DE112012000879T5 - Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur, Stromkollektor und Elektrode, die jeweils den porösen Aluminiumkörper verwenden, und nicht-wäßrige Elektrolytbatterie, Kondensator und Lithiumionen-Kondensator mit nicht-wäßriger elektrolytischer Lösung, die jeweils die Elektrode verwenden - Google Patents

Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur, Stromkollektor und Elektrode, die jeweils den porösen Aluminiumkörper verwenden, und nicht-wäßrige Elektrolytbatterie, Kondensator und Lithiumionen-Kondensator mit nicht-wäßriger elektrolytischer Lösung, die jeweils die Elektrode verwenden Download PDF

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Hajime Ota
Koutarou Kimura
Hideaki SAKAIDA
Akihisa Hosoe
Kazuki Okuno
Kengo Goto
Junichi Nishimura
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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 ist ein Ziel dieser Erfindung, einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk anzugeben, der für ein Verfahren zum kontinuierlichen Produzieren einer Elektrode verwendet werden kann und die Erzeugung eines Stromkollektors mit kleinem elektrischen Widerstand in Stromsammelrichtung ermöglicht, und eine Elektrode, umfassend den porösen Aluminiumkörper und ein Produktionsverfahren davon anzugeben. In einem lagenförmigen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für einen Stromkollektor unterscheidet sich, wenn eine der beiden Richtungen, die orthogonal zueinander sind, als X-Richtung und die andere als Y-Richtung verwendet werden, ein Zelldurchmesser in der X-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk von einem Zelldurchmesser in der Y-Richtung davon.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur, der als eine Elektrode für eine nicht-wäßrige Elektrolytbatterie (Lithiumbatterie, etc.) verwendet wird, und einen Kondensator und einen Lithiumionen-Kondensator, die jeweils eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung umfassen und dergleichen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Poröse Metallkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur werden auf einem großen Gebiet von Anwendungen wie für verschiedene Filter, Katalysatorträger und Batterieelektroden verwendet. Beispielsweise wird Celmet (hergestellt von Sumitomo Electric Industries, Ltd., eingetragene Marke), das sich aus einem porös Nickelkörper mit dreidimensionalen Netzwerk zusammensetzt (nachfolgend als ”poröser Nickelkörper” bezeichnet), als Elektrodenmaterial für Batterien verwendet, wie Nickel-Metallhydrid-Batterien und Nickel-Cadmium-Batterien. Celmet ist ein poröser Metallkörper mit kontinuierlichen Poren und hat charakteristischerweise eine hohe Porosität (90% oder mehr) als andere poröse Körper wie metallische Vliesstoffe. Celmet kann erhalten werden durch Bilden einer Nickeloberfläche auf der Oberfläche des Gerüstes eines porösen Harzes mit kontinuierlichen Poren wie einem Urethanschaum und anschließendes Zersetzen des Harzschaum-Formkörpers 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 des Harzschaum-Formkörpers und anschließendes Niederschlagen von Nickel durch Elektroplattieren.
  • Auf der anderen Seite hat wie Nickel Aluminium ausgezeichnete Eigenschaften, wie eine leitende Eigenschaft, Korrosionsresistenz und leichtes Gewicht und für Anwendungen in Batterien wird beispielsweise eine Aluminiumfolie, worin ein aktives Material wie Lithiumcobaltoxid auf die Oberfläche davon aufgetragen ist, als positive Elektrode für eine Lithiumbatterie verwendet. Zur Erhöhung der Kapazität der positiven Elektrode wird überlegt, daß ein poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk (nachfolgend als poröser Aluminiumkörper bezeichnet), worin die Oberfläche von Aluminium erhöht wird, eingesetzt wird und das Innere von Aluminium mit einem aktiven Material gefüllt wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß dies ermöglicht, daß das aktive Material selbst in einer Elektrode mit großer Dicke verwendet wird und verbessert das Verfügbarkeitsverhältnis des aktiven Materials pro Einheitsfläche.
  • Als Verfahren zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers beschreibt Patentliteratur 1 ein Verfahren zum Durchführen eines Aluminium-Dampfniederschlagverfahrens durch Bogenionen-Plattierverfahren mit einem dreidimensionalen Netzwerk-Kunststoffsubstrat mit einem inneren kontinuierlichen Raum, 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 das Verfahren auf einem Dampfphasenverfahren basiert, ist es schwierig, einen porösen Körper mit großer Fläche zu erzeugen und es ist schwierig, eine Schicht zu bilden, die intern gleichmäßig ist, was von der Dicke oder der Porosität des Substrates abhängt. Weiterhin hat dieses Verfahren Probleme, daß eine Bildungsrate der Aluminiumschicht niedrig ist und die Produktionskosten hoch sind, weil die Anlage für die Erzeugung teuer ist. Wenn ein dicker Film gebildet wird, gibt es darüber hinaus eine Möglichkeit, daß Risse in dem Film gebildet werden können oder das Aluminium sich abschälen kann.
  • Patentliteratur 2 beschreibt ein Verfahren für den Erhalt eines porösen Aluminiumkörpers, umfassend das Bilden eines Filmes aus einem Metall (wie Kupfer) auf dem Gerüst aus einem Harzschaum-Formkörper 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 wird eine Schicht, die eine eutektische Legierung aus dem oben erwähnten Metall und Aluminium bildet, erzeugt und eine Aluminiumschicht mit hoher Reinheit kann nicht gebildet werden.
  • Als andere Verfahren wird überlegt, daß ein Harzschaum-Formkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur einem Aluminiumplattieren unterworfen wird. Ein Elektroplattiervorgang von Aluminium selbst ist bekannt, aber weil Aluminium eine hohe chemische Affinität zu Sauerstoff hat, und ein niedrigeres elektrisches Potential als Wasserstoff, ist das Elektroplattieren in einem Plattierbad, das ein wäßriges Lösungssystem enthält, schwierig. Somit wurde konventionell ein Aluminium-Elektroplattieren in einem Plattierbad mit einem nicht-wäßrigen Lösungssystem untersucht. Als eine Technik zum Plattieren einer Metalloberfläche mit Aluminium zur Antioxidation der Metalloberfläche offenbart beispielsweise Patentliteratur 3 ein Aluminium-Elektroplattierverfahren, worin eine niedrig-schmelzende Zusammensetzung, die eine Mischungsschmelze aus einem Oniumhalogenid und einem Aluminiumhalogenid ist, als Plattierbad verwendet wird und Aluminium auf einer Kathode niedergeschlagen wird, während der Wassergehalt des Plattierbades bei 2 mass% oder weniger gehalten wird.
  • Bei dem Aluminium-Elektroplattieren ist jedoch 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 Urethanharz-Formkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur mit Aluminium durchgeführt und festgestellt, daß es möglich ist, die Oberfläche eines Urethanharz-Formkörpers durch Plattieren des Urethanharz-Formkörpers, worin zumindest die Oberfläche elektrisch leitend gemacht ist, mit Aluminium in einem geschmolzenen Salzbad zu elektroplattieren. Diese Feststellungen haben zur Vollendung eines Verfahrens zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers geführt. Entsprechend diesem Produktionsverfahren kann eine Aluminiumstruktur mit einem Urethanharz-Formkörper als Kern seines Gerüstes erhalten werden. Für einige Anwendungen wie verschiedene Filter und Katalysatorträger kann die Aluminiumstruktur als Harzmetall-Composit so wie es ist verwendet werden, aber wenn die Aluminiumstruktur als Metallstruktur ohne Harz verwendet wird wegen der Einschränkungen, die von der Verwendungsumgebung stammen, muß ein poröser Aluminiumkörper durch Entfernen des Harzes gebildet werden.
  • Die Entfernung des Harzes kann durch irgendein Verfahren durchgeführt werden, einschließlich Zersetzung (Auflösung) mit einem organischen Lösungsmittel, geschmolzenem Salz oder superkritischen Wasser, Zersetzung durch Erwärmen oder dergleichen.
  • Ein Verfahren zum Zersetzen bei hoher Temperatur oder dergleichen ist angemessen, aber beinhaltet die Oxidation von Aluminium. Weil Aluminium nach der Oxidation schwierig zu reduzieren ist im Gegensatz zu Nickel, verliert, wenn es beispielsweise in einem Elektrodenmaterial einer Batterie oder dergleichen verwendet wird, die Elektrode eine leitende Eigenschaft aufgrund der Oxidation, und daher kann Aluminium nicht als Elektrodenmaterial verwendet werden. Somit haben diese Erfinder ein Verfahren zum Erzeugen eines porösen Aluminiumkörpers vollendet, bei dem 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, bei dem sie in ein geschmolzenes Salz getaucht wird, während ein negatives Potential auf die Aluminiumschicht auferlegt wird, um den porösen Harzformkörper durch thermische Zersetzung zu entfernen, unter Erhalt eines porösen Aluminiumkörpers, wobei dies 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 nötig, einen Leitungsdraht an den porösen Aluminiumkörper zu binden, zur Bildung eines Stromkollektors, den porösen Aluminiumkörper, der als Stromkollektor dient mit einem Aktivmaterial zu füllen und den resultierenden porösen Aluminiumkörper einer Behandlung zu unterwerfen wie Komprimieren und Schneiden durch ein Verfahren, das in 1 gezeigt ist, aber eine Technologie für die praktische Verwendung zur industriellen Erzeugung von Elektroden für nicht-wäßrige Elektrolytbatterien und Kondensatoren, umfassend eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung (nachfolgend als ”Kondensator” bezeichnet) und Lithiumionen-Kondensatoren, umfassend eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung (nachfolgend als ”Lithiumionen-Kondensator” bezeichnet) und dergleichen aus einem porösen Aluminiumkörper sind noch nicht bekannt.
  • Liste der Druckschriften
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: japanisches Patent 3413662
    • Patentliteratur 2: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 8-170126
    • Patentliteratur 3: japanisches Patent 3202072
    • Patentliteratur 4: ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 56-86459
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • (Technisches Problem)
  • Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Technologie für die praktische Verwendung zur industriellen Erzeugung einer Elektrode von einem porösen Aluminiumkörper und spezifisch einem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur anzugeben, der für ein Verfahren verwendet werden kann, das kontinuierlich eine Elektrode erzeugt, und ermöglicht, einen Stromkollektor mit kleinem elektrischen Widerstand in der Stromsammelrichtung und einen Stromkollektor und eine Elektrode, die jeweils den porösen Aluminiumkörper enthalten, und ein Produktionsverfahren dafür anzugeben.
  • (Lösung des Problems)
  • Die Konstitution dieser Erfindung ist wie folgt.
    • (1) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur, umfassend: einen lagenförmigen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur für einen Stromkollektor, wobei der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk einen Zelldurchmesser in einer X-Richtung davon aufweist, der verschieden ist von einem Zelldurchmesser in einer Y-Richtung davon, wenn eine der beiden Richtungen orthogonal zu der anderen als X-Richtung und die andere als Y-Richtung verwendet wird.
    • (2) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk nach Anspruch 1, worin ein Verhältnis des Zelldurchmessers in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung davon 0,30 oder mehr und 0,80 oder weniger ist.
    • (3) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk nach (1) oder (2), worin ein Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung davon 1,1 oder mehr und 2,5 oder weniger ist.
    • (4) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk nach (1), worin ein Verhältnis des Zelldurchmessers in der X-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung davon 1,2 oder mehr und 3,0 oder weniger ist.
    • (5) Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk nach (1) oder (4), worin ein Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung davon 0,40 oder mehr und 0,90 oder weniger ist.
    • (6) Stromkollektor, worin ein streifenförmiges komprimiertes Teil, komprimiert in einer Dickenrichtung an einem Endteil in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk gemäß (2) oder (3) gebildet und eine Leitung an das komprimierte Teil durch Schweigen gebunden ist.
    • (7) Stromkollektor, worin ein streifenförmiges komprimiertes Teil, komprimiert in Dickenrichtung, an einem Endteil in der X-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk gemäß (4) oder (5) gebildet ist und eine Leitung an das komprimierte Teil durch Schweißen gebunden ist.
    • (8) Elektrode, umfassend den Stromkollektor gemäß (6) oder (7), worin eine Öffnung des Stromkollektors mit einem Aktivmaterial gefüllt ist.
