DE112014002325T5 - Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung, Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung - Google Patents

Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung, Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung Download PDF

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Takayuki Noguchi
Akihisa Hosoe
Kazuki Okuno
Mitsuyasu Ogawa
Tomoharu Takeyama
Masashi Yamamoto
Masamichi Kuramoto
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

Bereitgestellt sind: eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung, die einen reduzierten elektrischen Widerstand aufweist und die eine elektrostatische Kapazität und eine Zellspannung einer Energiespeichereinrichtung verbessern kann und eine gespeicherte Energiedichte verbessern kann, wenn diese als Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung verwendet wird; eine Energiespeichereinrichtung, die eine Elektrode für die Energiespeichereinrichtung verwendet; und ein Verfahren zum Herstellen der Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung. Die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung beinhaltet Kohlenstoff-Nanoröhren, eine ionische Flüssigkeit und einen dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper, der mehrere Porenabschnitte aufweist, die mit den Kohlenstoff-Nanoröhren und der ionischen Flüssigkeit gefüllt sind, wobei in den Porenabschnitten, die an einer Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, der mehreren Porenabschnitte ein Verhältnis (d/D) zwischen einem Porenabschnittsdurchmesser (D) in einer ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers und einem Porenabschnittsdurchmesser (d) in einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in einem Bereich von 0 < d/D < 1 ist, und Porenabschnitte in dem Bereich mehr als oder gleich 95% und weniger als oder gleich 100% der Porenabschnitte, die an der Oberfläche freiliegen, ausmachen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung, Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Unter Energiespeichereinrichtungen sind Kondensatoren weit für verschiedene Arten von elektrischen Vorrichtungen und dergleichen verbreitet. Von Kondensatoren von verschiedener Typen haben elektrische Doppelschichtkondensatoren und Lithiumionenkondensatoren große Kapazitäten und ziehen insbesondere in den letzten Jahren Aufmerksamkeit auf sich.
  • Ein elektrischer Doppelschichtkondensator ist eine Energiespeichereinrichtung, die eine Zelle, einen versiegelten Behälter zum Sicherstellen von elektrischer Isolation zwischen Zellen und Verhindern einer Flüssigkeitsleckage, eine Stromsammelelektrode zum Entnehmen von Elektrizität und einen Streifenleiter beinhaltet.
  • Ferner ist ein Lithiumionenkondensator eine Energiespeichereinrichtung, in der eine Elektrode, die elektrostatisch Ionen adsorbieren und desorbieren kann, wie eine aktivierte Kohlenstoffelektrode als eine positive Elektrode verwendet wird, und eine Elektrode, die Lithium-Ionen okkludieren kann, wie ein harter Kohlenstoff als eine negative Elektrode verwendet wird.
  • Energie, die in einem elektrischen Doppelschichtkondensator gespeichert ist, ist durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt: W = (1/2)CU2 (1) wobei W die gespeicherte Energie (Kapazität) beschreibt, C die elektrostatische Kapazität (abhängig von dem Oberflächengebiet einer Elektrode) beschreibt und U eine Zellspannung beschreibt.
  • Von der obigen Gleichung (1) ist erkennbar, dass eine Verbesserung der elektrostatischen Kapazität zu einer Verbesserung der gespeicherten Energie beiträgt.
  • PTD 1 (veröffentlichtes japanisches Patent Nr. 2005-079505 ) offenbart ein „Elektrodenmaterial für einen elektrischen Doppelschichtkondensator, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus einer Gelzusammensetzung besteht, beinhaltend: Kohlenstoff-Nanoröhren, die durch Aufbringen einer Scherkraft auf die Kohlenstoff-Nanoröhren und Teilen der Kohlenstoff-Nanoröhren in der Gegenwart einer ionischen Flüssigkeit erhalten werden; und der ionischen Flüssigkeit”, um eine elektrostatische Kapazität in dem elektrischen Doppelschichtkondensator zu verbessern.
  • PTD 2 (veröffentlichtes japanisches Patent Nr. 2009-267340 ) offenbart eine „Elektrode für einen elektrischen Doppelschichtkondensator, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie durch Formen von Kohlenstoff-Nanoröhren mit einem spezifischen Oberflächenbereich von 600–2600 m2/g in der Form von Papier mit einem Basismaterial integriert ist, dass einen Stromkollektor bildet und einen irregulären Abschnitt an seiner Oberfläche aufweist, durch den irregulären Abschnitt”.
  • DOKUMENTENLISTE
  • PATENTDOKUMENTE
    • PTD 1: veröffentlichtes japanisches Patent Nr. 2005-079505
    • PTD 2: veröffentlichtes japanisches Patent Nr. 2009-267340
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Jedoch ist die Gelzusammensetzung, die in PTD 1 (veröffentlichtes japanisches Patent Nr. 2005-079505 ) beschrieben ist, einfach zu deformieren und nicht verfestigt und folglich ist es ungünstig die Gelzusammensetzung als ein Elektrodenmaterial zu handhaben. Darüber hinaus ist es schwierig die Gelzusammensetzung dick an einer Stromsammelfolie zu montieren und folglich existiert ein Problem beim Erhöhen Einer elektrostatischen Kapazität pro Einheitsgebiet der Elektroden.
  • Ferner, obwohl PTD 2 (veröffentlichtes japanisches Patent Nr. 2009-267340 ) eine Technik beschreibt, die geschäumtes Nickel (einen dreidimensional vernetzten porösen Nickelkörper) als ein Basismaterial verwendet, existiert ein Problem, dass es schwierig ist, gleichmäßig Kohlenstoff-Nanoröhren über dem Basismaterial, das den irregulären Abschnitt aufweist, zu verteilen.
  • Darüber hinaus wird ein Gas wie CO aufgrund von Restfeuchte und eine funktionelle Gruppe von aktiviertem Kohlenstoff produziert und es existiert auch ein Problem beim Erhöhen einer Zellspannung. Zusätzlich ist auch gewünscht, eine Ausgangsleistung im Zusammenhang mit den Kontakteigenschaften zwischen dem Elektrodenmaterial und dem Stromkollektor zu erhöhen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Betrachtung der vorgenannten Probleme gemacht und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, bereitzustellen: eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung, die einen reduzierten elektrischen Widerstand aufweist und welche die elektrostatische Kapazität und Zellspannung einer Energiespeichereinrichtung verbessern kann und eine gespeicherte Energiedichte verbessern kann, wenn diese als eine Elektrode für die Energiespeichereinrichtung verwendet wird; eine Energiespeichereinrichtung, welche die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung verwendet; und ein Verfahren zum Herstellen der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Die vorliegende Erfindung ist auf eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung gerichtet, die beinhaltet: Kohlenstoff-Nanoröhren, eine ionische Flüssigkeit und einen dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper, der mehrere Porenabschnitte aufweist, die mit den Kohlenstoff-Nanoröhren und der ionischen Flüssigkeit gefüllt sind, wobei in den Porenabschnitten, die an einer Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, der mehreren Porenabschnitte ein Verhältnis (d/D) zwischen einem Porenabschnittsdurchmesser (D) in einer ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers und einem Porenabschnittsdurchmesser (d) in einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in einem Bereich von 0 < d/D < 1 ist, und Porenabschnitte in dem Bereich mehr als oder gleich 95% und weniger als oder gleich 100% der Porenabschnitte, die an der Oberfläche freiliegen, ausmachen.
  • VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung, die einen reduzierten elektrischen Widerstand aufweist, erhalten werden. Ferner, wenn die Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung verwendet wird, kann die Elektrode die elektrostatische Kapazität und Zellspannung der Energiespeichereinrichtung verbessern und kann eine gespeicherte Energiedichte verbessern.
  • KURZE DER BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 ist eine vergrößerte Ansicht eines Beispiels einer Oberfläche eines dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers.
  • 2 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt entlang Linie A-A' in 1 zeigt.
  • 3 ist eine Ansicht, die den dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper zeigt, der einen Streifenleiter an sich verbunden aufweist.
  • 4 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Beispiel einer Oberfläche eines dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers zeigt.
  • 5 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt entlang Linie B-B' in 4 zeigt.
  • 6 ist eine Ansicht, die den dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper zeigt, der einen Streifenleiter daran verbunden aufweist.
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das einen Herstellungsprozess eines dreidimensional vernetzten porösen Aluminiumkörpers zeigt.
  • 8(A) ist eine vergrößerte schematische Ansicht einer Oberfläche eines porösen Kunststoffkörpers.
  • 8(B) ist eine Ansicht, die den porösen Kunststoffkörper zeigt, der eine leitende Schicht auf seiner Oberfläche aufweist.
  • 8(C) ist eine Ansicht, die einen strukturierten Aluminiumkörper zeigt.
  • 8(D) ist eine Ansicht, die einen porösen Aluminiumkörper zeigt.
  • 9 ist eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Vorrichtung zeigt, die einen Aluminiumbeschichtungsprozess durchführt.
  • 10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines porösen Kunststoffkörpers zeigt.
  • 11 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Schritts eines Komprimierens eines dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers schematisch zeigt.
  • 12 ist eine Ansicht, die ein Beispiel des Schritts des Komprimierens des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers schematisch zeigt.
  • 13 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Zelle eines elektronischen Doppelschichtkondensators zeigt.
  • 14 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Zelle eines Lithiumionenkondensator zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • [Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung der vorliegenden Anmeldung]
  • Zuerst wird der Inhalt der Ausführungsformen der Erfindung der vorliegenden Anmeldung in Listenform beschrieben.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung gerichtet, die Kohlenstoff-Nanoröhren, eine ionische Flüssigkeit und einen dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper beinhaltet, der mehrere Porenabschnitte aufweist, die mit den Kohlenstoff-Nanoröhren und der ionischen Flüssigkeit gefüllt sind, wobei in den Porenabschnitten, die an einer Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, der mehreren Porenabschnitte ein Verhältnis (d/D) zwischen einem Porenabschnittsdurchmesser (D) in einer ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers und einem Porenabschnittsdurchmesser (d) in einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in einem Bereich von 0 < d/D < 1 ist, und Porenabschnitte in dem Bereich mehr als oder gleich 95% und weniger als oder gleich 100% der Porenabschnitte, die an der Oberfläche freiliegen, ausmachen.
  • Da die Innenseite der Porenabschnitte des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers mit den Kohlenstoff-Nanoröhren und der ionischen Flüssigkeit in der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gefüllt ist, kann, wenn die Elektrode als eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung verwendet wird, die Elektrode die elektrostatische Kapazität und Zellspannung Energiespeichereinrichtung verbessern und kann eine gespeicherte Energiedichte verbessern.
  • Ferner, da die Porenabschnitte, deren Verhältnis (d/D) zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser in der ersten Richtung und dem Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung in dem Bereich von 0 < d/D < 1 ist, mehr als oder gleich 95% der mehreren Porenabschnitte des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers ausmachen, zeigt ein elektrischer Widerstand eine Anisotropie zwischen der ersten Richtung und der zweiten Richtung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers. Genauer gesagt sind in dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper, der in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, der elektrische Widerstand in der ersten Richtung geringer als der elektrische Widerstand der zweiten Richtung. Aus diesem Grund weist die Elektrode, die den dreidimensional vernetzten porösen Metallgegenstand verwendet, einen geringen elektrischen Widerstand auf, in einem Fall in dem es Energie in der ersten Richtung sammelt und weist deswegen eine verbesserte Energiesammeleigenschaft auf.
  • Vorzugsweise ist in der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Verhältnis zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung und dem Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung in einem Bereich von 0,3 ≤ d/D ≤ 0,8.
  • Wenn das Verhältnis (d/D) zwischen den Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung und der Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung kleiner als 0,3 ist, sind die Formen der Porenabschnitte in der ersten Richtung zu lang es ist schwierig die Kohlenstoff-Nanorohren und die ionische Flüssigkeit in die Porenabschnitte zu laden. Auf der anderen Seite wenn das Verhältnis (d/D) zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung und der Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung größer als 0,8 ist, ist es unwahrscheinlicher, dass die Anisotropie in dem elektrischen Widerstand des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers auftritt. Weiter bevorzugt ist das Verhältnis (d/D) zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung und dem Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung 0,5 ≤ d/D ≤ 0,8.
  • Vorzugsweise ist in der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Längenrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhren im Wesentlichen parallel zu der ersten Richtung.
  • Wenn die Längenrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhren, die innerhalb der Porenabschnitte des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers im Wesentlichen parallel zu den ersten Richtung in der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung ist, weist die Elektrode eine verbesserte Leitfähigkeit in dem Fall auf, indem es Strom in der ersten Richtung sammelt. Ferner, wenn Elektrode verwendet wird, um eine Energiespeichereinrichtung zu produzieren, kann die Elektrode die Energiedichte der Speichervorrichtung verbessern.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf eine Energiespeichereinrichtung gerichtet, die eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung beinhaltet. Entsprechend der Energiespeichereinrichtungen einer Ausführung der vorliegenden Erfindung können eine elektrostatische Kapazität und Zellspannung verbessert werden und eine gespeicherte Energiedichte kann verbessert werden.
  • Vorzugsweise ist in der Energiespeichereinrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Streifenleiter, der Energie in der ersten Richtung sammelt, an den dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper gebunden.
  • In dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper, der für die Energiespeichereinrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist der elektrische Widerstand (R1) in der ersten Richtung geringer als der elektrische Widerstand (R2) in der zweiten Richtung. Entsprechend kann der elektrische Widerstand in einer Stromsammelrichtung durch bereitstellen des Streifenleiters Verbessert werden, der Strom in der ersten Richtung sammelt.
