DE112012000896T5

DE112012000896T5 - Elektrode für elektrochemisches Element und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE112012000896T5
Application number: DE112012000896T
Authority: DE
Inventors: Koutarou Kimura; Hideaki SAKAIDA; Akihisa Hosoe; Kazuki Okuno; Hajime Ota; Kengo Goto; Junichi Nishimura
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Sumitomo Electric Toyama Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Sumitomo Electric Toyama Co Ltd
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-12-12
Also published as: US20130040205A1; WO2012111707A1; KR20140051130A; CN103329328B; JP2012186143A; US9184435B2; CN103329328A

Abstract

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Elektrode für ein elektrochemisches Element, durch die ein elektrochemisches Element mit einer Leistung, die adäquat höher ist als von konventionellen elektrochemischen Elementen, erhalten werden kann, und ein Verfahren zur Erzeugung dieser anzugeben. Das Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element dieser Erfindung umfaßt einen Aufschlämmungsfüllschritt zum Füllen einer Aufschlämmung, umfassend ein aktives Material, in kontinuierliche Poren eines porösen Aluminiumkörpers mit den kontinuierlichen Poren, und einen Aufschlämmungstrocknungsschritt zum Trocknen der gefüllten Aufschlämmung, und bei diesem Verfahren wird nach dem Aufschlämmungstrocknungsschritt eine Elektrode für ein elektrochemisches Element erzeugt ohne Durchführen eines Kompressionsschrittes zum Komprimieren des porösen Aluminiumkörpers mit der darin aufgefüllten und getrockneten Aufschlämmung. Bei der Elektrode für ein elektrochemisches Element dieser Erfindung wird eine Mischung, umfassend ein aktives Material, in kontinuierliche Poren eines porösen Aluminiumkörpers mit den kontinuierlichen Poren gefüllt und die Porosität (%) des porösen Aluminiumkörpers, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird, ist 15 bis 55%. Porosität (%) = {1 – (Volumen des Elektrodenmaterials)/(scheinbares Volumen der Elektrode)} × 100.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft eine Elektrode für elektrochemische Elemente wie eine Lithium-Batterie (umfassend eine ”Lithium-Sekundärbatterie”), einen elektrischen Doppelschichtkondensator, einen Lithiumionen-Kondensator und eine Batterie mit geschmolzenem Salz, die jeweils eine hohe Leistung haben, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Hintergrund der Erfindung
Elektrochemische Elemente, wie eine Lithium-Batterie, ein elektrischer Doppelschichtkondensator, ein Lithiumionen-Kondensator und eine Batterie mit geschmolzenem Salz werden in großem Umfang als Energiezufuhr für tragbare mikroelektronische Geräte wie Handys und Laptops und für elektrische Fahrzeuge (EV) verwendet.
Für diese elektrochemischen Elemente wird im allgemeinen eine Elektrode, worin eine Mischungsschicht, die ein aktives Material enthält, auf einer Metallfolie gebildet ist, verwendet. Beispielsweise wird bei einer positiven Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie, die in 4 gezeigt ist, eine Elektrode 31 für eine Lithium-Sekundärbatterie, worin positive Elektrodenmischungsschichten 33, umfassend ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode wie ein Lithiumcobaltoxid(LiCoO₂)-Pulver, ein Bindemittel wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) und eine Leitungshilfe wie ein Kohlenstoffpulver auf beiden Oberflächen eines Stromkollektors 32 aus einer Aluminium(Al)-Folie gebildet sind, verwendet, und eine solche Elektrode 31 für eine Lithium-Sekundärbatterie wird erzeugt durch Auftragen einer Mischung für eine positive Elektrode in einer Aufschlämmungsform, erhalten durch Addition und Mischen eines Lösungsmittels mit dem Stromkollektor 32 aus einer Aluminiumfolie und durch Trocknen des resultierenden Beschichtungsfilms (z. B. Patentliteratur 1).
Als Mittel zur Verbesserung der Leistung des elektrochemischen Elementes werden im allgemeinen Verfahren verwendet, bei denen mehrere verdünnte Elektroden beschichtet werden oder eine Elektrode mit einer größeren Fläche zu einer Rolle gewickelt wird.
Liste der Druckschriften Patentliteratur

[Patentliteratur 1] japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung 2001-143702 .

Zusammenfassung der Erfindung
(Technisches Problem)
Eine weitere Verbesserung der Leistung ist erwünscht, weil eine Vorrichtung unter Verwendung eines elektrochemischen Elementes in den letzten Jahren stark funktionalisiert ist.
Daher ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Elektrode für ein elektrochemisches Element, mit der ein elektrochemisches Element mit einer Leistung, die adäquat höher ist als konventionelle elektrochemische Elemente, erhalten werden kann, und ein Verfahren zur Erzeugung dieser anzugeben.
(Lösung des Problems)
Zur Lösung der obigen Probleme haben diese Erfinder sich zunächst auf eine Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie, ein Verfahren, das bei einer Metall-Hydrid-Batterie verwendet wird, das heißt ein Verfahren, bei dem ein poröser Nickelkörper mit einer ausgezeichneten Stromsammelfunktion als eine Nickel(Ni)-Folie für einen Stromkollektor verwendet wird, wobei der porös Nickelkörper mit einem Nickelhydroxid(Ni(OH)₂)-Pulver als aktives Material gefüllt und dann gepreßt (komprimiert) wird, zur Verstärkung der Fülldichte und zur Verminderung eines Abstandes zwischen jedem Aktivmaterialpulver und dem porösen Nickelkörper, wobei hierdurch der elektrische Widerstand der Elektrode vermindert wird, und diese Erfinder haben Untersuchungen bezüglich der Anwendung eines porösen Aluminiumkörpers bei einem Stromkollektor der Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie durchgeführt.
Weil die Festigkeit von Aluminium etwa nur ein Drittel im Vergleich zu der von Nickel ist, wird ein Aluminiumgerüst leicht deformiert. Wenn ein dichtes Pressen bei einem hohen Komprimierverhältnis durchgeführt wird, gibt es daher die Möglichkeit, daß das Gerüst bricht, unter Verschlechterung der Stromsammelfunktion, und daß daher der elektrische Widerstand erhöht wird. Wenn der poröse Aluminiumkörper dicht gepreßt wird, kann, wein ein Raum innerhalb der Elektrode gering wird, zum Inhibieren der Permeation einer elektrolytischen Lösung in die Elektrode, nur eine Lithium-Sekundärbatterie mit niedriger Leistung erhalten werden.
Daher haben diese Erfinder versucht, eine Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie ohne Pressen nach dem Füllen und Trocknen einer Aufschlämmung mit einem aktiven Material, das heißt ohne Verursachung einer Deformation des Aluminiumgerüstes herzustellen.
Als Ergebnis wurde festgestellt, daß, weil eine solche Elektrode nicht gepreßt wird, ein großer Raum innerhalb der Elektrode verbleibt, die Permeation einer elektrolytischen Lösung in die Elektrode nicht inhibiert wird und die Leistung der Lithium-Sekundärbatterie verbessert werden kann.
Weiter haben diese Erfinder bestätigt, daß eine solche Elektrode nicht nur als Elektrode einer Lithium-Sekundärbatterie verwendet werden kann, sondern ebenfalls als eine Elektrode von elektrochemischen Elementen wie andere Lithium-Batterien, zum Beispiel Lithium-Primärbatterien, und weiterhin elektrische Doppelschichtkondensatoren, Lithiumionen-Kondensatoren und Batterien mit geschmolzenem Salz, und daß eine solche Elektrode die Leistung dieser elektrochemischen Elemente verbessern kann.
Die Erfindung gemäß Anspruch 1 ist eine Erfindung auf der Basis der obigen Feststellungen und ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element umfassend:
Einen Füllschritt für eine Aufschlämmung zum Füllen einer Aufschlämmung, die ein Aktivmaterial enthält, in kontinuierliche Poren aus einem porösen Aluminiumkörper mit den kontinuierlichen Poren, und
einen Aufschlämmungs-Trockungsschritt zum Trocknen der aufgefüllten Aufschlämmung, unter Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element nach dem Aufschlämmungs-Trocknungsschritt, ohne Durchführen eines Komprimierschrittes zum Komprimieren des porösen Aluminiumkörpers mit der darin aufgefüllten Aufschlämmung, die getrocknet ist.
Während in der Erfindung gemäß Anspruch 1 der Komprimierschritt nicht vorgesehen wird, um die Deformation eines Aluminiumgerüstes zu vermeiden, haben diese Erfinder weitere Untersuchungen durchgeführt, und folglich festgestellt, daß selbst obwohl der Komprimierschritt vorgesehen wird, es möglich ist, wenn die Deformation des Aluminiumgerüstes durch Pressen moderat klein ist, eine Elektrode für ein elektrochemisches Element mit einer Wirkung herzustellen, die nahe bei dem Fall liegt, daß der Komprimierschritt nicht durchgeführt wird durch eine Reduktion des elektrischen Widerstandes durch Verminderung eines Abstandes zwischen jedem Aktivmaterial und dem porösen Aluminiumköpergerüst, und daß es folglich möglich ist, ein elektrochemisches Element mit einer ausreichend hohen Leistung zu erhalten.
Spezifisch wurde festgestellt, daß dann, wenn die Dicke vor dem Komprimieren des porösen Aluminiumkörpers mit der Aufschlämmung, umfassend ein aktives Material, die darin gefüllt ist und der getrocknet ist, mit d bezeichnet wird und die Dicke nach dem Komprimieren mit t wird, der poröse Aluminiumkörper komprimiert werden kann, so daß er die Gleichung 0,5d ≤ t ≤ 1,0d erfüllt.
Die Erfindung gemäß Anspruch 2 ist eine Erfindung auf der Basis der oben erwähnten Feststellungen und ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element, umfassend:
Einen Aufschlämmungs-Füllschritt zum Füllen einer Aufschlämmung, umfassend ein aktives Material, in kontinuierliche Poren eines porösen Aluminiumkörpers mit kontinuierlichen Poren,
einem Aufschlämmungs-Trocknungsschritt zum Trocknen der gefüllten Aufschlämmung, und
einen Komprimierschritt zum Komprimieren des porösen Aluminiumkörpers mit der darin aufgefüllten Aufschlämmung, und der getrocknet ist, so daß folgende Beziehung erfüllt wird nach dem Aufschlämmungs-Trocknungsschritt 0,5d ≤ t < 1,0d d ist eine Dicke eines porösen Aluminiumkörpers vor dem Komprimieren und t ist eine Dicke eines porösen Aluminiumkörpers nach dem Komprimieren.