    • (9) Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode, umfassend zumindest einen Dicken-Einstellschritt, einen Leitungsschweißschritt, einen Füllschritt für aktives Material, einen Trocknungsschritt, einen Komprimierschritt und einen Schneidschritt, worin der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk gemäß einem von (1) bis (5) als Basismaterial verwendet wird.
    • (10) Nicht-wäßrige Elektrolytbatterie, umfassend die Elektrode gemäß (8).
    • (11) Kondensator, umfassend eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung, umfassend die Elektrode gemäß (8).
    • (12) Lithiumionen-Kondensator, umfassend eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung, umfassend die Elektrode gemäß (8).
  • (Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung)
  • Der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk gemäß dieser Erfindung kann für ein Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung eines Elektrodenmaterials verwendet werden und die industriellen Produktionskosten reduzieren. Weil eine Stromsammelleitung in der Richtung angeordnet werden kann, wo der elektrische Widerstand des porösen Aluminiumkörpers klein ist, kann ein Stromkollektor erzeugt werden, worin der elektrische Widerstand in der Stromsammelrichtung klein ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Erzeugung eines Elektrodenmaterials aus einem porösen Aluminiumkörper zeigt.
  • 2 ist eine Ansicht, die konzeptionell ein Beispiel der Form einer Zelle in dem porösen Aluminiumkörper dieser Erfindung zeigt.
  • 3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der elektrischen Widerstandsanisotropie des porösen Aluminiumkörpers dieser Erfindung zeigt.
  • 4 ist eine Ansicht, die konzeptionell ein anderes Beispiel der Form einer Zelle in dem porösen Aluminiumkörper dieser Erfindung zeigt.
  • 5 ist eine Ansicht, die ein anderes Beispiel der elektrischen Widerstandsanisotropie des porösen Aluminiumkörpers dieser Erfindung zeigt.
  • 6 ist ein Fließdiagramm, das einen Schritt zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers zeigt.
  • 7 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Schritt zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur dieser Erfindung zeigt.
  • 8 ist eine vergrößerte Photographie der Oberfläche die die Struktur eines Urethanharz-Formkörpers zeigt.
  • 9 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Schrittes zum kontinuierlichen Aluminiumplattieren unter Anwendung des geschmolzenen Salzplattierens erläutert.
  • 10 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper bei einem Kondensator verwendet wird.
  • 11 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper bei einem Kondensator verwendet wird.
  • 12 ist eine Ansicht, die einen Schritt zum Füllen eines porösen Anteils eines porösen Aluminiumkörpers mit einer Aktivmaterialaufschlämmung zeigt.
  • 13 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper für eine Lithiumbatterie verwendet wird.
  • 14 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper bei einem Kondensator verwendet wird.
  • 15 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper für einen Lithiumionen-Kondensator verwendet wird.
  • 16 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, worin ein poröser Aluminiumkörper bei einer Batterie mit geschmolzenem Salz verwendet wird.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung ist ein lagenförmiger poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk für einen Stromkollektor und hat ein Merkmal, das dann, wenn eine von zwei Richtungen, die orthogonal zueinander sind, als X-Richtung verwendet wird und die andere als Y-Richtung, ein Zelldurchmesser in der X-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensional Netzwerk von einem Zelldurchmesser in der Y-Richtung davon verschieden ist. Hierdurch wird eine elektrische Widerstandsanisotropie zwischen der X-Richtung und der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers erzeugt. Daher wird es in dem porösen Aluminiumkörper durch Anordnen einer Stromsammelleitung an einem Ende in der Richtung parallel zur der Richtung des großen elektrischen Widerstandes möglich, einen Stromkollektor zu erzeugen, worin der elektrische Widerstand in der Richtung der Stromsammlung klein ist.
  • In bezug auf die X-Richtung und die Y-Richtung in dieser Erfindung kann beispielsweise, wenn eine obere Oberfläche des lagenförmigen porösen Aluminiumkörpers rechteckig ist, die longitudinale Richtung eine X-Richtung und die Breitenrichtung, die orthogonal zu der longitudinalen Richtung ist, eine Y-Richtung sein. Wenn eine obere Oberfläche des lagenförmigen porösen Aluminiumkörpers quadratisch ist, kann eine Richtung einer Seite (beispielsweise die Längsrichtung) als X-Richtung und eine Richtung der Seite orthogonal zu der X-Richtung (beispielsweise Querrichtung) als Y-Richtung bezeichnet werden.
  • Wenn der poröse Aluminiumkörper durch Verwendung eines langen lagenförmigen Harzformkörpers als Basismaterial erzeugt wird, ist es bevorzugt, daß die Richtung, in der der Harzformkörper getragen ist (longitudinale Richtung) als X-Richtung bezeichnet wird und die Breitenrichtung, die orthogonal zur longitudinalen Richtung ist, als Y-Richtung bezeichnet wird.
  • ”Der Zelldurchmesser” in dieser Erfindung betrifft einen Wert, der erhalten wird durch Vergrößern eines Bildes der Oberfläche eines porösen Aluminiumkörpers mit einer Mikrophotographie oder dergleichen, Ziehen einer willkürlichen 1 Inch langen (25,4 mm) geraden Linie in einer X-Richtung oder Y-Richtung, Zählen der Anzahl von Zellen, die die Linie schneiden, Berechnen eines Zelldurchmessers in der X-Richtung oder Y-Richtung von einer Gleichung, 25,4 mm/(Anzahl von Zellen in X-Richtung oder Y-Richtung) und Bestimmen eines Durchschnittes des berechneten Zelldurchmessers.
  • Zusätzlich kann der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung lagenförmig sein und dessen Dimension ist nicht besonders beschränkt. Bei Verwendung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk für eine industrielle Produktion der Elektrode, wie oben beschrieben, können die Dimensionen des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk angemessen entsprechend einer Produktionsleitung eingestellt werden. Beispielsweise kann der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk auf eine Größe von 1 m Breite, 200 m Länge und 1 mm Dicke eingestellt werden.
  • Wie oben beschrieben hat der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung das Merkmal, daß der Zelldurchmesser in X-Richtung von dem Zelldurchmesser in Y-Richtung verschieden ist, und als poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk mit einer solchen Konfiguration sind beispielsweise die folgenden beiden Aspekte annehmbar.
    • [1] Ein Aspekt, bei dem wie in 2 gezeigt ist, der Zelldurchmesser in X-Richtung länger ist als der in Y-Richtung.
    • [2] Ein Aspekt, bei dem wie in 4 gezeigt ist, der Zelldurchmesser in Y-Richtung länger ist als der in X-Richtung.
  • Nachfolgend werden die jeweiligen Gehalte und Wirkungen der Konfigurationen [1] und [2], die oben beschrieben sind, beschrieben.
  • Aspekt [1]
  • Bei der kontinuierlichen Erzeugung einer Elektrode wird im allgemeinen, wie in 1 gezeigt ist, die Elektrode erzeugt durch ein Verfahren, bei dem ein langes lagenförmiges Basismaterial von einer Rolle abgewickelt wird, mit diesem ein Dickeneinstellschritt, Leitungsschweißschritt, Aktivmaterial-Füllschritt, Trocknungsschritt, Kompressionsschritt und Schneidschritt durchgeführt und schließlich auf eine Rolle gewickelt wird. Bei einem solchen Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode ist, wenn eine Stromsammelleitung in der longitudinalen Richtung des Basismaterials geschweißt werden kann, nämlich in einer Richtung, die parallel zu einer Tragerichtung des Basismaterials ist, im C-Schritt (Leitungsschweißschritt) in 1 der poröse Aluminiumkörper ausgezeichneter bezüglich der kontinuierlichen Produktivität. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, daß der elektrische Widerstand in der Breitenrichtung, orthogonal zu der longitudinalen Richtung des Basismaterials, kleiner ist als in der longitudinalen Richtung.
  • In dem porösen Aluminiumkörper, worin, wie in 2 gezeigt, der Zelldurchmesser in X-Richtung (Breitenrichtung) größer ist als der in Y-Richtung (longitudinale Richtung), ist der elektrische Widerstand in der X-Richtung (longitudinale Richtung) kleiner ist als in der Y-Richtung (longitudinale Richtung), wie in 3 gezeigt ist. Wenn daher der poröse Aluminiumkörper als Basismaterial bei der Herstellung der Elektrode verwendet wird, ist eine Elektrode, bei der der elektrische Widerstand in der Stromsammelrichtung klein ist, erhalten durch kontinuierliches Schweißen einer Stromsammelleitung in der longitudinalen Richtung.
  • Bei dem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung ist ein Verhältnis des Zelldurchmessers in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalen Netzwerk zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung davon bevorzugt 0,30 oder mehr und 0,80 oder weniger. Daher kann der elektrische Widerstand in X-Richtung kleiner sein als in Y-Richtung.
  • Wenn das Verhältnis des Zelldurchmessers in Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers zu dem Zelldurchmesser in X-Richtung davon weniger als 0,30 ist, ist die Form der Zelle zu lang und dünn in X-Richtung, was zu Schwierigkeiten beim Füllen eines Aktivmaterials führt. Wenn das Verhältnis des Zelldurchmessers in Y-Richtung zum Zelldurchmesser in X-Richtung 0,80 übersteigt, wird die Wirkung der oben beschriebenen elektrischen Widerstandsanisotropie vermindert. Aufgrund dessen ist in dem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung das Verhältnis des Zelldurchmessers in Y-Richtung zum Zelldurchmesser in X-Richtung mehr bevorzugt 0,40 oder mehr und 0,70 oder weniger und darüber hinaus bevorzugt 0,50 oder mehr und 0,60 oder weniger.
  • Zum Einstellen des Verhältnisses des Zelldurchmessers in Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers zum Zelldurchmesser in X-Richtung davon auf 0,30 oder mehr und 0,80 oder weniger ist es beispielsweise bevorzugt, die Breite einer Lage aus einem porösen Harzkörper mit Walzen zu verbreitern, die in der Form eines umgekehrten ”V” vor dem Plattieren mit geschmolzenen Salz der Lage aus einem porösen Harzkörper in dem Schritt zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers, der später beschrieben wird, aufzuweiten. Wie oben beschrieben hat durch Anordnen von zwei tragenden Walzen in der Form eines umgekehrten V in bezug auf die Lage eines Harzformkörpers und durch Auferlegung einer Kraft auf die Lage aus einem Harzformkörper in der Breitenrichtung zum Aufweiten der Breite der Lage eine Zelle in dem Harzformkörper eine Form, die gleichmäßig in der Breitenrichtung erstreckt ist. Wenn die Lage aus einem Harzformkörper einem Plattieren mit geschmolzenem Salz in diesem Zustand unterworfen wird, hat eine Zelle des resultierenden porösen Aluminiumkörpers ebenfalls eine Form, die gleichmäßig in der Breitenrichtung (X-Richtung) erstreckt ist.
  • In diesem Fall ist eine Spannung, die auf den Harzformkörper in der X-Richtung auferlegt ist, bevorzugt 50 bis 200 kPa. Hierdurch kann das Verhältnis des Zelldurchmessers in Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers zum Zelldurchmesser in X-Richtung davon 0,30 oder mehr und 0,80 oder weniger sein.
  • In dem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung ist ein Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk zum elektrischen Widerstand in X-Richtung davon bevorzugt 1,1 oder mehr und 2,5 oder weniger. Hierdurch wird es möglich, kontinuierlich eine Stromsammelleitung zu erfordern, wenn eine Elektrode, bei der elektrische Widerstand in der Stromsammelrichtung klein ist, erzeugt wird.
  • Wenn das Verhältnis des elektrischen Widerstandes weniger als 1,1 ist, wird, weil ein Unterschied zwischen dem elektrischen Widerstand in X-Richtung und dem elektrischen Widerstand in Y-Richtung klein ist, die Wirkung zur Verminderung des elektrischen Widerstandes in der Stromsammelrichtung kaum erzielt. Wenn das Verhältnis des elektrischen Widerstandes 2,5 übersteigt, ist dies weiterhin nicht bevorzugt, weil die Form der Zelle im allgemeinen zu lang in der X-Richtung ist, was zu Schwierigkeiten zum Füllen eines Aktivmaterials führt. Angesichts dessen ist in dem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung mehr bevorzugt 1,3 oder mehr und 2,0 oder weniger und darüber hinaus bevorzugt 1,4 oder mehr und 1,7 oder weniger.