  • Eine Ausführung vom der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung inklusive der Schritte des Knetens von Kohlenstoff-Nanoröhren und einer ionischen Flüssigkeit gerichtet, um ein geknetetes Material herzustellen, und Laden des gekneteten Materials in einen dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper, der mehrere Porenabschnitte aufweist, wobei in den Porenabschnitten, die an einer Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, der mehreren Porenabschnitte ein Verhältnis (d/D) zwischen einem Porenabschnittsdurchmesser (D) in einer ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers und einem Porenabschnittsdurchmesser (d) in einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in einem Bereich von 0 < d/D < 1 ist, und Porenabschnitte in dem Bereich mehr als oder gleich 95% und weniger als oder gleich 100% der Porenabschnitte, die an der Oberfläche freiliegen, ausmachen.
  • Entsprechend einer Ausführung vom der vorliegenden Erfindung kann eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung, in der ein geknetetes Material, das Kohlenstoff-Nanoröhren und eine ionische Flüssigkeit beinhaltet, innerhalb von Porenabschnitten eines dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers geladen ist, erhalten werden. Wenn die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung als eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung verwendet wird, kann die Elektrode die elektrostatische Kapazität und Zellspannung der Energiespeichereinrichtung verbessern und kann eine gespeicherte Energiedichte verbessern.
  • [Details der Ausführungsform der Erfindung der vorliegenden Anmeldung]
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung basierend auf Ausführungsformen beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen, die im Folgenden beschrieben werden, beschränkt ist. Verschiedene Modifikationen können innerhalb eines Bereichs, der identisch und äquivalent mit dem Bereich der vorliegenden Erfindung ist, in den unten beschriebenen Ausführungsformen gemacht werden.
  • [Erste Ausführungsform]
  • <Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung]
  • In einer Ausführung vom der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung Kohlenstoff-Nanoröhren, eine ionische Flüssigkeit und einen dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper.
  • (Kohlenstoff-Nanoröhren)
  • Beispiele von Kohlenstoff-Nanoröhren, die verwendet werden können, beinhalten eine Einzelschicht-Kohlenstoff-Nanoröhre (im Folgenden auch als Einzelschicht-CNT bezeichnet) in denen lediglich eine einzelne Kohlenstoffschicht (Graphen) eine zylindrische Form aufweist, eine Doppelschicht-Kohlenstoff Nanoröhre (im Folgenden auch als Doppelschicht-CNT bezeichnet) oder eine Multischicht-Kohlenstoff-Nanoröhre (im Folgenden auch als Multischicht-CNT bezeichnet) in der ein gestapelter Körper von mehreren Kohlenstoffschichten eine zylindrische Form aufweist, eine Nanoröhre eines Tassenstapeltyps, der eine Struktur aufweist, in der Graphen in der Form eines bodenlosen Papierbechers gestapelt ist, und dergleichen.
  • Die Form von Kohlenstoff-Nanoröhren ist nicht speziell beschränkt und beides eine Kohlenstoff-Nanoröhre, die ein geschlossenes Ende aufweist, und eine Kohlenstoff-röhre, die ein offenes Ende aufweist, können verwendet werden. Vor allem es ist bevorzugt, Kohlenstoff-Nanoröhren zu verwenden, die eine Form aufweisen, in der beide Enden geöffnet sind. Wenn die beiden Enden der Kohlenstoff-Nanoröhren geöffnet sind können die ionische Flüssigkeit und eine elektrolytische Lösung einfach in den Innenraum der Kohlenstoff-Nanoröhren eintreten und folglich ist der Kontaktbereich zwischen den Kohlenstoff-Nanoröhren und der ionischen Flüssigkeit und der Elektrolyttischen Lösung vergrößert. Entsprechend kann eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung, welche die Kohlenstoff-Nanoröhren verwendet, die elektrostatische Kapazität der Energiespeichereinrichtung vergrößern.
  • Die durchschnittliche Länge von Kohlenstoff-Nanoröhren ist Vorzugsweise in einem Bereich von mehr als oder gleich 100 nm und kleiner als oder gleich 2000 μm und weiter bevorzugt in einem Bereich von mehr als oder gleich 500 nm und weniger oder gleich als 100 μm. Wenn die durchschnittliche Länge der Kohlenstoff-Nanoröhren in dem Bereich von mehr als oder gleich 100 nm und kleiner als oder gleich 2000 μm ist, lösen sich die Kohlenstoff-Nanoröhren befriedigend in der ionischen Flüssigkeit und die Kohlenstoff-Nanoröhren können einfach innerhalb von Porenabschnitten des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers gehalten werden. Entsprechend kann die Kontaktfläche zwischen und der ionischen Flüssigkeit vergrößert werden und die elektrostatische Kapazität Energiespeichereinrichtung kann vergrößert werden. Ferner, wenn die durchschnittliche Länge der Kohlenstoff-Nanoröhren größer oder gleich 500 nm und kleiner oder gleich 100 μm ist, ist der Effekt des Erhöhens der elektrostatischen Kapazität der Energiespeichereinrichtung signifikant.
  • Der durchschnittliche Durchmesser der Kohlenstoff-Nanoröhren ist vorzugsweise in einem Bereich von mehr als oder gleich 0,1 nm und weniger als oder gleich 50 nm und weiter bevorzugt in einem Bereich von mehr als oder gleich 0,5 nm und weniger als oder gleich 5 nm. Wenn der durchschnittliche Durchmesser der Kohlenstoff-Nanoröhren in dem Bereich von mehr als 0,1 nm und weniger oder gleich 50 nm ist, kann die ionische Flüssigkeit und die elektrolytische Lösung einfach in den Innenraum der Kohlenstoff-Nanoröhren eintreten und folglich ist die Kontaktfläche zwischen den Kohlenstoff-Nanoröhren und der ionischen Flüssigkeit und der elektrolytische Lösung vergrößert und die elektrostatische Kapazität der Energiespeichereinrichtung kann erhöht werden.
  • Die Reinheit der Kohlenstoff-Nanoröhren ist vorzugsweise größer als oder gleich 70 Massenprozent und weiter bevorzugt mehr als oder gleich 90 Massenprozent. Wenn die Reinheit der Kohlenstoff-Nanoröhren geringer als 70 Massenprozent ist, existiert die Gefahr der Reduktion einer Spannung oder eines Spannungseinbruchs und dem Entstehen von Dendriten aufgrund des Einflusses eines katalytischen Metalls.
  • Wenn die Reinheit der Kohlenstoff-Nanoröhren mehr oder gleich 90 Massenprozent ist, kann eine gute elektrische Leitfähigkeit erreicht werden. Entsprechend kann die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung, die hergestellt wird, unter Verwendung der Kohlenstoff-Nanoröhren eine Leistung der Energiespeichereinrichtung erhöhen.
  • (Ionische Flüssigkeit)
  • (Ionische Flüssigkeit)
  • Eine ionische Flüssigkeit wird durch Verbinden von einem Anion und einem Kation hergestellt, um einen Schmelzpunkt von um die 100°C oder weniger zu haben. Beispiele des Anions, das verwendet werden kann, beinhalten Hexafluorphosphat (PF6), Tetrafluorborat (BF4), Bis(trifluormethansulfonyl)imidat (TFSI), Trifluormethansulfonat (TFS) und Bis(perfluorethylsulfonyl)imidat (BETI). Beispiele des Kations, das verwendet werden kann, beinhalten ein Imidazolion, das eine Alkylgruppe mit einer Anzahl von Kohlenstoffatomen von 1 bis 8 aufweist, ein Pyridiniumion das eine Alkylgruppe mit einer Anzahl von Kohlenstoffatomen von 1 bis 8 hat, ein Piperidiniumion, das eine Alkylgruppe mit einer Anzahl von Kohlenstoffatomen von 1 bis 8 hat und ein Sulfoniumion, das eine Alkylgruppe mit einer Anzahl von Kohlenstoffatomen von 1 bis 8 hat.
  • Beispiele der ionischen Flüssigkeit, die verwendet werden kann, beinhalten 1-Ethyl-3-methylimidazoliumtetrafluorborat (EMI-BF4), 1-Ethyl-3-methylimidazolium-bis(fluorsulfonyl)imidat (EMI-FSI), 1-Ethyl-3-methylimidazolium-bis(trifluormethansulfonyl)imidat (EMI-TFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium-bis(trifluormethansulfonyl)imidat (BMI-TFSI), 1-Hexyl-3-methylimidazolium tetrafluorborat (HMI-BF4), 1-Hexyl-3-methylimidazolium-bis(trifluormethansulfonyl)imidat (HMI-TFSI), 1-Ethyl-3-methylimidazolium-fluorhydrid (EMI(FH)2,3F), N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)-tetrafluorborat (DEME-BF4), N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)-bis(trifluormethansulfonyl)imidat (DEME-TFSI), N-Methyl-N-propylpiperidinium bis(trifluormethansulfonyl)imidat (PP13-TFSI), Triethyl sulfonium-bis(trifluormethansulfonyl)imidat (TES-TFSI), N-Methyl-N-propylpyrrolidinium-bis(trifluormethansulfonyl)imidat (P13-TFSI), Triethyloctyl phosphonium-bis(trifluormethansulfonyl)imidat (P2228-TFSI), and N-Methyl-methoxymethylpyrrolidinium-tetrafluorborat (C13-BF4). Ferner können diese ionischen Flüssigkeiten alleine verwendet werden oder in geeigneter Kombination. Des Weiteren kann die ionische Flüssigkeit ein Trägersalz enthalten.
  • Wenn die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung für einen Lithiumionenkondensator verwendet wird, wird, zum Beispiel, eine ionische Flüssigkeit, die ein Lithiumsalz wie etwa Lithium-bis(fluorsulfonyl)imidat (LiFSI) oder Lithium-bis(trifluormethansulfonyl)imidat (LiTFSI) enthält, als ionische Flüssigkeit verwendet.
  • Wenn die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung für einen Lithiumionenkondensator verwendet wird, wird eine Lösung, in der ein Trägersalz gelöst ist, verwendet.
  • Beispiele des Trägersalzes, das verwendet werden kann, beinhalten Lithium-hexafluorphosphat (LiPF6), Lithium-tetrafluorborat (LiBF4), Lithium-perchlorat (LiClO4), Lithium-bis(trifluormethansulfonyl)imidat (LiN(SO2CF3)2), Lithium-bis(pentafluorethansulfonyl)imidat (LiN(SO2C2F5)2), Lithium-bis(pentafluorethansulfonyl)imidat (LiBETI), Lithium-trifluormethansulfonat (LiCF3SO3), Lithium-bis(oxalat)borat (LiBC4O8) und dergleichen.
  • Die Konzentration des Trägersalzes in der ionischen Flüssigkeit ist bevorzugt mehr als oder gleich 0,1 mol/L und weniger als oder gleich 5,0 mol/L, und besonders bevorzugt mehr als oder gleich 1 mol/L und weniger als oder gleich 3,0 mol/L.
  • Die ionische Flüssigkeit kann ein organisches Lösungsmittel enthalten. Wenn die ionische Flüssigkeit ein organisches Lösungsmittel enthält, ist die Viskosität der ionischen Flüssigkeit reduziert. Entsprechend kann die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung, die eine ionische Flüssigkeit beinhaltet, die ein organisches Lösungsmittel enthält, die Niedrigtemperatureigenschaften der Energiespeichereinrichtung verbessern.
  • Als organisches Lösungsmittel können, zum Beispiel, Propylencarbonat (PC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC), ☐-Butyrolacton (GBL), Acetonitril (AN) und dergleichen alleine oder in Kombination verwendet werden.
  • (Dreidimensional vernetzter poröser Metallkörper)
  • Der dreidimensional vernetzte poröse Metallkörper dient als Stromkollektor in der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung.
  • Der dreidimensional vernetzte poröse Metallkörper ist ein dreidimensional vernetzter Strukturkörper, der mehrere Porenabschnitte aufweist. In dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper, der in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in den Porenabschnitten, die an einer Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, der mehreren Porenabschnitte ein Verhältnis (d/D) zwischen einem Porenabschnittsdurchmesser (D) in einer ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers und einem Porenabschnittsdurchmesser (d) in einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in einem Bereich von 0 < d/D < 1, und Porenabschnitte machen in dem Bereich mehr als oder gleich 95% und weniger als oder gleich 100% der Porenabschnitte aus, die an der Oberfläche freiliegen. Dadurch tritt eine Anisotropie des elektrischen Widerstands zwischen der ersten Richtung der zweiten Richtung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers auf. Genauer gesagt ist der elektrische Widerstand in der ersten Richtung, in welcher der Porenabschnittsdurchmesser größer ist, geringer als der elektrische Widerstand in der zweiten Richtung. Folglich kann der elektrische Widerstand in der Stromsammelrichtung durch Bereitstellen eines Streifenleiters in einem Bereich verringert werden, der einen Endabschnitt in der ersten Richtung beinhaltet, in dem der elektrische Widerstand geringer ist (ein Endabschnitt in einer Richtung parallel zu einer Richtung, in welcher der elektrische Widerstand größer ist), in dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper.
  • Die erste Richtung und die zweite Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers betreffend, zum Beispiel in einem Fall, in dem eine Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in der Form einer Folie ein Rechteck ist, kann die Längsrichtung als die erste Richtung definiert werden und die Breitenrichtung, die dazu orthogonal ist, kann als die zweite Richtung definiert werden. Ferner kann auch die Längsrichtung als die zweite Richtung definiert werden und die Breitenrichtung orthogonal dazu kann auch als die erste Richtung definiert werden. Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem die obere Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in der Form einer Folie ein Quadrat ist, die Richtung von einer Seite (zum Beispiel die vertikalen Richtung) als die erste Richtung definiert werden und die Richtung einer Seite orthogonal dazu (zum Beispiel laterale Richtung) kann als zweite Richtung definiert werden.