Wenn der poröse Aluminiumkörper in der Umgebung erwärmt wird, bei der Sauerstoff in einem Produktsschritt vorhanden ist, läuft die Oxidation von Aluminium leicht ab, zur Erzeugung eines Oxidfilmes an der Oberfläche des porösen Körpers. Bei einem porösen Aluminiumkörper mit einem darauf gebildeten Oxidfilm kann, weil die gesamte Oberfläche nicht effektiv verwendet werden kann, eine adäquat große Menge des aktiven Materials nicht getragen werden und der Kontaktwiderstand zwischen dem aktiven Material und dem porösen Aluminiumkörper kann nicht vermindert werden.
Angesichts einer solchen Situation haben diese Erfinder ein Verfahren zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers ohne Erwärmen von Aluminium in einer Sauerstoff-haltigen Umgebung entwickelt. Demzufolge wird des möglich, einen porösen Aluminiumkörper mit geringer Sauerstoffmenge an der Oberfläche zu erhalten, das heißt, es kann ein poröser Aluminiumkörper mit einer geringen Menge eines Oxidfilmes an der Oberfläche erhalten werden.
Durch Erwärmen eines Harzschaumes, der mit einer Aluminiumschicht, die darauf gebildet ist, versehen ist und kontinuierliche Poren aufweist, auf eine Temperatur des Schmelzpunktes von Aluminium oder weniger in einem Zustand, daß er in einem geschmolzenen Salz getaucht ist, während ein negatives Potential auf die Aluminiumschicht auferlegt wird, zur Zersetzung des Harzschaumes, ist es möglich, einen porösen Aluminiumkörper zu erhalten, worin die Sauerstoffmenge der Oberfläche, quantifiziert bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV unter Verwendung von EDX-Analyse, 3,1 mass% oder weniger ist.
Durch Verwendung eines solchen Aluminiumkörpers kann die Menge des zu tragenden Aktivmaterials erhöht und der Kontaktwiderstand zwischen dem aktiven Material und dem porösen Aluminiumkörper bei einem niedrigen Niveau gehalten werden, und daher kann das Verfügbarkeitsverhältnis des aktiven Materials verbessert werden.
Die Erfindung gemäß Anspruch 3 ist eine Erfindung auf der Basis der obigen Feststellungen und ist das Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der poröse Aluminiumkörper ein poröser Aluminiumkörper ist, bei dem die Sauerstoffmenge der Oberfläche, quantifiziert bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV unter Verwendung der EDX-Analyse, 3,1 mass% oder weniger ist.
Dann haben diese Erfinder sich auf einen Unterschied zwischen dem Fall des Komprimierens und dem Fall des Nicht-Komprimierens und eine Änderung der Porosität des porösen Körpers konzentriert, die in Abhängigkeit vom Kompressionsgrad beim Komprimieren variiert. Spezifisch haben diese Erfinder sich auf die Porosität (%) dargestellt durch die folgende Gleichung, konzentriert. Zusätzlich betrifft das Volumen eines Elektrodenmaterials in der folgenden Gleichung ein Volumen (wahres Volumen), bestimmt durch die jeweiligen Gewichte und die spezifischen Gewichte des porösen Aluminiumkörpers und der Mischung. Folglich wurde festgestellt, daß dann, wenn eine Elektrode mit einer Porosität von 15 bis 55% und bevorzugt 30 bis 45% verwendet wird, ein ausreichender Raum innerhalb der Elektrode hergestellt werden kann, während die Fülldichte eines Aktivmaterials sichergestellt wird, und daß die elektrolytische Lösung adäquat in die Elektrode permeieren kann, zur Verbesserung der Leistung des elektrochemischen Elementes. Porosität (%) = {1 – (Volumen des Elektrodenmaterials)/(scheinbares Volumen der Elektrode)} × 100
Die Erfindung gemäß Anspruch 4 ist eine Erfindung auf der Basis der oben erwähnten Feststellungen und ist eine Elektrode für ein elektrochemisches Element, umfassend einen porösen Aluminiumkörper mit kontinuierlichen Poren, in die eine Mischung mit einem Aktivmaterial gefüllt ist, wobei der poröse Aluminiumkörper eine Porosität (%), dargestellt durch die folgende Gleichung, von 15 bis 55% hat: Porosität (%) = {1 – (Volumen des Elektrodenmaterials)/(scheinbares Volumen der Elektrode)} × 100
Durch Verwendung eines porösen Aluminiumkörpers, bei dem die Sauerstoffmenge der Oberfläche 3,1 mass% oder weniger ist, wie oben beschrieben, ist es möglich, eine Elektrode für ein elektrochemisches Element anzugeben, worin die Menge des Aktivmaterials, das getragen wird, erhöht ist, der Kontaktwiderstand zwischen dem Aktivmaterial und dem porösen Aluminiumkörper klein ist und daher wird das Verfügbarkeitsverhältnis des Aktivmaterials verbessert.
Die Erfindung gemäß Anspruch 5 ist eine Erfindung auf Basis der oben erwähnten Feststellungen und ist das Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element gemäß Anspruch 4, worin der poröse Aluminiumkörper ein poröser Aluminiumkörper ist, worin die Sauerstoffmenge der Oberfläche, quantifiziert bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV durch Anwendung von EDX-Analyse, 3,1 mass% oder weniger ist.
(Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung)
Gemäß dieser Erfindung ist es möglich, eine Elektrode für ein elektrochemisches Element anzugeben, mit dem ein elektrochemisches Element mit einer Leistung, die adäquat höher ist als konventionelle elektrochemische Elemente, erhalten werden kann, und ein Verfahren zu deren Erzeugung anzugeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(a), 1(b) und 1(c) sind Ansichten, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers dieser Erfindung erläutern.
2 ist eine Ansicht, die ein Produktionsverfahren einer Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung erläutert.
3 ist eine Ansicht, die schematisch den Zustand erläutert, wenn der Vorläufer der Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie in einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung geschnitten wird.
4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Ausführungsbeispiel einer konventionellen Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie zeigt.
5 ist eine vertikale Schnittansicht einer Lithium-Sekundärbatterie im festen Zustand, worin eine Elektrode für ein elektrochemisches Element gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet wird.
6 ist eine schematische Schnittansicht eines elektrischen Doppelschichtkondensators, bei dem eine Elektrode für ein elektrochemisches Element gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet wird.
7 ist eine schematische Schnittansicht eines Lithiumionen-Kondensators, bei dem eine Elektrode für ein elektrochemisches Element gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet wird.
8 ist eine schematische Schnittansicht einer Batterie mit geschmolzenem Salz, worin eine Elektrode für ein elektrochemisches Element gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet wird.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird diese Erfindung auf Basis von Ausführungsbeispielen dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In der folgenden Beschreibung wird zunächst ein Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element beschrieben, und dann wird eine Lithiumbatterie, ein elektrischer Doppelschichtkondensator, ein Lithiumionen-Kondensator und eine Batterie mit geschmolzenem Salz unter Verwendung der Elektrode für ein elektrochemisches Element beschrieben.
[A] Elektrode für elektrochemisches Element
Bei einem Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element wird ein Verfahren zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers beschrieben, und dann wird das Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element unter Verwendung des porösen Aluminiumkörpers beschrieben, wobei die Herstellung einer Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie als Beispiel genommen wird.
1. Produktion des porösen Aluminiumkörpers
Zunächst wird ein Verfahren zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers beschrieben, der für die Elektrode für ein elektrochemisches Element dieser Erfindung verwendet wird. 1(a), 1(b) und 1(c) sind Ansichten, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Erzeugung eines porösen Aluminiumkörpers erläutern und sind Ansichten, die schematisch die Bildung einer Aluminiumstruktur (poröser Körper) unter Verwendung eines Harzformkörpers als Kernmaterial zeigen.
Zunächst wird eine Herstellung eines Harzformkörpers, der als Grundmaterial dient, durchgeführt. 1(a) ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die ein Teil eines Querschnittes eines Harzschaum-Formkörpers mit kontinuierlichen Poren als Beispiel eines Harzformkörpers, der als Grundmaterial dient, zeigt, und es wird ein Zustand gezeigt, bei dem Poren im Gerüst eines Harzschaum-Formkörpers 1 gebildet sind. Dann wird eine leitende Behandlung der Oberfläche des Harzformkörpers durchgeführt. Durch diesen Schritt wird eine dünne leitende Schicht aus einem elektrischen Leiter auf der Oberfläche des Harzschaum-Formkörpers 1 erzeugt. Anschließend wird ein Aluminiumplattieren in einem geschmolzenen Salz durchgeführt, unter Bildung einer Aluminium-plattierten Schicht 2 auf der Oberfläche der leitenden Schicht aus dem Harzformkörper (1(b)). Hierdurch wird eine Aluminiumstruktur erhalten, bei der die Aluminium-plattierte Schicht 2 auf der Oberfläche des Harzformkörpers gebildet ist, der als Grundmaterial dienst. Danach kann der Harzschaum-Formkörper 1 durch Zersetzung oder dergleichen entfernt werden, unter Erhalt einer Aluminiumstruktur (poröser Körper) 3, umfassend nur eine verbleibende Metallschicht (1(c)). Nachfolgend wird jeder dieser Schritte beschrieben.
(1) Herstellung des Harzformkörpers
Zunächst wird als Harzformkörper, der als Basismaterial dient, ein poröser Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur und kontinuierlichen Poren hergestellt. Ein Material des Harzformkörpers kann irgendein Harz sein. Als Material kann ein Harzschaum-Formkörper aus Polyurethan, Melaminharzen, Polypropylenen 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 Verwirbelung eines fasrigen Harzes, anstelle des Harzschaum-Formkörpers verwendet werden.
Der Harzformkörper hat bevorzugt kontinuierliche Poren mit einer Porosität von 40 bis 98% und einem Zelldurchmesser von 50 bis 1000 μm, und mehr bevorzugt kontinuierliche Poren mit einer Porosität von 80 bis 98% und einem Zelldurchmesser von 50 bis 500 μm. Urethanschäume und Melaminharzschäume haben eine hohe Porosität, Kontinuität der Poren und ausgezeichnete Zersetzungseigenschaften und können daher bevorzugt als Harzformkörper verwendet werden. Urethanschäume sind bezüglich der Gleichmäßigkeit der Poren, der leichten Verfügbarkeit und dergleichen bevorzugt und bevorzugt, weil Urethanschäume mit einem kleinen Porendurchmesser verfügbar sind.
Harzformkörper enthalten häufig restliche Materialien wie ein Schäummittel und nicht-reagierte Monomere bei der Produktion des Schaumes und werden daher bevorzugt einer Waschbehandlung wegen der anschließenden Schritte unterworfen. Beispielsweise ist im Urethanschaum ein dreidimensionales Netzwerk eines Gerüsts durch den Harzformkörper konfiguriert, und daher sind kontinuierliche Poren insgesamt konfiguriert. Das Gerüst des Urethanschaumes hat eine nahezu dreieckige Form in einem Querschnitt senkrecht zu seiner Erstreckungsrichtung. Die Porosität wird hierin durch folgende Gleichung definiert: Porosität [%] = 1 – (Masse des porösen Körpermaterials [g]/(Volumen des porösen Körpermaterials [cm³] × Materialdichte))) × 100
Weiterhin wird der Zelldurchmesser durch Vergrößern der Oberfläche des Harzformkörpers in einer Mikroaufnahme oder dergleichen, Zählen der Zahl von Poren pro Inch (25,4 mm) als Zahl der Zellen und Berechnen eines durchschnittlichen Porendurchmessers durch folgende Gleichung bestimmt: durchschnittlicher Porendurchmesser = 25,4 mm/Anzahl der Zellen.