  • Zum Einstellen des Verhältnisses des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung davon auf 1,1 oder mehr und 2,5 oder weniger ist es beispielsweise wirksam, das Verhältnis des Zelldurchmessers in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung davon auf 0,30 oder mehr und 0,80 oder weniger wie oben beschrieben einzustellen. Das heißt das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung kann ebenfalls eingestellt werden durch Einstellen des Verhältnisses des Zelldurchmessers in der Y-Richtung zum Zelldurchmesser in der X-Richtung durch das oben erwähnte Verfahren. Beispielsweise kann das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung 1,1 sein, indem das Verhältnis des Zelldurchmessers in der Y-Richtung zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung auf 0,80 eingestellt wird, und gleichermaßen kann das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung 2,5 sein, indem das Verhältnis des Zelldurchmessers in der Y-Richtung zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung auf 0,30 eingestellt wird.
  • Wenn ein solcher poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk als Stromkollektor verwendet wird, ist es bevorzugt, daß ein streifenförmiges komprimiertes Teil, komprimiert in der Dickenrichtung, an einem Endteil in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk gebildet ist und eine Stromsammelleitung an das komprimierte Teil durch Schweißen gebunden ist. Wenn die Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung als die Tragerichtung verwendet wird, kann eine Stromsammelleitung an einem Endteil in der Y-Richtung angeordnet sein, und ein Stromkollektor mit ausgezeichneter kontinuierlicher Produktivität und kleinem elektrischen Widerstand in Stromsammelrichtung kann erhalten werden.
  • Aspekt [2]
  • Im allgemeinen hat die Elektrode einer zylindrischen Batterie eine Struktur, bei der ein Basismaterial gewunden wird, zum Verbessern der Leistungseigenschaften. Wenn eine solche Elektrode hergestellt wird, wird eine Stromsammelleitung an einem Endteil in der Breitenrichtung des Basismaterials angeordnet, zum Sichern einer Länge des Basismaterials (Elektrode), und dann wird das Aufwickeln durchgeführt. In einem langen lagenförmigen porösen Aluminiumkörper, der als Basismaterial der Elektrode dient, ist es wünschenswert, daß der elektrische Widerstand in der longitudinalen Richtung kleiner ist als in der Breitenrichtung.
  • In dem porösen Aluminiumkörper, der wie in 4 gezeigt ist, ist der Zelldurchmesser in der Y-Richtung (longitudinale Richtung) größer als in der X-Richtung (Breitenrichtung), der elektrische Widerstand in der Y-Richtung (longitudinale Richtung) ist kleiner als in der X-Richtung (Breitenrichtung), wie in 5 gezeigt ist. Daher wird eine Elektrode mit einem kleinen elektrischen Widerstand in Stromsammelrichtung und einer genügenden Länge erhalten durch Verwendung des porösen Aluminiumkörpers als Basismaterial bei der Herstellung der Elektrode und Schweißen der Stromsammelleitung an einem Endteil in der longitudinalen Richtung der Elektrode.
  • Bei dem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung ist ein Verhältnis des Zelldurchmessers in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensional Netzwerk zu dem Zelldurchmesser in X-Richtung davon bevorzugt 1,2 oder mehr und 3,0 oder weniger. Hierdurch kann der elektrische Widerstand in der Y-Richtung kleiner sein als der in der X-Richtung.
  • Wenn das Verhältnis des Zelldurchmessers in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung davon weniger als 1,2 ist, wird die Wirkung der oben beschriebenen elektrischen Widerstandsanisotropie vermindert. Wenn das Verhältnis des Zelldurchmessers in der Y-Richtung zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung 3,0 übersteigt, wird die Form der Zelle zu lang und dünn in X-Richtung, was zu Schwierigkeiten beim Füllen eines Aktivmaterials führt. Angesichts dessen ist in dem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung das Verhältnis des Zelldurchmessers in Y-Richtung zum Zelldurchmesser in X-Richtung mehr bevorzugt 1,4 oder mehr und 2,5 oder weniger und darüber hinaus bevorzugt 1,6 oder mehr und 2,0 oder weniger.
  • Zum Einstellen des Verhältnisses des Zelldurchmessers in Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers zum Zelldurchmesser in X-Richtung davon auf 1,2 oder mehr und 3,0 oder weniger ist es effektiv, eine Spannung auf einem Harzformkörper in einer Richtung beim Durchführen des Plattierens mit geschmolzenem Salz von Aluminium in dem Schritt der Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers, der später beschrieben wird, bei dem Harzformkörper aufzuerlegen. Das heißt durch Ziehen des Harzformkörpers in eine Richtung wird der Harzformkörper deformiert und eine Zelle nimmt eine Form ein, die in einer Richtung (Y-Richtung) erstreckt ist, und daher wird ein Zelldurchmesser in der Richtung (X-Richtung), orthogonal zu der Ziehrichtung (Y-Richtung) kürzer als in der Ziehrichtung (Y-Richtung). Wenn daher die Lage aus dem Harzformkörper mit Aluminium in diesem Zustand plattiert wird, kann der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung erzeugt werden.
  • In diesem Fall ist die Spannung, die auf den Harzformkörper in der Y-Richtung auferlegt wird, bevorzugt 50 bis 200 kPa. Hierdurch kann das Verhältnis des Zelldurchmessers in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers zum Zelldurchmesser in X-Richtung davon 1,2 oder mehr und 3,0 oder weniger sein.
  • Angesichts des kontinuierlichen Erzeugens des porösen Aluminiumkörpers ist es wirksam, eine Spannung auf dem Harzformkörper in der Tragerichtung aufzuerlegen. Wenn ein langer lagenförmiger Harzformkörper hergestellt und ein poröser Aluminiumkörper erzeugt wird, während eine Spannung auf dem Harzformkörper in Tragerichtung auferlegt wird, ist es möglich, einen porösen Aluminiumkörper zu erhalten, der einen Stromkollektor mit ausgezeichneter Fähigkeit zur industriellen Erzeugung einer Elektrode und mit kleinem elektrischen Widerstand in der Stromsammelrichtung hat.
  • In dem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung ist ein Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk zum elektrischen Widerstand in der X-Richtung davon bevorzugt 0,40 oder mehr oder 0,90 oder weniger. Hierdurch wird es möglich, eine Elektrode zu erzeugen, worin der elektrische Widerstand in der Stromsammelrichtung klein ist, wenn der poröse Aluminiumkörper als Elektrode verwendet wird, worin eine Stromsammelleitung an einem Endteil in der longitudinalen Richtung der Elektrode wie einer zylindrischen Batterie angeordnet ist.
  • Wenn das Verhältnis des elektrischen Widerstandes weniger als 0,40 ist, ist es nicht bevorzugt, weil die Form der Zelle im allgemeinen zu lang in der Y-Richtung ist, was zu Schwierigkeiten bei der Füllung eines Aktivmaterials führt. Wenn das Verhältnis des elektrischen Widerstandes 0,90 übersteigt, wird, weil ein Unterschied zwischen dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung und dem elektrischen Widerstand in der Y-Richtung klein ist, die Wirkung zur Verminderung des elektrischen Widerstandes in der Stromsammelrichtung kaum erzielt. Angesichts dessen ist bei dem porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung mehr bevorzugt 0,50 oder mehr und 0,80 oder weniger und darüber hinaus bevorzugt 0,60 oder mehr und 0,70 oder weniger.
  • Zum Einstellen des Verhältnisses des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung davon auf 0,40 oder mehr und 0,90 oder weniger ist es beispielsweise wirksam, das Verhältnis des Zelldurchmessers in der Y-Richtung der porösen Aluminiumkörpers zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung davon auf 1,2 oder mehr und 3,0 oder weniger einzustellen, wie oben beschrieben. Das heißt, das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung kann ebenfalls eingestellt werden durch Einstellen des Verhältnisses des Zelldurchmessers in der Y-Richtung zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung durch das oben erwähnte Verfahren. Beispielsweise kann das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung zum elektrischen Widerstand in der X-Richtung 0,40 sein durch Einstellen des Verhältnisses des Zelldurchmessers in der Y-Richtung zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung auf 3,0, und gleichermaßen kann das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung 0,90 sein, indem das Verhältnis des Zelldurchmessers in der Y-Richtung zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung auf 1,2 eingestellt wird.
  • Wenn ein solcher poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk als Stromkollektor verwendet wird, ist es bevorzugt, daß ein streifenförmiges komprimiertes Teil, komprimiert in der Dickenrichtung, an einem Endteil in der X-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk gebildet und eine Stromsammelleitung an das komprimierte Teil durch Schweißen gebunden wird. Wenn die Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung, worin der elektrische Widerstand klein ist, als Stromsammelrichtung verwendet wird, kann eine genügende Länge sichergestellt werden und ein Stromkollektor kann erhalten werden, der als Elektrode einer zylindrischen Batterie oder dergleichen verwendet werden kann.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Erzeugung des porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung beschrieben. Nachfolgend wird das Produktionsverfahren beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, falls erforderlich, wobei ein Beispiel, bei dem ein Aluminiumplattierverfahren als Verfahren zum Bilden eines Aluminiumfilmes auf der Oberfläche des Urethanharz-Formkörpers als repräsentatives Beispiel verwendet wird. In den folgenden Referenzfiguren sind die Teile mit der gleichen Nummer die gleichen Teile oder die entsprechenden Teile. Diese Erfindung ist nicht hierauf beschränkt, sondern wird durch die Ansprüche definiert, und alle Modifizierungen, die innerhalb des Umfangs der Ansprüche fallen und die Äquivalente davon, sollen durch die Ansprüche erfaßt werden.
  • (Schritt zur Erzeugung der Aluminiumstruktur)
  • 6 ist ein Fließdiagramm, das einen Schritt zur Erzeugung einer Aluminiumstruktur zeigt. 7 zeigt eine schematische Ansicht der Bildung eines Aluminiumplattierfilmes unter Verwendung eines Harzformkörpers als Kernmaterial, das dem Fließdiagramm entspricht. Der Gesamtfluß des Produktionsschrittes wird unter Bezugnahme auf beide Figuren beschrieben. Zunächst wird die Herstellung 101 eines Harzformkörpers durchgeführt, der als Basismaterial dient. 7(a) ist eine vergrößerte schematische Ansicht der Oberfläche eines Harzformkörpers mit kontinuierlichen Poren als ein Beispiel eines Harzformkörpers, der als Basismaterial dient. Poren werden in dem Gerüst des Harzformkörpers 1 gebildet. Dann wird eine leitende Behandlung 102 der Oberfläche des Harzformkörpers durchgeführt. Wie in 7(b) erläutert ist, wird durch diesen Schritt eine dünne leitende Schicht 2 aus einem elektrischen Leiter auf der Oberfläche des Harzformkörpers 1 gebildet.
  • Anschließend wird ein Aluminiumplattieren 103 in einem geschmolzenen Salz durchgeführt, zur Bildung einer Aluminiumplattierschicht 3 auf der Oberfläche der leitenden Schicht des Harzformkörpers (7(c)). Hierdurch wird eine Aluminiumstruktur erhalten, worin die Aluminiumplattierschicht 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 Zersetzen oder dergleichen, unter Erhalt einer Aluminiumstruktur (poröser Körper), der nur eine verbleibende Metallschicht enthält (7(d)). Nachfolgend werden diese Schritte jeweils beschrieben.
  • (Herstellung des porösen Harzformkörpers)
  • Ein poröser Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur und kontinuierlichen Poren wird hergestellt. Ein Material des Harzformkörpers kann irgendein Harz sein. Als Material kann ein Harzschaum-Formkörper aus Polyurethan, Melamin, Polypropylen oder Polyethylen veranschaulicht werden. Obwohl der Harzschaum-Formkörper veranschaulicht ist, kann ein Harzformkörper mit irgendeiner Form ausgewählt werden, solange der Harzformkörper kontinuierliche Poren hat. Beispielsweise kann ein Harzformkörper mit einer Form wie ein Vlies, gebildet durch Verwirbeln von fasrigem Harz, anstelle des Harzschaum-Formkörpers verwendet werden. Der Harzschaum-Formkörper 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 Zusammensetzungseigenschaften und können daher bevorzugt als Harzschaum-Formkörper verwendet werden.