  • In der vorliegenden Beschreibung ist der „Porenabschnittsdurchmesser von Porenabschnitten, die an einer Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen” durch derartiges abschälen der Oberfläche der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung erhalten, dass das Gerippe des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers beobachtet werden kann, danach wird die Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers unter Verwendung eines Schliffbilds oder dergleichen vergrößert, Zeichnen einer geraden Linie von einem Zoll (25,4 mm) in jeder der ersten Richtung und der zweiten Richtung, Zählen der Anzahl von Porenabschnitten, welche die gerade Linie kreuzen und berechnen eines Durchschnittwerts als den Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung = 25,4 mm/die Anzahl von Porenabschnitten in der ersten Richtung und dem Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung = 25,4 mm/die Anzahl der Porenabschnitte in der zweiten Richtung.
  • Es sei angemerkt, dass der dreidimensional vernetzte poröse Metallkörper nur die Form einer Folie aufweisen muss und in seiner Ausdehnung nicht sonderlich beschränkt ist. In einem Fall, in dem der dreidimensional vernetzte poröse Metallkörper für eine industrielle Produktion von Elektroden angepasst wird, ist es lediglich notwendig die Ausdehnungen entsprechend einer geeigneten Produktlinie anzupassen. Zum Beispiel können die Ausdehnungen auf die folgenden gesetzt sein 1 m (Breite) × 200 m (Länge) × 1 mm (Dicke).
  • In dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper machen Porenabschnitte, in denen der Porendurchmesser (D) in der ersten Richtung größer als der Porendurchmesser (d) in der zweiten Richtung ist, mehr als oder gleich 95% und weniger als oder gleich 100% der Porenabschnitte, die an einer Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, der mehreren Porenabschnitte aus. Ein Beispiel eines solchen dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers wird mit Bezug zu den Figuren beschrieben.
  • 1 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Beispiel der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers zeigt, welche die Orientierung der Porenabschnitte zeigt, die an der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, in einem Fall, in dem die Längsrichtung als die zweite Richtung definiert ist und die Breitenrichtung orthogonal dazu als die erste Richtung definiert ist.
  • In 1 sind Porenabschnitte 6 an der Oberfläche eines dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers 1 freigelegt, die im Wesentlichen eine elliptische Form aufweisen und die Richtung der Hauptachse der elliptischen Formen (Richtung, die durch X1 in 1 angedeutet ist) ist im Wesentlichen parallel zu der ersten Richtung.
  • 2 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt entlang Linie A-A' in 1 zeigt, in 2 sind Porenabschnitte 6 an dem Querschnitt Entlanglinie A-A' des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers 1 freigelegt, die im wesentlichen elliptische Form aufweisen, und die Richtung der Hauptachse der elliptischen Form ist zu einer fixierten Richtung (Richtung, die durch X2 in 2 angedeutet ist) ausgerichtet.
  • In 1 ist der Porenabschnittsdurchmesser (D) der ersten Richtung größer als der Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung. In diesem Fall ist in dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper der elektrische Widerstand (R1) in der ersten Richtung kleiner als der elektrische Widerstand (R2) in der zweiten Richtung. Folglich ist der elektrische Widerstand in der Stromsammelrichtung der Elektrode durch verbinden eines Streifenleiters 3 entlang eines Endabschnitts in der ersten Richtung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers, wie in 3 gezeigt, verringert.
  • 4 ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Beispiel der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers zeigt und die Orientierung der Porenabschnitte zeigt, die an der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, in einem Fall, in dem die Längsrichtung als die erste Richtung definiert ist und die Breitenrichtung orthogonal dazu als die zweite Richtung definiert ist.
  • 4 sind Porenabschnitte 6 an der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers 4 freigelegt, die im Wesentlichen eine elliptische Form aufweisen und die Richtung der Hauptachse der elliptischen Formen (Richtung, die durch X3 in 4 angedeutet ist) ist im Wesentlichen parallel zu der ersten.
  • 5 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt entlang einer Linie B-B' in 4 zeigt. In 5 sind Porenabschnitte 6 an dem Querschnitt entlang Linie B-B' des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers 2 freigelegt, die im wesentlichen elliptische Form aufweisen, und die Richtung der Hauptachsen der elliptischen Form ist an einer fixierten Richtung (Richtung, die durch X4 in 5 angedeutet ist) ausgerichtet.
  • In 4 ist der Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung größer als der Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung. In diesem Fall ist in dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper der elektrische Widerstand (R1) in der ersten Richtung geringer als der elektrische Widerstand (R2) in der zweiten Richtung. Folglich kann der elektrische Widerstand in der Stromsammelrichtung der Elektrode durch verbinden einer Streifenleiters entlang eines Endabschnitts in der ersten Richtung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers, wie in 6 gezeigt, reduziert werden.
  • Vorzugsweise ist in den Porenabschnitten, die an einer Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, das Verhältnis (d/D) zwischen den Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung und der Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung in einem Bereich von 0,30 ≤ d/D ≤ 0,80. Wenn das Verhältnis (d/D) zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung mit dem Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung kleiner als 0,3 ist, sind die Formen der Porenabschnitte in der ersten Richtung zu länglich und es ist schwierig, die Kohlenstoff-Nanoröhren und die ionische Flüssigkeit in die Porenabschnitte zu laden. Ferner, wenn das Verhältnis (d/D zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung und dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der zweiten Richtung größer als 0,8 ist, ist der Effekt der Anisotropie in dem elektrischen Widerstand der Elektrode, wie oben beschrieben, reduziert. Aus dieser Sicht ist es weiter bevorzugt, dass das Verhältnis (d/D) zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung und dem Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung in einem Bereich von 0,40 ≤ d/D ≤ 0,70, und weiter bevorzugt in einem Bereich von 0,50 ≤ d/D ≤ 0,69 ist.
  • Der Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung der Porenabschnitte, die an der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, ist vorzugsweise mehr als oder gleich 50 μm und kleiner als oder gleich 100 μm und weiter bevorzugt mehr als oder gleich 200 μm und weniger als oder gleich 900 μm. Ferner ist der Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung der Porenabschnitte, die an der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, vorzugsweise mehr als oder gleich 50 μm und weniger als oder gleich 1000 μm und weiter bevorzugt mehr als oder gleich 200 μm und weniger als oder gleich 900 μm.
  • Wenn der Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung und der Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers mehr als oder gleich 50 μm ist, können die Kohlenstoff-Nanoröhren und die ionische Flüssigkeit in den Innenraum der Porenabschnitte des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers eintreten und eine gute Kontakteigenschaft kann zwischen den Kohlenstoff-Nanoröhren und dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper erreicht werden. Entsprechend ist der innere Widerstand der Elektrode reduziert und die Energiedichte der Energiespeichereinrichtung kann verbessert werden. Auf der anderen Seite, wenn der Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung und der Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers kleiner als oder gleich 1000 μm ist, kann ein aktives Material zufriedenstellend innerhalb der Porenabschnitte gehalten werden, ohne eine Bindekomponente zu verwenden und ein Kondensator, der weiterhin eine ausreichende Festigkeit aufweist, kann erhalten werden.
  • Vorzugsweise ist in dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper ein Verhältnis (R2/R1) zwischen dem elektrischen Widerstand (R1) in der ersten Richtung und dem elektrischen Widerstand (R2) in der zweiten Richtung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in einem Bereich von 1,1 ≤ R2/R1 ≤ 2,5. Dadurch kann der elektrische Widerstand, in dem Fall des Stromsammelns in der ersten Richtung, reduziert werden.
  • Wenn das Verhältnis (R2/R1) zwischen dem elektrischen Widerstand (R1) der ersten Richtung und dem elektrischen Widerstand (R2) in der zweiten Richtung kleiner als 1,1 ist, ist es weniger wahrscheinlich den Effekt des reduzieren des elektrischen Widerstands in der Stromsammelrichtung zu erhalten, aufgrund eines kleinen Unterschieds zwischen dem elektrischen Widerstand in der ersten Richtung und dem elektrischen Widerstand in der zweiten Richtung. Ferner, wenn das Verhältnis (R2/R1) zwischen dem elektrischen Widerstand (R1) in der ersten Richtung und dem elektrischen Widerstand (R2) in der zweiten Richtung größer als 2,5 ist, sind die Formen der Porenabschnitte prinzipiell in der ersten Richtung zu lang und es ist folglich schwierig die Kohlenstoff-Nanoröhren und die ionische Flüssigkeit in die Porenabschnitte zu laden, was nicht bevorzugt ist. Aus dieser Sicht ist das Verhältnis (R2/R1) zwischen den elektrischen Widerstand (R1) in der ersten Richtung und dem elektrischen Widerstand (R2) der zweiten Richtung weiter bevorzugt in einem Bereich von 1,3 ≤ R2/R1 ≤ 2,0 und weiter bevorzugt in einem Bereich von 1,4 ≤ R2/R1 ≤ 1,7.
  • Um das Verhältnis (R2/R1 zwischen dem elektrischen Widerstand (R1) in der ersten Richtung dem elektrischen Widerstand (R2) in der zweiten Richtung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in dem Bereich von 1,1 ≤ R2/R1 ≤ 2,5 zu setzen, ist es zum Beispiel effektiv das Verhältnis zwischen dem Porendurchmesser (D) in der ersten Richtung und dem Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in dem Bereich von 0,3 ≤ d/D ≤ 0,8 zu wählen, wie oben beschrieben. D. h., dass das Verhältnis zwischen dem elektrischen Widerstand in der ersten Richtung auch durch Anpassen des Verhältnisses zwischen Porenabschnittsdurchmesser der ersten Richtung und der zweiten Richtung angepasst werden kann. Zum Beispiel kann das Verhältnis (R2/R1) zwischen den elektrischen Widerständen in der ersten Richtung und der zweiten Richtung auf 1,1 gesetzt werden, indem das Verhältnis (d/D) zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser in der ersten Richtung und der zweiten Richtung auf 0,80 gesetzt ist und ähnlich kann das Verhältnis (R2/R1) zwischen den elektrischen Widerständen auf 2,5 gesetzt werden, in dem das Verhältnis (d/D) zwischen den Porenabschnittsdurchmesser in der ersten Richtung und der zweiten Richtung dazu auf 0,30 gesetzt ist.
  • Vorzugsweise beinhaltet die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Metall des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers, das aus der Gruppe von Aluminium, Nickel, Kupfer, einer Nickellegierung und einer Aluminiumlegierung gewählt ist.
  • Vorzugsweise ist in der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Metall des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers Aluminium.
  • Da die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung Aluminium, Nickel, Kupfer, eine Aluminiumlegierung oder eine Nickellegierung als das Metall des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers verwendet, ist es weniger wahrscheinlich zu eluieren sogar in einem verwendeten Spannungsbereich der Energiespeichereinrichtung (mehr als oder gleich 0 V und weniger als oder gleich 5 V bezüglich dem Potential von Lithium), eine Energiespeichereinrichtung, bei der stabiles Laden sogar bei einem Langzeitladen und Entladen durchgeführt werden kann, kann erhalten werden. Im speziellen in einem Hochvoltbereich (mehr oder gleich 3,5 V bezüglich dem Potenzial von Lithium) ist es bevorzugt, dass das Metall des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder eine Nickellegierung beinhaltet und es ist weiter bevorzugt, dass das Metall des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers Aluminium ist.
  • Wenn der dreidimensional vernetzte poröse Körper als ein Stromkollektor verwendet wird, ist es bevorzugt, einen Streifenleiter in dem Bereich inklusive des Endabschnitts in der ersten Richtung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers zu verbinden. Genauer gesagt ist es bevorzugt einen riemenähnlichen Kompressionsabschnitt auszubilden, der in einer Dickenrichtung an dem Endabschnitt in der ersten Richtung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers komprimiert ist, und einen Streifenleiterabschnitt mit dem Kompressionsabschnitt durch Schweißen zu verbinden. In den dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper, der für die Energiespeichereinrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist der elektrische Widerstand in der ersten Richtung geringer als elektrischen Widerstand (A2) in der zweiten Richtung. Entsprechend kann der elektrische Widerstand in der Stromsammelrichtung durch bereitstellen eines Streifenleiters, der Strom in der ersten Richtung sammelt, verringert werden.
  • Der dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper ist nicht sonderlich beschränkt, solange Porenabschnitte deren Verhältnis (d/D) zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers und der Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in dem Bereich von 0 < d/ < D1 mehr als oder gleich 95% und weniger als oder gleich 100% der Porenabschnitte, die an der Oberfläche freiliegen, ausmachen. Zum Beispiel kann Celmet (®) (hergestellt durch Sumitomo Electric Industries, Ltd.), dass durch Ausbilden einer Metallschicht auf eine Oberfläche eines geschäumten Kunststoffs und danach zersetzen des geschäumten Kunststoffs hergestellt wird, verwendet werden. Ferner kann ein metallisches nicht gewobenes Gewebe, das mit faserigem Metall verstrickt ist, ein Metallschaum, der durch Schäumen eines Metalls ausgebildet ist, ein gesinterter Körper, der durch sintern von Metallpartikeln ausgebildet ist, oder dergleichen auch verwendet werden.