(2) Leitende Behandlung der Oberfläche des Harzformkörpers
Zum Durchführen der Elektroplattierung wird die Oberfläche des Harzschaumes (Harzformkörper) zuvor einer leitenden Behandlung unterworfen. Ein Verfahren der leitenden Behandlung ist nicht besonders beschränkt, solange es eine Behandlung ist, durch die eine Schicht mit leitender Eigenschaft auf der Oberfläche des Harzschaumes angeordnet werden kann, und irgendein Verfahren, einschließlich dem elektrolosen Plattieren eines leitenden Metalls wie Nickel, Dampfniederschlag und Sputtern von Aluminium oder dergleichen und die Anwendung eines leitenden Beschichtungsmaterials, umfassend leitende Teilchen wie Kohlenstoff, kann ausgewählt werden.
Als Beispiel der leitenden Behandlung wird nachfolgend ein Verfahren, bei dem die Oberfläche des Harzschaumes elektrisch leitend gemacht wird, indem Aluminium gesputtert wird, und ein Verfahren beschrieben, bei dem die Oberfläche des Harzschaumes elektrisch leitend gemacht wird, indem Kohlenstoff als leitende Teilchen verwendet wird.
(i) Sputtern von Aluminium
Eine Sputterbehandlung unter Verwendung von Aluminium ist nicht beschränkt, solange Aluminium als Target verwendet wird, und kann gemäß einem üblichen Verfahren durchgeführt werden. Ein Sputterfilm aus Aluminium wird beispielsweise durch Halten eines Formkörpers mit einem Substrathalter und anschließendes Auferlegen einer Direktspannung zwischen dem Halter und dem Target (Aluminium) gebildet, während ein Inertgas in die Sputteranlage eingeführt wird, um ein ionisiertes Inertgas auf das Aluminiumtarget aufprallen zu lassen und die gesputterten Aluminiumteilchen auf der Oberfläche des Harzformkörpers niederzuschlagen. Die Sputterbehandlung wird bevorzugt unterhalb einer Temperatur durchgeführt, bei der der Harzformkörper nicht schmilzt, und spezifisch kann die Sputterbehandlung bei einer Temperatur von etwa 100 bis 200°C und bevorzugt bei einer Temperatur von etwa 120 bis 180°C durchgeführt werden.
(ii) Kohlenstoff-Anwendung
Ein Kohlenstoff-Beschichtungsmaterial wird als leitendes Beschichtungsmaterial hergestellt. Eine Suspensionslösung, die als leitendes Beschichtungsmaterial dient, enthält bevorzugt Kohlenstoff-Teilchen, ein Bindemittel, Dispergiermittel und ein Dispersionsmedium. Die gleichmäßige Anwendung von leitenden Teilchen erfordert die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Suspension der Suspensionslösung. Somit wird die Suspensionslösung bevorzugt bei einer Temperatur von 20 bis 40°C gehalten.
Der Grund hierfür liegt darin, daß eine Temperatur der Suspensionslösung von unterhalb 20°C zu einem Mangel bei der gleichmäßigen Suspension führt, und nur das Bindemittel wird konzentriert zur Bildung einer Schicht auf der Oberfläche des Gerüstes, das die Netzwerkstruktur eines synthetischen Harzformkörpers konstituiert. In diesem Fall neigt eine Schicht von aufgetragenen Kohlenstoffteilchen zum Abschälen, und eine Metallplattierung, die fest am Substrat haftet, wird kaum gebildet. Auf der anderen Seite wenn eine Temperatur der Suspensionslösung höher als 40°C ist, wird, weil die Menge des Dispergiermittels, das verdampfen soll, groß ist, im Laufe der Zeit der Anwendungsbehandlung die Suspensionslösung konzentriert und die Menge an Kohlenstoff, der aufgetragen wird, neigt zur Variation. Das Kohlenstoff-Teilchen hat einen Teilchendurchmesser von 0,01 bis 5 μm und bevorzugt von 0,01 bis 0,5 μm. Ein großer Teilchendurchmesser kann zum Verstopfen der Poren eines porösen Harzformkörpers führen oder kann ein glattes Plattieren beeinträchtigen, und ein zu kleiner Teilchendurchmesser macht es schwierig, eine ausreichende leitende Eigenschaft sicherzustellen.
Die Auftragung von Kohlenstoff-Teilchen auf den Harzformkörper kann durchgeführt werden durch Eintauchen des Harzformkörpers, der ein Subjekt ist, in die Suspensionslösung und Abquetschen und Trocknen des Harzformkörpers. Ein Beispiel eines praktischen Produktsschrittes ist der folgende: eine lange Lage eines streifenförmigen Harzes mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur wird kontinuierlich von einer Zuführspule abgegeben und in die Suspensionslösung in einem Bad getaucht. Das streifenförmige Harz, das in die Suspensionslösung getaucht ist, wird zwischen Abquetschwalzen abgequetscht, so daß eine überschüssige Suspensionslösung abgequetscht wird. Dann wird ein Dispersionsmedium der Suspensionslösung des streifenförmigen Harzes durch Heißluft, die von Heißluftdüsen ejiziert wird, entfernt, und das streifenförmige Harz wird vollständig getrocknet und um eine Aufnahmespule gewunden. Die Temperatur der Heißluft liegt bevorzugt im Bereich von 40 bis 80°C. Wenn eine solche Anlage verwendet wird, kann die leitende Behandlung automatisch und kontinuierlich durchgeführt werden, und ein Gerüst mit einer Netzwerkstruktur ohne Verstopfen und mit einer gleichmäßigen leitenden Schicht wird gebildet, und daher kann der anschließende Metallplattierschritt glatt durchgeführt werden.
(3) Bildung der Aluminiumschicht: Plattieren mit geschmolzenem Salz
Danach wird eine Aluminium-plattierte Schicht auf der Oberfläche des Harzformkörpers durch Elektroplattieren in einem geschmolzenen Salz gebildet. Durch Plattieren von Aluminium in dem Bad mit geschmolzenem Salz kann eine dicke Aluminiumschicht gleichmäßig besonders auf der Oberfläche einer komplizierten Gerüststruktur wie dem Harzformkörper mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur gebildet werden. Ein Direktstrom wird zwischen der 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 geschmolzenen Salz auferlegt. Als geschmolzenes Salz kann ein organisches geschmolzenes Salz, das ein eutektisches Salz eines organischen Halogenides und eines Aluminiumhalogenides ist, oder ein anorganisches geschmolzenes Salz verwendet werden, das ein eutektisches Salz aus einem Alkalimetallhalogenid und einem Aluminiumhalogenid ist.
Die Verwendung eines geschmolzenes 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 Butylpyridiumchlorid (BPC) bevorzugt. Weil die Kontamination des geschmolzenen Salzes mit einem Wassergehalt oder Sauerstoff den Abbau des geschmolzenen Salzes verursacht, wird das Plattieren bevorzugt in einer Atmosphäre aus einem Inertgas wie Stickstoff oder Argon und in einer abgedichteten Umgebung durchgeführt.
Das geschmolzene Salzbad ist bevorzugt ein geschmolzenes Salzbad, das Stickstoff umfaßt, und besonders 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 im geschmolzenen Salz schneller als das Wachstum einer plattierten Schicht, und daher kann eine plattierte Schicht nicht auf der Oberfläche des Harzformkörpers gebildet werden. Das Imidazoliumsalzbad kann ohne Beeinflussung des Harzes 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 besonders sind geschmolzene Salze auf Basis von Aluminiumchlorid + 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (AlCl₃ + EMIC) am meisten bevorzugt wegen ihrer hohen Stabilität und Resistenz gegenüber Zersetzung. Das Imidazoliumsalzbad ermöglicht das Plattieren von Urethanharzschäumen und Melaminharzschäumen, und die Temperatur des geschmolzenen Salzbades liegt bei 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 Harzformkörpers wird schwieriger. Der Mangel, daß eine Form eines Basisharzes beeinträchtigt wird, neigt dazu bei einer Temperatur von mehr als 65°C aufzutreten.
In bezug auf das Aluminiumplattieren mit dem 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 Harzformkörpers mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur die Addition von 1,10-Phenanthrolin charakteristische Wirkungen bei der Bildung einer Aluminiumstruktur hat. Das heißt, es wird eine erste Eigenschaft erhalten, daß die Glätte eines Plattierfilmes verbessert ist und das Aluminiumgerüst, das den porösen Körper ausmacht, kaum bricht, und eine zweite Eigenschaft ist, 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 Eigenschaften des schwer zu brechenden Gerüstes und die gleichmäßige Plattierdichte im Inneren und Äußeren einen porösen Körper ergeben, der ein schwer zu brechendes Gerüst insgesamt hat und gleichmäßig gepreßt ist. Wenn der poröse Aluminiumkörper als Elektrodenmaterial für Batterien oder dergleichen verwendet wird, wird eine Elektrode mit einem Aktivmaterial für eine Elektrode gefüllt und gepreßt, zur Erhöhung der Dichte. Weil das Gerüst häufig beim Füllen des Aktivmaterials oder beim Pressen bricht, sind die beiden Eigenschaften extrem effektiv in einer solchen Anwendung.
Gemäß der obigen Beschreibung ist die Zugabe eines organischen Lösungsmittels zum geschmolzenen Salzbad bevorzugt, und insbesondere wird 1,10-Phenanthrolin bevorzugt verwendet. Die Menge des organischen Lösungsmittels, das zum Plattierbad gegeben ist, liegt bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 7 g/l. Wenn die Menge 0,2 g/l oder weniger ist, ist das resultierende Plattieren schlecht bezüglich der Glätte und ist spröde und es ist schwierig, eine Wirkung der 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.
Auf der anderen Seite kann ein anorganisches Salzbad ebenfalls als geschmolzenes Salz in einem Ausmaß verwendet werden, daß ein Harz nicht schmilzt oder dergleichen. Das anorganische Salzbad ist ein Salz aus einem Zweikomponenten-System, typischerweise AlCl₃-XCl (X:Alkalimetall) oder ein Multikomponenten-System. Ein solches anorganisches Salzbad hat üblicherweise eine höhere Schmelztemperatur als ein organisches Salzbad wie ein Imidazoliumsalzbad, hat aber weniger Umweltbefürchtungen wie Wassergehalt oder Sauerstoff und kann insgesamt mit niedrigen Kosten 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 Urethanharzschaum verwendet werden kann.