  • Urethanschäume sind angesichts der Gleichmäßigkeit der Poren, leichten Verfügbarkeit und dergleichen bevorzugt, weil Urethanschäume mit einem kleinen Porendurchmesser verfügbar sein können.
  • Poröse Harzformkörper enthalten häufig Restmaterialien wie ein Schäummittel und nicht-reagiertes Monomer bei der Erzeugung des Schaumes und werden daher bevorzugt einer Waschbehandlung für die anschließenden Schritte unterworfen. Als ein Beispiel des porösen Harzformkörpers ist ein Urethanschaum, mit dem eine Waschbehandlung als Vorbehandlung durchgeführt ist, in 8 gezeigt. Im Harzformkörper wird ein dreidimensionales Netzwerk als Gerüst konfiguriert, und daher werden kontinuierliche Poren insgesamt konfiguriert. Das Gerüst des Urethanschaumes hat eine nahezu dreieckige Form in einer Querschnittsrichtung senkrecht zu der erstreckenden Richtung. Die Porosität wird durch die 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 Photomikrographie oder dergleichen, Zählen der Zahl der Poren pro Inch (25,4 mm) als Zahl der Zellen und Berechnen des durchschnittlichen Porendurchmessers durch die 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 der leitenden 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 elektrolosem Plattieren eines leitenden Metalls wie Nickel, Vakuumniederschlag und Sputtern von Aluminium oder dergleichen und die Auferlegung eines leitenden Beschichtungsmaterials, umfassend leitende Teilchen wie Kohlenstoff oder Aluminiumpulver, kann ausgewählt werden.
  • (Bildung der Aluminiumschicht: geschmolzenes Salzplattieren)
  • Nachfolgend wird eine Aluminium-plattierte Schicht auf der Oberfläche des Harzformkörpers durch Elektroplattieren in einem geschmolzenen Salz gebildet. Durch Plattieren von Aluminium in dem 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, die einer leitenden Behandlung unterworfen ist, und einer Anode aus einer Aluminiumplatte mit einer Reinheit von 99,0% in dem geschmolzenem Salz auferlegt. Als geschmolzenes Salz kann ein organisches geschmolzenes Salz, das ein eutektisches Salz aus einem organischen Halogenid und einem Aluminiumhalogenid ist, oder ein anorganisches geschmolzenes Salz, das ein eutektisches Salz aus einem Alkalimetallhalogenid und einem Aluminiumhalogenid ist, verwendet werden. 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 Atmosphäre durchgeführt.
  • Das geschmolzene Salzbad ist bevorzugt ein geschmolzenes Salzbad, umfassend Stickstoff, und insbesondere wird ein Imidazoliumsalzbad bevorzugt verwendet. Wenn ein Salz, das bei hoher Temperatur schmilzt, als geschmolzenes Salz verwendet wird, ist die Auflösung oder Zersetzung des Harzes in dem geschmolzenen Salz schneller als das Wachstum an einer plattierten Schicht, und daher kann eine plattierte Schicht nicht auf der Oberfläche des Harzformkörpers gebildet werden. Das Imidazoliumsalz kann ohne irgendeine Wirkung auf das Harz selbst bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen verwendet werden. Als Imidazoliumsalz wird ein Salz bevorzugt verwendet, das ein Imidazolium-Kation mit Alkyl-Gruppen an der 1,3-Position enthält, und insbesondere werden geschmolzene Salze auf Basis von Aluminiumchlorid + 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (AlCl3 + EMIC) am meisten bevorzugt verwendet, wegen ihrer hohen Stabilität und Resistenz gegenüber Zersetzung. Das Imidazoliumsalzbad ermöglicht ein Plattieren von Urethanharzschäumen und Melaminharzschäumen und die Temperatur des geschmolzenen Salzbades liegt von 10 bis 65°C und bevorzugt 25 bis 60°C. Mit einer Verminderung der Temperatur wird der Stromdichtebereich, bei dem das Plattieren möglich ist, eingeengt und das Plattieren der gesamten Oberfläche eines porösen Harzformkörpers wird schwierig. Der Mangel, daß eine Form eines Basisharzes beeinträchtigt wird, kann bei einer Temperatur, die höher ist als 65°C auftreten.
  • In bezug auf das Aluminiumplattieren im geschmolzenen Salz auf einer Metalloberfläche wird berichtet, daß ein Additiv wie Xylol, Benzol, Toluol oder 1,10-Phenanthrolin zu AlCl3 – EMIC gegeben wird, um die Glätte der Plattierten Oberfläche zu verbessern. Diese Erfinder haben festgestellt, daß insbesondere beim Aluminiumplattieren eines porösen 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 die Glätte eines Plattierfilmes verbessert und das Aluminiumgerüst, das den porösen Körper bildet, kaum gebrochen wird, und eine zweite Eigenschaft, 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 zwei 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 ist. Wenn der poröse Aluminiumkörper als Elektrodenmaterial für Batterien oder dergleichen verwendet wird, wird ein Schritt durchgeführt, daß eine Elektrode mit einem Elektroden-Aktivmaterial gefüllt und zur Erhöhung der Dichte gepreßt wird. Weil das Gerüst häufig bei dem Schritt des Füllens des Aktivmaterials oder dem Pressen bricht, sind diese 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, hat die resultierende Plattierschicht eine schlechte Glätte und ist spröde und es ist schwierig, eine Wirkung zur Verminderung eines Unterschiedes der Dicke zwischen der Oberflächenschicht und dem Inneren zu erzielen. Wenn die Menge 7 g/l oder mehr ist, wird die Plattiereffizienz vermindert und es ist schwierig, eine bestimmte Plattierdicke zu erzielen.
  • 9 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 viele Male durchgeführt werden kann. Das streifenförmige Harz 22 mit einer Oberfläche, die einer leitenden Behandlung unterworfen ist, gelangt durch ein Plattierbad 28, während es durch Elektrodenrollen 26 transferiert wird, die als Zuführrollen und Energiezuführkathoden an der Außenseite des Bades dienen, um hierdurch das Plattieren durchzuführen. Die Vielzahl der Bäder umfassen Anoden 27 aus Aluminium, die beiden Oberflächen des Harzformkörpers über das Plattierbad 28 gegenüber liegen, 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, bei dem ein Harz nicht schmilzt oder dergleichen. Das anorganische Salzbad ist ein Salz aus einem Zweikomponentensystem, typischerweise AlCl3-XCl (X: Alkalimetall) oder einem Multi-Komponenten-System. Ein solches anorganisches Salzbad hat üblicherweise eine höhere geschmolzene Temperatur als ein organisches Salzbad, wie ein Imidazoliumsalzbad, hat aber weniger Umweltbeschränkungen wie Wassergehalt oder Sauerstoff und kann mit niedrigen Kosten insgesamt praktisch verwendet werden. Wenn das Harz ein Melaminharzschaum ist, wird ein anorganisches Salzbad bei 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 auf dem Gerüst wird erhalten durch die oben erwähnten Schritte. Für einige Anwendungen wie verschiedene Filter und Katalysatorträger kann die Aluminiumstruktur als Harzmetall-Composit so wie sie ist verwendet werden, aber wenn die Aluminiumstruktur als poröser Metallkörper ohne Harz verwendet wird, wegen der Beschränkungen, die von der Verwendungsumgebung resultieren, wird das Harz entfernt. Erfindungsgemäß wird zur Vermeidung einer Oxidation von Aluminium das Harz durch Zersetzung in einem geschmolzenen Salz, wie unten beschrieben entfernt.
  • (Entfernung des Harzes: Behandlung durch geschmolzenes Salz)
  • Die Zersetzung in einem geschmolzenen Salz wird auf folgende Weise durchgeführt. Ein Harzformkörper mit einer Aluminiumplattierten Schicht, gebildet auf der Oberfläche davon, wird in ein geschmolzenes Salz getaucht und erwärmt, während ein negatives Potential (Potential, das niedriger ist als ein Standardelektrodenpotential von Aluminium) auf die Aluminiumschicht auferlegt wird, zur Entfernung des porösen Harzformkörpers. Wenn das negative Potential auf die Aluminiumschicht mit dem porösen Harzformkörper, der in das geschmolzene Salz getaucht ist, auferlegt wird, kann der poröse Harzformkörper ohne Oxidation von Aluminium zersetzt werden. Eine Erwärmungstemperatur kann angemessen entsprechend dem Typ des Harzformkörpers ausgewählt werden. Wenn der Harzformkörper Urethan ist, muß eine Temperatur des geschmolzenen Salzbade 380°C oder mehr sein, weil die Zersetzung von Urethan bei etwa 380°C auftritt, aber die Behandlung muß bei einer Temperatur von gleich oder niedriger als dem Schmelzpunkt (660°C) von Aluminium durchgeführt werden, um ein 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 einem niedrigen Sauerstoffgehalt erhalten werden.
  • Das geschmolzene Salz, das bei der Zersetzung des Harzes verwendet wird, kann ein Halogenidsalz aus einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall sein, so daß das Aluminium-Elektrodenpotential niedriger ist. Mehr spezifisch enthält das geschmolzene Salz bevorzugt ein oder mehrere Salze, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumchlorid (LiCl), Kaliumchlorid (KCl) und Natriumchlorid (NaCl). Auf diese Weise kann ein poröser Aluminiumkörper mit kontinuierlichen Poren und einer dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche und mit einem niedrigen Sauerstoffgehalt erhalten werden.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode aus 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 Lage aus einem porösen Körper zum Abwickeln einer porösen Körperlage von einer Abwickelrolle 41, einen Dickeneinstellschritt B unter Verwendung einer Kompressionswalze 42, einen Leitungsschweißschritt C unter Verwendung einer Kompressions-/Schweißwalze 43 und eine Leitungsschweißwalze 49, einen Aufschlämmungsfüllschritt D unter Verwendung einer Auffüllwalze 44, eine Aufschlämmungszuführdüse 50 und eine Aufschlämmung 51, einen Trockenschritt E unter Verwendung einer Trocknungsmaschine 45, einen Kompressionsschritt F unter Verwendung einer Komprimierwalze 46, einen Schneidschritt G unter Verwendung einer Schneidwalze 47 und einen Aufwickelschritt H unter Verwendung einer Aufwickelwalze 48. Nachfolgend werden diese Schritte spezifisch beschrieben.
  • (Dickeneinstellschritt)
  • Eine poröse Aluminiumkörperlage wird von einer Walze mit einer Rohlage abgewickelt, um die die Lage aus einem porösen Aluminiumkörper gewickelt war, und wird eingestellt, so daß sie eine optimale Dicke und eine flache Oberfläche durch Walzenpressen in dem Dickeneinstellschritt aufweist. Die Enddicke des porösen Aluminiumkörpers wird angemessen entsprechend einer Auferlegung einer Elektrode bestimmt, und dieser Dickeneinstellschritt ist ein Präkompressionsschritt eines Kompressionsschrittes zum Erzielen der Enddicke und komprimiert den porösen Aluminiumkörper auf ein Dickenmaß, bei der die Behandlung im folgenden Schritt leicht durchgeführt wird. Eine Flachplattenpresse oder Walzenpresse wird als Preßmaschine verwendet. Die Flachplattenpresse ist bevorzugt zum Unterdrücken der Dehnung eines Stromkollektors, ist aber nicht geeignet für die Massenproduktion, und daher wird die Walzenpresse bevorzugt verwendet, die eine kontinuierliche Behandlung durchführen kann.
  • (Leitungsschweißschritt)
  • – Kompression eines Endteils des porösen Aluminiumkörpers –
  • Wenn ein poröser Aluminiumkörper als Elektrodenstromkollektor einer Sekundärbatterie oder dergleichen verwendet wird, muß eine Anhänger-Leitung für externe Extraktion mit dem porösen Aluminiumkörper verschweißt werden. Bei einer Elektrode, umfassend den porösen Aluminiumkörper ist es unmöglich, ein Leitungsstück direkt an den porösen Aluminiumkörper zu schweißen, weil ein robustes Metallteil nicht in dem porösen Aluminiumkörper vorhanden ist. Daher wird ein Endteil des porösen Aluminiumkörpers in die Form der Folie durch Komprimieren verarbeitet, zum Verleihen einer mechanischen Festigkeit, und eine Anhänger-Leitung wird an das Teil geschweißt.