  • (Bindemittel)
  • Ein Bindemittel hat die Rolle einen Stromkollektor und ein aktives Material in einer Elektrode zu binden. Jedoch, da ein Bindemittelkunststoff, durch Polyvinylidenfluorid repräsentiert, ein Kunststoff ist, wird das Bindemittel selber ein Faktor, der den inneren Widerstand der Energiespeichereinrichtung inklusive einer Elektrode erhöht und wird folglich ein Faktor, der die Effizienz eines Ladens und Entladens Energiespeichereinrichtung reduziert.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung die Kohlenstoff-Nanoröhren halten, die ein aktives Material innerhalb der Porenabschnitte des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers sind, der ein Stromkollektor ist, ohne Verwendung eines Bindemittels. Folglich kann die Elektrode ohne verwenden einer Bindemittelkomponente, die ein Isolator ist, hergestellt werden. Entsprechend, da die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung mit dem aktiven Material mit einem hohen Inhalt in einem Einheitsvolumen der Elektrode bereitgestellt werden kann und auch einen reduzierten inneren Widerstand aufweist, kann die Elektrostatische Kapazität und die Zellspannung der Energiespeichereinrichtung verbessert werden und kann eine gespeicherte Energiedichte verbessert werden. Darum ist es bevorzugt, dass die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung kein Bindemittel enthält.
  • Es wird angemerkt, dass in anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung auch ein Bindemittel verwenden kann. Beispiele des Bindemittels, das verwendet werden kann beinhalten Polyvinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-copolymer (PVdF-HFP), Polyethylenoxid-modifizierter Polymethacrylat-vernetzter Körper (PEO-PMA), Polyethylenoxid (PEO), Polyethylenglycoldiacrylat-vernetzter Körper (PEO-PA), Polyacrylnitril (PAN), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyacrylsäure (PAA), Polyvinylacetat, Pyridinium-1,4-diyliminocarbonyl-1,4-phenylenmethylen (PICPM)-BF4, PICPM-PF6, PICPM-TFSA, PICPM-SCN, PICPM-OTf, und so weiter. Von diesen werden Polyvinylidenfluorid-Hexafluoropropylen-copolymer (PVdF-HFP), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polyethylenoxid-modifierter Polymethacrylat-vernetzter Köroper (PEO-PMA) bevorzugt verwendet.
  • (Leitungshilfe)
  • Die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung kann eine Leitungshilfe bieten. Die Leitungshilfe kann den Widerstand der Energiespeichereinrichtung reduzieren. Der Typ der Leitungshilfe ist nicht speziell beschränkt und zum Beispiel können Acetylenschwarz, Ketjenschwarz, Kohlenstofffaser, natürliches Graphit (wie schuppiges Graphit, erdiges Graphit), künstliches Graphit, Rutheniumoxid oder dergleichen verwendet werden. Der Inhalt der Leitungshilfe ist vorzugsweise mehr als oder gleich 2 Massenteile und weniger als 20 Massenteile bezüglich 100 Masseteilen der Kohlenstoff-Nanoröhren. Wenn der Inhalt weniger als zwei Massenteile ist, ist der Effekt der Verbesserung der Leitfähigkeit reduziert wenn der Inhalt mehr als 20 Massenteile ist kann eine elektrostatische Kapazität reduziert sein.
  • <Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung>
  • (Herstellungsverfahren eines dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers)
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional vernetzten porösen Aluminiumkörpers als ein Beispiel des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers beschrieben.
  • In dem Folgenden wird ein Beispiel mit Bezug zu den Figuren beschrieben, in dem ein Aluminiumbeschichtungsverfahren als ein Verfahren zum Ausbilden einer Aluminiumschicht an einer Oberfläche eines porösen Kunststoffkörpers ausgebildet wird. Die Teile, die in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind, sind identische oder korrespondierende Teile. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und durch den Bereich der Ansprüche definiert ist und es beabsichtigt ist, Modifikationen innerhalb des Bereichs zu beinhalten.
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsprozess eines porösen Aluminiumkörpers zeigt. Ferner, zeigen 8(A) bis 8(D) wie ein Aluminiumbeschichtungsfilm unter Verwendung eines porösen Kunststoffkörpers als ein Kernmaterial entsprechend des Flussdiagramms ausgebildet wird. Ein Fluss des gesamten Herstellungsprozesses wird mit Bezug zu diesen Figuren beschrieben. Zuerst wird eine Präparation eines porösen Kunststoffkörpers, der als ein Basiskörper (101) dient, durchgeführt. 8(A) ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die in einer vergrößerten Weise eine Oberfläche eines porösen Kunststoffkörpers zeigt, der Verbindungsporen als ein Beispiel des porösen Kunststoffkörpers aufweist. Poren sind in einem porösen Kunststoffkörper 11 ausgebildet, der als ein Gerippe dient als nächstes wird ein vermitteln einer Leitfähigkeit auf die Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers (102) durchgeführt. Durch diesen Schritt wird eine leitende Schicht 12, die aus einem Leiter gemacht ist, dünn auf der Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers 11 in 8(B) ausgebildet. Im Folgenden wird ein Ausbilden einer Aluminiumschicht an der Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers (103) durchgeführt, um eine Aluminiumschicht 13 an der Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers, der die leitende Schicht auf sich ausgebildet aufweist (8(C)), auszubilden.
  • Im Folgenden wird ein Entfernen des porösen Kunststoffkörpers (104) durchgeführt. Durch zersetzen oder anderes entfernen des porösen Kunststoffkörpers 11 kann ein porösen Aluminiumkörpers inklusive einer überbleibenden Metallschicht erhalten werden (8(D)). Im Folgenden wird jeder Schritt in dieser Reihenfolge beschrieben.
  • (Präparation eines porösen Kunststoffkörpers)
  • Ein poröser Kunststoffkörper, der eine dreidimensional vernetzte Struktur und Verbindungsporen aufweist, wird als Kunststoffbasiskörper präpariert. Als das Material für den porösen Kunststoffkörper kann jeder Kunststoff gewählt werden. Beispiele des Materials können beinhalten einen geschäumten Kunststoff wie ein Polyurethan, Melamin, Polyproylen und Polyethylen. Ferner als das Material für den porösen Kunststoffkörper kann zum Beispiel ein Material verwendet werden, das eine Form wie einen nicht gewebten Stoff aufweist, der mit Kunststofffasern verwoben ist.
  • Vorzugsweise weißt der porösen Körper eine Porosität von 80% bis 98% und einen Porendurchmesser von 50 μm bis 500 μm auf. Da geschäumte Urethane und geschäumte Melamine hohe Porositäten aufweisen, Porenverbindungseigenschaften aufweisen und auch gut wärmezersetzbar sind, können diese vorzugsweise als ein poröser Kunststoffkörper verwendet werden.
  • Geschäumte Urethane sind vorzugsweise aufgrund der Gleichförmigkeit der Poren, Erhältlichkeit und dergleichen bevorzugt und geschäumte Melamine sind bevorzugt, da kleinere Porendurchmesser erhalten werden.
  • Da der porösen Kunststoffkörper oftmals Rückstände wie ein Schaummittel und ein nicht reagiertes Monomer aufweist, dass von dem Schritt des Herstellens eines Schaums überbleibt, ist es bevorzugt ein Waschen für die folgenden Schritte durchzuführen.
  • In der vorliegenden Beschreibung ist die Porosität durch die folgende Gleichung definiert: Porosität = (1 – (Gewicht des porösen Kunststoffkörpers [g]/(Volumen des porösen Kunststoffkörpers [cm3] × Dichte des Materials))) × 100 [%].
  • Ferner kann der Porendurchmesser durch vergrößern der Oberfläche eines geformten Kunststoffkörpers unter Verwendung eines Schliffbilds oder dergleichen, durch Zählen der Anzahl von Poren pro 1 Zoll (25,4 mm) und berechnen eines Durchschnittswerts wie einem Durchschnittsporendurchmesser = 25,4 mm/Anzahl der Poren.
  • Um das Verhältnis (d/D) zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung dem Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung der Porenabschnitte, die an der Oberfläche freiliegen, des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers zu setzen, um in dem Bereich von 0 < d/D < 1 zu sein, ist es bevorzugt den porösen Kunststoffkörper unter Verwendung einer getrennten umgekehrten V-förmigen Rolle zu weiten.
  • Durch Platzieren von zwei Vorschubrollen in einer getrennten umgekehrten V-Form an de der porösen Kunststoffkörperschicht, wie oben beschrieben, werden die Formen der Poren in den porösen Kunststoffkörper gleichförmig in der Breitenrichtung erweitert. Danach durch Durchführen des Beschichtens mit einer Salzschmelze in diesem Zustand werden die Formen der Porenabschnitte des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers erhaltenen und auch gleichförmig in der Breitenrichtung erweitert.
  • Bei dieser Gelegenheit ist der Druck, der in der Breitenrichtung aufgebracht wird, vorzugsweise zwischen 50–200 kPa.
  • (Vermitteln einer Leitfähigkeit auf die Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers)
  • Um ein elektrolytisches Beschichten durchführen zu können, wird vorher ein Vermitteln einer Leitfähigkeit an der Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers durchgeführt. Das Durchführen zum Vermitteln einer Leitfähigkeit ist nicht besonders beschränkt, solange es eine Schicht bereitstellen kann, die eine Leitfähigkeit an der Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers aufweist, und jedes Verfahren kann gewählt werden inklusive zum Beispiel Beschichten eines leitenden Metalls wie Nickel, deponieren und Sputtern von Aluminium und dergleichen und aufbringen einer leitfähigen Lackierung, die leitfähige Partikel wie ein Kohlenstoffpulver, Aluminiumpulver oder dergleichen beinhaltet.
  • (Ausbilden einer Aluminiumschicht an einer Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers)
  • Beispiele eines Verfahren zum Ausbilden einer Aluminiumschicht an der Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers beinhalten (i) ein Gasphasenverfahren (wie ein Vakuum-Ablagerungsverfahren, ein Sputterverfahren und ein Laserablationsverfahren), (ii) ein Beschichtungsverfahren, (iii) ein Klebeverfahren und dergleichen. Von diesen wird ein Salzschmelze-Beschichtungsverfahren als ein Verfahren geeignet für eine Massenproduktion bevorzugt. Im Folgenden wird das Salzschmelze-Beschichtungsverfahren detailliert beschrieben.
  • – Salzschmelzeverfahren –
  • Elektrolytisches Beschichten ist in einer Salzschmelze durchgeführt, um eine Aluminiumschicht an der Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers auszubilden.
  • Durch Durchführen einer Beschichtung von Aluminium in einem Salzschmelzebad kann eine dicke Aluminiumschicht gleichförmig im Speziellen an einer Oberfläche einer komplizierten Struktur wie dem porösen Kunststoffkörper, der einen dreidimensional vernetzten Aufbau aufweist, ausgebildet werden.
  • Ein Gleichstrom wird in der Salzschmelze angewendet, unter Verwendung des porösen Kunststoffkörpers, dessen Oberfläche mit Leitfähigkeit vermittelt ist, als einer Kathode und Verwenden von Aluminium als Anode.
  • Beispiele der Salzschmelze, die verwendet werden kann, beinhalten eine organische Salzschmelze, die ein eutektisches Salz eines organischen Halogenids und eines Aluminiumhalogenids und eine anorganische Salzschmelze, die ein eutektisches Salz eines Alkalimetallhalogenids und eines Aluminiumhalogenids ist. Es ist bevorzugt, ein organisches Salzschmelzebad zu verwenden, in dem das Salz bei einer relativ geringen Temperatur schmilzt, weil das Beschichten ohne Zersetzen des porösen Kunststoffkörpers, der als Grundmaterial dient, durchgeführt werden kann. Als organisches Halogenid kann Imidazolimsalz, Pyridiniumsalz und so weiter verwendet werden und insbesondere 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (EMIC) oder Butylpyridiniumchlorid (BPC) sind bevorzugt.
  • Da die Salzschmelze sich zersetzt, falls Feuchtigkeit und Sauerstoff sich in das geschmolzene Salz mischen ist es bevorzugt, dass Beschichten unter einer Atmosphäre eines jeden Inertgases wie Stickstoff, Argon oder dergleichen und einer abgedichteten Umgebung durchzuführen.
  • Als das Salzschmelzebad ist ein Salzschmelzebad bevorzugt, dass Stickstoff beinhaltet und im speziellen ein Imidazoliumsalzbad wird bevorzugt verwendet. Wenn ein Salz, das bei einer hohen Temperatur schmilzt, als eine Salzschmelze verwendet wird, löst sich der Kunststoff auf oder zersetzt sich das geschmolzenen Salz schneller als die Beschichtungsschicht wachsen kann und folglich ist es unmöglich eine Beschichtungsschicht auf der Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers auszubilden. Das in wieder zu dem Salzbrand kann sogar bei relativ geringen Temperaturen verwendet werden, ohne den Kunststoff zu beeinflussen.
  • (Entfernen des porösen Kunststoffkörpers: thermisches zersetzen in geschmolzenen Salz)
  • Thermisches zersetzen in einer Salzschmelze ist durch das Verfahren, das im Folgenden beschrieben wird, durchgeführt. Der Aluminiumstrukturkörper, der die Aluminiumschicht an der Oberfläche ausgebildet hat, wird Ihnen einer Salzschmelze abgesenkt und erhitzt, während ein negatives Potenzial an der Aluminiumschicht angelegt ist, um den porösen Kunststoffkörper als den Kunststoffbasiskörper zu zersetzen. Durch Anlegen des negativen Potenzials an den Aluminiumstrukturkörper, der in die Salzschmelze abgesenkt wird, kann der porösen Kunststoffkörper ohne auch Oxidieren von Aluminium zersetzt werden. Obwohl die Heizungstemperatur in Übereinstimmung mit dem Typ des porösen Kunststoffkörpers geeignet gewählt werden kann, sollte das Durchführen bei einer Temperatur durchgeführt werden, die kleiner als oder gleich dem Schmelzpunkt von Aluminium (660°C) ist, um das Aluminium nicht zu schmelzen. Eine bevorzugt Temperatur ist größer oder gleich 500°C in kleiner oder gleich 600°C. Ferner ist die Größe des negativen Potenzials, das angelegt ist, ausgewählt kleiner als das Reduktionspotenzial von Aluminium und größer als das Reduktionspotenzial eines Kation in der Salzschmelze zu sein.