Eine Aluminiumstruktur mit einem Harzformkörper als Kern des Gerüstes wird durch die oben erwähnten Schritte erhalten. Zusätzlich wird bei der obigen Beschreibung die Aluminiumschicht durch geschmolzenes Salzplattieren gebildet, aber die Aluminiumschicht kann durch irgendein Verfahren von Dampfphasenverfahren wie Vakuumniederschlag, Sputtern und Plasma-CVD, Anwendung einer Aluminiumpaste und dergleichen gebildet werden.
Für einige Anwendungen wie verschiedene Filter und Katalysatorträger kann die Aluminiumstruktur als Harz-Metall-Verbund wie sie ist verwendet werden, aber wenn die Aluminiumstruktur als poröser Metallkörper ohne ein Harz verwendet wird wegen der Einschränkungen, die von der Verwendungsumgebung resultieren, wird das Harz entfernt. In dieser Erfindung wird das Harz durch Zersetzung in einem geschmolzenen Salz wie unten beschrieben entfernt, um eine Oxidation von Aluminium zu vermeiden.
(4) Entfernung des Harzes: Behandlung durch geschmolzenes Salz
Die Zersetzung in einem geschmolzenen Salz wird auf folgende Weise durchgeführt. Ein Harzformkörper mit einer Aluminium-plattierten Schicht, die auf der Oberfläche davon gebildet ist, wird in ein geschmolzenes Salz getaucht und erwärmt, während ein negatives Potential (Potential niedriger als ein Standard-Elektrodenpotential von Aluminium) auf die Aluminiumschicht auferlegt wird, zur Entfernung des Harzformkörpers. Wenn das negative Potential auf die Aluminiumschicht auferlegt wird, wobei der Harzformkörper in dem geschmolzenen Salz getaucht ist, kann der Harzformkörper ohne Oxidation von Aluminium zersetzt werden.
Eine Erwärmungstemperatur kann angemessen entsprechend dem Typ des Harzformkörpers ausgewählt werden. Wenn der Harzformkörper Urethan ist, muß die Temperatur des geschmolzenen Salzbades 380°C oder höher sein, weil die Zersetzung von Urethan bei etwa 380°C auftritt, aber die Behandlung muß bei einer Temperatur von gleich oder weniger als dem Schmelzpunkt (660°C) von Aluminium durchgeführt werden, um ein Schmelzen von Aluminium zu vermeiden. Ein bevorzugter Temperaturbereich ist 500°C oder höher und 600°C oder niedriger.
Ein negatives Potential, das auferlegt wird, 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, einer dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche und einem Sauerstoffgehalt von nur 3,1 mass% oder weniger erhalten werden.
Das bei der Zersetzung des Harzes verwendete geschmolzene Salz kann ein Halogenidsalz eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls sein, so daß das Elektrodenpotential der Aluminiumschicht niedriger ist. Spezifisch umfaßt das geschmolzene Salz bevorzugt eines oder mehrer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumchlorid (LiCl), Kaliumchlorid (KCl) und Natriumchlorid (NaCl), und umfaßt mehr bevorzugt ein eutektisches geschmolzenes Salz, bei dem der Schmelzpunkt durch Mischen von zwei oder mehreren von diesen erniedrigt wird. Auf diese Weise kann ein poröser Aluminiumkörper, der kontinuierliche Poren, eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche und einen Sauerstoffgehalt von nur 3,1 mass% oder weniger aufweist, erhalten werden.
Als poröser Aluminiumkörper wird bevorzugt ein poröser Aluminiumkörper mit einer Porosität von 40 bis 98% und einem Zelldurchmesser von 50 bis 1000 μm verwendet. Der poröse Aluminiumkörper hat mehr bevorzugt eine Porosität von 80 bis 98% und einen Zelldurchmesser von 350 bis 900 μm.
2. Herstellung der Aufschlämmung
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Aufschlämmung beschrieben, wobei eine positive Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie als Beispiel verwendet wird. Ein Aktivmaterialpulver wie LiCoO₂, ein Bindemittel wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) und weiterhin eine Leitungshilfe wie Acetylenruß werden in einem bestimmten Verhältnis zur Herstellung einer Mischung gemischt, und eine bestimmte Menge an N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) wird zu der erhaltenen Mischung als Lösungsmittel gegeben, und dann wird die resultierende Mischung zur Herstellung einer Aufschlämmung geknetet. Das Mischungsverhältnis dieser Materialien wird angemessen unter Berücksichtigung der Kapazität und Leitungsfähigkeit der Elektrode, der Viskosität der Aufschlämmung, bei der Aufschlämmung in die kontinuierlichen Poren gefüllt wird, bestimmt und dann wird die Aufschlämmung getrocknet und dergleichen.
3. Herstellung der Elektrode für Lithium-Sekundärbatterie
Nachfolgend wird eine Herstellung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element beschrieben, wobei die Herstellung einer Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie als Beispiel verwendet wird. 2 ist eine Ansicht, die einen Produktionsvorgang der Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie dieses Ausführungsbeispiel erläutert.
(1) Herstellung des Stromkollektors (Träger)
Zunächst wird ein poröser Aluminiumkörper 3, erzeugt auf der Basis des oben erwähnten Produktionsverfahrens, abgewickelt und die Dicke des porösen Aluminiumkörpers 3 wird auf eine bestimmte Dicke durch eine Walze für die Einstellung der Dicke eingestellt. Dann wird eine Leitung 4 abgewickelt und die Leitung 4 wird mit dem porösen Aluminiumkörper 3 verschweißt, dessen Dicke eingestellt ist, zur Herstellung eines Stromkollektors.
(2) Herstellung der Elektrode für die Lithium-Sekundärbatterie
Dann wird eine Aufschlämmung, hergestellt auf der Basis des oben erwähnten Herstellungsverfahrens, in kontinuierliche Poren des Stromkollektors durch Verwendung einer Walze gefüllt, und danach wird der Stromkollektor durch einen Trocknungsofen geleitet zum Verdampfen und Entfernen von NMP, das in der Aufschlämmung enthalten ist.
Dann wird ein Vorläufer 11 mit einer bestimmten Porosität hergestellt, indem der Stromkollektor durch eine Walze geleitet und nach Bedarf komprimiert wird, zur Verminderung eines Volumens von Löchern, die durch die Verdampfung von NMP erzeugt sind, und zum Einstellen der Fülldichte der Mischung.
Dann wird der Vorläufer 11 geschnitten (geschlitzt) zur Herstellung einer langen Elektrode 21 für eine Lithium-Sekundärbatterie, und die lange Elektrode 21 wird aufgewickelt.
3 ist eine Ansicht, die schematisch den Zustand erläutert, bei dem ein Vorläufer der Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie im ersten Ausführungsbeispiel geschnitten wird und (a) und (b) in 3 sind eine Planansicht bzw. eine Schnittansicht vor dem Schneiden und (c) und (d) in 3 sind eine Planansicht bzw. eine Schnittansicht nach dem Schneiden. In 3 bedeuten die Bezugszeichen 12, 22 einen Elektrodenhauptkörper (Bereich, aufgefüllt mit der Mischung). Wie in 3 gezeigt ist, wird der Vorläufer an der Mitte einer Breite und der der Leitung 4 geschnitten, zur Herstellung von Elektroden 21 für eine Lithium-Sekundärbatterie.
Die erhaltenen Elektroden für eine Lithium-Sekundärbatterie werden in eine bestimmte Länge geschnitten und zur Erzeugung einer Lithium-Sekundärbatterie verwendet.
Das Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie ist oben beschrieben, aber diese Erfindung kann ebenfalls für Elektroden von anderen Lithium-Batterien wie Lithium-Primärbatterie und weiterhin für Elektroden für einen elektrischen Doppelschichtkondensator, Lithiumionen-Kondensator und geschmolzenen Salzbatterie verwendet werden.
[B] Elektrochemisches Element
Nachfolgend wird ein elektrochemisches Element, bei dem eine Elektrode für ein elektrochemisches Element, die somit hergestellt ist, verwendet wird, spezifisch getrennt für den Fall einer Lithium-Batterie, für den Fall eines elektrischen Doppelschichtkondensators, den Fall eines Lithiumionen-Kondensators und den Fall einer Natrium-Batterie beschrieben.
1. Lithium-Batterie
Zunächst werden Merkmale einer positiven Elektrode für eine Lithium-Batterie, die durch die Verwendung des porösen Aluminiumkörpers somit hergestellt ist, beschrieben, und anschließend wird die Konfiguration einer Lithium-Sekundärbatterie beschrieben.
(1) Merkmal der positiven Elektrode für Lithium-Batterie, hergestellt durch Verwendung des porösen Aluminiumkörpers
In einer konventionellen positiven Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie wird eine Elektrode verwendet, gebildet durch Auftragen eines Aktivmaterials auf die Oberfläche einer Aluminiumfolie (Stromkollektor). Obwohl eine Lithium-Sekundärbatterie eine höhere Kapazität als eine Nickel-Metallhydrid-Batterie oder ein Kondensator hat, ist eine weitere Erhöhung der Kapazität bei Automobilanwendungen erforderlich. Zur Erhöhung der Batteriekapazität pro Einheitsfläche wird die Anwendungsdicke des aktiven Materials erhöht. Zur effektiven Verwendung des aktiven Materials muß das aktive Material im elektrischen Kontakt mit der Aluminiumfolie, einem Stromkollektor stehen, und daher wird das aktive Material mit einer zu verwendenden Leitungshilfe gemischt.
In dieser Erfindung wird im Gegensatz dazu der poröse Aluminiumkörper als Stromkollektor verwendet, und eine Elektrode, die mit dem Aktivmaterial gefüllt wird, das mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel gemischt ist, wird verwendet. Dieser poröse Aluminiumkörper hat eine hohe Porosität und große Oberfläche pro Einheitsfläche. Als Ergebnis wird die Kontaktfläche zwischen dem Stromkollektor und dem aktiven Material erhöht, und daher kann das aktive Material effektiv verwendet werden, die Batteriekapazität kann verbessert und die Menge der zuzumischenden Leitungshilfe vermindert werden.
Wie oben beschrieben, kann die Lithium-Sekundärbatterie, bei der der poröse Aluminiumkörper als Stromkollektor verwendet wird, eine erhöhte Kapazität selbst mit einer kleinen Elektrodenfläche haben, und daher kann die Lithium-Sekundärbatterie eine höhere Energiedichte als eine konventionelle Lithium-Sekundärbatterie unter Verwendung einer Aluminiumfolie haben.
Die Wirkungen dieser Erfindung in einer Sekundärbatterie sind hauptsächlich oben beschrieben, aber die Wirkungen dieser Erfindung in einer Primärbatterie sind die gleichen wie bei der Sekundärbatterie, und eine Kontaktfläche wird erhöht, wenn der poröse Aluminiumkörper mit dem aktiven Material gefüllt wird, und eine Kapazität der Primärbatterie kann verbessert werden.
