JP2012256583A - Manufacturing method of electrode for electrochemical element - Google Patents

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Akihisa Hosoe
晃久 細江
Kazuki Okuno
一樹 奥野
Hajime Ota
肇 太田
Kotaro Kimura
弘太郎 木村
Kengo Goto
健吾 後藤
Hideaki Sakaida
英彰 境田
Junichi Nishimura
淳一 西村
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of an electrode for an electrochemical element in which capacity adjustment is easy and which can be manufactured at a low cost.SOLUTION: A manufacturing method of an electrode for an electrochemical element comprises: a thickness adjustment step of adjusting an aluminum porous body having a communicating pore to a prescribed thickness by compressing the body; a filling step of filling the thickness-adjusted aluminum porous body with an active material; and a cutting step of cutting the aluminum porous body to a prescribed length dimension before the filling step.

Description

本発明は、高い出力のリチウム電池(「リチウム二次電池」を含む)、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、溶融塩電池などの電気化学素子用電極の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing electrodes for electrochemical devices such as high-power lithium batteries (including “lithium secondary batteries”), electric double layer capacitors, lithium ion capacitors, and molten salt batteries.

近年、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用小型電子機器やEV用の電源などとして、リチウム電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、溶融塩電池などの電気化学素子が広く用いられている。   In recent years, electrochemical devices such as lithium batteries, electric double layer capacitors, lithium ion capacitors, and molten salt batteries have been widely used as portable small electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers and power supplies for EVs. .

これらの電気化学素子には、一般に、金属箔上に活物質を含有する合剤層が形成されている電極が用いられている。例えば、リチウム二次電池の正極の場合、図4に示すように、アルミニウム(Al)箔製の集電体32の両面に、コバルト酸リチウム(LiCoO)粉末等の正極活物質、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のバインダー、カーボン粉末等の導電助剤を含有する正極合剤層33が形成されたリチウム二次電池用電極31が用いられており、このようなリチウム二次電池用電極31は、溶媒を添加混合してスラリー状にした正極合剤を、Al箔製の集電体32上に塗布後、塗膜を乾燥することによって製造される(例えば、特許文献1)。 In these electrochemical elements, an electrode in which a mixture layer containing an active material is formed on a metal foil is generally used. For example, in the case of a positive electrode of a lithium secondary battery, as shown in FIG. 4, a positive electrode active material such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder, polyvinylidene fluoride on both surfaces of a current collector 32 made of aluminum (Al) foil. A lithium secondary battery electrode 31 on which a positive electrode mixture layer 33 containing a conductive auxiliary such as a binder such as (PVDF) and carbon powder is formed is used. The positive electrode mixture made into a slurry by adding a solvent is applied onto the current collector 32 made of Al foil, and then the coated film is dried (for example, Patent Document 1).

特開2001−143702号公報JP 2001-143702 A

このような従来のリチウム二次電池において、容量を調整する場合、スラリー体積当たりの活物質量を調節する方法が考えられるが、電極の仕様毎にスラリー条件を調整しなければならないため、生産コストが高くなるという問題がある。   In such a conventional lithium secondary battery, when adjusting the capacity, a method of adjusting the amount of active material per volume of slurry can be considered. However, since the slurry conditions must be adjusted for each electrode specification, the production cost There is a problem that becomes high.

このような問題は、リチウム二次電池のみならずリチウム一次電池などの他のリチウム電池、さらには、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、溶融塩電池などの電気化学素子においても同様に発生している。   Such problems occur not only in lithium secondary batteries but also in other lithium batteries such as lithium primary batteries, and also in electrochemical devices such as electric double layer capacitors, lithium ion capacitors, and molten salt batteries. Yes.

本発明は、上記の問題に鑑み、容量調整が容易で、低コストで製造することができる電気化学素子用電極の製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the manufacturing method of the electrode for electrochemical elements which capacity adjustment is easy in view of said problem, and can be manufactured at low cost.

請求項1に記載の発明は、
連通気孔を有するアルミニウム多孔体を圧縮して所定の厚さに調整する調厚工程と、
調厚された前記アルミニウム多孔体に活物質を充填する充填工程と、
前記充填工程の前に、前記アルミニウム多孔体を所定の長さ寸法に切断する切断工程と
を備えていることを特徴とする電気化学素子用電極の製造方法である。
The invention described in claim 1
A thickness adjusting step for compressing the aluminum porous body having continuous air holes and adjusting it to a predetermined thickness;
A filling step of filling the adjusted porous aluminum body with an active material;
A method for producing an electrode for an electrochemical element, comprising: a cutting step of cutting the porous aluminum body into a predetermined length before the filling step.