  • Als das geschmolzene Salz, das für die thermische Zersetzung des porösen Kunststoffkörpers verwendet wird, kann ein Halogenidsalz von einem Alkalimetall oder einem Erdalkalimetall verwendet werden, dass das Elektrodenpotential von Aluminium weniger edel macht. Insbesondere, beinhaltet die Salzschmelze wenigstens eins ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithiumchlorid (LiCl), Kaliumchlorid (KCl), Natriumchlorid (NaCl) und Aluminumchlorid (AlCl3). Mit einer solchen Methode kann ein poröser Aluminiumköroper, der Kommunikationsporen, eine dünne Oxidschicht an der Oberfläche und eine geringe Sauerstoffmenge hat, erhalten werden.
  • Der dreidimensional vernetzte poröse Metallkörper kann durch den oben genannten Herstellungsprozess erhalten werden. In dem oben genannten Herstellungsprozess wurde, um das Verhältnis (d/D) zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung und dem Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung der Porenabschnitte, die an der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, in dem Bereich von 0 < d/D < 1 zu setzen, wurde das Verfahren des Weitens des porösen Kunststoffkörpers unter Verwenden der getrennten umgekehrten V-förmigen Rollen oder das Verfahren vom Anwenden von Druck in einer Richtung des porösen Kunststoffkörpers, wenn der poröse Kunststoffkörper mit Aluminium durch das Salzschmelzebeschichten beschichtet ist.
  • Als ein anderes Verfahren zum Setzen des Verhältnisses (d/D) zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung und dem Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung der Porenabschnitte, die an der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, in dem Bereich von 0 < d/D < 1, kann ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers verwendet werden, indem ein poröser Kunststoffkörper verwendet wird, in dem die Formen der Porenabschnitte eine Richtung aufweisen, wobei der poröse Kunststoffkörper durch Herstellen eines porösen Kunststoffkörpers erhalten wird, in dem die Form eines Prismas wie ein reguläres Parallelepiped oder ein Würfel hergestellt wird und danach die Schneidrichtung des porösen Kunststoffkörpers angepasst wird.
  • Hier wird betrachtet, dass die Formen der Poren in dem porösen Kunststoffkörper dazu tendieren, im Wesentlichen aufgrund der Gravitation ellipsoid zu sein.
  • Darum können durch Schneiden des porösen Kunststoffkörpers in der Form eines Prismas entlang einer Ebene die Formen der Poren, die an einer geschnittenen Oberfläche freiliegen, eine Richtung aufweisen. Nämlich können die Formen der Porenabschnitte an der geschnittenen Oberfläche in Abhängigkeit von der Richtung der Ebene, entlang welcher der große Kunststoffkörper geschnitten wird, angepasst werden.
  • Zum Beispiel in dem Fall eines porösen Kunststoffkörpers, in dem die Formen von Poren im Wesentlichen ellipsoid, wie in 10 gezeigt, sind, haben Porenabschnitte, die an einer Oberfläche des folienähnlichen porösen Kunststoffkörpers freiliegen, die durch Schneiden des porösen Kunststoffkörpers parallel zu einer Oberfläche A erhalten werden, im wesentlichen Kreisformen.
  • Folglich, wenn der porösen Kunststoffkörperschicht der Form eines Prisma geschnitten wird, ist es bevorzugt, denselben in einer Richtung zuschneiden, in der Porenabschnitte deren Verhältnis (d/D) zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche der porösen Kunststoffkörperschicht und dem Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers in dem Bereich von 0 < d/D < 1 mehr als oder gleich zum 90% oder weniger als oder gleich 100% der Porenabschnitte des porösen Kunststoffkörperschicht ausmachen, die an der Schneidoberfläche freiliegen (Oberfläche der Folie).
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode der Verwendung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers beschrieben, der wie oben beschrieben erhalten wird.
  • (Schritt des Erhalten eines gekneteten Materials)
  • Zuerst werden die Kohlenstoff-Nanoröhren und die ionische Flüssigkeit geknetet, um ein geknetetes Material zu erhalten. Zum Beispiel kann ein geknetetes Material, indem das aktive Material gleichmäßig in der ionischen Flüssigkeit gelöst ist, durch Kneten für mehr als oder gleich 10 Minuten bis ungefähr 120 Minuten unter Verwendung eines Mörsers erhalten werden. Die Dispersion der Kohlenstoff-Nanoröhren in der ionischen Flüssigkeit eliminiert eine Anhäufung von Kohlenstoff-Nanoröhren und erhöht die spezifische Oberfläche der Kohlenstoff-Nanoröhren. Folglich, wenn eine Elektrode unter Verwendung des gekneteten Materials hergestellt wird, kann eine größere elektrostatische Kapazität erhalten werden.
  • Obwohl das das Verhältnis zwischen der Kohlenstoff-Nanoröhren und der ionischen Flüssigkeit nicht genau beschränkt ist, ist, wenn die Menge des aktiven Materials in dem gekneteten Material zum Beispiel in einem Bereich von drei Massenprozent bis 70 Massenprozent der absoluten Menge von geknetetes Material ist, ein solches geknetetes Material einfach in den dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper zu laden und folglich bevorzugt. Es sollte angemerkt werden, dass in einem Fall, in dem ein Trägersalz oder ein Bindemittel zugefügt ist, dieses in diesem Schritt zugefügt werden kann.
  • (Schritt des Ladens des gekneteten Materials in Porenabschnitte des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers)
  • Als nächstes, wird das geknetete Material in die Porenabschnitte des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers geladen. Zum Beispiel wird der dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper auf einem Gitter oder einer porösen Platte oder Film platziert, die eine Luftdurchlässigkeit oder Flüssigkeitsdurchlässigkeit aufweisen und das geknetete Material wird von der oberen Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Körpers zu der unteren Oberfläche (Oberfläche, die auf dem Gitter oder der Platte platziert ist) geladen, um in die Porenabschnitte unter Verwendung einer Gummirolle oder dergleichen in die Porenabschnitte eingerieben zu werden.
  • Wenn das geknetete Material in die Porenabschnitte gerieben wird, ist bevorzugt, das geknetetes Material in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers zu reiben. Der dreidimensional vernetzte poröse Metallkörper weist Porenabschnitte auf, die in der ersten Richtung verlängert sind. Zusätzlich weisen die Kohlenstoff-Nanoröhren, die in dem gekneteten Material enthalten sind, längliche Formen auf. Entsprechend, wenn das geknetete Material in der Richtung, die im Wesentlichen parallel zu der ersten Richtung ist, gerieben wird, kann das geknetete Material, dass die Kohlenstoff-Nanoröhren enthält, effizient in die Porenabschnitte geladen werden.
  • (Schritt des Zuführens eines magnetischen Feldes an dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper)
  • Es ist bevorzugt, ein magnetisches Feld an dem dreidimensional vernetzten in porösen Metallkörper, nachdem das geknetete Material in Porenabschnitte des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers geladen ist, anzuwenden. Durch Anwenden des magnetischen Feldes können die Kohlenstoff-Nanoröhren, die in den Porenabschnitten geladen sind, in einer fixen Richtung orientiert werden. Durch orientieren der Kohlenstoff-Nanoröhren ist die Leitfähigkeit verbessert und folglich kann die Stromsammeleigenschaft der Elektrode verbessert werden.
  • Wenn das magnetische Feld angewendet wird, ist es bevorzugt, das magnetische Feld in der Richtung im Wesentlichen parallel zu der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers anzuwenden, sodass die Längenrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhren im Wesentlichen parallel zu der ersten Richtung ist. Eine Elektrode, welche den dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper verwendet, in dem die Längenrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhren im Wesentlichen parallel zu der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers ist, weist eine verbesserte Stromsammelfähigkeit auf. Ferner, wenn die Elektrode als eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung verwendet wird, kann diese die Energiedichte der Energiespeichereinrichtung verbessern.
  • Es sei angemerkt, dass in einem Fall, in dem ein Streifenleiter angebracht ist, der Streifenleiter durch die Schritte, die unten beschrieben werden, angebracht werden kann.
  • (Schritt des Anpassens der Dicke)
  • Von einer Rohmaterialrolle, von der eine Folie des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers genommen ist, ist die Folie des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers abgewickelt und in dem Schritt des Anpassens der dicke wird seine Dicke auf eine optimale Dicke angepasst und seine Oberfläche unter Verwendung einer Rollenpresse abgeflacht. Während die finale Dicke des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers geeignete in Abhängigkeit von der Anwendung der Elektrode bestimmt wird, ist der Schritt des Anpassens der Dicke ein Kompressionsschritt, der vor dem Erhalten der finalen dicke durchgeführt wird und den dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper soweit komponiert, dass dieser eine Dicke aufweist, die geeignet für eine Verarbeitung in dem folgenden Schritt ist. Als eine Pressmaschine wird eine Flachplattenpresse oder eine Rollenpresse verwendet. Da die Flachplattenpresse bevorzugt ist, um ein verlängern des Stromkollektors zu verhindern aber nicht geeignet ist für eine Massenproduktion, ist bevorzugt, eine Rollenpresse zu verwenden, die kontinuierliches verarbeiten durchführen kann.
  • (Schritt des Schweißens eines Streifenleiters)
  • – Kompression von einem Endabschnitt des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers –
  • In einem Fall, in dem der dreidimensional vernetzte poröse Metallkörper als ein Elektrode-Stromkollektor für eine Sekundärbatterien oder dergleichen verwendet wird, ist es nötig einen Streifenleiter zu schweißen, um den dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper nach außen zu leiten. In dem Fall einer Elektrode, die den dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper verwendet, da die Elektrode keinen festen Metallabschnitt aufweist, ist es nicht möglich ein Leitungsstück direkt in die Elektrode zu schweißen. Folglich ist ein Endabschnitt des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers komprimiert in eine Folie, um eine mechanische Festigkeit zu erhalten und danach wird der Streifenleiter an den Endabschnitt geschweißt.
  • Ein Beispiel eines Verfahrens zum verarbeiten des Endabschnitts des dreidimensional vernetzten porösen Teilkörpers wird beschrieben. 11 zeigt schematisch einen Kompressionsschritt.
  • Als eine Vorrichtung für eine Kompression kann eine Rotationsrolle verwendet werden. Eine vorbestimmte mechanische Stärke kann durch Setzen der Dicke eines Kompressionsabschnitts auf mehr als oder gleich 0,05 mm und weniger als oder gleich 0,2 mm (zum Beispiel ungefähr 0,1 mm) erhalten werden.
  • In 12 weist der zentrale Abschnitt des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers 34 eine Breite für zwei Folien auf, wird durch eine Rotation Rolle 35 komprimiert, die als eine Vorrichtung zum Komprimieren dient, um einen komprimierten Abschnitt 33 auszubilden. Nach der Kompression wird der zentrale Abschnitt des Kompressionsabschnitts 33 geschnitten, um zwei Elektroden-Stromkollektoren zu erhalten, wobei jeder einen Kompressionsabschnitt an ihrem Ende aufweist.
  • Ferner können mehrere ähnliche Kompressionsabschnitte an dem zentralen Abschnitt des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers unter Verwendung von mehreren Rotationsrollen ausgebildet werden und jeder der riemenähnlichen Kompressionsabschnitte kann entlang einer zentralen Linie geschnitten werden, um die mehreren Stromkollektoren zu erhalten.
  • – Verbinden eines Streifenleiters mit der Elektrode –
  • Ein Streifenabschnitt ist mit dem Kompressionsabschnitt an dem Endabschnitt des Stromkollektors verbunden, wie oben beschrieben. Bevorzugt wird eine Metallfolie als der Streifenleiter verwendet, um den elektrischen Widerstand der Elektrode zu reduzieren und die Metallfolie ist an einem Bereich inklusive des Endabschnitts in der ersten Richtung der Elektrode verbunden. Ferner ist es bevorzugt, Schweißen als eine Verbindungsmethode zu verwenden um den elektrischen Widerstand zu reduzieren. Die Breite zum Schweißen der Metallfolie ist vorzugsweise kleiner oder gleich 10 mm, weil, falls die Breite zu breit ist, ein nutzloser Raum innerhalb der Batterie erhöht ist und die die Kapazitätsdichte der Batterie reduziert ist. Die Breite zum Schweißen der Metallfolie ist vorzugsweise mehr als 1 mm, weil, falls die Breite zu schmal ist, ist es schwierig die Metallfolie zu schweißen und der Effekt des Stromsammelns ist auch reduziert.
  • Während Verfahren wie Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen als Schweißverfahren verwendet werden können, ist Ultraschallschweißen bevorzugt, wegen einer größeren Verbindungsfläche.
  • – Metallfolie –
  • Unter Beachtung des elektrischen Widerstandes und des Widerstandes zu einer elektrolytischen Lösung ist Aluminium als ein Material für die Metallfolie bevorzugt. Ferner ist es bevorzugt, eine Aluminiumfolie zu verwenden, die eine Reinheit von 99,99% oder mehr aufweist, weil, falls die Metallfolie eine Unreinheit aufweist, die Unreinheit eluiert und mit einer Batterie oder einem Kondensator reagiert. Ferner ist die Dicke eines geschweißten Abschnitts vorzugsweise dünner als die Dicke der Elektrode selber. Die Dicke der Aluminiumfolie ist vorzugsweise zwischen 10–500 μm.
  • Zusätzlich, obwohl die Metallfolie geschweißt werden kann, bevor oder nachdem das aktive Material in den Stromkollektoren geladen wird, kann ein Schweißen vor dem Laden ein Zerfall des aktiven Materials unterdrücken. Im speziellen im Fall des Ultraschallschweißens ist ein Schweißen vor dem Laden bevorzugt.