(2) Konfiguration der Lithium-Sekundärbatterie
In einer Lithium-Sekundärbatterie gibt es einen Fall, bei dem ein fester Elektrolyt verwendet wird, und einen Fall, bei dem eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung als Elektrolyt verwendet wird. 5 ist eine vertikale Schnittansicht einer Lithium-Sekundärbatterie im festen Zustand (ein Festelektrolyt wird als Elektrolyt verwendet), bei der eine Elektrode für ein elektrochemisches Element (Lithium-Sekundärbatterie) gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet wird. Eine Lithium-Sekundärbatterie 60 im festen Zustand umfaßt eine positive Elektrode 61, eine negative Elektrode 62 und eine feste Elektrolytschicht (SE-Schicht) 63, die zwischen beiden Elektroden angeordnet ist. Weiterhin umfaßt die positive Elektrode 61 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.
Wie oben beschrieben, kann eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung als Elektrolyt verwendet werden, und in diesem Fall wird ein Separator (poröser Polymerfilm, Vlies, Papier oder dergleichen) zwischen beiden Elektroden angeordnet, und beide Elektroden und Separator werden mit der nicht-wäßrigen elektrolytischen Lösung imprägniert.
Nachfolgend wird eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und ein Elektrolyt, die die Lithium-Sekundärbatterie ausmachen, in dieser Reihenfolge beschrieben.
(i) Positive Elektrode
sWenn ein poröser Aluminiumkörper als Stromkollektor der positiven Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie verwendet wird, kann ein Material, das Lithium extrahieren/einfügen kann, als Aktivmaterial für die positive Elektrode verwendet werden, und ein poröser Aluminiumkörper, der mit einem solchen Material gefüllt ist, kann eine Elektrode ergeben, die für eine Lithium-Sekundärbatterie geeignet ist.
(a) Aktivmaterial für positive Elektrode
Als ein Aktivmaterial für die positive Elektrode können beispielsweise Lithiumcobaltoxid (LiCoO₂), Lithiumnickeldioxid (LiNiO₂), Lithiumcobaltnickeloxid (LiCo_0,3Ni_0,7O₂), Lithiummanganoxid (LiMn₂O₄), Lithiumtitanoxid (Li₄Ti₅O₁₂), Lithiummanganoxid-Verbindung (LiM_yMn_2-yO₄; M = Cr, Co, Ni) oder Lithiumsäure verwendet werden. Diese Aktivmaterialien werden in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet.
Übergangsmetalloxide wie konventionelle Lithiumeisenphosphat- und Olivin-Verbindungen, die Verbindungen (LiFePO₄, LiFe_0,5Mn_0,5PO₄) des Lithiumeisenphospats sind, können ebenfalls verwendet werden. Weiterhin können die Übergangsmetallelemente, die in diesen Materialien enthalten sind, teilweise mit einem anderen Übergangsmetallelement substituiert sein.
Als andere Aktivmaterialien für die positive Elektrode können beispielsweise Lithiummetall, worin das Gerüst einen Chalcogenid auf Sulfidbasis ist, wie TiS₂, V₂S₃. FeS, FeS₂ oder LiMS_X (M ist ein Übergangsmetallatom wie Mo, Ti, Cu, Ni oder Fe, oder Sb, Sn oder Pb) und ein Metalloxid wie TiO₂, Cr₃O₈, V₂O₅ oder MnO₂ kann ebenfalls verwendet werden.
Zusätzlich kann das oben erwähnte Lithiumtitanoxid (Li₄Ti₅O₁₂) als Aktivmaterial für die negative Elektrode ebenfalls verwendet werden.
(b) Fester Elektrolyt
sDer poröse Aluminiumkörper kann zusätzlich mit einem festen Elektrolyten neben dem Aktivmaterial für die positive Elektrode nach Bedarf gefüllt sein. Eine Elektrode, die geeigneter für eine positive Elektrode für eine Lithium-Sekundärbatterie ist, kann erzielt werden durch Füllen des porösen Aluminiumkörpers mit dem Aktivmaterial für die positive Elektrode und dem festen Elektrolyten. Jedoch wird das Verhältnis des Aktivmaterials zu den Materialien, die in dem porösen Aluminiumkörper gefüllt sind, 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 einer hohen Lithiumionen-Leitfähigkeit wird bevorzugt für den festen Elektrolyten verwendet, und Beispiele des festen Elektrolyten auf Sulfidbasis umfassen feste Elektrolyten auf Sulfidbasis, umfassend Lithium, Phosphor und Schwefel. Diese festen Elektrolyten auf Sulfidbasis können weiterhin ein Element wie O, Al, B, Si oder Ge enthalten.
Ein solcher fester Elektrolyt auf Sulfidbasis kann erhalten werden durch ein allgemein bekanntes Verfahren. Der feste Elektrolyt auf Sulfidbasis kann beispielsweise durch ein Verfahren erhalten werden, bei dem Lithiumsulfid (Li₂S) und Diphosphorpentasulfid (P₂5₅) als Ausgangsmaterialien hergestellt werden, Li₂S und P₂S₅ in Anteilen von etwa 50:50 bis etwa 80:20, ausgedrückt als Molverhältnis, vermischt werden, und die resultierende Mischung verschmolzen und abgeschreckt wird (Schmelz- und schnelles Abschreckverfahren) und durch 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 eines kristallinen festen Elektrolyten auf Sulfidbasis. Es kann erwartet werden, daß dieser die Lithiumionen-Leitfähigkeit durch diese Kristallisierung verbessert.
(c) Leitungshilfe und Bindemittel
Wenn eine Mischung (Aktivmaterial und fester Elektrolyt) des obigen Aktivmaterials in den porösen Aluminiumkörper gefüllt wird, wird eine Leitungshilfe oder ein Bindemittel nach Bedarf zugegeben, zur Bildung einer Mischung, und ein organische Lösungsmittel oder Wasser wird mit der resultierenden Mischung vermischt, zur Herstellung einer Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung.
Als Leitungshilfe können beispielsweise Ruß wie Acetylenruß (AB) oder Ketjen Black (KB) oder Rußfasern wie Kohlenstoff-Nanorohre (CNT) verwendet werden.
Als Bindemittel kann beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthangummi und dergleichen verwendet werden.
(d) Lösungsmittel
Als Lösungsmittel, das bei der Herstellung der Aufschlämmung einer positiven Elektrode verwendet wird, wie oben beschrieben, kann ein organisches Lösungsmittel oder Wasser verwendet werden.
Das organische Lösungsmittel kann angemessen ausgewählt werden, solange es nicht nachteilig Materialien (das heißt ein Aktivmaterial, eine Leitungshilfe, ein Bindemittel und einfester Elektrolyt nach Bedarf), die in den porösen Aluminiumkörper gefüllt werden, beeinträchtigt.
Als ein solches organisches Lösungsmittel können beispielsweise n-Hexan, Cyclohexan, Heptan, Toluol, Xylol, Trimethylbenzol, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Vinylencarbonat, Vinylethylencarbonat, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxan, Ethylenglykol, N-Methyl-2-pyrrolidon und dergleichen verwendet werden.
Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann weiterhin ein Tensid zur Verstärkung der Fülleistung verwendet werden.
(e) Füllen der Aufschlämmung
Als Verfahren zum Füllen der hergestellten Aufschlämmung einer positiven Elektrodenmischung können allgemein bekannte Verfahren wie ein Verfahren zum Füllen durch Eintauchen oder ein Beschichtungsverfahren verwendet werden. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen ein Walzen-Beschichtungsverfahren, ein Applikator-Beschichtungsverfahren, ein elektrostatisches Beschichtungsverfahren, Pulver-Beschichtungsverfahren, Sprüh-Beschichtungsverfahren, Sprühbeschichter-Beschichtungsverfahren, Stangenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Walzenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichter-Beschichtungsverfahren, Rakel-Beschichtungsverfahren, Drahtstangen-Beschichtungsverfahren, Messerbeschichter-Beschichtungsverfahren, Blatt-Beschichtungsverfahren und Siebdruckverfahren.
(ii) Negative Elektrode
Für eine negative Elektrode wird eine Folie, ein gestanztes Metall oder ein poröser Körper aus Kupfer oder Nickel als Stromkollektor und ein Aktivmaterial für die negative Elektrode wie Graphit, Lithiumtitanoxid (Li₄Ti₅O₁₂), eine Legierung aus Sn oder Si, Lithiummetall oder dergleichen verwendet. Das Aktivmaterial für die negative Elektrode wird ebenfalls in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel verwendet.
(iii) Elektrolyt
Wie oben beschrieben gibt es in einer Lithium-Sekundärbatterie einen Fall, bei dem ein fester Elektrolyt verwendet wird, und einen Fall, bei dem eine nicht-wäßrige elektrolytische Lösung als Elektrolyt verwendet wird.
Als fester Elektrolyt werden die jeweiligen festen Elektrolyten, die oben beschrieben sind, verwendet.
Als nicht-wäßrige elektrolytische Lösung wird eine elektrolytische Lösung verwendet, die durch Auflösen eines Tragesalzes in einem polaren aprotischen organischen Lösungsmittel erhalten ist. Als ein solches polares aprotisches Lösungsmittel wird beispielsweise Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton oder Sulfolan verwendet. Als Tragesalz wird Lithiumtetrafluoroborat, Lithiumhexafluorophosphat, ein Imidsalz oder dergleichen verwendet. Die Konzentration des Tragesalzes, das als Elektrolyt dient, ist bevorzugt höher, aber ein Tragesalz mit einer Konzentration von etwa 1 mol/l wird im allgemeinen verwendet, weil es eine Auflösegrenze gibt.
2. Elektrischer Doppelschichtkondensator
6 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel eines elektrischen Doppelschichtkondensators zeigt, worin eine Elektrode für ein elektrochemisches Element (elektrochemischer Doppelschichtkondensator) gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet wird. Ein Elektrodenmaterial, gebildet durch Tragen eines Aktivmaterials für eine Elektrode (Aktivkohle) auf einem porösen Aluminiumkörper wird als polarisierbare Elektrode 141 in einer organischen elektrolytischen Lösung 143 angeordnet, die durch einen Separator 142 getrennt ist. Die polarisierbare Elektrode 141 ist mit einem Leitungsdraht 144 verbunden, und all diese Komponenten sind in einem Gehäuse 145 angeordnet.
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 der elektrische Doppelschichtkondensator, der eine hohe Leistung und hohe Kapazität realisieren kann, erhalten werden.
(1) Herstellung der Elektrode
Zur Erzeugung einer Elektrode für einen elektrischen Doppelschichtkondensator wird ein Stromkollektor des porösen Aluminiumkörpers mit Aktivkohle als Aktivmaterial gefüllt. Die Aktivkohle wird in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel und einem festen Elektrolyten nach Bedarf verwendet.