例えば、リチウム二次電池の場合、スラリー体積当たりの活物質量を変えずに容量を調節する方法としては、一般的に厚みを大きくすることが困難であるため、電極のサイズを変更することにより容量の調整方法が行われているが、電池の仕様に応じて種々の電極を作製しなければならない。   For example, in the case of a lithium secondary battery, as a method of adjusting the capacity without changing the amount of active material per slurry volume, it is generally difficult to increase the thickness, so by changing the size of the electrode Although capacity adjustment methods have been performed, various electrodes must be prepared according to battery specifications.

そこで、本発明者は、鋭意検討を行った結果、金属多孔体、すなわちアルミニウム多孔体(Al多孔体)を集電体として用いることに着目した。そして、スラリー条件は固定して、集電体の厚みを変え、充填するスラリー量を調節することにより、電極の仕様毎にスラリーを変更したり、溶媒量に合わせてスラリー条件を調整したりすることなく容易に容量の調整ができることを思いついた。   Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors have focused on using a metal porous body, that is, an aluminum porous body (Al porous body) as a current collector. The slurry conditions are fixed, the thickness of the current collector is changed, and the amount of slurry to be filled is adjusted, so that the slurry is changed for each electrode specification or the slurry conditions are adjusted according to the amount of solvent. I came up with the idea that the capacity could be adjusted easily without any problems.

請求項1の発明においては、連通気孔を有するAl多孔体に活物質(スラリー)を充填する前に、調厚工程を実施することにより、充填される物質の量を容易に調整することができるため、活物質を含有するスラリーの組成を変えることなく所望の容量の電極をえることができる。このため、低コストで電極を製造することができる。   In the first aspect of the present invention, the amount of the material to be filled can be easily adjusted by carrying out the thickness adjusting step before filling the Al porous body having continuous air holes with the active material (slurry). Therefore, an electrode having a desired capacity can be obtained without changing the composition of the slurry containing the active material. For this reason, an electrode can be manufactured at low cost.

さらに、調厚工程によりAl多孔体の厚さのばらつきも小さくできるため、容量のバラツキも小さくすることができる。   Furthermore, since the thickness variation of the Al porous body can be reduced by the thickness adjusting step, the variation in capacity can also be reduced.

また、請求項1に記載の発明は、前記活物質が充填される前に前記アルミニウム多孔体を所定の長さ寸法に切断する切断工程を備えるため、所定の長さ寸法に切断されたAl多孔体に、活物質を充填することとなる。   The invention according to claim 1 is provided with a cutting step of cutting the aluminum porous body into a predetermined length before being filled with the active material, so that the Al porous material cut into a predetermined length is used. The body will be filled with the active material.

このため、切断前の長尺のAl多孔体に活物質を充填した後に所定の長さ寸法に切断する方法のように、大量の端材(余り材)が発生するという問題を解消することができ、高価な活物質を使用するリチウム二次電池用電極の製造における歩留まりの向上の面からも、生産コストを低減することができる。   For this reason, it is possible to eliminate the problem that a large amount of scrap material (remaining material) is generated, as in the method of cutting the long porous Al body before cutting into a predetermined length after filling the active material. In addition, the production cost can be reduced from the viewpoint of improving the yield in the production of the electrode for the lithium secondary battery using an expensive active material.

また、活物質の充填前に、アルミニウム多孔体を所定の幅寸法に切断する工程を加えることにより、幅方向における端材となる部分に活物質を充填せずに済ますことができ、生産コストをさらに低減することができる。   In addition, by adding a step of cutting the porous aluminum body to a predetermined width dimension before filling the active material, it is possible to eliminate the filling of the active material in the end material in the width direction, thereby reducing the production cost. Further reduction can be achieved.

また、前記したように、従来のリチウム二次電池の電極の場合、電極のサイズを変更することにより容量の調整を行っていたため、サイズの大きな電極を何重にも巻回して円筒型電池として用いられていたが、このような円筒型電池を組み合わせて作製された電池パックは、体積エネルギー密度を充分に大きくすることができなかった。   In addition, as described above, in the case of the electrode of the conventional lithium secondary battery, since the capacity was adjusted by changing the size of the electrode, the large-sized electrode was wound many times to form a cylindrical battery. Although being used, the battery pack produced by combining such cylindrical batteries could not sufficiently increase the volume energy density.