  • Ein Beispiel eines Verfahrens zum Verarbeiten des Endteils des porösen Aluminiumkörpers wird beschrieben.
  • 10 ist eine Ansicht, die schematisch den Kompressionsschritt zeigt.
  • Eine Rotationswalze kann als Kompressionsspannvorrichtung verwendet werden.
  • Wenn das komprimierte Teil eine Dicke von 0,05 mm oder mehr und 0,2 mm oder weniger hat (zum Beispiel etwa 0,1 mm) kann eine bestimmte mechanische Festigkeit erzielt werden.
  • In 11 wird ein zentrales Teil aus einem porösen Aluminiumkörper 34 mit einer Breite von zwei porösen Aluminiumkörpern durch eine Rotationswalze 35 als Kompressionsspannrahmen komprimiert, zum Bilden eines komprimierten Teils 33. Nach der Kompression wird das komprimierte Teil 33 entlang der Mittellinie des zentralen Teils geschnitten, unter Erhalt von zwei Lagen aus Elektrodenstromkollektoren, mit einem komprimierten Teil am Endes des Stromkollektors.
  • Weiterhin kann eine Vielzahl von Stromkollektoren erhalten werden durch Bilden einer Vielzahl von streifenförimgen komprimierten Teilen am zentralen Teil des porösen Aluminiumkörpers, indem eine Vielzahl von Rotationswalzen verwendet und entlang der jeweiligen Mittellinien dieser streifenförmigen komprimierten Teile geschnitten wird.
  • – Binden von Anhänger-Leitung an den peripheren Bereich der Elektrode –
  • Eine Anhänger-Leitung wird an das komprimierte Endteil des somit erhaltenen Stromkollektors gebunden. Es ist bevorzugt, daß eine Metallfolie als Anhänger-Leitung verwendet wird, um den elektrischen Widerstand einer Elektrode zu reduzieren, und die Metallfolie wird an die Oberfläche von zumindest einer Seite der Peripherien der Elektrode gebunden. Zum Reduzieren des elektrischen Widerstandes wird das Schweißen bevorzugt als Bindeverfahren angewandt. Eine Breite zum Schweißen einer Metallfolie ist bevorzugt 10 mm oder weniger, weil eine zu breite Metallfolie einen erhöhten verlorenen Raum in einer Batterie verursacht und eine Kapazitätsdichte der Batterie vermindert wird. Wenn die Breite zum Schweißen zu klein ist, wird das Schweißen schwierig und die Wirkung zum Sammeln eines Stromes wird verschlechtert, so daß die Breite bevorzugt 1 mm oder mehr ist.
  • Als Verfahren zum Schweißen kann ein Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen angewandt werden, aber das Ultraschallschweißen ist bevorzugt wegen der größeren Bindefläche.
  • – Metallfolie –
  • Ein Material aus 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 Verunreinigung in der Batterie, einem Kondensator oder Lithiumionen-Kondensator verursachen, wird eine Aluminiumfolie mit einer Reinheit von 99,99% oder mehr bevorzugt verwendet. Die Dicke des geschweißten Teils ist bevorzugt kleiner als die der Elektrode selbst.
  • Die Aluminiumfolie ist bevorzugt so gemacht, 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 sich Aktivmaterial abschält. Insbesondere beim Ultraschallschweißen wird das Schweißen bevorzugt vor dem Füllen durchgeführt. Darüber hinaus kann eine Aktivkohlenpaste an einem geschweißten Bereich anhaften, aber weil es die Möglichkeit gibt, daß die Paste während des Schrittes abgeschält wird, wird der geschweißte Bereich bevorzugt masiert, um das Füllen der Paste zu vermeiden.
  • Obwohl in der obigen Beschreibung der Komprimierschritt des Endteils und der Bindeschritt der Anhänger-Leitung als getrennte Schritte beschrieben worden sind, können der Komprimierschritt und der Bindeschritt gleichzeitig durchgeführt werden. In diesem Fall wird eine Walze, bei der ein Walzenteil in Kontakt gebracht werden soll, als Komprimierwalze verwendet, wobei ein Endteil zum Binden einer Anhänger-Leitung der porösen Aluminiumkörperlage das Widerstandsschweißen durchführen kann und die poröse Aluminiumkörperlage und die Metallfolie können gleichzeitig zu der Walze geführt werden, um das Komprimieren des Endteils und das Schweißen der Metallfolie mit dem komprimierten Teil gleichzeitig durchzuführen.
  • (Schritt zum Füllen des Aktivmaterials)
  • Eine Elektrode wird erhalten durch Füllen des Stromkollektors, hergestellt wie oben beschrieben, 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 verwendet werden. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen ein Walzenbeschichtungsverfahren, Applikator-Beschichtungsverfahren, elektrostatisches Beschichtungsverfahren, Pulverbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichter-Beschichtungsverfahren, Stangenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Walzenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichter-Beschichtungsverfahren, Rakelbeschichtungsverfahren, Drahtstangen-Beschichtungsverfahren, Streichmesser-Beschichtungsverfahren, Rakelbeschichtungsverfahren und Siebdruckverfahren.
  • Wenn das Aktivmaterial gefüllt ist, wird eine Leitungshilfe oder ein Bindemittel nach Bedarf zugegeben, und ein organisches Lösungsmittel wird damit vermischt zur Herstellung einer Aufschlämmung, und die hergestellte Aufschlämmung wird in den porösen Aluminiumkörper durch Anwendung des oben erwähnten Füllverfahrens gefüllt.
  • 12 zeigt ein Verfahren zum Füllen eines porösen Aluminiumkörpers mit einer Aufschlämmung durch ein Walzenbeschichtungsverfahren. Wie in der Figur gezeigt ist, wird die Aufschlämmung auf die poröse Körperlage aufgetragen und diese Lage wird zwischen ein Paar von rotierenden Walzen, die einander bei einem bestimmten Intervall gegenüberliegen, geleitet. Die Aufschlämmung wird gepreßt und in den porösen Körper beim Durchleiten zwischen die rotierenden Walzen gefüllt.
  • (Trocknungsschritt)
  • Der poröse Körper, gefüllt mit dem Aktivmaterial, wird zu einer Trocknungsmaschine transferiert und erwärmt, zum Verdampfen/Entfernen des organischen Lösungsmittels, und hierdurch wird ein Elektrodenmaterial erhalten, bei dem das Aktivmaterial in dem porösen Körper fixiert ist.
  • (Komprimierschritt)
  • Das getrocknete Elektrodenmaterial wird zu einer Enddicke im Komprimierschritt komprimiert. 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.
  • Ein Fall des Komprimierens durch Walzenpressen ist in dem Komprimierschritt F von 1 gezeigt.
  • (Schneidschritt)
  • Zum Verbessern der Fähigkeit der Massenproduktion des Elektrodenmaterials ist es bevorzugt, daß die Breiter einer Lage des porösen Aluminiumkörpers auf die Breite einer Vielzahl von Endprodukten eingestellt und die Lage entlang der Bewegungsrichtung mit einer Vielzahl von Messern geschnitten wird, zur Bildung einer Vielzahl von langen Lagen aus den Elektrodenmaterialien. Dieser Schneidschritt ist ein Schritt zum Dividieren einer langen Länge des Elektrodenmaterials in eine Vielzahl von langen Längen der Elektrodenmaterialien.
  • (Aufwickelschritt)
  • Dieser Schritt ist ein Schritt zum Aufwickeln der Vielzahl der langen Lagen aus den Elektrodenmaterialien, erhalten in dem oben erwähnten Schneidschritt, um eine Aufwickelwalze.
  • Nachfolgend werden die Anwendungen des Elektrodenmaterials, erhalten im oben erwähnten Schritt, beschrieben.
  • Beispiele von Hauptanwendungen des Elektrodenmaterials, bei dem ein poröser Aluminiumkörper als Stromkollektor verwendet wird, umfassen Elektroden für nicht-wäßrige Elektrolytbatterien wie Lithiumbatterie und geschmolzene Salzbatterie, Elektroden für einen Kondensator und Elektroden für einen Lithiumionen-Kondensator.
  • Nachfolgend werden diese Anwendungen beschrieben.
  • (Lithiumbatterie)
  • Nachfolgend wird ein Elektrodenmaterial für Batterien, umfassend einen porösen Aluminiumkörper, und eine Batterie beschrieben. Wenn beispielsweise der poröse Aluminiumkörper in einer positiven Elektrode einer Lithiumbatterie (einschließlich einer Lithiumionen-Sekundärbatterie, etc.) verwendet wird, werden Lithiumcobaltoxid (LiCoO2), Lithiummanganoxid (LiMn2O4), Lithiumnickeldioxid (LiNiO2) oder dergleichen als Aktivmaterial verwendet. Das Aktivmaterial wird in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet.
  • In einem konventionellen positiven Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien wird eine Elektrode verwendet, gebildet durch Auftragen eines Aktivmaterials auf die Oberfläche einer Aluminiumfolie. Obwohl eine Lithiumbatterie eine höhere Kapazität als eine Nickel-Metallhydrid-Batterie oder Kondensator hat, ist eine weitere Erhöhung der Kapazität in Automobilanwendungen erforderlich. Zur Erhöhung einer Batteriekapazität pro Einheitsfläche wird daher die Auftragungsdicke des Aktivmaterials erhöht. Zum effektiven Verwenden des Aktivmaterials muß das Aktivmaterial im elektrischen Kontakt mit der Aluminiumfolie, einem Stromkollektor, sein, und daher wird das Aktivmaterial mit einer zu verwendenden Leitungshilfe vermischt.
  • Im Gegensatz dazu hat der poröse Aluminiumkörper dieser Erfindung eine hohe Porosität und große Oberfläche pro Einheitsfläche. Somit wird eine Kontaktfläche zwischen dem Stromkollektor und Aktivmaterial erhöht und daher kann das Aktivmaterial effektiv verwendet werden, die Batteriekapazität kann verbessert werden und die Menge der zuzumischenden 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 Elektroden-Aktivmaterial wie Graphit, Lithiumtitanoxid (Li4Ti5,O12), eine Legierung aus Sn oder Si, Lithiummetall oder dergleichen wird verwendet. Das negative Elektroden-Aktivmaterial wird ebenfalls in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet.
  • Eine solche Lithiumbatterie kann eine erhöhte Kapazität selbst mit einer kleinen Elektrodenfläche haben und kann demzufolge eine höhere Energiedichte als eine konventionelle Lithiumbatterie, die eine Aluminiumfolie enthält, aufweisen. Die Wirkungen dieser Erfindung in einer Sekundärbatterie sind hauptsächlich oben beschrieben, aber die Wirkungen dieser Erfindung in einer Primärbatterie sind gleich wie bei einer Sekundärbatterie, und die Kontaktfläche wird erhöht, wenn der poröse Aluminiumkörper mit dem Aktivmaterial gefüllt wird, und eine Kapazität einer Primärbatterie kann verbessert werden.
  • (Konfiguration der Lithiumbatterie)
  • Ein in einer Lithiumbatterie verwendeter Elektrolyt umfaßt eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung und einen festen Elektrolyten.
  • 13 ist eine vertikale Schnittansicht einer Lithiumbatterie in festem Zustand, die einen festen Elektrolyten enthält. Eine Lithiumbatterie 60 in festem Zustand umfaßt eine positive Elektrode 61, eine negative Elektrode 62 und eine feste Elektrolytschicht (SE-Schicht) 63, die zwischen beiden Elektroden angeordnet ist. Die positive Elektrode 61 enthält eine positive Elektrodenschicht (positiver Elektrodenkörper) 64 und einen Stromkollektor 65 der positiven Elektrode, und die negative Elektrode 62 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, und beide Elektroden und der Separator werden mit der nicht-wäßrigen elektrolytischen Lösung imprägniert.