(i) Aktivmaterial (Aktivkohle)
Zur Erhöhung der Kapazität des elektrischen Doppelschichtkondensators 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 elektrischen Doppelschichtkondensators größer, und daher hat die Aktivkohle bevorzugt eine spezifische Oberfläche von 1000 m²/g oder mehr. Als Material der Aktivkohle kann eine Palmschale, die von Pflanzen stammt, ein Material auf Petroleumbasis oder dergleichen verwendet werden. Zur Erhöhung der Oberfläche der Aktivkohle wird das Material bevorzugt durch Verwendung von Dampf oder Alkali aktiviert.
(ii) Andere Additive
Als Leitungshilfe kann beispielsweise Ruß wie Acetylenruß (AB) oder Ketjen Black (KB) oder Kohlenstoffasern wie Kohlenstoff-Nanorohre verwendet werden.
Als Bindemittel kann beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthangummi und dergleichen verwendet werden.
Eine Aufschlämmung aus einer Aktivkohlepaste wird hergestellt durch Mischen eines organischen Lösungsmittels oder Wasser als Lösungsmittel mit einer Mischung, die sich aus dem obigen Aktivmaterial und anderen Additiven zusammensetzt.
Das organische Lösungsmittel kann angemessen ausgewählt werden, solange es Materialien (das heißt Aktivmaterial, Leitungshilfe und Bindemittel und ein fester Elektrolyt nach Bedarf), das in den porösen Aluminiumkörper zu füllen ist, nicht nachteilig beeinflußt.
Als ein solches organisches Lösungsmittel können beispielsweise n-Hexan, Cyclohexan, Heptan, Toluol, Xylol, Trimethylbenzol, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Vinylencarbonat, Vinylethylencarbonat, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan, Ethylenglykol, N-Methyl-2-pyrrolidon und dergleichen verwendet werden.
Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann ein Tensid zum Verstärken der Fülleistung verwendet werden.
(iii) Füllen der Aufschlämmung
Die hergestellte Aktivkohlenpaste (Aufschlämmung) wird in den oben erwähnten Stromkollektor des porösen Aluminiumkörpers gefüllt und getrocknet, und dessen Dichte wird erhöht durch Komprimieren mit einer Walzenpresse oder dergleichen nach Bedarf, unter Erhalt einer Elektrode für einen elektrischen Doppelschichtkondensator.
Als Verfahren zum Füllen der Aktivkohlepaste können allgemein bekannte Verfahren wie ein Verfahren zum Füllen durch Eintauchen oder ein Beschichtungsverfahren angewandt werden. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen ein Walzen-Beschichtungsverfahren, Applikator-Beschichtungsverfahren, elektrostatisches Beschichtungsverfahren, Pulver-Beschichtungsverfahren, Sprüh-Beschichtungsverfahren, Sprühbeschichter-Beschichtungsverfahren, Stangenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Walzenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichter-Beschichtungsverfahren, Rakel-Beschichtungsverfahren, Drahtstangen-Beschichtungsverfahren, Messerbeschichter-Beschichtungsverfahren, Blatt-Beschichtungsverfahren und Siebdruckverfahren.
(2) Herstellung des elektrischen Doppelschichtkondensators
Die Elektrode, erhalten auf obige Weise, wird zu einer angemessenen Größe zur Herstellung von zwei Lagen gestanzt, und dann werden diese zwei Elektroden einander gegenüber angeordnet, wobei ein Separator dazwischen angeordnet wird. 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 der erforderlichen Abstandshalter angeordnet und mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert. Schließlich wird ein Deckel auf das Gehäuse gegeben, wobei eine Isolationsdichtung zwischen dem Gehäuse und dem Deckel angeordnet ist, und wird abgedichtet, und hierdurch kann ein elektrischer Doppelschichtkondensator hergestellt werden.
Wenn ein nicht-wäßriges Material verwendet wird, werden Materialien der Elektrode und dergleichen bevorzugt adäquat zum Vermindern des Wassergehaltes in dem elektrischen Doppelschichtkondensator ohne Begrenzung getrocknet. Die Herstellung des elektrischen Doppelschichtkondensators wird in Umgebungen mit geringer Feuchtigkeit durchgeführt, und das Abdichten kann in Umgebungen mit vermindertem Druck durchgeführt werden.
Zusätzlich ist das oben erwähnte Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Doppelschichtkondensators ein Ausführungsbeispiel, und das Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Doppelschichtkondensators ist nicht besonders beschränkt, solange es den Stromkollektor oder die Elektrode dieser Erfindung verwendet, und der elektrische Doppelschichtkondensator kann durch ein anderes Verfahren als das oben erwähnte Verfahren hergestellt werden.
Obwohl als elektrolytische Lösung sowohl ein wäßriges System als auch ein nicht-wäßriges System verwendet werden kann, wird das nicht-wäßrige System bevorzugt verwendet, weil dessen Spannung auf einen höheren Wert eingestellt werden kann als bei dem wäßrigen System.
Als wäßriger Elektrolyt kann beispielsweise Kaliumhydroxid oder dergleichen verwendet werden.
Beispiele des nicht-wäßrigen Elektrolyten umfassen viele ionische Flüssigkeiten in Kombination mit einem Kation und einem Anion. Als Kation wird ein niedriges aliphatisches quaternäres Ammonium, niedriges aliphatisches quaternäres Phosphonium, Imidazolium oder dergleichen verwendet, und als Anion sind Ionen aus Metallchloriden, Ionen von Metallfluoriden und Imid-Verbindungen wie Bis(fluorsulfonyl)imid und dergleichen bekannt.
Als nicht-wäßriges System gibt es ein polares aprotisches organischen Lösungsmittel, und spezifische Beispiel davon umfassen Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton und Sulfolan. Als Tragesalz in der nicht-wäßrigen elektrolytischen Lösung wird Lithiumtetrafluorborat, Lithiumhexafluorphosphat oder dergleichen verwendet.
3. Lithiumionen-Kondensator
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Lithiumionen-Kondensators zeigt, worin eine Elektrode für ein elektrochemisches Element Lithiumionen-Kondensator) gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet wird. In einer organischen elektrolytischen Lösung 143, getrennt mit einem Separator 142 ist ein Elektrodenmaterial, gebildet durch Tragen eines Aktivmaterials für eine positive Elektrode auf einem porösen Aluminiumkörper als positive Elektrode 146 angeordnet, und ein Elektrodenmaterial, gebildet durch Tragen eines Aktivmaterials für eine negative Elektrode auf einem Stromkollektor, ist als negative Elektrode 147 angeordnet. Die positive Elektrode 146 und die negative Elektrode 147 sind mit einem Leitungsdraht 144 verbunden, und all diese Komponenten sind in einem Gehäuse 145 angeordnet.
Wenn der poröse Aluminiumkörper als Stromkollektor der positiven Elektrode verwendet wird, wird die Oberfläche des Stromkollektors erhöht, und wenn daher Aktivkohle als aktives Material auf den porösen Aluminiumkörper dünn aufgetragen wird, kann ein Lithiumionen-Kondensator, der eine hohe Leistung und hohe Kapazität realisieren kann, erhalten werden.
(1) Herstellung der positiven Elektrode
Zur Erzeugung einer Elektrode (positive Elektrode) für einen Lithiumionen-Kondensator wird ein Stromkollektor aus dem porösen Aluminiumkörper mit Aktivkohle als Aktivmaterial gefüllt. Die Aktivkohle wird in Kombination mit einer Leitungshilfe und einem Bindemittel und einem festen Elektrolyten nach Bedarf verwendet.
(i) Aktivmaterial (Aktivkohle)
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 Verminderung 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 Bindemittels ist 10 mass% oder weniger.
Wenn die Oberfläche der Aktivkohle größer ist, wird 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 Palmschale, die von Pflanzen stammt, ein Material auf Petroleumbasis oder dergleichen verwendet werden. Zur Erhöhung der Oberfläche der Aktivkohle wird das Material bevorzugt aktiviert durch Verwendung von Dampf oder Alkali.
(ii) Andere Additive
Als Leitungshilfe kann beispielsweise Ruß wie Acetylenruß (AB) oder Ketjen Black (KB) oder Kohlenstoffasern wie Kohlenstoff-Nanorohre und Compositmaterialien davon verwendet werden.
Als Bindemittel kann beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethylcellulose (CMC), Xanthangummi und dergleichen verwendet werden.
Eine Aufschlämmung aus einer Aktivkohlepaste wird hergestellt durch Mischen eines organischen Lösungsmittels oder Wasser als Lösungsmittel mit einer Mischung, die sich aus dem obigen Aktivmaterial und anderen Additiven zusammensetzt.
Als organisches Lösungsmittel wird N-Methyl-2-pyrrolidon häufig verwendet. Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, kann ein Tensid zur Verstärkung der Fülleistung verwendet werden.
Das organische Lösungsmittel kann neben N-Methyl-2-pyrrolidon angemessen ausgewählt werden, solange es nicht nachteilig Materialien (d. h. Aktivmaterial, Leitungshilfe, Bindemittel und fester Elektrolyt nach Bedarf), die in den porösen Aluminiumkörper gefüllt werden, beeinflußt.
Beispiele des organischen Lösungsmittels umfassen n-Hexan, Cyclohexan, Heptan, Toluol, Xylol, Trimethylbenzol, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Butylencarbonat, Vinylencarbonat, Vinylethylencarbonat, Tetrahydrofuran, 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan und Ethylenglykol.
(iii) Füllen der Aufschlämmung
Die hergestellte Aktivkohlenpaste (Aufschlämmung) wird in den oben erwähnten Stromkollektor des porösen Aluminiumkörpers gefüllt und getrocknet, und dessen Dichte wird erhöht durch Komprimieren mit einer Walzenpresse oder dergleichen nach Bedarf unter Erhalt einer Elektrode für einen elektrischen Doppelschichtkondensator.
Als Verfahren zum Füllen der Aktivkohlepasten können allgemein bekannte Verfahren wie ein Verfahren zum Füllen durch Eintauchen oder ein Beschichtungsverfahren angewandt werden. Beispiele des Beschichtungsverfahrens umfassen ein Walzen-Beschichtungsverfahren, Applikator-Beschichtungsverfahren, elektrostatisches Beschichtungsverfahren, Pulver-Beschichtungsverfahren, Sprüh-Beschichtungsverfahren, Sprühbeschichter-Beschichtungsverfahren, Stangenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Walzenbeschichter-Beschichtungsverfahren, Tauchbeschichter-Beschichtungsverfahren, Rakel-Beschichtungsverfahren, Drahtstangen-Beschichtungsverfahren, Messerbeschichter-Beschichtungsverfahren, Blatt-Beschichtungsverfahren und Siebdruckverfahren.