しかし、Al多孔体を用いて上記のように製造された正負の電極を用いて作製された電池セルを組み合わせた電池パックは、従来の円筒型電池を組み合わせた電池パックに比べ、体積エネルギー密度の向上や省スペース化を図ることができる。具体的には、例えば、同じ体積の電池パックであれば体積エネルギー密度を1.5倍以上にでき、車載用電池パックとして用いた場合、電気自動車の航続距離を1.5倍以上に向上させることが可能となる。また、同じ容量の電池パックであれば体積を2/3以下に低減することができる。   However, a battery pack that combines battery cells manufactured using positive and negative electrodes manufactured as described above using an Al porous body has a volume energy density that is lower than a battery pack that combines conventional cylindrical batteries. Improvement and space saving can be achieved. Specifically, for example, if the battery pack has the same volume, the volume energy density can be increased by 1.5 times or more, and when used as a vehicle-mounted battery pack, the cruising distance of the electric vehicle is improved by 1.5 times or more. It becomes possible. Further, if the battery pack has the same capacity, the volume can be reduced to 2/3 or less.

即ち、従来の円筒型電池を組み合わせる場合、放熱の問題や円筒形であることによる制約などから電池を高密度に配置することができなかった。具体的な一例として、例えば、18650タイプの円筒型電池を組み合わせた車載用電池パックの場合、正味の電池体積は電池パック全体の体積の40%程度に留まっていた。   That is, when combining conventional cylindrical batteries, the batteries could not be arranged at high density due to heat dissipation problems and restrictions due to the cylindrical shape. As a specific example, for example, in the case of an in-vehicle battery pack in which a 18650 type cylindrical battery is combined, the net battery volume remains at about 40% of the entire battery pack volume.

これに対し、本発明のAl多孔体の電極を用いて作製された電池セルは、セル自体が薄いため放熱性に優れており、さらに角型にすることができるため、高密度に配置することができる。   On the other hand, the battery cell produced using the Al porous body electrode of the present invention is excellent in heat dissipation because the cell itself is thin, and can be formed into a square shape, so that it should be arranged at a high density. Can do.

本発明者の実験によれば、18650タイプの円筒型電池を用いた上記の車載用電池パックと同じ容量の電池パックを作製した場合、体積を最大で51%低減できることが確認できている。   According to the experiment by the present inventor, it has been confirmed that when a battery pack having the same capacity as the above-described vehicle battery pack using a 18650 type cylindrical battery is produced, the volume can be reduced by up to 51%.

そして、このような電極は、リチウム二次電池のみならずリチウム一次電池などの他のリチウム電池、さらには、前記した電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、溶融塩電池などの電気化学素子の電極としても適用することができることを確認した。   Such an electrode is used not only as a lithium secondary battery but also as another lithium battery such as a lithium primary battery, and as an electrode of an electrochemical element such as an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, or a molten salt battery. Also confirmed that it can be applied.

請求項2に記載の発明は、
前記調厚工程は、ローラープレスにより前記アルミニウム多孔体の厚さを調整することを特徴とする請求項1に記載の電気化学素子用電極の製造方法である。
The invention described in claim 2
The said thickness adjusting process adjusts the thickness of the said aluminum porous body with a roller press, The manufacturing method of the electrode for electrochemical elements of Claim 1 characterized by the above-mentioned.

請求項2に記載の発明は、ローラープレスにより前記アルミニウム多孔体の厚さを調整するため、ローラーの位置調整を行うだけで、前記アルミニウム多孔体の厚さの調整が可能になる。このため、生産コストをさらに低減できる。   According to the second aspect of the present invention, since the thickness of the aluminum porous body is adjusted by a roller press, the thickness of the aluminum porous body can be adjusted only by adjusting the position of the roller. For this reason, the production cost can be further reduced.

請求項3に記載の発明は、
前記活物質が充填された前記アルミニウム多孔体を乾燥させる乾燥工程と、
乾燥させた前記アルミニウム多孔体を圧縮する圧縮工程と
を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電気化学素子用電極の製造方法である。
The invention according to claim 3
A drying step of drying the aluminum porous body filled with the active material;
The method for producing an electrode for an electrochemical element according to claim 1, further comprising a compression step of compressing the dried porous aluminum body.