  • (Aktivmaterial, das in den porösen Aluminiumkörper gefüllt ist)
  • Wenn ein poröser Aluminiumkörper in einer positiven Elektrode einer Lithiumbatterie verwendet wird, kann ein Material, das Lithium extrahiert/einfügt, als Aktivmaterial verwendet werden, und ein poröser Aluminiumkörper, der mit einem solchen Material gefüllt ist, kann eine Elektrode ergeben, die für Lithium-Sekundärbatterie geeignet ist. Als Material des positiven Elektroden-Aktivmaterials wird beispielsweise Lithiumcobaltoxid (LiCoO2), Lithiumnickeldioxid (LiNiO2), Lithiumcobaltnickeloxid (LiCo0,3Ni0,7O2), Lithiummanganoxid (LiMn2O4), Lithiumtitanoxid (Li4Ti5O12) Lithiummanganoxid-Verbindung (LiMyMn2-yO4) M = Cr, Co, Ni) oder Lithiumsäure verwendet. Das Aktivmaterial wird in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet. Beispiele des Materials des positiven Elektroden-Aktivmaterials umfassen Übergangsmetalloxide wie konventionelles Lithiumeisenphosphat und Olivin-Verbindungen, die Verbindungen (LiFePO4, LiFe0,5Mn0,5PO4) von Lithiumeisenphosphat sind. Weiterhin können Übergangsmetallelemente, die in diesen Materialien enthalten sind, teilweise mit einem anderen Übergangsmetallelement substituiert sein.
  • Beispiele von anderen positiven Elektroden-Aktivmaterialien umfassen Lithiummetalle, worin das Gerüst ein Chalcogenid auf Sulfidbasis ist, wie TiS2, V2S3, FeS, FeS2 oder LiMSx (M ist ein Übergangsmetallelement wie Mo, Ti, Cu, Ni oder Fe oder Sb, Sn oder Pb) und ein Metalloxid wie TiO2, Cr3O8, V2O5 oder MnO2. Das oben erwähnte Lithiumtitanoxid (Li4Ti5O12) kann ebenfalls als negatives Elektroden-Aktivmaterial verwendet werden.
  • (Elektrolytische Lösung, die in der Lithiumbatterie verwendet wird)
  • Eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung wird in einem polaren aprotischen organischen Lösungsmittel verwendet, und spezifische Beispiele der nicht-wäßrigen elektrolytischen Lösung umfassen Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton und Sulfolan. Als tragendes Salz werden Lithiumtetrafluorborat, Lithiumhexafluorphosphat, ein Imidsalz oder dergleichen verwendet. Die Konzentration des tragenden Salzes, das als Elektrolyt dient, ist bevorzugt höher, aber ein tragendes Salz mit einer Konzentration von 1 mol/l wird im allgemeinen verwendet, weil es eine Grenze bei der Auflösung gibt.
  • (Fester Elektrolyt, der in den porösen Aluminiumkörper gefüllt ist)
  • Der poröse Aluminiumkörper kann zusätzlich mit einem festen Elektrolyt neben dem Aktivmaterial gefüllt sein. Der poröse Aluminiumkörper kann für eine Elektrode einer Lithiumbatterie im festen Zustand geeignet sein, indem der poröse Aluminiumkörper mit dem Aktivmaterial und dem festen Elektrolyten gefüllt wird. Das Verhältnis des Aktivmaterials zu Materialien, die in den porösen Aluminiumkörper gefüllt sind, wird bevorzugt auf 50 mass% oder mehr und mehr bevorzugt 70 mass% oder mehr angesichts der Sicherstellung einer Entladungskapazität eingestellt.
  • Ein fester Elektrolyt auf Sulfidbasis mit hoher Lithiumionen-Leitfähigkeit wird bevorzugt für den festen Elektrolyten verwendet, und Beispiele des festen Elektrolyten auf Sulfidbasis umfassen festen Elektrolyte 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 eine Vielzahl von bekannten 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, gemischt werden und die resultierende Mischung verschmolzen und abgeschreckt wird (Schmelzen 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, zur Bildung eine kristallinen festen Elektrolyts auf Sulfidbasis. Es kann erwartet werden, daß die Lithiumionen-Leitfähigkeit durch diese Kristallisierung verbessert wird.
  • (Füllen von Aktivmaterial in den porösen Aluminiumkörper)
  • Zum Füllen des Aktivmaterials (Aktivmaterial und fester Elektrolyt) können allgemein bekannte Verfahren wie ein Verfahren zum Füllen durch Eintauchen und ein Beschichtungsverfahren verwendet werden. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen ein Walzenbeschichtungsverfahren, Applikator-Beschichtungsverfahren, elektrostatisches Beschichtungsverfahren, Pulverbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichter-Beschichtungsverfahren, Stangenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Walzenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichter-Beschichtungsverfahren, Rakelbeschichtungsverfahren, Stangenbeschichtungsverfahren, Streichmesserbeschichtungsverfahren, Blattbeschichtungsverfahren und Siebdruckverfahren.
  • Wenn das Aktivmaterial (Aktivmaterial und fester Elektrolyt) gefüllt wird, wird beispielsweise eine Leitungshilfe oder ein Bindemittel nach Bedarf zugegeben, und ein organisches Lösungsmittel oder Wasser wird damit vermischt, zur Herstellung einer Aufschlämmung aus einer positiven Elektrodenmischung. Ein poröser Aluminiumkörper wird mit dieser Aufschlämmung durch das oben erwähnte Verfahren gefüllt. Als Leitungshilfe kann beispielsweise Ruß wie Acetylenruß (AB) oder Ketjen-Ruß (KB) oder Kohlenstoffasern wie Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) verwendet werden. Als Bindemittel können beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthangummi und 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. Aktivmaterial, Leitungshilfe, Bindemittel und Fest-Elektrolyt 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 Lösungsmittel zur Verstärkung der Fülleistung verwendet werden.
  • Zusätzlich wird bei einem konventionellen positiven Elektrodenmaterial für Lithiumbatterien eine Elektrode durch Auftragen eines Aktivmaterials auf die Oberfläche einer Aluminiumfolie gebildet. Zur Erhöhung einer Batteriekapazität pro Einheitsfläche wird die Auftragungsdicke des Aktivmaterials erhöht. Zur effektiven Verwendung des Aktivmaterials muß das Aktivmaterial in elektrischem Kontakt mit der Aluminiumfolie sein, und daher wird das Aktivmaterial mit einer zu verwendenden Leitungshilfe vermischt. Im Gegensatz dazu hat der poröse Aluminiumkörper dieser Erfindung eine hohe Porosität und große Oberfläche pro Einheitsfläche. Somit wird eine Kontaktfläche zwischen dem Stromkollektor und dem Aktivmaterial erhöht und daher kann das Aktivmaterial effektiv verwendet werden, die Batteriekapazität kann verbessert werden und die Menge der Leitungshilfe, die zuzumischen ist, kann vermindert werden.
  • (Elektrode für den Kondensator)
  • 14 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel eines Kondensators zeit, der unter Verwendung des Elektrodenmaterials für einen Kondensator erzeugt ist. Ein Elektrodematerial, gebildet durch Tragen eines Elektroden-Aktivmaterials auf einem porösen Aluminiumkörper wird als polarisierbare Elektrode 141 in einem organischen Elektrolyten 143, der mit einem Separator 142 getrennt ist, angeordnet. Die polarisierbare Elektrode 141 wird mit einem Leitungsdraht 144 verbunden und all diese Komponenten sind 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 hohe Kapazität realisieren kann, erhalten werden.
  • Zur Erzeugung einer Elektrode für einen Kondensator wird ein Stromkollektor aus dem porösen Aluminiumkörper mit 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 mass% oder weniger und die Menge des Bindemittels ist 10 mass% oder weniger.
  • Wenn die Oberfläche der Aktivkohle größer ist, ist die Kapazität des Kondensators größer, und daher hat die Aktivkohle bevorzugt eine spezifische Oberfläche von 1000 m2/g oder mehr. Als Material der Aktivkohle kann eine Palmhülle, die von Pflanzen stammt, ein Material auf Petrolbasis oder dergleichen verwendet werden. Zur Erhöhung der Oberfläche der Aktivkohle wird das Material bevorzugt durch Verwendung von Dampf oder Alkali aktiviert.
  • Das Elektrodenmaterial ist hauptsächlich aus der Aktivkohle zusammengesetzt und wird gemischt und gerührt, unter Erhalt einer Aktivkohlepaste. Die Aktivkohlepaste wird in den oben erwähnten Stromkollektor gefüllt und getrocknet und ihre Dichte wird erhöht durch Komprimieren mit einer Walzenpresse oder dergleichen nach Bedarf, unter Erhalt einer Elektrode für einen Kondensator.
  • (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 angewandt werden. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen ein Walzenbeschichtungsverfahren, Applikator-Beschichtungsverfahren, elektrostatisches Beschichtungsverfahren, Pulverbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichter-Beschichtungsverfahren, Stangenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Walzenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichter-Beschichtungsverfahren, Rakelbeschichtungsverfahren, Stangenbeschichtungsverfahren, Streichmesserbeschichtungsverfahren, Blattbeschichtungsverfahren und Siebdruckverfahren.
  • Wenn die Aktivkohle gefüllt ist, wird beispielsweise eine Leitungshilfe oder ein Bindemittel nach Bedarf zugegeben und ein organisches Lösungsmittel oder Wasser wird zur Herstellung einer Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung vermischt. Ein poröser Aluminiumkörper wird mit dieser Aufschlämmung durch das oben erwähnte Verfahren gefüllt. Als Leitungshilfe kann zum Beispiel Ruß wie Acetylenruß (AB) oder Ketjan-Ruß (KB) oder Kohlenstoffasern wie Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) verwendet werden. Als Bindemittel kann beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC) Xanthangummi und dergleichen verwendet werden.
  • Das bei der Herstellung der Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung verwendete organischen Lösungsmittel kann angemessen ausgewählt werden, solange es nicht nachteilig Materialien (d. h. 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 weiterhin ein Tensid zur Verstärkung der Fülleistung verwendet werden.
  • (Herstellung des Kondensators)
  • Die Elektrode, erhalten auf obige Weise, wird zu einer angemessen Größe zur Herstellung von zwei Lagen gestanzt, und diese beiden Elektroden werden einander gegenübergelegt, wobei ein Separator dazwischenliegt. Ein poröser Film oder ein Vlies aus Cellulose oder einem Polyolefinharz wird bevorzugt als 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 dem Gehäuse angeordnet, wobei eine Isolierdichtung zwischen dem Deckel und dem Gehäuse vorhanden ist, und wird abgedichtet und hierdurch kann ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator hergestellt werden. Wenn ein nicht-wäßriges Material verwendet wird, werden die Materialien aus der Elektrode und dergleichen bevorzugt adäquat getrocknet, um den Wassergehalt in dem Kondensator möglichst stark zu vermindern. Die Herstellung des Kondensators wird in einer Umgebung mit niedriger Feuchtigkeit durchgeführt, und das Abdichten kann in einer Umgebung mit reduziertem Druck durchgeführt werden. Zusätzlich ist der Kondensator nicht besonders beschränkt, solange der Stromkollektor und die Elektrode dieser Erfindung verwendet werden, und Kondensatoren können verwendet werden, die durch ein anderes Verfahren als dieses Verfahren erzeugt 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 ihre Spannung auf ein höheres Niveau eingestellt werden kann als bei einer wäßrigen elektrolytischen Lösung. Bei 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 werden niedriges aliphatisches quaternäres Ammonium, niedriges aliphatisches quaternäres Phosphonium, Imidazolium oder dergleichen verwendet, und als Anion sind Ionen aus Metallchloriden, Ionen aus Metallfluoriden und Imid-Verbindungen wie Bis(flurosulfonyl)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 bei der nicht-wäßrigen elektrolytischen Lösung wird Lithiumtetrafluorborat, Lithiumhexafluorphosphat oder dergleichen verwendet.
  • (Lithiumionen-Kondensator)
  • 15 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel eines Lithiumionen-Kondensators zeigt, erzeugt durch Verwendung des Elektrodenmaterials für einen Lithiumionen-Kondensator. In einer organischen elektrolytischen Lösung 143, getrennt mit einem Separator 142, wird ein Elektrodenmaterial, gebildet durch Tragen eines positiven Elektroden-Aktivmaterials auf einem porösen Aluminiumkörper, als positive Elektrode 146 angeordnet, und ein Elektrodenmaterial, gebildet durch Tragen eines negativen Elektroden-Aktivmaterial 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, wird die Oberfläche des Stromkollektors erhöht, und daher kann ein Lithiumionen-Kondensator erhalten werden, der eine hohe Leistung und eine hohe Kapazität realisieren kann, selbst wenn Aktivkohle als Aktivmaterial auf den porösen Aluminiumkörper auf dünne Weise aufgetragen ist.