(2) Herstellung der negativen Elektrode
Eine negative Elektrode ist nicht besonders beschränkt und eine konventionelle negative Elektrode für Lithium-Sekundärbatterien kann verwendet werden, aber eine Elektrode, worin ein Aktivmaterial in einem porösen Körper aus Kupfer oder Nickel wie das oben beschriebenen geschäumte Nickel gefüllt wird, 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 vorher bevorzugt mit Lithiumionen dotiert.
Als Dotierverfahren können allgemein bekannte Verfahren verwendet werden. Beispiele der Dotierverfahren umfassen ein Verfahren, bei dem eine Lithiummetallfolie an die Oberfläche einer negativen Elektrode fixiert und diese in eine elektrolytische Lösung zum Dotieren getaucht wird, ein Verfahren, bei dem eine Elektrode mit daran fixiertem Lithiummetall in einem Lithiumionen-Kondensator angeordnet wird und nach Zusammenbauen eine Zelle ein elektrischer Strom zwischen der negativen Elektrode und der Lithiummetall-Elektrode zum elektrischen Dotieren der Elektrode geleitet wird, und ein Verfahren, bei dem eine elektrochemische Zelle von einer negativen Elektrode und einem Lithiummetall zusammengebaut wird, und eine negative Elektrode, die mit Lithium elektrisch dotiert ist, herausgenommen und verwendet wird.
In jedem Verfahren ist es bevorzugt, daß die Menge des Lithium-Dotierens groß ist, um adäquat das Potential der negativen Elektrode zu vermindern, aber die negative Elektrode wird bevorzugt gelassen, ohne durch die Kapazität der positiven Elektrode dotiert zu werden, weil dann, wenn die restliche Kapazität der negativen Elektrode kleiner ist als die der positiven Elektrode, die Kapazität des Lithiumionen-Kondensators klein wird.
(3) Elektrolytische Lösung
Die gleiche nicht-wäßrige elektrolytische Lösung wie sie in einer Lithium-Sekundärbatterie verwendet wird, wird für eine elektrolytische Lösung verwendet. Als nicht-wäßrige elektrolytische Lösung wird eine elektrolytische Lösung verwendet, die durch Auflösen eines tragenden Salzes in einem polaren aprotischen organischen Lösungsmittel erhalten ist. Als ein solches polares aprotisches organisches Lösungsmittel wird beispielsweise Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton oder Sulfolan verwendet. Als tragendes Salz wird Lithiumtetrafluorborat, Lithiumhexafluorphosphat, Imidsalz oder dergleichen verwendet.
(4) Herstellung des Lithiumionen-Kondensators
Die auf oben beschriebene Weise erhaltene Elektrode wird zu einer angemessenen Größe gestanzt und der negativen Elektrode gegenübergelegt, wobei ein Separator zwischen der ausgestanzten Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist. Die negative Elektrode kann eine Elektrode sein, die vorher mit Lithiumionen dotiert ist, und wenn das Verfahren zum Dotieren der negativen Elektrode nach Zusammenbauen einer Zelle angewandt wird, kann eine Elektrode mit daran gebundenem Lithiummetall in einer Zelle angeordnet werden.
Ein poröser Film oder Vlies aus Cellulose oder einem Polyolefinharz wird bevorzugt für den Separator verwendet. Dann werden die Elektroden in einem Zellgehäuse durch Verwendung der erforderlichen Abstandshalter angeordnet und mit einer elektrolytischen Lösung imprägniert. Schließlich wird ein Deckel auf dem Gehäuse angeordnet, wobei eine Isolationsdichtung zwischen dem Decken und dem Gehäuse angeordnet wird, und wird abgedichtet, und hierdurch kann ein Lithiumionen-Kondensator hergestellt werden.
Materialien der Elektrode und dergleichen werden bevorzugt adäquat zum möglichst starken Vermindern des Wassergehaltes im Lithiumionen-Kondensator getrocknet. 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 das oben erwähnte Verfahren zur Herstellung eines Lithiumionen-Kondensators ein Ausführungsbeispiel, und ein Verfahren zur Herstellung eines Lithiumionen-Kondensators ist nicht besonders beschränkt, solange es den Stromkollektor oder die Elektrode dieser Erfindung verwendet, und der Lithiumionen-Kondensator kann durch ein anderes Verfahren als das oben erwähnte Verfahren hergestellt werden.
4. Batterie mit geschmolzenem Salz
Der poröse Aluminiumkörper kann ebenfalls als Elektrodenmaterial für geschmolzene Salzbatterien verwendet werden. Wenn der poröse Aluminiumkörper als positives Elektrodenmaterial verwendet wird, kann eine Metallverbindung wie Natriumchromit (NaCrO₂) oder Titandisulfid (TiS₂), in die ein Kation eines geschmolzenen Salzes, das als Elektrolyt dient, interkaliert sein kann, als aktives Material verwendet werden. Das aktive Material 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 Natriumchromat als Aktivmaterial verwendet wird und Acetylenruß als Leitungshilfe verwendet wird, ist das Bindemittel bevorzugt PTFE, weil PTFE Natriumchromat und Acetylenruß dicht binden kann.
Der poröse Aluminiumkörper kann ebenfalls als Material der negativen Elektrode für geschmolzene Salzbatterien verwendet werden. Wenn der poröse Aluminiumkörper als negatives Elektrodenmaterial verwendet wird, kann Natrium alleine, eine Legierung aus Natrium und einem anderem 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 und insbesondere ist eine Legierung auf Natrium und Sn wegen der leichteren Handhabbarkeit bevorzugt.
Natrium oder eine Natriumlegierung kann auf der Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers durch Elektroplattieren, Heißtauchen oder ein anderes Verfahren getragen werden. Alternativ kann ein Metall (Si, etc.), das mit Natrium zu legieren ist, auf dem porösen Aluminiumkörper durch Plattieren niedergeschlagen und dann in eine Natriumlegierung durch Laden in eine geschmolzene Salzbatterie umgewandelt werden.
8 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel einer geschmolzenen Salzbatterie zeigt, worin eine Elektrode für ein elektrochemisches Element (geschmolzene Salzbatterie) gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet wird. Die geschmolzene Salzbatterie umfaßt eine positive Elektrode 121, in der ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode auf der Oberfläche eines Aluminiumgerüstes des porösen Aluminiumkörpers getragen wird, eine negative Elektrode 122, worin ein Aktivmaterial für eine negative Elektrode auf der Oberfläche eines Aluminiumgerüstes eine porösen Aluminiumkörpers getragen wird, und einen Separator 123, der mit einem geschmolzenen Salz eines Elektrolyten imprägniert ist, die in einem Gehäuse 127 angeordnet sind.
Ein Preßteil 126, umfassend eine Preßplatte 124 und eine Feder 125 zum Pressen der Preßplatte 124 ist zwischen der oberen Oberfläche des Gehäuses 127 und der negativen Elektrode 122 angeordnet. Durch Vorsehen des Preßteils 126 können die positive Elektrode 121, die negative Elektrode 122 und der Separator gleichmäßig gepreßt werden, um miteinander in Kontakt gebracht zu werden, selbst wenn ihre Volumina sich geändert haben. Ein Stromkollektor (poröser Aluminiumkörper) der positiven Elektrode 121 und ein Stromkollektor (poröser Aluminiumkörper) der negativen Elektrode 122 sind mit einem Ende der positiven Elektrode 128 und einem Ende der negativen Elektrode 129 durch einen Ladungsdraht 130 gebunden.
Das geschmolzene Salz, das als Elektrolyt dient, kann ein anorganisches oder organisches Salz sein, die bei der Arbeitstemperatur schmelzen. Als Kation des geschmolzenen Salzes kann eines oder mehrere verwendet werden, 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).
Zur Verminderung des Schmelzpunktes des geschmolzenen Salzes ist es bevorzugt, eine Mischung aus zumindest zwei Salzen zu verwenden. Beispielsweise kann die Verwendung 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 weniger senken.
Das geschmolzene Salz wird in der Form eines Separators verwendet, der mit dem geschmolzenen Salz imprägniert ist. Der Separator wird angeordnet, um den Kontakt zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode zu verhindern, 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 geschmolzene Salzbatterie verwendet.
Beispiele
Nachfolgend wird diese Erfindung detaillierter beschrieben, wobei eine Lithium-Sekundärbatterie als Beispiel verwendet wird.
1. Herstellung der Aufschlämmung und poröser Aluminiumkörper
Eine Aufschlämmung und ein poröser Aluminiumkörper wurden durch ein unten beschriebenes Verfahren zuvor hergestellt.
(1) Herstellung der Aufschlämmung
Ein LiCoO₂-Pulver als Aktivmaterial, Acetylenruß als Leitungshilfe und PVDF als Bindemittel wurden in Anteilen von 88:6:6, ausgedrückt als Gewichtsverhältnis, vermischt und NMP wurde als Lösungsmittel zugegeben, und die resultierende Mischung wurde zur Bildung einer Aufschlämmung gemischt.
(2) Herstellung des porösen Aluminiumkörpers
Ein Urethanschaum mit einer Dicke von 1,0 mm, einer Porosität von 95% und etwa 50 Poren (Zellen) pro Inch wurde als Harzformkörper hergestellt und zu einem Rechteck mit 100 mm × 30 mm geschnitten, und ein poröser Aluminiumkörper wurde unter Anwendung des in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Verfahrens hergestellt. Die Vorgänge zur Herstellung des porösen Aluminiumkörpers sind wie folgt.
(Bilden der leitenden Schicht)
Der Urethanschaum wurde in ein Kohlenstoff-Suspensionslösung getaucht und getrocknet, zur Bildung einer leitenden Schicht mit Kohlenstoffteilchen, die an der gesamten Oberfläche der leitenden Schicht haften. Die Komponenten der Suspensionslösung umfassen Graphit und 25% Ruß und ebenfalls ein Harzbindemittel, ein Eindringmittel und ein Antischäummittel. Der Ruß wurde erzeugt, so daß er einen Teilchendurchmesser von 0,5 μm hatte.
(Plattieren mit geschmolzenem Salz)
Der Urethanschaum mit einer leitenden Schicht, die auf der Oberfläche davon gebildet war, wurde als Arbeitsstück in einer Spannvorrichtung mit einer Elektrizitäts-Zuführfunktion gegeben, und dann wurde die Spannvorrichtung in einer Handschuhbox angeordnet, deren Inneres auf eine Argonatmosphäre und niedrige Feuchtigkeit (Taupunkt von –30°C oder weniger) eingestellt war, und wurde in ein geschmolzenes Salz-Aluminium-Plattierbad (33 mol% EMIC-67 mol% AlCl₃) bei einer Temperatur von 40°C getaucht. Die Spannvorrichtung, die das Arbeitsstück hielt, wurde mit der Kathode eines Rektifizierers verbunden, und eine Aluminiumplatte (Reinheit 99,99%) der Gegenelektrode wurde mit der Anode verbunden. Das Arbeitsstück wurde plattiert durch Auferlegung eines Direktstroms bei einer Stromdichte von 3,6 A/dm² für 90 Minuten, zur Bildung einer Aluminiumstruktur, worin 150 g/m² einer Aluminium-plattierten Schicht auf der Oberfläche des Urethanschaumes gebildet wurde. Das Rühren wurde mit einem Rührer unter Verwendung eines Teflon^®-Rührers durchgeführt. Die Stromdichte wurde berechnet auf der Basis der Scheinfläche des Urethanschaumes.
