DE3324968C2

DE3324968C2 -

Info

Publication number: DE3324968C2
Application number: DE3324968A
Authority: DE
Inventors: Hiromochi Nagoya Jp Muramatsu; Atsushi Toyokawa Jp Watanabe; Kunihiko Nukata Aichi Jp Hara
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1982-07-12
Filing date: 1983-07-11
Publication date: 1988-12-08
Also published as: US4477485A; DE3324968A1; JPS5912576A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer organischen Polymer-Elektrode für galvanische Sekundärelemente und insbesondere ein Verfahren zur Verbesse rung des Haftvermögens eines aus einem Metall bestehen den Dünnfilms an der Elektrodenoberfläche, um die Leistungsfähigkeit einer organischen Elektrode bezüg lich der Stromabnahme zu verbessern.

Als organische Polymer- Substanz wird z. B. Polyacetylen verwendet.

Eine Stromabnahme von einer organischen Elektrode ist durchgeführt worden, indem die Elektrode mit einem Metalldraht, beispielsweise einem Platindraht, in Kontakt gebracht und von dem in Kontakt gebrachten Bereich ein Strom abgenommen wurde. Mit diesem Verfahren kann jedoch kein hoher Wirkungsgrad der Stromabnahme erzielt werden, weil der Kontaktwiderstand bei einer kleinen Kontaktfläche hoch ist. Es ist versucht worden, eine Metallfolie durch Schmelzen unter Anwendung von Wärme mit der Oberfläche einer organischen Polymer-Elektrode zu verbinden, um die Kontaktfläche zu vergrößern. Bei diesem Vorgang ist jedoch ein relativ langes Er hitzen auf eine hohe Temperatur erforderlich, so daß das organische Polymer-Material der Elektrode bei dieser Behand lung dazu neigt, sich thermisch zu zersetzen, und infolgedessen wird das Dilemma herbeigeführt, daß man sich entweder für einen auf diese Weise möglichen Verlust an Elektrodenmaterial oder für eine Verminde rung der gewünschten Verbesserung der Haftfestigkeit entscheiden muß.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bildung einer organischen Polymer-Elektrode für ein galvanisches Sekundär-Element zur Verfü gung zu stellen, mit dem eine sichere Verbindung zwischen dem organischen, elektrizitätsleitenden Polymer-Material der Elektrode und dem als Stromabnahmeeinrichtung verwendeten Metall hergestellt werden kann, ohne daß eine nachteilige Wirkung auf das organische, elektrizitätsleitende Polymer-Material hervorgerufen wird.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird auf der Oberfläche von mindestens einem Teil auf mindestens einer Seite einer aus einem organischen, elektrizitätsleitenden Polymermaterial hergestell ten, blatt- bzw. folienförmigen Elektrode ein aus einem Metall hergestellter Dünnfilm gebildet, und zwar bei einer so niedrigen Temperatur, daß keine Möglichkeit besteht, daß eine thermische Zersetzung des organischen Polymermaterials verursacht wird, und dann wird an der Grenzfläche zwischen dem aus dem Metall gebildeten Dünnfilm und der Elektrodenfolie durch ein Rückstoßionen-Implantationsverfahren eine Atominter diffusionsschicht gebildet, wodurch eine sichere Haftung des aus dem Metall bestehenden Dünnfilms an der Elektro denfolie erzielt wird.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend näher erläutert.

Die galvanischen Sekundärelemente, bei denen als Elektro den ein organisches, elektrizitätsleitendes Polymermaterial verwendet wird, sind bereits bekannt, und infolgedessen ist eine nähere Erläuterung solcher Elemente für sich nicht notwendig.

Im Rahmen der Erfindung können als organisches, elektri zitätsleitende Polymermaterial, das die Elektrode bildet, verschiedene bekannte Substanzen wie z. B. Polyacety len, Polyparaphenylen und Polypyrrol eingesetzt werden. Als Material des auf der Elektrode zu bildenden, aus einem Metall bestehenden Dünnfilms wird ein gut elektri zitätsleitendes Material wie z. B. Aluminium, Nickel oder Zinn empfohlen.