  • Es sei angemerkt, dass obwohl der Schritt des Komprimierens des Endabschnitts und der Schritt des Verbindens des Streifenleiters als separate Schritte beschrieben wurden, der Schritt des Komprimieren des Endabschnitts und der Schritt des verbinden des Streifenleiters simultan durchgeführt werden können. In diesem Fall kann eine Rolle, deren Rollenabschnitt in Kontakt mit dem Endabschnitt zum Verbinden des Streifenleiters des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers kommt, die Widerstandsschweißen durchführen kann, als Kompressionsrolle verwendet werden und der dreidimensional vernetzte porösen Metallkörper und die Metallfolie können simultan zu der Rolle zugeführt werden, sodass Kompression des Endabschnitts und Schweißen der Metallfolie an den Kompressionsabschnitt gleichzeitig durchgeführt werden kann.
  • (Schritt des Ladens von Kohlenstoff-Nanoröhren und ionischer Flüssigkeit)
  • Das geknetetes Material, das die Kohlenstoff-Nanoröhren und die ionische Flüssigkeit beinhaltet, wird in den Stromkollektor, der wie oben beschrieben erhalten wurde, mit demselben Verfahren wie in dem (Schritt zum Laden von geknetetem Material in Porenabschnitte des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers), der oben beschrieben wurde, geladen, um eine Elektrode zu erhalten
  • (Kompressionsschritt)
  • Das Elektrodenmaterial wird komprimiert, um eine finale Dicke in dem Kompressionsschritt aufzuweisen. Eine Pressmaschine, eine Flachplattenpresse oder eine Rollenpresse wird verwendet. Da die Flachplattenpresse bevorzugt ist, um ein verlängern des Stromkollektors zu verhindern aber für eine Massenproduktion nicht geeignet ist, ist es bevorzugt, eine Rollenpresse zu verwenden, die kontinuierliches Verarbeiten durchführen kann. In einem Fall, in dem eine Rollenpresse verwendet wird, zum Beispiel nachdem das geknetetes Material in den dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper geladen ist, werden Absorber für ionische Flüssigkeit an beiden Seiten des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers platziert und danach wird der dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper uniaxial in der Dickenrichtung durch Aufbringen eines Drucks von ungefähr 30 MPa bis 450 MPa ausgerollt. Während des Rollens wird überschüssige ionische Flüssigkeit von dem gekneteten Material, das in dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper geladen ist, ausgedrückt und in die Absorber für die ionische Flüssigkeit absorbiert. Entsprechend ist eine Konzentration des aktiven Materials in dem gekneteten Material, das in dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper verbleibt, erhöht. Folglich können in der Speichereinrichtung, welche die Elektrode verwendet, die Entladekapazität pro Einheitsfläche in der Elektrode (mAh/cm2) und die Ausgangsleistung pro Einheitsfläche der Elektrode (W/cm2) vergrößert werden.
  • Die Dicke der Elektrode ist vorzugsweise in einem Bereich von mehr als oder gleich 0,2 mm und weniger oder gleich 1 mm gesetzt, aus der Sicht der Entladekapazität pro Einheitsfläche der Elektrode. Ferner ist die Dicke der Elektrode vorzugsweise in einem Bereich von mehr als oder gleich 0,05 mm und weniger oder gleich 0,5 mm gesetzt, aus der Sicht der Ausgangsleistung pro Einheitsfläche der Elektrode gesetzt.
  • (Schneidschritt)
  • Um die Massenproduktion des Elektrodenmaterials zu verbessern ist es bevorzugt, eine Folie des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers, die eine breite für mehrere finale Produkte aufweist, in einer Vorschubgeschwindigkeit der Folie unter Verwendung von mehreren Klingen zu schneiden um mehrere längliche Folien finalen Elektrodenmaterialien zu erhalten. Der Schneidschritt ist der Schritt des Teilens eines langen Elektrodenmaterials in mehreren lange Elektrodenmaterialien.
  • (AufnahmeSchritt)
  • Dieser Schritt ist der Schritt des Aufnehmens der mehreren länglichen Folien von Elektrodenmaterialien, die in dem obigen Schritt erhalten wurden, auf einer Aufnahmerolle.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • (elektrischer Doppelschichtkondensator)
  • Ein elektrischer Doppelschichtkondensator in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug zu 13 beschrieben.
  • In dem elektrischen Doppelschichtkondensator ist eine positive Elektrode 42 und eine negative Elektrode mit einem Trenner 41, der dazwischen eingelegt ist, angeordnet. Der Trenner 41, die positive Elektrode 42 und die negative Elektrode 43 sind in einem Raum zwischen einem oberen Zellengehäuse 47 einem unteren Zellengehäuse 48, das mit einer elektrolytischen Lösung 46 gefüllt ist, versiegelt. Anschlüsse 49 und 410 sind an dem oberen Zellengehäuse 47 und unteren Zellengehäuse 48 jeweils vorgesehen. Anschlüsse 49 und 410 sind an einer Stromquelle 420 angeschlossen.
  • In dem elektrischen Doppelschichtkondensator in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die positive und die negative Elektrode verwendet werden. Als die elektrolytische Lösung kann die ionische Flüssigkeit, die für die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung verwendet wurde, verwendet werden.
  • Als der Trenner für den elektrischen Doppelschichtkondensator kann ein porösen Film, der eine hohe elektrische Isolation aufweist, der zum Beispiel aus Plyolefin, Polyethylenterephtalat, Polyamid, Polyimid, Zellulose, Glasfaser oder dergleichen hergestellt ist, verwendet werden.
  • (Verfahren zum Herstellen des elektrischen Doppelschichtkondensators)
  • Zuerst werden die zwei Elektroden durch Stanzen aus der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorbereitet, um eine geeignete Größe zu haben, und angeordnet, um einander mit dem Trenner dazwischen zugewandt zu sein. Danach werden diese in einem Zellengehäuse eingehaust und mit der elektrolytischen Lösung getränkt. Zum Schluss wird das Gehäuse mit einer Abdeckung abgedeckt und versiegelt und dadurch kann der elektrische Doppelschichtkondensator hergestellt werden. Um die Feuchtigkeit innerhalb des Kondensators zu reduzieren wird der Kondensator in einer Umgebung mit geringer Feuchtigkeit hergestellt und Versiegeln wird in einer Umgebung mit reduziertem Druck durchgeführt. Es sollte angemerkt werden, dass der elektronische Doppelschichtkondensator durch ein anderes Verfahren hergestellt werden kann, solange es die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • (Lithiumionenkondensator)
  • Ein Lithiumionenkondensator der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug zu 14 beschrieben.
  • Der Aufbau des Lithiumionenkondensators ist prinzipiell identisch mit dem Aufbau des elektrischen Doppelschichtkondensators, mit der Ausnahme, dass eine Lithiummetallfolie 416 an einer Oberfläche einer negativen Elektrode 43 druckverbunden ist und der positiven Elektrode 42 zugewandt ist.
  • In dem Lithiumionenkondensator in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die positive Elektrode und die negative Elektrode verwendet werden. Ferner ist die negative Elektrode nicht besonders beschränkt und eine konventionelle negative Elektrode, die eine Metallfolie verwendet, kann auch verwendet.
  • Als die elektrolytische Lösung kann eine ionische Flüssigkeit, die ein Lithiumsalz beinhaltet, für die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung verwendet werden. Eine Lithiummetallfolie zum Lithiumdotieren ist an die negative Elektrode druckverbunden.
  • In dem Lithium-Ionen Kondensator ist es bevorzugt, dass die Kapazität der negativen Elektrode größer als die Kapazität der positiven Elektrode ist und die Okklusionsmenge von Lithium-Ionen an der negativen Elektrode kleiner oder gleich 90% des Unterschieds zwischen der Kapazität der positiven Elektrode und der Kapazität der negativen Elektrode ist. Die Okklusionsmenge der Lithium-Ionen kann durch die Dicke der Lithiummetallfolie, die an der negativen Elektrode Druck verbunden ist, angepasst werden.
  • (Verfahren zum Herstellen eines Lithiumionenkondensators)
  • Zuerst werden positive und negative Elektroden durch Stanzen aus der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorbereitet, sodass diese eine geeignete Größe aufweisen, und die Lithiummetallfolie ist an die negative Elektrode druckverbunden. Als nächstes werden die positive und negative Elektrode angeordnet, umeinander zugewandt zu sein, wobei der Trenner dazwischen eingeschoben ist. Die negative Elektrode ist angeordnet, sodass ihre Oberfläche, welche die Lithiummetallfolie an sich druckverbunden hat, der positiven Elektrode zugewandt ist. Danach werden diese in einem Zellengehäuse eingehaust und mit der elektrolytischen Flüssigkeit getränkt. Zum Schluss wird das Gehäuse mit einer Abdeckung bedeckt und versiegelt und dadurch kann der Lithiumionenkondensator hergestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass zum Lithiumdotieren des Lithiumionenkondensators dieser in einer Umgebungstemperatur von 0–60° für 0,5 Stunden bis 100 Stunden lagert, wobei die elektrolytische Lösung eingespritzt ist. Wenn der Potentialunterschied zwischen der positiven oder negativen Elektrode kleiner als 2 V ist, kann bestimmt werden, dass das Lithiumdotieren abgeschlossen ist.
  • Es sollte verstanden werden, dass die Ausführungsformen, die hier offenbart werden, erläuternd und nicht einschränkend in jeder Hinsicht sind. Der Bereich der vorliegenden Erfindung ist durch den Bereich der Ansprüche anstelle der obigen Beschreibung definiert und es ist beabsichtigt, Modifikationen innerhalb des Bereichs und der Bedeutung, die äquivalent zu dem Bereich der Ansprüche sind, zu beinhalten.
  • Beispiel 1
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde das Verhältnis zwischen der Orientierung der Porenabschnitte, die an einer Oberfläche eines dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, und dem elektrischen Widerstand einer Elektrode, die den dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper verwendet, sowie die Energiedichte eines elektrischen Doppelschichtkondensators, der die Elektrode verwendet, evaluiert.
  • [Beispiel 1-1]
  • <Vorbereitung des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers>
  • (Ausbilden einer leitenden Schicht an einer Oberfläche des porösen Kunststoffkörpers)
  • Als ein poröse Kunststoffkörper aus Urethan wurde ein Urethanschaum vorbereitet, der eine Porosität von 95%, ungefähr 50 Poren pro Zoll, einen Porendurchmesser von ungefähr 550 μm und eine dicke von 1 mm aufweist und wurde in 100 mm × 30 mm Stücke geschnitten. An der Oberfläche des Polyurtheanschaums wurde eine Aluminiumschicht durch ein Sputterverfahren als eine leitende Schicht ausgebildet, die ein Basisgewicht von 10 g/m2 aufweist.
  • Der Urethanschaum, der die leitende Schicht an seiner Oberfläche aufweist, wurde als ein Werkstück in eine Vorrichtung gesetzt, die eine Stromzufuhrfunktion aufweist, und wurde danach innerhalb einer Handschuhbox platziert, die eine Argon Atmosphäre und eine geringe Feuchtigkeit (Taupunkt: kleiner als oder gleich –30°C) aufweist, und wurde in ein Salzschmelzebad zum Aluminiumbeschichten (33 mol% EMIC-67 mol% AlCl3) bei einer Temperatur von 40°C abgesenkt. Bei dieser Gelegenheit wurden zwei Rollen in getrennten umgekehrten V-Formen an dem Werkstück bereitgestellt und Salzschmelzebeschichten wurde durchgeführt, während das Werkstück geweitet wurde, sodass ein Druck von 65 kPa in der Breitenrichtung des Werkstücks aufgebracht wurde. Die Vorrichtung, in die das Werkstück gesetzt wurde, wurde mit einer Kathodenseite eines Gleichrichters verbunden und eine Aluminiumplatte (Reinheit: 99,99%) als einen Gegenelektrode wurde an einer Anodenseite des Gleichrichters verbunden. Beschichten wurde durch Anwenden eines Gleichstroms, der eine Stromdichte von 3,6 A/dm2 aufweist, durchgeführt, um einen strukturierten Aluminiumkörper zu erhalten, indem eine Aluminiumschicht mit einem Gewicht von 150 g/m2 an der Oberfläche des Urethanschaums ausgebildet wurde. Rühren wurde in einem Rührer unter Verwendung eines Rotor, der aus Teflon (eingetragenes Markenzeichen) gemacht wurde, durchgeführt.
  • Hier wurde die Stromdichte basierend auf der ersichtlichen Fläche des Urethanschaums berechnet.
  • (Entfernen des porösen Kunststoffkörpers)
  • Der strukturierte Aluminiumkörper wurde in eine LiCl-KCL Salzschmelze einer Temperatur von 500°C abgesenkt und eine negatives Potenzial von –1 V wurde für 30 Minuten angewendet. In dem geschmolzenen Salz wurden Luftblasen durch eine Zersetzungsreaktion des Polyurethans generiert. Danach wurde der resultierende Körper auf Raumtemperatur unter Atmosphäre abgekühlt und danach mit Wasser gewaschen, um die Salzschmelze zu entfernen. Dadurch wurde ein poröser Aluminiumkörper (dreidimensional vernetzter poröser Metallkörper) mit dem Kunststoff, das entfernt wurde, erhalten. Der erhaltene poröse Aluminiumkörper hat verbindende Poren und weist eine Porosität von 96% auf.
  • In der folgenden Beschreibung ist die Breitenrichtung (30 mm) des porösen Aluminiumkörpers als die erste Richtung definiert und die Längsrichtung (100 mm) des porösen Aluminiumkörpers ist als zweite Richtung definiert.