  • (Positive Elektrode)
  • Zur Erzeugung einer Elektrode für einen Lithiumionen-Kondensator wird ein Kollektor 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 Lithiumionen-Kondensators ist die Menge der Aktivkohle als Hauptkomponente bevorzugt groß und die Menge der Aktivkohle ist bevorzugt 90% oder mehr, ausgedrückt als Zusammensetzungsverhältnis nach Trocknen (nach Entfernung eines Lösungsmittels). Die Leitungshilfe und das Bindemittel sind notwendig, aber die Mengen davon sind bevorzugt möglichst klein, weil sie Ursachen einer Reduzierung der Kapazität sind, und weiterhin ist das Bindemittel eine Ursache einer Erhöhung des internen Widerstandes. Bevorzugt ist die Menge der Leitungshilfe 10 mass% oder weniger und die Menge des Bindemittel ist 10 mass%.
  • Wenn die Oberfläche der Aktivkohle größer ist, ist die Kapazität des Lithiumionen-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 Petrolbasis oder dergleichen verwendet werden. Zur Erhöhung der Oberfläche der Aktivkohle wird das Material bevorzugt durch Verwendung von Dampf oder Alkali aktiviert. Als Leitungshilfe kann Ketjen Black, Acetylenruß, Kohlenstoffasern und Composit-Materialien davon verwendet werden. Als Bindemittel kann Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose, Xanthangummi und dergleichen verwendet werden. Ein Lösungsmittel kann angemessen aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel in Abhängigkeit von dem Typ des Bindemittels ausgewählt werden. In dem organischen Lösungsmittel wird N-Methyl-2-pyrrolidon häufig verwendet. Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann weiterhin ein Tensid zum Verstärken der Fülleistung verwendet werden.
  • Das Elektrodenmaterial setzt sich hauptsächlich aus der Aktivkohle zusammen und wird gemischt und gerührt, unter Erhalt einer Aktivkohlepaste. Die 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 Lithiumionen-Kondensator.
  • (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 angewandt werden. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen ein Walzenbeschichtungsverfahren, Applikator-Beschichtungsverfahren, elektrostatisches Beschichtungsverfahren, Pulverbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichtungsverfahren, Sprühbeschichter-Beschichtungsverfahren, Stangenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Walzenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichter-Beschichtungsverfahren, Rakelbeschichtungsverfahren, Stangenbeschichtungsverfahren, Streichmesserbeschichtungsverfahren, Blattbeschichtungsverfahren und Siebdruckverfahren.
  • Wenn Aktivkohle gefüllt ist, wird beispielsweise eine Leitungshilfe oder ein Bindemittel nach Bedarf zugegeben und ein organisches Lösungsmittel oder Wasser wird vermischt, zur Herstellung einer Aufschlämmung aus einer positiven Elektrodenmischung. Ein poröser Aluminiumkörper wird mit dieser Aufschlämmung durch das oben erwähnte Verfahren gefüllt. Als Leitungshilfe können beispielsweise Ruß wie Acetylenruß (AB) oder Ketjen-Ruß (KB) oder Kohlenstoffasern wie Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) verwendet werden. Als Bindemittel kann beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthangummi und dergleichen verwendet werden.
  • Das bei der Herstellung der Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung verwendete organischen Lösungsmittel kann angemessen ausgewählt werden, solange es nicht nachteilig Materialien (d. h. 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 weiterhin ein Tensid zur Verstärkung der Fülleistung 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 geschäumte Nickel, das oben beschrieben ist, gefüllt ist, ist bevorzugt, weil eine konventionelle Elektrode, bei der eine Kupferfolie für einen Stromkollektor verwendet wird, eine kleine Kapazität hat. Zur Durchführung der Vorgänge als Lithiumionen-Kondensator wird die negative Elektrode bevorzugt mit Lithiumionen vorher dotiert. Als Dotierverfahren können allgemein bekannte Verfahren angewandt werden. Beispiele der Dotierverfahren umfassen ein Verfahren, bei dem eine Lithiummetallfolie mit der Oberfläche einer negativen Elektrode fixiert wird und diese in eine elektrolytische Lösung zum Dotieren getaucht wird, ein Verfahren, bei dem eine Elektrode mit darin fixierten Lithiummetall in einen Lithiumionen-Kondensator angeordnet wird und nach Zusammenbauen einer Zelle ein elektrischer Strom zwischen der negativen Elektrode und der Lithiummetallelektrode geleitet wird, um die Elektrode elektrisch zu dotieren, und ein Verfahren, bei dem eine elektrochemische Zelle von einer negativen Elektrode und Lithiummetall zusammengebaut ist und eine negative Elektrode, die mit Lithium elektrisch dotiert ist, herausgenommen und verwendet wird.
  • In jedem Verfahren ist es bevorzugt, daß die Menge der Lithiumdotierung 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 Lithiumionen-Kondensators klein wird.
  • (Elektrolytische Lösung, die beim Lithiumionen-Kondensator verwendet wird)
  • Die gleiche nicht-wäßrige elektrolytische Lösung, die bei einer Lithiumbatterie verwendet wird, wird für eine elektrolytische Lösung verwendet. Eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung wird in einem polaren aprotischen Lösungsmittel verwendet, und spezifische Beispiele der nicht-wäßrigen elektrolytischen Lösung umfassen Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton und Sulfolan. Als Tragesalz werden Lithiumtetrafluorborat, Lithiumhexafluorphosphat, ein Imidsalz oder dergleichen verwendet.
  • (Herstellung des Lithiumionen-Kondensators)
  • Die Elektrode, erhalten auf obige Weise, wird zu einer angemessen Größe gestanzt und der negativen Elektrode mit einem zwischen der ausgestanzten Elektrode und der negativen Elektrode angeordneten Separator gegenübergelegt. Die negative Elektrode kann eine Elektrode sein, die mit Lithiumionen durch das oben erwähnte Verfahren dotiert ist, und wenn das Verfahren zum Dotieren der negativen Elektrode nach dem Zusammenbau einer Zelle angewandt wird, kann eine Elektrode mit daran gebundenen 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 von erforderlichen Abstandshaltern untergebracht und mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert. Schließlich wird ein Deckel auf das Gehäuse angeordnet, wobei eine Isolierdichtung zwischen dem Deckel und dem Gehäuse gelegt ist, und wird abgedichtet und hierdurch kann ein Lithiumionen-Kondensator hergestellt werden. Materialien der Elektrode und dergleichen werden bevorzugt adäquat möglichst stark getrocknet, zum Vermindern des Wassergehaltes im Lithiumionen-Kondensator. Die Herstellung des Lithiumionen-Kondensators wird in Umgebungen mit niedriger Feuchtigkeit durchgeführt, und das Abdichten kann in einer Umgebung mit reduziertem Druck durchgeführt werden. Zusätzlich ist der Lithiumionen-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.
  • (Elektrode für eine 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 aus einem geschmolzenen Salz, das als Elektrolyt dient, interkaliert werden kann, als Aktivmaterial verwendet werden. Das Aktivmaterial wird in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet. Als Leitungshilfe kann Acetylenruß oder dergleichen verwendet werden. Als Bindemittel kann Polytetrafluorethylen (PTFE) und dergleichen verwendet werden. Wenn Natriumchromit als Aktivmaterial und Acetylenruß als Leitungshilfe verwendet wird, ist das Bindemittel bevorzugt PTFE, weil PTFE mit Acetylenruß 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 mit Erhöhung der Temperatur weicher. Somit ist es bevorzugt, Natrium mit einem anderen Metall (Si, Sn, In, etc.) zu legieren. Insbesondere ist eine Legierung aus Natrium und Sn bevorzugt wegen der leichten Handhabbarkeit. Natrium oder eine Natriumlegierung kann auf der Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers durch Elektroplattieren, Heißtauchen oder ein anderes Verfahren getragen werden. Alternativ kann ein Metall (Si, etc.) das mit Natrium legiert werden soll, auf dem porösen Aluminiumkörper durch Plattieren niedergeschlagen werden und dann in eine Aluminiumlegierung durch Laden in einer geschmolzenen Salzbatterie umgewandelt werden.
  • 16 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 Elektroden-Aktivmaterial auf der Oberfläche eines Aluminiumgerüstet eines porösen Aluminiumkörpers getragen wird, eine negative Elektrode 122, worin ein negatives Elektrodenaktivmaterial auf der Oberfläche eines Aluminiumgerüstes eines porösen Aluminiumkörpers getragen wird, und einen Separator 123, der mit einem geschmolzenen Salz eines Elektrolyten imprägniert ist, die in einem Gehäuse 127 untergebracht sind. Ein Preßteil 126, umfassend eine Preßplatte 124 und eine Feder 125 zum Pressen der Preßplatte, ist zwischen der oberen Oberfläche des Gehäuses 127 und der negativen Elektrode angeordnet. Durch Vorsehen des Preßteils können die positive Elektrode 121, die negative Elektrode 122 und der Separator 123 gleichmäßig gepreßt werden, um miteinander kontaktiert zu werden, selbst ihr Volumen sich geändert hat. Ein Stromkollektor (poröser Aluminiumkörper) der positiven Elektrode 121 und ein Stromkollektor (poröser Aluminiumkörper der negativen Elektrode 122 werden mit einem positiven Elektrodenende 128 und einem negativen Elektrodenende 129 durch einen Leitungsdraht 130 verbunden.
  • Das geschmolzene Salz, das als Elektrolyt dient, kann verschiedene anorganische oder organische Salze sein, die bei der Arbeitstemperatur schmelzen. Als Kation des geschmolzenen Salzes können ein oder mehrere Kationen ausgewählt aus Alkalimetallen wie Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb) und Cäsium (Cs) und Erdalkalimetallen wie Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr) und Barium (Ba) verwendet werden.
  • Zur Verminderung des Schmelzpunktes des geschmolzenen Salzes ist es bevorzugt, eine Mischung von zumindest zwei Salzen zu verwenden. Beispielsweise kann die Verwendung von Kaliumbis(fluorsulfonyl)amid (K-N(SO2F)2; KFSA) und Natriumbis(fluorsulfonyl)amid (Na-N(SO2F)2; NaFSA) in Kombination die Arbeitstemperatur der Batterie auf 90°C oder niedriger 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 unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben, aber diese Erfindung ist nicht hierauf beschränkt.
  • [Beispiel 1]
  • (Bildung einer Leitungsschicht)
  • Ein Urethanschaum mit einer Porosität von 95%, etwa 50 Poren (Zellen) pro Inch, einem Porendurchmesser von 550 μm und einer Dicke von 1 mm wurde als Urethanharz-Formkörper hergestellt und in ein Rechteck mit 100 mm × 30 mm geschnitten. Ein Film aus Aluminium wurde auf der Oberfläche des Polyurethanschaumes in einem Gewicht pro Einheitsfläche von 10 g/m2 als Leitungsschicht durch das Sputterverfahren gebildet.
  • (Geschmolzenes Salzplattieren)
  • Der Urethanschaum mit einer leitenden Schicht, gebildet auf der Oberfläche davon, wurde als ein Arbeitsstück in einem Spannrahmen mit einer Elektrizitätszufuhrfunktion beladen und dann wurde der Spannrahmen in eine Handschuhbox gegeben, deren Inneres auf einer Argonatmosphäre und niedrige Feuchtigkeit (Taupunkt von –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. Dann wurden zwei Walzen in der Form eines umgekehrten V in bezug auf das Arbeitsstück angeordnet und das geschmolzene Salzplattieren wurde durchgeführt, während die Breite des Arbeitsstückes aufgeweitet wurde, und eine Spannung von 65 kPa wurde auf das Arbeitsstück in der Breitenrichtung auferlegt. Der Spannrahmen, der das Arbeitsstück hielt, wurde mit der Kathode aus einem Rektifizierer verbunden, und eine Aluminiumplatte (Reinheit 99,99%) der Gegenelektrode wurde mit der Anode verbunden. Das Arbeitsstück wurde durch Auferlegung eines Direktstroms bei einer Stromdichte von 3,6 A/dm2 90 Minuten plattiert, unter Erhalt einer Aluminiumstruktur, worin 150 g/m2 einer Aluminium-plattierten Schicht auf der Oberfläche des Urethanschaums gebildet waren. Das Rühren wurde mit einem Rührer unter Verwendung eines Teflon(eingetragene Marke)-Rotors durchgeführt. Die Stromdichte wurde auf der Basis der Scheindichte des Urethanschaumes berechnet.