電気化学素子用電極の製造方法においては、乾燥工程を設けてスラリー中の溶媒を蒸発させるが、このままでは溶媒の存在した空間が残って電極の嵩が高く活物質の充填密度が低いため、前記圧縮工程を設けることにより、電極内に残った空間の体積を最適化し、高密度の電極を得ることができる。また、電極表面を平滑にでき、短絡の危険性が低下する。   In the method for producing an electrode for an electrochemical element, the solvent in the slurry is evaporated by providing a drying step. However, since the space in which the solvent is present remains as it is, the volume of the electrode is high and the packing density of the active material is low. By providing the compression step, the volume of the space remaining in the electrode can be optimized and a high-density electrode can be obtained. In addition, the electrode surface can be smoothed, and the risk of short circuit is reduced.

請求項4の発明は、
前記アルミニウム多孔体が、15kVの加速電圧でのEDX分析により定量した表面の酸素量が3.1質量%以下のアルミニウム多孔体であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電気化学素子用電極の製造方法である。
The invention of claim 4
4. The aluminum porous body according to any one of claims 1 to 3, wherein the aluminum porous body is an aluminum porous body whose surface oxygen content determined by EDX analysis at an acceleration voltage of 15 kV is 3.1% by mass or less. It is a manufacturing method of the electrode for electrochemical elements as described in an item.

Al多孔体は、製造工程において、酸素のある環境で加熱すると酸化が進みやすく表面に酸化皮膜ができやすい。酸化皮膜ができたAl多孔体の場合、表面積の全てを有効に活用することができないため、活物質を充分多く担持させることができず、活物質とAl多孔体との接触抵抗を低くすることができない。   When heated in an oxygen-containing environment, the porous Al body is likely to oxidize and form an oxide film on the surface. In the case of an Al porous body with an oxide film, the entire surface area cannot be used effectively, so that a sufficient amount of the active material cannot be supported, and the contact resistance between the active material and the Al porous body should be lowered. I can't.

このような状況に鑑み、本発明者は、Alを酸素のある環境で加熱せずに、Al多孔体を製造する方法を開発した。これにより、表面に酸素量が少ないAl多孔体、即ち、表面に酸化皮膜が少ないAl多孔体を得ることができるようになった。   In view of such a situation, the present inventor has developed a method for producing an Al porous body without heating Al in an oxygen-containing environment. As a result, an Al porous body with a small amount of oxygen on the surface, that is, an Al porous body with a small oxide film on the surface can be obtained.

具体的には、Al層が形成された連通気孔を有する発泡樹脂を、溶融塩に浸漬した状態で、Al層に負電位を印加しながらAlの融点以下の温度に加熱して前記発泡樹脂を分解することにより、15kVの加速電圧でのEDX分析により定量した表面の酸素量が3.1質量%以下であるAl多孔体を得ることができる。   Specifically, the foamed resin having continuous air holes formed with an Al layer is immersed in a molten salt and heated to a temperature not higher than the melting point of Al while applying a negative potential to the Al layer. By decomposing, an Al porous body whose surface oxygen content determined by EDX analysis at an acceleration voltage of 15 kV is 3.1% by mass or less can be obtained.

そして、このようなAl多孔体を用いることにより、活物質の担持量を多くでき、また、活物質とAl多孔体との接触抵抗を低く保つことができるため、活物質の利用効率を向上させることができる。   By using such an Al porous body, the amount of active material supported can be increased, and the contact resistance between the active material and the Al porous body can be kept low, thereby improving the utilization efficiency of the active material. be able to.

本発明によれば、容量調整が容易で、低コストで製造することができる電気化学素子用電極の製造方法を提供することができる。また、体積エネルギー密度の向上あるいは省スペース化を図ることができる電池パックの製造に好適な電気化学素子用電極を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, capacity | capacitance adjustment is easy and the manufacturing method of the electrode for electrochemical elements which can be manufactured at low cost can be provided. Moreover, the electrode for electrochemical elements suitable for manufacture of the battery pack which can aim at the improvement of volume energy density or space saving can be provided.