  • (Schweißen eines Streifenleiters an porösen Aluminiumkörper)
  • Die Dicke des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde auf 0,96 mm durch eine Rollenpresse angepasst und der poröse Aluminiumkörper wurde in 5 cm Streifen geschnitten.
  • Um Schweißen vorzubereiten, wurde ein 5 mm breiter SUS-Block und ein Hammer als Vorrichtungen für eine Kompression verwendet. Der SUS-Block wurde an einer Position 5 mm von der Kante der einen Seite, die parallel zu den ersten Richtung oder der zweiten Richtung des porösen Aluminiumkörpers war, platziert und der SUS-Block wurde mit dem Hammer geschlagen, um den porösen Aluminiumkörpers zu komprimieren, wodurch ein 100 μm dicker Kompressionsabschnitt ausgebildet wurde.
  • Danach wurde ein Streifenleiter an einen Kompressionsabschnitt durch Punktschweißen unter den folgenden Bedingungen geschweißt:
  • – Schweißbedingungen –
    • Schweißvorrichtung; Hi-Max 100, hergestellt durch Panasonic corporation, Modelnummer YG-101UD (geeignet bis zu 250 V anzuwenden)
    • Kapazität 100 Ws, 0,6 kVA
    • Elektrode: eine Kupferelektrode von 2 mm Durchmesser
    • Last: 8 kgf
    • Spannung: 140 V
  • – Streifenleiter –
    • Material: Aluminium
    • Ausdehnungen: 5 mm Breite, 7 cm in Länge und 100 μm in Dicke
    • Oberflächenzustand: Böhmit behandelt
  • <Vorbereitung des gekneteten Materials>
  • Ein Einzelschicht-CNT („SO-P” hergestellt durch Meijo Nano Carbon (Reinheit: 98,3 Massenprozent, Form: Einzelschicht-CNT, Länge: 1–5 μm, Durchschnittsdurchmesser: 1,4 nm)) und EMI-BF4 („1-ethyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborat” Hergestellt durch Kishidi Chemical Co., Ltd.) wurden vorbereitet, sodass die Menge der Einzelschicht-CNT 7 Massenprozent der absoluten Masse der Einzelschicht-CNT und EMI-BF4 sind. Als nächstes wurden die Einzelschicht-CNT und EMI-BF4 für 10 Minuten unter Verwendung eines Mörsers geknetet, um das gekneteten Material zu erhalten.
  • <Herstellen einer Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung>
  • Das gekneteten Material wurde an einer oberen Oberfläche des porösen Aluminiumkörpers platziert und wurde in Porenabschnitte des porösen Körpers in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung unter Verwendung eines Gummiwischer gerieben, um eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung zu erhalten.
  • (Messen von Porenabschnitten für eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung)
  • Der Porenabschnittsdurchmesser von Porenabschnitten, die an einer Oberfläche der Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung freiliegen, wurde gemessen. Der Porenabschnittsdurchmesser wurde durch abschaben einer Oberfläche der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung in einer Weise, sodass das Gerippe des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers beobachtet werden konnte, danach vergrößern der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers unter Verwendung eines Mikroschiffs oder dergleichen, Zeichnen einer geraden Linie von einem Zoll (25,4 mm) in jeder der ersten Richtung und der zweiten Richtung, Zählen der Anzahl von Porenabschnitten, welche die gerade Linie schneiden, und Berechnen eines jeden Durchschnittswerts, als den Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung = 25,4 mm/Anzahl von Porenabschnitten in der ersten Richtung und den Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung = 25,4 mm/die Anzahl von Porenabschnitten in der zweiten Richtung, gemessen. Zusätzlich wurde die Anzahl von Porenabschnitten, die in einem Quadratzoll und die Anzahl von Porenabschnitten, die 0 < d/D < 1 erfüllen gezählt, um das Verhältnis (Prozent) von Porenabschnitten zu berechnen, die 0 < d/D < 1 erfüllen.
  • (Messen von elektrischem Widerstand einer Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung)
  • Der elektrische Widerstand der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung wurde gemessen. Die Messung des elektrischen Widerstandes wurde unter Verwendung einer Vierleitermessung durch in Kontakt Bringen von Anschlüssen, die aus einer Kupferplatte bestehen, die eine Breite von 5 mm und eine Dicke von 0,1 mm aufweisen, mit der Elektrode für die Energiespeichereinrichtung, die bei 3 kg/cm2 geschnitten wurde, um eine Breite von 10 mm aufzuweisen. Der Abstand zwischen Elektroden wurde auf 50 mm gesetzt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse
  • <Herstellung des elektronischen Doppelschichtkondensators>
  • Von den erhaltenen Elektroden für die Energiespeichereinrichtung wurden jeweils zwei Elektroden, welche den Streifenleiter, der in einem Bereich verbunden ist, der einen Endabschnitt in der ersten Richtung beinhaltet, als eine positive und negative Elektrode vorbereitet. Diese Elektroden wurden angeordnet, um einander mit einem Zellulosefasertrenner („TF4035” hergestellt durch Nippon Kodoshi Corporation, Dicke: 35 μm) dazwischen eingeschoben zugewandt zu sein und wurden in einem Knopfzellengehäuse vom Typ R2032 eingehaust. Als nächstes wurde EMI-BF4 als eine elektrolytische Lösung in das Knopfzellengehäuse eingespritzt und danach wurde das Gehäuse versiegelt, um einen elektrischen Doppelschicht Kondensator herzustellen.
  • (Evaluierung der Leistung des elektrischen Doppelschichtkondensators)
  • Der elektrische Doppelschichtkondensator wurde auf 3,5 V unter Verwendung eines Konstantstroms von 1 A/g (Strommenge pro Masse von Kohlenstoff-Nanoröhren, die in einer einzelnen Elektrode enthalten sind) bei einer Umgebungstemperatur von 25°C geladen und danach wurde ein Laden mit einer konstanten Spannung von 3,5 V für 5 Minuten durchgeführt. Danach wurde der elektrische Doppelschichtkondensator auf 0 V entladen unter Verwendung eines konstanten Stroms von 1 A/g (Strommenge pro Masse von Kohlenstoff-Nanoröhren, die in einer einzelnen Elektrode enthalten sind) um die elektrostatische Kapazität in diesem Fall auszuwerten. In Tabelle 1 ist die elektrostatische Kapazität (F/g) als eine elektrostatische Kapazität pro Masse von Kohlenstoff-Nanoröhren, die in einer einzelnen Elektrode erhalten sind, dargestellt. Ferner ist auch die Energiedichte WD (Wh/L) dargestellt. Die Energiedichte wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung (2) berechnet: WD = W/V (2) wobei W eine Energie darstellt, die in dem Kondensator gespeichert ist, und V ein Volumen darstellt. Es sollte angemerkt sein, dass das Volumen V ein Kondensatorvolumen, ohne das Knopfzellengehäuse zu beachten, ist. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
  • [Beispiel 1-2]
  • Eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung wurde wie in Beispiel 1-1 erhalten, mit der Ausnahme, dass das gekneteten Material in einer Richtung parallel zu der zweiten Richtung eingerieben wurde, als die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung in Beispiel 1-1 hergestellt wurde.
  • Dieselben Messungen wie in Beispiel 1-1 wurden an der erhalten Elektrode durchgeführt. Ferner wurden die erhaltenen Elektrode für die Energiespeichereinrichtung, wobei die Elektroden jeweils einen Streifenleiter, der in einem Bereich inklusive des Endabschnitts in der ersten Richtung verbunden ist, beinhalten, verwendet, um einen elektrischen Doppelschichtkondensator herzustellen, und dieselben Untersuchungen, wie die in Beispiel 1-1, wurden durchgeführt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse
  • [Beispiel 1-3]
  • Ein poröser Aluminiumkörper wurde wie in Beispiel 1-1 erhalten, mit der Ausnahme, dass der Druck, der während des Beschichtens in der Salzschmelze in der Breitenrichtung (der erst Richtung) des Werkstücks aufgebracht wurde, auf 125 kPa gesetzt wurde.
  • Unter Verwendung des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung wie in Beispiel 1-1 hergestellt und dieselben Messungen wie in Beispiel 1,1 wurden daran durchgeführt. Ferner wurde ein elektrischer Doppelschicht Kondensator unter Verwendung der erhaltenen Elektrode hergestellt und dieselben Auswertungen wie die in Beispiel 1-1 wurden daran ausgeführt. Tab. 1 zeigt die Ergebnisse.
  • [Beispiel 1-4]
  • <Vorbereiten des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers>
  • Als ein poröser Kunststoffkörper aus Urethan, wurde ein Urethanschaum verwendet. Der Urethanschaum wurde durch Gravitation während des Schäumens beeinflusst und weist einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 552 μm in der Gravitationsrichtung und einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 508 μm in der Horizontalrichtung auf. Der poröse Kunststoffkörper aus Urethan wurde entlang einer Ebene, die eine Steigung von 30° bezüglich der horizontalen Richtung aufweist, geschnitten, um eine Dicke von 1 mm zu haben, um eine geschäumte Urethane Folie zu erhalten, die den Porendurchmesser (D) in der ersten Richtung von 508 μm und den Porendurchmesser (d) in der zweiten Richtung von 440 μm aufweist. Unter Verwendung dieser geschäumten Urethanfolie wurde ein poröser Aluminiumkörper durch Beschichten von Aluminium und Entfernen des Urethans wie in Beispiel 1-1 erhalten, ohne eine zusätzliche umgekehrt V-förmige Rolle zu verwenden.
  • Unter Verwendung des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung wie in Beispiel 1-1 hergestellt und die gleichen Messungen wie in Beispiel 1-1 wurden daran durchgeführt. Ferner wurden aus der erhalten Elektrode für die Energiespeichereinrichtung Elektroden hergestellt, wobei jede einen Streifenleiter aufweist, der in dem Bereich inklusive des Endabschnitts in der ersten Richtung verbunden wurde, und verwendet, um einen elektrischen Doppelschichtkondensator herzustellen, und dieselben Messungen wie in Beispiel 1-1 wurden daran durchgeführt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
  • [Vergleichendes Beispiel 1-1]
  • Ein poröser Aluminiumkörper wurde in Beispiel 1-1 erhalten, mit der Ausnahme, dass kein Druck auf dem Werkstück bei dem Salzschmelzebeschichten von Beispiel 1-1 aufgebracht wurden.
  • Unter Verwendung des erhaltenen porösen Aluminiumkörpers wurde eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung wie in Beispiel 1-1 hergestellt und die gleichen Messungen wie in Beispiel 1-1 wurden daran durchgeführt. Ferner wurden aus der erhalten Elektrode für die Energiespeichereinrichtung Elektroden hergestellt, wobei jede einen Streifenleiter aufweist, der in dem Bereich inklusive des Endabschnitts in der ersten Richtung verbunden wurde, und verwendet, um einen elektrischen Doppelschichtkondensator herzustellen, und dieselben Messungen wie in Beispiel 1-1 wurden daran durchgeführt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
  • Figure DE112014002325T5_0002
  • <Auswertungsergebnisse>
  • Es wurde bestätigt, dass die Elektroden in den Beispielen 1-1 bis 1-4 einen elektrischen Widerstand in der ersten Richtung aufweisen, der geringer als der elektrische Widerstand des vergleichenden Beispiels 1-1 ist.
  • Es wurde bestätigt, dass die elektrischen Doppelschichtkondensatoren in den Beispielen 1-1 bis 1-4 elektrostatische Kapazitäten und Energiedichten aufweisen, die größer als die der Elektrode in dem vergleichenden Beispiel 1-1 sind.
  • Als ein Vergleich zwischen Beispiel 1-1 und Beispiel 1-2 gemacht wurde, wurde bestätigt dass der Inhalt der Kohlenstoff-Nanoröhren in der Elektrode in Beispiel 1-1 größer ist. Es scheint, als läge es daran, dass das gekneteten Material in Beispiel 1-1 in den porösen Aluminiumkörper in der Richtung parallel zu der ersten Richtung eingerieben wurde und folglich können die Kohlenstoff-Nanoröhren einfach in die Porenabschnitte des porösen Aluminiumkörpers eintreten.
  • Beispiel 2
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde das Verhältnis zwischen der Orientierung von Porenabschnitten, die an einer Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, und der Orientierung von Kohlenstoff-Nanoröhren untersucht.
  • [Beispiel 1-1]
  • Es wurden dieselbe Elektrode und derselbe elektrische Doppelschichtkondensator wie die in Beispiel 1-1 hergestellt und dieselben Auswertungen wie in Beispiel 1-1 wurden daran durchgeführt. Tab. 2 zeigt die Ergebnisse.
  • [Beispiel 2-1]
  • Nachdem dieselben Elektroden wie in Beispiel 1-1 hergestellt wurden, wurde eine Spannung parallel zu der ersten Richtung der Elektrode angelegt, um die Längenrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhren, die in den Porenabschnitten des porösen Aluminiumkörpers geladen sind, parallel zu der ersten Richtung zu orientieren. Es sei angemerkt, dass die Orientierung der Kohlenstoff-Nanoröhren durch eine Änderung des elektrischen Widerstands bestätigt wurde.
  • Dieselbe Messung wie in Beispiel 1-1 wurde an der erhaltenen Elektrode durchgeführt. Ferner wurde ein elektrischer Doppelschichtkondensator unter Verwendung der Elektrode hergestellt und dieselbe Auswertung wie die in Beispiel 1-1 wurde daran durchgeführt. Tab. 2 zeigt die Ergebnisse.