Das im Rahmen der Erfindung verwendete, organische Polymermaterial kann bei einer Temperatur unterhalb von 200°C ohne Risiko verwendet werden, jedoch wurde festgestellt, daß ein solches Material im Fall des Erhitzens bis etwa 300°C vor einer thermischen Zersetzung geschützt bleibt, wenn die Erhitzungsdauer kurz ist. Erfindungs gemäß wird deshalb ein aus Metall bestehender Dünnfilm unter einer solchen Temperaturbedingung auf dem organi schen, elektrizitätsleitenden Polymermaterial gebildet.

Zuerst wird auf einem Teil der Oberfläche oder auf der gesamten Oberfläche eines blatt- bzw. folienförmi gen, organischen elektrizitätsleitenden Polymermaterials mit einer Dicke von im allgemeinen 100 µm oder mehr unter Anwendung der üblichen Vakuumbedampfungs- oder Druckverfahren ein dünner Metallfilm mit einer Dicke von mindestens 2,0 nm gebildet. Wenn ein solcher Film auf einem Teil der Oberfläche des organischen, elektri zitätsleitenden Polymermaterials gebildet werden soll, kann der erhaltene, dünne Metallfilm eine kamm- oder maschen- bzw. geflechtartige Gestalt oder die Form von Punkten bzw. Flecken haben oder ein netzartiges Muster mit durch Linien verbundenen Punkten bilden. Für die Bildung eines Metallfilms mit solchen Formen ist ein Fotoresist verfahren, wie es im allgemeinen für die Herstellung von gedruckten Schaltungen angewandt wird, am besten geeignet.

Für die Vakuumbedampfung wird im Rahmen der Erfindung üblicherweise ein Elektronenstrahlverfahren oder ein Widerstandsheizverfahren angewandt. Im Falle des Elektro nenstrahlverfahrens wird eine aus einem organischen, elektrizitätsleitenden Polymermaterial hergestellte Elektrode in ein Vakuumsystem hineingebracht, und dann wird das System bis zu einem Vakuumgrad von nicht weniger als 13 nbar evakuiert. Unter dieser Bedingung wird nach einem üblichen Elektronenstrahlverfahren bei Raumtemperatur (25°C) auf der erwähnten Elektrode eine gewünschte Metallschicht abgeschieden. Dieses Verfahren ist nicht mit der Anwendung einer hohen Temperatur, die eine Zersetzung des Elektrodenmaterials verursachen könnte, verbunden.

Bei dem Druckverfahren wird eine Elektrode durch Sieb druck bzw. Schablonendruck gebildet, wobei im allge meinen eine Silberpaste verwendet wird. Im einzelnen wird eine Silberpaste unter Anwendung eines Siebes mit einer Maschenweite von 150 µm (100 bis 300 mesh) bei Raumtemperatur unter Bildung eines ge wünschten Musters aufgedruckt und dann zur Bildung eines Metallfilms für eine Dauer bis zu 30 min auf eine Temperatur von 150° bis 300° erhitzt. Mit dem Druckverfahren können im allgemeinen dünne Metallfilme gebildet werden, deren Dicke in dem Bereich von etwa 2 µm bis etwa 100 µm liegt, so daß ein solches Druck verfahren in einigen Fällen gegenüber dem Vakuumbe dampfungsverfahren, das hinsichtlich der erzielbaren Filmdicke bestimmten Einschränkungen unterliegt, be vorzugt wird.

Dann wird der erhaltene, dünne Metallfilm einer Rück stoß-Implantation unterzogen, um eine sichere Verbindung des Films mit dem organischen Polymermaterial der Elektrode zu erzielen. Durch diese Rückstoßionen- Implantation wird an der Grenzfläche zwischen dem dünnen Metallfilm und dem organischen Polymermaterial eine Atominterdiffusionsschicht bzw. eine durch Interdiffu sion von Atomen hergestellte Schicht gebildet. Diese Diffusionsschicht führt nicht nur zu der erforderlichen Haftfestigkeit, sondern hat auch die Wirkung einer Verminderung des elektrischen Widerstandes.

