metallkörper, der mit einem aktiven Material gefüllt ist, worin der poröse Metallkörper blechartig ist, eine Dicke von 0,6 mm oder mehr aufweist und ein gestapelter poröser Körper ist, worin eine Vielzahl von porösen Einzelschicht-Metallkörpern gestapelt und elektrisch miteinander verbunden sind.
  • (Zusätzliche Aussage 3) In der Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung gemäß den zusätzlichen Aussagen 1 oder 2 ist der poröse Metallkörper einem Kompressionsformen unterzogen, um so die Dicke zu verringern, nachdem er mit dem aktiven Material gefüllt worden ist.
  • (Zusätzliche Aussage 4) Eine Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung umfaßt mindestens zwei poröse Einzelschicht-Metallkörper, die unterschiedliche Beschichtungsgewichte aufweisen und die gestapelt sind.
  • (Zusätzliche Aussage 5) Eine Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung umfaßt mindestens zwei poröse Einzelschicht-Metallkörper, die unterschiedliche Zelldurchmesser aufweisen und die gestapelt sind.
  • (Zusätzliche Aussage 6) In der Elektrode für ein elektrochemische Vorrichtung gemäß irgendeiner der zusätzlichen Aussagen 1 bis 5 ist der poröse Metallkörper ein poröser Aluminiumkörper, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist.
  • (Zusätzliche Aussage 7) Eine Lithium-Sekundärbatterie umfaßt die Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung gemäß irgendeiner der zusätzlichen Aussagen 1 bis 6.
  • (Zusätzliche Aussage 7) Ein Kondensator umfaßt die Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung gemäß irgendeiner der zusätzlichen Aussagen 1 bis 6.
  • (Zusätzliche Aussage 7) Ein Lithiumionen-Kondensator umfaßt die Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung gemäß irgendeiner der zusätzlichen Aussagen 1 bis 6.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Weil, wie vorstehend beschrieben, erfindungsgemäß eine Elektrode für eine Batterie erhalten werden kann, worin die Eigenschaften eines porösen Aluminiumkörpers ausgenutzt werden, kann die vorliegende Erfindung weithin für verschiedene Elektroden eingesetzt werden, wie solche in Lithium-Sekundärbatterien, Salzschmelzebatterien, Kondensatoren und Lithiumionen-Kondensatoren.
  • Liste der Bezugszeichen
    • 1 geschäumter Harz-Formkörper, 2 leitfähige Schicht, 3 plattierte Aluminiumschicht, 4a, 4b, 4c poröser Einzelschicht-Aluminiumkörper, 5 Elektrode, 60 Lithiumbatterie, 61 positive Elektrode, 62 negative Elektrode, 63 Festelektrolytschicht (SE-Schicht), 64 positive Elektrodenschicht (positiver Elektrodenkörper), 65 positive Elektroden-Stromabnehmer, 66 negative Elektrodenschicht, 67 negativer Elektroden-Stromabnehmer, 121 positive Elektrode, 122 negative Elektrode, 123 Separator, 124 Preßplatte, 125 Feder, 126 pressendes Bauteil, 127 Gehäuse, 128 positives Elektrodenendstück, 129 negatives Elektrodenendstück, 130 Anschluß, 141 polarisierbare Elektrode, 142 Separator, 143 organische Elektrolytlösung, 144 Anschluß, 145 Gehäuse, 146 positive Elektrode, 147 negative Elektrode, 148 Anschluß, 149 Anschluß.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • JIS-G1211 [0094]

Claims (8)

  1. Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung, umfassend: einen porösen Metallkörper, der mit einem aktiven Material gefüllt ist, worin der poröse Metallkörper blechartig ist und ein gestapelter poröser Körper ist, worin eine Vielzahl von porösen Einzelschicht-Metallkörpern gestapelt und elektrisch miteinander verbunden sind.
  2. Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die porösen Einzelschicht-Metallkörper einem Kompressionsverfahren unterzogen sind, um so die Dicke zu verringern, nachdem sie mit dem aktiven Material gefüllt worden sind.
  3. Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin der poröse Metallkörper, der aus den gestapelten porösen Körpern aufgebaut ist, einem Kompressionsformen unterzogen ist, um so die Dicke zu verringern, nachdem die porösen Einzelschicht-Metallkörper mit dem aktiven Material gefüllt worden sind und gestapelt worden sind.
  4. Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin der poröse Metallkörper ein poröser Aluminiumkörper ist, der eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist.
  5. Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin die elektrochemische Vorrichtung eine Batterie mit nicht-wäßrigem Elektrolyten ist.
  6. Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin die elektrochemische Vorrichtung ein Kondensator ist.
  7. Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin die elektrochemische Vorrichtung ein Lithiumionen-Kondensator ist.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine elektrochemische Vorrichtung, umfassend: einen Herstellungsschritt für einen porösen Körper, um einen blechartigen porösen Einzelschicht-Metallkörper herzustellen; einen Füllschritt zum Füllen des porösen Einzelschicht-Metallkörpers mit einem aktiven Material; einen Kompressionsschritt zum Komprimieren des porösen Einzelschicht-Metallkörpers, um die Dicke zu verringern; und einen Stapelschritt zum Stapeln einer Vielzahl der porösen Einzelschicht-Metallkörper.
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