  • [Beispiel 2-2]
  • Nachdem dieselbe Elektrode wie in Beispiel 1-1 hergestellt wurde, wurde ein magnetisches Feld parallel zu der zweiten Richtung der Elektrode angelegt, um die Längenrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhren, die in den Porenabschnitten des porösen Aluminiumkörpers geladen sind, parallel zu der zweiten Richtung auszurichten.
  • Dieselben Messungen wie in Beispiel 1-1 wurden an der erhaltenen Elektrode durchgeführt. Ferner wurde ein elektrischer Doppelschichtkondensator hergestellt, der die Elektrode verwendet, und dieselben Messungen wie in Beispiel 1-1 wurden daran durchgeführt. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
  • Figure DE112014002325T5_0003
  • <Auswertungsergebnisse>
  • In Beispiel 2-1 wurde die Längenrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhren in der ersten Richtung orientiert und es wurde bestätigt, dass die Elektrode einen geringeren elektrischen Widerstand und der Kondensator eine größere Energiedichte aufweist, wenn mit Beispiel 1-1 und Beispiel 2-2 verglichen.
  • Beispiel 3
  • In dem vorliegenden Beispiel wurde das Verhältnis zwischen der Orientierung von Porenabschnitten, die an einer Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, und dem elektrischen Widerstand einer Elektrode, die in dem dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper verwendet wird, sowie die Energiedichte eines Lithiumionenkondensator, der die Elektrode verwendet, untersucht.
  • [Beispiel 3-1]
  • Dieselbe Elektrode für die Energiespeichereinrichtung wie in Beispiel 1-1 wurde vorbereitet. Die Porenabschnitte und der elektrische Widerstand der erhaltenen Elektrode für die Energiespeichereinrichtung wurde mit demselben Verfahren wie in Beispiel 1-1 gemessen.
  • <Herstellen des Lithiumionenkondensators>
  • (Herstellen der positiven Elektrode)
  • Von der erhaltenen Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung wurde eine Elektrode, die einen Streifenleiter aufweist, der in dem Bereich inklusive des Endabschnitts in der ersten Richtung verbunden ist, als positive Elektrode vorbereitet.
  • (Herstellen der negativen Elektrode)
  • Harter Kohlenstoff und EMI-FSI wurden präpariert, sodass die Menge von harter Kohlenstoff 7 Massenprozent der absoluten Menge von harter Kohlenstoff und EMI-FSI ist. Als nächstes wurde der harter Kohlenstoff und EMI-FSI für 10 Minuten unter Verwendung eines Mörsers geknetet, um ein geknetetes Material für eine negative Elektrode zu erhalten.
  • Ein dreidimensional vernetzter poröser Nickelkörper (durchschnittlicher Porendurchmesser: 84 μm, Porosität: 95%, Dicke: 1,4 mm) wurde präpariert und auf eine Dicke von 200 μm durch eine Rollenpresse komprimiert. Als nächstes wurde das gekneteten Material für eine negative Elektrode an einer oberen Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers platziert und zu einer unteren Oberfläche unter Verwendung eines Gummiwischers gerieben, um eine negative Elektrode herzustellen.
  • (Herstellung Lithiumionenkondensatoren)
  • Die erhaltenen Elektroden wurden angeordnet, um einander mit einem Zellulosefasertrenner („TF4035” hergestellt durch Nippon Kodoshi Corporation, Dicke: 35 μm) dazwischen eingeschoben zugewandt zu sein und wurden in einem Knopfzellengehäuse vom Typ R2032 eingehaust. Es sei angemerkt, dass eine Lithiummetallfolie vorher an einer Oberfläche der negativen Elektrode druckverbunden wurde, um der positiven Elektrode zugewandt zu sein. Die Dicke der Lithiummetallfolie wurde so gesetzt, dass die Lithiummetallfolie eine Kapazität aufweist, die 90% des Unterschieds zwischen der Kapazität der positiven Elektrode und der Kapazitäten negativen Elektrode ausmacht (= Kapazitäten negativen Elektrode-Kapazität der positiven Elektrode), was aus der Menge der Einschichtigen-CNT, die in den dreidimensional vernetzten porösen Aluminiumkörpers geladen sind, bestimmt wurde. Als nächstes wurde EMI-BF4, in dem Lithiums-bis(Trifluormethanslufonyl)imid (LiTFSI) bei einer Konzentration von 1,0 mol/L gelöst ist, als eine elektrolytische Lösung in das Zellengehäuse eingespritzt und danach wurde das Gehäuse versiegelt, um einen Lithiumionenkondensatoren herzustellen.
  • Als nächstes wurde zum Lithiumdotieren des Lithiumionenkondensators dieser bei einer Umgebungstemperatur von 60°C für 40 Stunden gelagert. Als die Potenzialdifferenz zwischen der positiven und negativen Elektrode kleiner als 2 V wurde, wurde bestimmt, dass das Lithiumdotieren abgeschlossen ist.
  • (Evaluierung der Leistung des elektrischen Doppelschichtkondensators)
  • Der elektrische Doppelschichtkondensator wurde unter Verwendung eines Konstantstroms von 1 A/g (Strommenge pro Masse von Kohlenstoff-Nanoröhren, die in einer einzelnen Elektrode enthalten sind) bei einer Umgebungstemperatur von 25°C in einem Spannungsbereich, der in Tabelle 3 dargestellt ist, geladen, um die elektrostatische Kapazität und Energiedichte zu bestimmen. In Tabelle 3 wird die elektrostatische Kapazität (F/g) als eine elektrostatische Kapazität pro Masse von Kohlenstoff-Nanoröhren, die in der positiven Elektrode enthalten sind, dargestellt. Es sei angemerkt, dass die Energiedichte WD (Wh/L) unter Verwendung der obigen Gleichung (2) berechnet wurde. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse
  • [Beispiel 3-2]
  • Die gleiche Elektrode für die Energiespeichereinrichtung wie in Beispiel 1-2 wurde präpariert. Die Porenabschnitte und der elektrische Widerstand der erhaltenen Elektrode für die Energiespeichereinrichtung wurden mit demselben Verfahren wie dem in Beispiel 1-1 gemessen.
  • <Herstellung eines Lithiumionenkondensatoren>
  • Ein Lithiumionenkondensator wurde mit demselben Verfahren hergestellt, wie dem in Beispiel 3-1, mit der Ausnahme, dass eine Elektrode, die einen Streifenleiter aufweist, der in dem Bereich inklusive des Endabschnitts in der ersten Richtung verbunden ist, von der erhaltenen Elektrode für die Energiespeichereinrichtung präpariert wurde und als eine positive Elektrode verwendet wird und dieselbe Auswertung wie die in Beispiel 3-1 wurde daran durchgeführt.
  • [Beispiel 3-3]
  • Die gleiche Elektrode für die Energiespeichereinrichtung wie in Beispiel 1-3 wurde präpariert. Die Porenabschnitte und der elektrische Widerstand der erhaltenen Elektrode für die Energiespeichereinrichtung wurden mit demselben Verfahren wie dem in Beispiel 1-1 gemessen.
  • <Herstellung eines Lithiumionenkondensators>
  • Ein Lithiumionenkondensator wurde mit demselben Verfahren hergestellt, wie dem in Beispiel 3-1, mit der Ausnahme, dass eine Elektrode, die einen Streifenleiter aufweist, der in dem Bereich inklusive des Endabschnitts in der ersten Richtung verbunden ist, von der erhaltenen Elektrode für die Energiespeichereinrichtung präpariert wurde und als eine positive Elektrode verwendet wird und dieselbe Auswertung wie die in Beispiel 3-1 wurde daran durchgeführt. Tab. 3 zeigt die Ergebnisse.
  • [Beispiel 3-4]
  • Die gleiche Elektrode für die Energiespeichereinrichtung wie in Beispiel 1-4 wurde präpariert. Die Porenabschnitte und der elektrische Widerstand der erhaltenen Elektrode für die Energiespeichereinrichtung wurde mit demselben Verfahren wie dem in Beispiel 1-1 gemessen.
  • <Herstellung eines Lithiumionenkondensatoren>
  • Ein Lithiumionenkondensator wurde mit demselben Verfahren hergestellt, wie dem in Beispiel 3-1, mit der Ausnahme, dass eine Elektrode, die einen Streifenleiter aufweist, der in dem Bereich inklusive des Endabschnitts in der ersten Richtung verbunden ist, von der erhaltenen Elektrode für die Energiespeichereinrichtung präpariert wurde und als eine positive Elektrode verwendet wird und dieselbe Auswertung wie die in Beispiel 3-1 wurde daran durchgeführt. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse.
  • [Vergleichendes Beispiel 3-1]
  • Die gleiche Elektrode für die Energiespeichereinrichtung wie in dem vergleichenden Beispiel 1-1 wurde präpariert. Die Porenabschnitte und der elektrische Widerstand der erhaltenen Elektrode für die Energiespeichereinrichtung wurden mit demselben Verfahren wie dem in Beispiel 1-1 gemessen.
  • <Herstellung eines Lithiumionenkondensatoren>
  • Ein Lithiumionenkondensator wurde mit demselben Verfahren hergestellt, wie dem in Beispiel 3-1, mit der Ausnahme, dass eine Elektrode, die einen Streifenleiter aufweist, der in dem Bereich inklusive des Endabschnitts in der ersten Richtung verbunden ist, von der erhaltenen Elektrode für die Energiespeichereinrichtung präpariert wurde und als eine positive Elektrode verwendet wird und dieselbe Auswertung wie die in Beispiel 3-1 wurde daran durchgeführt. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse
    Figure DE112014002325T5_0004
  • <Auswertungsergebnisse>
  • Es wurde bestätigt, dass die Elektroden in den Beispielen 3-1 bis 3-4 einen elektrischen Widerstand in der ersten Richtung aufweisen, der geringer als der elektrische Widerstand des vergleichenden Beispiels 3-1 ist.
  • Es wurde bestätigt, dass die elektrischen Doppelschichtkondensatoren in den Beispielen 3-1 bis 3-4 elektrostatische Kapazitäten und Energiedichten aufweisen, die größer als die der Elektrode in dem vergleichenden Beispiel 3-1 sind.
  • Als ein Vergleich zwischen Beispiel 3-1 und Beispiel 3-2 gemacht wurde, wurde bestätigt dass der Inhalt der Kohlenstoff-Nanoröhren in der Elektrode in Beispiel 1 größer ist. Es scheint, als läge es daran, dass das gekneteten Material in Beispiel 3-1 in den porösen Aluminiumkörper in der Richtung parallel zu der ersten Richtung eingerieben wurde und folglich können die Kohlenstoff-Nanoröhren einfach in die Porenabschnitte des porösen Aluminiumkörpers eintreten.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die Energiespeichereinrichtung, welche die Elektrode für die Energiespeichereinrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet, kann für verschiedene Anwendungen inklusive von zum Beispiel Transporteinrichtungen wie einem Fahrzeug oder einem Zug verwendet werden.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1, 4, 34: dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper; 3: Streifen weiter; 6: Porenabschnitte; 11: poröser Kunststoffkörper; 13: Beschichtungsschicht; 22: riemenähnlicher Kunststoff; 23, 28: Beschichtungsbad; 24: zylindrische Elektrode; 25, 27: Anode; 26: Elektrodenrolle; 33: Kompressionsabschnitt; 35: Rotationsrolle; 41: Trenner; 42: positive Elektrode; 43: negative Elektrode; 46: elektrolytische Lösung; sieben 40: oberes Zellengehäuse; 48: unteres Zellengehäuse; 49, 410: Anschluss; 416: Lithiummetallfolie; 420: Stromquelle.

Claims (6)

  1. Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung, umfassend: Kohlenstoff-Nanoröhren; eine ionische Flüssigkeit; und einen dreidimensional vernetzten porösen Metallkörper, der mehrere Porenabschnitte aufweist, die mit den Kohlenstoff-Nanoröhren und der ionischen Flüssigkeit gefüllt sind, wobei in den Porenabschnitten, die an einer Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, der mehreren Porenabschnitte ein Verhältnis (d/D) zwischen einem Porenabschnittsdurchmesser (D) in einer ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers und einem Porenabschnittsdurchmesser (d) in einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in einem Bereich von 0 < d/D < 1 ist, und Porenabschnitte in dem Bereich mehr als oder gleich 95% und weniger als oder gleich 100% der Porenabschnitte, die an der Oberfläche freiliegen, ausmachen.
  2. Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis (d/D) zwischen dem Porenabschnittsdurchmesser (D) in der ersten Richtung und der Porenabschnittsdurchmesser (d) in der zweiten Richtung in einem Bereich von 0,3 ≤ d/D ≤ 0,8 ist.
  3. Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Längenrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhren im Wesentlichen parallel zu der ersten Richtung ist.
  4. Energiespeichereinrichtung, eine Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1 umfassend.
  5. Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 4, wobei durch Verbinden an den dreidimensional vernetzten porösen Körper ein Streifenleiter ausgebildet ist, der Strom in der ersten Richtung sammelt.
  6. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Energiespeichereinrichtung, die folgenden Schritte umfassend: Kneten von Kohlenstoff-Nanoröhren und einer ionischen Flüssigkeit, um ein geknetetes Material zu produzieren; und Laden des gekneteten Materials in Porenabschnitte des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers, der mehrere Porenabschnitte aufweist, wobei in Porenabschnitten, die an einer Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers freiliegen, der mehreren Porenabschnitte ein Verhältnis (d/D) zwischen einem Porenabschnittsdurchmesser (D) in einer ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers und einem Porenabschnittsdurchmesser (d) in einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung innerhalb der Oberfläche des dreidimensional vernetzten porösen Metallkörpers in einem Bereich von 0 < d/D < 1 ist, und Porenabschnitte in dem Bereich mehr als oder gleich 95% und weniger als oder gleich 100% der Porenabschnitte, die an der Oberfläche freiliegen, ausmachen.
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