  • (Zersetzung des porösen Harzformkörpers)
  • Jede der oben erwähnten Aluminiumstrukturen wurde in ein LiCl-KCl-eutektisches geschmolzenes Salz 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 stammen wurden in dem geschmolzenen Salz erzeugt. Dann wurde die Aluminiumstruktur auf Raumtemperatur in der Atmosphäre gekühlt und mit Wasser gewaschen, zur Entfernung des geschmolzenen Salzes, unter Erhalt eines porösen Aluminiumkörpers, von dem das Harz entfernt worden war. Der erhaltene poröse Aluminiumkörper hatte kontinuierliche Poren und eine hohe Porosität wie bei dem Urethanschaum, der als Kernmaterial verwendet wurde.
  • Nachfolgend wird die Breitenrichtung (30 mm) des porösen Aluminiumkörpers als X-Richtung und die longitudinale Richtung (100 mm) davon als Y-Richtung verwendet.
  • (Verarbeiten des Endteils des porösen Aluminiumkörpers)
  • Die Dicke des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde auf 0,96 mm durch Walzenpressen eingestellt und der poröse Aluminiumkörper wurde in ein Stück mit einem Quadrat von 5 cm geschnitten.
  • Zur Herstellung des Schweißens wurde ein SUS-Block (Stab) mit einer Breite von 5 mm und ein Hammer als Kompressions-Spannrahmen verwendet und der SUS-Block wurde bei einer Stelle 5 mm von einem Ende parallel zu der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers angeordnet und der poröse Aluminiumkörper durch Schlagen des SUS-Blockes mit dem Hammer zur Bildung eines komprimierten Teils mit einer Dicke von 100 μm komprimiert.
  • Danach wurde eine Anhänger-Leitung durch Punktschweißen unter 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
    <Leitung>
    Material: Aluminium
    Dimension: Freite 5 mm, Länge 7 cm, Dicke 100 μm
    Oberflächenbedingung: Böhmit-Behandlung
  • Der Zelldurchmesser des resultierenden porösen Aluminiumkörpers wurde gemessen und folglich war der Zelldurchmesser in X-Richtung 632 μm und der Zelldurchmesser in Y-Richtung war 474 μm. Das Verhältnis des Zelldurchmessers in Y-Richtung zum Zelldurchmesser in X-Richtung war 0,75.
  • Der elektrische Widerstand des resultierenden porösen Aluminiumkörpers wurde gemessen und folglich war der elektrische Widerstand in X-Richtung 0,7 Ω·cm und der elektrische Widerstand in Y-Richtung war 0,20 Ω·cm und das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in Y-Richtung zum elektrischen Widerstand in X-Richtung war 1,2.
  • [Beispiel 2]
  • Ein poröser Aluminiumkörper wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Spannung, die auf das Arbeitsstück in der Breitenrichtung (X-Richtung) auferlegt wurde, auf 125 kPa beim geschmolzenen Salzplattieren geändert wurde.
  • Wie bei Beispiel 1 wurde der Zelldurchmesser des resultierenden porösen Aluminiumkörpers gemessen und folglich war der Zelldurchmesser in X-Richtung 740 μm und der Zelldurchmesser in Y-Richtung war 407 μm, und das Verhältnis des Zelldurchmessers in Y-Richtung zum Zelldurchmesser in X-Richtung war 0,55.
  • Der elektrische Widerstand des resultierenden porösen Aluminiumkörpers wurde gemessen und folglich war der elektrische Widerstand in X-Richtung 0,14 Ω·cm und der elektrische Widerstand in Y-Richtung war 0,21 Ω·cm und das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in Y-Richtung zum elektrischen Widerstand in X-Richtung war 1,5.
  • [Beispiel 3]
  • Ein poröser Aluminiumkörper wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß eine Spannung von 50 kPa auf das Arbeitsstück in der Tragerichtung ohne Aufweiten der Breite des Arbeitsstückes beim geschmolzenen Salzplattieren auferlegt wurde und eine Stromsammelleitung wurde an einem Flächenbereich mit einer Breite von 5 mm von einem Ende parallel zu der X-Richtung angeordnet.
  • Der Zelldurchmesser des resultierenden porösen Aluminiumkörpers wurde gemessen und folglich war der Zelldurchmesser in X-Richtung 498 μm und Zelldurchmesser in Y-Richtung war 598 μm und das Verhältnis des Zelldurchmesser in Y-Richtung zum Zelldurchmesser in X-Richtung war 1,20.
  • Der elektrische Widerstand des resultierenden porösen Aluminiumkörper wurde gemessen und folglich war der elektrische Widerstand in X-Richtung 0,20 Ω·cm und der elektrische Widerstand in Y-Richtung war 0,17 Ω·cm und das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in Y-Richtung zum elektrischen Widerstand in X-Richtung war 0,85.
  • [Beispiel 4]
  • Ein poröser Aluminiumkörper wurde auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 3 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die auf das Arbeitsstück auferlegt Spannung in Tragerichtung auf 125 kPa in einem geschmolzenen Salzplattieren geändert wurde.
  • Der Zelldurchmesser des resultierenden porösen Aluminiumkörpers wurde gemessen und folglich war der Zelldurchmesser in X-Richtung 405 μm und Zelldurchmesser in Y-Richtung war 742 μm und das Verhältnis des Zelldurchmesser in Y-Richtung zum Zelldurchmesser in X-Richtung war 1,83.
  • Der elektrische Widerstand des resultierenden porösen Aluminiumkörper wurde gemessen und folglich war der elektrische Widerstand in X-Richtung 0,21 Ω·cm und der elektrische Widerstand in Y-Richtung war 0,14 Ω·cm und das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in Y-Richtung zum elektrischen Widerstand in X-Richtung war 0,7.
  • [Vergleichsbeispiel 1]
  • Ein poröser Aluminiumkörper wurde auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß keine Spannung auf das Arbeitsstück beim geschmolzenen Salzplattieren auferlegt wurde.
  • Der Zelldurchmesser des resultierenden porösen Aluminiumkörpers wurde gemessen und wenn die Breitenrichtung des porösen Aluminiumkörpers als X-Richtung verwendet wurde, und die longitudinale Richtung orthogonal zu der Breitenrichtung als Y-Richtung verwendet wurde, war der Zelldurchmesser in X-Richtung 531 μm und der Zelldurchmesser in Y-Richtung war 568 μm und das Verhältnis des Zelldurchmessers in Y-Richtung zum Zelldurchmesser in X-Richtung 1,07.
  • Der elektrische Widerstand des resultierenden porösen Aluminiumkörper wurde gemessen und folglich war der elektrische Widerstand in X-Richtung 0,19 Ω·cm und der elektrische Widerstand in Y-Richtung war 0,19 Ω·cm und das Verhältnis des elektrischen Widerstandes in Y-Richtung zum elektrischen Widerstand in X-Richtung war 1,0.
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
  • Figure 00640001
  • Es wurde bestätigt, daß die Stromkollektoren der Beispiele 1 bis 4 einen kleineren elektrischen Widerstand in der Stromsammelrichtung als der Stromkollektor von Vergleichsbeispiel 1 haben. Das heißt bei den Beispielen 1 und 2 wurden poröse Aluminiumkörper erhalten, bei denen der elektrische Widerstand in der Breitenrichtung (X-Richtung) des porösen Aluminiumkörpers klein war, und bei den Beispielen 3 und 4 wurden poröse Aluminiumkörper erhalten, bei denen der elektrische Widerstand in der longitudinalen Richtung (Y-Richtung) des porösen Aluminiumkörpers klein war.
  • Diese Erfindung wurde auf der Basis von Ausführungsbeispielen beschrieben, aber ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsbeispiele beschränkt. Variationen können bei diesen Ausführungsbeispielen innerhalb des Umfangs und Äquivalens dieser Erfindung durchgeführt werden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Durch Verwendung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung kann ein Stromkollektor, bei dem der elektrische Widerstand in der Stromsammelrichtung klein ist, hergestellt werden. Darüber hinaus kann der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk dieser Erfindung in einem Schritt verwendet werden, der kontinuierlich ein Elektrodenmaterial erzeugt, und kann geeignet als Basismaterial bei der Durchführung von industriell kontinuierlichen Produktionen von Elektroden, beispielsweise für eine nicht-wäßrig Elektrolytbatterie (Lithiumbatterie etc.) und Kondensator und Lithiumionen-Kondensator verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Harzformkörper
    2
    Leitende Schicht
    3
    Aluminium-plattierte 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
    Anhänger-Leitung
    38
    Isolations-/Abdichtband
    41
    Abwickelwalze
    42
    Kompressionswalze
    43
    Kompressions-Schweißwalze
    44
    Füllwalze
    45
    Trocknungsmaschine
    46
    Kompressionswalze
    47
    Schneidwalze
    48
    Aufwickelwalze
    49
    Leitungszuführwalze
    50
    Aufschlämmungszuführdüse
    51
    Aufschlämmung
    60
    Lithiumbatterie
    61
    Positive Elektrode
    62
    Negative Elektrode
    63
    Festelektrolytschicht (SE-Schicht)
    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. Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk, umfassend: einen lagenförmigen porösen Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur für einen Stromkollektor, wobei der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk einen Zelldurchmesser in einer X-Richtung davon aufweist, der verschieden ist von einem Zelldurchmesser in einer Y-Richtung davon, wenn eine der beiden Richtungen orthogonal zu der anderen als X-Richtung und die andere als Y-Richtung verwendet wird.
  2. Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk nach Anspruch 1, worin ein Verhältnis des Zelldurchmessers in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung davon 0,30 oder mehr und 0,80 oder weniger ist.
  3. Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk nach Anspruch 1, worin ein Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung davon 1,1 oder mehr und 2,5 oder weniger ist.
  4. Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk nach Anspruch 1, worin ein Verhältnis des Zelldurchmessers in der X-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk zu dem Zelldurchmesser in der X-Richtung davon 1,2 oder mehr und 3,0 oder weniger ist.
  5. Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk nach Anspruch 1, worin ein Verhältnis des elektrischen Widerstandes in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk zu dem elektrischen Widerstand in der X-Richtung davon 0,40 oder mehr und 0,90 oder weniger ist.
  6. Stromkollektor, worin ein streifenförmiges komprimiertes Teil, komprimiert in einer Dickenrichtung an einem Endteil in der Y-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk gemäß Anspruch 2 oder 3 gebildet und eine Leitung an das komprimierte Teil durch Schweißen gebunden ist.
  7. Stromkollektor, worin ein streifenförmiges komprimiertes Teil, komprimiert in Dickenrichtung, an einem Endteil in der X-Richtung des porösen Aluminiumkörpers mit dreidimensionalem Netzwerk gemäß Anspruch 4 oder 5 gebildet ist und eine Leitung an das komprimierte Teil durch Schweißen gebunden ist.
  8. Elektrode, umfassen den Stromkollektor gemäß Anspruch 6 oder 7, worin eine Öffnung des Stromkollektors mit einem Aktivmaterial gefüllt ist.
  9. Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode, umfassend zumindest einen Dicken-Einstellschritt, einen Leitungsschweißschritt, einen Füllschritt für aktives Material, einen Trocknungsschritt, einen Komprimierschritt und einen Schneidschritt, worin der poröse Aluminiumkörper mit dreidimensionalem Netzwerk gemäß Anspruch 1 als Basismaterial verwendet wird.
  10. Nicht-wäßrige Elektrolytbatterie, umfassend die Elektrode gemäß Anspruch 8.
  11. Kondensator, umfassend eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung, umfassend die Elektrode gemäß Anspruch 8.
  12. Lithiumionen-Kondensator, umfassend eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung, umfassend die Elektrode gemäß Anspruch 8.
DE112012000879T 2011-02-18 2012-02-14 Poröser Aluminiumkörper mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur, Stromkollektor und Elektrode, die jeweils den porösen Aluminiumkörper verwenden, und nicht-wäßrige Elektrolytbatterie, Kondensator und Lithiumionen-Kondensator mit nicht-wäßriger elektrolytischer Lösung, die jeweils die Elektrode verwenden Withdrawn DE112012000879T5 (de)

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