Zu den Ionen, die bei einem solchen Rückstoßionen- Implantationsverfahren angewandt werden können, gehören Xe⁺-, Kr⁺- und Ar⁺-Ionen. Solche Ionen, beispiels weise Ar⁺-Ionen, werden in den aus einem Metall wie z. B. Aluminium bestehenden Dünnfilm hineingetrieben, und die Metall-(Al-)Atome werden unter Ausnutzung der sich ergebenden kinetischen Energie, die erzeugt wird, zur Diffusion in das organische, elektrizitätslei tende Polymermaterial veranlaßt. Dieser Implantationsvorgang kann bei einem Vakuumgrad unterhalb von 1,3 nbar und einer Beschleunigungsspannung unterhalb von 20 MeV durchgeführt werden, und die Ionenimplantationsdichte kann in geeigneter Weise den Bedürfnissen entsprechend verändert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Ausführungs form näher erläutert.

Beispiel

Auf einer aus einer Polyacetylenfolie bestehenden Elektrode wurde nach einem Elektronenstrahlverfahren unter einem Vakuum von 66,7 nbar und bei Raumtemperatur (25°C) eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 1,0 µm gebildet. Diese Schicht wurde dann nach einem Rückstoß ionen-Implantationsverfahren unter den folgenden Be dingungen einer Ionenimplantation durch Xe⁺-Ionen unterzogen: Vakuum von nicht mehr als 1,3 nbar; Beschleu nigungsspannung von 1,5 MeV; Implantationsdichte von 1 × 10¹⁶ cm^-2 und Raumtemperatur (25°C). Die erhaltene Diffusionsschicht hatte eine Dicke von 12,0 nm. Als Ergebnis wurde eine bedeutende Verminderung des elektri schen Widerstandes erzielt. Das heißt, daß die anfäng liche spezifische Leitfähigkeit des Elektrodenmaterials, die 2,5 × 10² Ω^-1 · cm^-1 betrug, schließlich auf 1,1 × 10³ Ω^-1 · cm^-1 angestiegen war.

Claims

1. Verfahren zur Bildung einer Elektrode aus einem organischen, elektrizitätsleitenden Polymer-Material für die Verwendung in einem galvanischen Sekundär-Element, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dünnfilm aus einem Metall auf der Oberfläche von mindestens einem Teil mindestens einer Seite der in Blatt- bzw. Folienform vorliegenden Elektrode bei einer solchen Temperatur gebildet wird, daß in dem organischen Polymer-Material keine thermische Zer setzung auftritt und daß dann an der Grenzfläche zwischen dem Dünnfilm und der Elektrode durch ein Rückstoß ionen-Implantationsverfahren eine Atominterdiffusions schicht gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das organische, elektrizitätsleitende Polymer-Material Polyacetylen, Polyparaphenylen oder Polypyrrol ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Metall, das den Dünnfilm bildet, Aluminium, Nickel oder Zinn ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Dünnfilm so gestaltet ist, daß er nicht die gesamte Oberfläche der aus dem organischen Polymer-Material bestehenden Elektrode bedeckt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß aus einem Metall bestehende Dünnfilm eine kamm- oder maschen- bzw. geflechtartige Gestalt oder die Form von Punkten bzw. Flecken hat oder ein netz artiges Muster mit durch Linien verbundenen Punkten bildet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzich net, daß der aus einem Metall bestehende Dünnfilm durch ein Vakuumaufdampf- oder ein Druckverfahren gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der aus einem Metall bestehende Dünnfilm bei einer Temperatur unterhalb von 200°C gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der aus einem Metall bestehende Dünnfilm unter einem Vakuum von 66,7 nbar bei Raumtemperatur durch ein Elektronenstrahlverfahren auf einer Polyacety lenfolie gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Rückstoßionen-Implantation unter Anwendung von Xe⁺-Ionen unter den folgenden Bedingungen durchge führt wird: Vakuum von nicht mehr als 1,3 nbar, Beschleu nigungsspannung von 1,5 MeV, Implantationsdichte von 1 × 10¹⁶ cm^-2 und Raumtemperatur.