Der Gerüstbereich des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde als Probe extrahiert, und die Probe wurde bei einem Querschnitt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung des Gerüstes geschnitten und beobachtet. Der Querschnitt hat eine nahezu Dreiecksform und dies reflektiert die Struktur des als Kernmaterials verwendeten Urethanschaumes.
(Entfernung von Urethan durch Zersetzung)
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 für 30 Minuten auferlegt. Luftblasen, die von der Zersetzungsreaktion des Polyurethans stammen, wurden in dem geschmolzenen Salz gebildet. Dann wurde die Aluminiumstruktur auf Raumtemperatur an 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 ebenso wie der Urethanschaum, der als Kernmaterial verwendet wurde.
Der erhaltene poröse Aluminiumkörper wurde in einem wäßrigen Medium aufgelöst und einem ICP (induktiv gekuppeltes Plasma)-Emissionsspektrometer unterworfen und folglich war die Aluminiumreinheit 98,5 mass%. Darüber hinaus war der Kohlenstoffgehalt, gemessen durch ein Infrarot-Absorptionsverfahren nach Verbrennung in einem Hochfrequenz-Induktionsofen gemäß JIS-G 1211, 1,4 mass%. Weiterhin wurde die Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV unter Verwendung von EDX analysiert und folglich wurde bestätigt, daß ein Peak von Sauerstoff wenig beobachtet wurde und die Sauerstoffmenge im porösen Aluminiumkörper gleich oder weniger als die Ermittlungsgrenze (3,1 mass%) von EDX war.
2. Herstellung der Elektrode für Lithium-Sekundärbatterie
(Beispiel 1)
Nachdem eine Leitung an dem porösen Aluminiumkörper befestigt war, wurden jede der oben erwähnten Aufschlämmungen gefüllt. NMP in der Aufschlämmung wurde durch Leiten des porösen Aluminiumkörpers durch einen Trocknungsofen entfernt, und dann wurde eine Elektrode für Lithium-Sekundärbatterie mit einer Dicke von 1 mm und einer Ladungskapazität von 8 mAh/cm² ohne Durchführen des Komprimierens des porösen Aluminiumkörpers durchgeführt. Die hergestellte Elektrode hatte eine Porosität von 55%.
(Beispiele 2 bis 4)
Jede Elektrode der Beispiele 2 bis 4 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß der poröse Aluminiumkörper nach dem Trocknen zu einer Dicke (mm) komprimiert wurde, die in Tabelle 1 gezeigt ist. Die Porosität einer jeden hergestellten Elektrode ist in Tabelle 1 gezeigt.
(Vergleichsbeispiele 1, 2)
Jede Elektrode der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde durch das gleiche Verfahren wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß der poröse Aluminiumkörper nach dem Trocknen zu einer Dicke (mm) komprimiert wurde, die in Tabelle 1 gezeigt ist. Die Porosität einer jeden hergestellten Elektrode ist in Tabelle 1 gezeigt.
3. Herstellung der Lithium-Sekundärbatterie und Auswertung der Leistung
(1) Herstellung der Lithium-Sekundärbatterie
Die Elektroden für eine Lithium-Sekundärbatterie, hergestellt in den Beispielen und Vergleichsbeispielen, wurden für eine positive Elektrode verwendet, eine Lithium(Li)-Metallfolie wurde für eine Gegenelektrode (negative Elektrode) verwendet, ein Glasfaser-Filter wurde für einen Separator verwendet und 1 mol/l LiPF₆ in EC-DEC-Lösung wurde als elektrolytische Lösung verwendet, zur Herstellung von Lithium-Sekundärbatterien des Beispiels und der Vergleichsbeispiele.
(2) Leitungsbewertung der Lithium-Sekundärbatterie
A. Bewertungsverfahren

Jede hergestellte Lithium-Sekundärbatterie wurde geladen und dann bei 0,2C entladen, zur Bestimmung einer Entladungskapazität. Die Entladungskapazität einer Gewichtseinheit des aktiven Materials (pro 1 g aktives Material) wurde von der erhaltenen Entladungskapazität bestimmt. Weiterhin wurde eine Entladung mit hoher Rate von 2C durchgeführt, und die Leistungen der Lithium-Sekundärbatterien wurden auf der Basis der Werte der Entladungskapazitäten bewertet. die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]

	Komprimierschritt	Änderungen der Dicke (mm)			Porosität (%)	0,2C Entladungskapazität (mAh/g)	2C Entladungskapazität (mAh/g)
	Komprimierschritt	Dicke t nach Komprimieren	Dicke d vor Komprimieren	t/d	Porosität (%)	0,2C Entladungskapazität (mAh/g)	2C Entladungskapazität (mAh/g)
Bsp. 1	nicht durchgeführt	-	1,0	-	55	122	120
Bsp. 2	durchgeführt	0,9	1,0	0,9	45	121	119
Bsp. 3	durchgeführt	0,7	1,0	0,7	30	122	121
Bsp. 4	durchgeführt	0,5	1,0	0,5	18	123	121
Vgl.-bsp. 1	durchgeführt	0,4	1,0	0,4	13	121	95
Vgl.-bsp. 2	durchgeführt	0,2	1,0	0,2	7	121	95

Von Tabelle 1 wurde bestätigt, daß bei jedem Beispiel die Entladung mit hoher Rate von 2C ebenfalls eine Kapazität von etwa 120 mA/g eines theoretischen Wertes von LiCoO₂ hatte wie beim Fall der Entladung von 0,2C, und daß eine hohe Leistung vorlag. Der Grund liegt vermutlich darin, daß, weil das Komprimieren der Elektrode unterdrückt wurde, ein Raum innerhalb der Elektrode verblieb und die Permeation der elektrolytischen Lösung in die Elektrode ausreichend war, und daher wurde ein Ionenaustausch zwischen dem aktiven Material und der elektrolytischen Lösung glatt auch in einer Entladung mit hoher Rate von 2C durchgeführt.
Im Gegensatz dazu wurde bestätigt, daß bei jedem Vergleichsbeispiel der Fall der Entladung mit hoher Rate von 2C eine Kapazität im wesentlichen unterhalb von etwa 120 mAh/g eines theoretischen Wertes von LiCoO₂ hatte und eine hohe Leistung nicht erhalten wurde. Der Grund liegt vermutlich darin, daß, weil das Komprimieren der Elektrode übermäßig war, ein Raum innerhalb der Elektrode reduziert und die Permeation der elektrolytischen Lösung in die Elektrode inadäquat war, und daher wurde der Ionenaustausch zwischen dem aktiven Material und der elektrolytischen Lösung in der Entladung mit hoher Rate von 2C inhibiert.
Diese Erfindung wurde auf der Basis von Ausführungsbeispielen beschrieben, aber sie ist nicht auf diese beschränkt.
Variationen können bei diesen Ausführungsbeispielen innerhalb des Umfangs der Identität und der Äquivalenz dieser Erfindung durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Harzschaumformkörper
2: Aluminium(Al)-plattierte Schicht
3: Poröser Aluminium(Al)-Körper
4: Leitung
11: Vorläufer
12,22: Elektrodenhauptkörper
21,31: Elektrode für Lithium-Sekundärbatterie
32: Stromkollektor
33: Positive Elektrodenmischungsschicht
60: Lithium-Sekundärbatterie im Festzustand
61: Positive Elektrode
62: Negative Elektrode
63: Feste Elektrolytschicht (SE-Schicht)
64: Positive Elektrodenschicht
65: Stromkollektor der positiven Elektrode
66: Negative Elektrodenschicht
67: Stromkollektor der negativen Elektrode
121,146: Positive Elektrode
122,147: Negative Elektrode
123,142: Separator
124: Preßplatte
125: Feder
126: Preßteil
127,145: Gehäuse
128: Ende der positiven Elektrode
129: Ende der negativen Elektrode
130,144: Leitungsdraht
141: Polarisierbare Elektrode
143: Organische elektrolytische Lösung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS-G 1211 [0162]

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element, umfassend: einen Aufschlämmungsfüllschritt zum Füllen einer Aufschlämmung, umfassend ein aktives Material, in kontinuierliche Poren eines porösen Aluminiumkörpers mit den kontinuierlichen Poren, und einen Aufschlämmungstrocknungsschritt zum Trocknen der aufgefüllten Aufschlämmung, unter Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element nach dem Aufschlämmungstrocknungsschritt ohne Durchführen eines Kompressionsschrittes zum Komprimieren des porösen Aluminiumkörpers mit der darin aufgeführten und getrockneten Aufschlämmung.
Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element, umfassend: einen Aufschlämmungsfüllschritt zum Auffüllen einer Aufschlämmung, umfassend ein aktives Material, in kontinuierliche Poren eines porösen Aluminiumkörpers mit den kontinuierlichen Poren, einen Aufschlämmungstrocknungsschritt zum Trocknen der aufgefüllten Aufschlämmung und einen Kompressionsschritt zum Komprimieren des porösen Aluminiumkörpers mit der darin aufgefüllten und getrockneten Aufschlämmung, zum Erfüllen der folgenden Ungleichung nach dem Aufschlämmungstrocknungsschritt: 0,5d ≤ t < 1,0d worin d eine Dicke eines porösen Aluminiumkörpers vor dem Komprimieren und t eine Dicke des porösen Aluminiumkörpers nach dem Komprimieren ist.
Verfahren zur Erzeugung einer Elektrode für ein elektrochemisches Element nach Anspruch 1 oder 2, worin der poröse Aluminiumkörper ein poröser Aluminiumkörper ist, worin die Sauerstoffmenge der Oberfläche, quantifiziert bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV unter Verwendung der Energie-dispersiven Röntgenbeugungsanalyse (EDX-Analyse), 3,1 Mass% oder weniger ist.
Elektrode für ein elektrochemisches Element, umfassend einen porösen Aluminiumkörper mit kontinuierlichen Poren, in die eine Mischung mit einem aktiven Material gefüllt ist, wobei der poröse Aluminiumkörper eine Porosität (%), dargestellt durch die folgende Gleichung, von 15 bis 55% hat: Porosität (%) = {1 – (Volumen des Elektrodenmaterials)/(scheinbares Volumen der Elektrode)} × 100
Elektrode für ein elektrochemisches Element nach Anspruch 4, worin der poröse Aluminiumkörper ein poröser Aluminiumkörper ist, worin die Sauerstoffmenge der Oberfläche, quantifiziert bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV durch Verwendung der EDX-Analyse, 3,1 mass% oder weniger ist.