本発明におけるAl多孔体の製造方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the manufacturing method of Al porous object in the present invention. 本発明の一実施の形態のリチウム二次電池用電極の製造の手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure of manufacture of the electrode for lithium secondary batteries of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態において、リチウム二次電池用電極の前駆体を切断している様子を模式的に説明する図である。In one Embodiment of this invention, it is a figure which illustrates typically a mode that the precursor of the electrode for lithium secondary batteries is cut | disconnected. 従来のリチウム二次電池用電極の形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the form of the conventional electrode for lithium secondary batteries typically. 本発明の一実施の形態に係る電気化学素子用電極が用いられた全固体リチウム二次電池の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the all-solid-state lithium secondary battery in which the electrode for electrochemical elements which concerns on one embodiment of this invention was used. 本発明の一実施の形態に係る電気化学素子用電極が用いられた電気二重層キャパシタの断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of an electric double layer capacitor in which an electrode for an electrochemical element according to an embodiment of the present invention is used. 本発明の一実施の形態に係る電気化学素子用電極が用いられたリチウムイオンキャパシタの断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of a lithium ion capacitor in which an electrode for an electrochemical element according to an embodiment of the present invention is used. 本発明の一実施の形態に係る電気化学素子用電極が用いられた溶融塩電池の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of a molten salt battery in which an electrode for an electrochemical element according to an embodiment of the present invention is used.

以下、本発明を実施の形態に基づき図面を参照しつつ説明する。なお、以下においては、まず、電気化学素子用電極の製造方法について説明し、その後、電気化学素子用電極を用いたリチウム電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、溶融塩電池について説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings. In the following, a method for manufacturing an electrode for an electrochemical element will be described first, and then a lithium battery, an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, and a molten salt battery using the electrode for an electrochemical element will be described.

[A]電気化学素子用電極
最初に、電気化学素子用電極の製造方法について、まず、Al多孔体の製造方法について説明し、その後、リチウム二次電池用電極の作製を例に挙げて、このAl多孔体を用いた電気化学素子用電極の製造方法について説明する。
[A] Electrode for Electrochemical Element First, a method for producing an electrode for an electrochemical element will be described first, and a method for producing an Al porous body will be described. Then, the production of an electrode for a lithium secondary battery will be described as an example. A method for producing an electrode for an electrochemical element using an Al porous body will be described.

1.アルミニウム多孔体の製造
始めに、本発明の電気化学素子用電極に用いられるアルミニウム多孔体の製造方法について説明する。図1は、アルミニウム多孔体の製造方法の一例を説明する模式図であり、樹脂成形体を芯材としてアルミニウム構造体(多孔体)を形成する様子を模式的に示したものである。
1. Production of Porous Aluminum Body First, a method for producing an aluminum porous body used for the electrode for an electrochemical element of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an example of a method for producing a porous aluminum body, and schematically shows how an aluminum structure (porous body) is formed using a resin molded body as a core material.

まず、基体樹脂成形体の準備を行う。図1(a)は、基体樹脂成形体の例として、連通気孔を有する発泡樹脂成形体の断面の一部を示す拡大模式図であり、発泡樹脂成形体1を骨格として気孔が形成されている様子を示している。次に、樹脂成形体表面の導電化を行う。この工程により、樹脂成形体1の表面には薄く導電体による導電層が形成される。続いて溶融塩中でのアルミニウムめっきを行い、導電層が形成された樹脂成形体の表面にアルミニウムめっき層2を形成する(図1(b))。これにより、基体樹脂成形体を基材として表面にアルミニウムめっき層2が形成されたアルミニウム構造体が得られる。その後、発泡樹脂成形体1を分解等して消失させることにより金属層のみが残ったアルミニウム構造体(多孔体)3を得ることができる(図1(c))。以下各工程について順を追って説明する。   First, a base resin molded body is prepared. FIG. 1A is an enlarged schematic view showing a part of a cross section of a foamed resin molded body having continuous air holes as an example of a base resin molded body, and pores are formed using the foamed resin molded body 1 as a skeleton. It shows a state. Next, the surface of the resin molded body is made conductive. By this step, a thin conductive layer is formed on the surface of the resin molded body 1 using a conductive material. Subsequently, aluminum plating in a molten salt is performed to form an aluminum plating layer 2 on the surface of the resin molded body on which the conductive layer is formed (FIG. 1B). As a result, an aluminum structure in which the aluminum plating layer 2 is formed on the surface using the base resin molded body as a base material is obtained. Thereafter, the foamed resin molded body 1 is decomposed and disappeared to obtain an aluminum structure (porous body) 3 in which only the metal layer remains (FIG. 1 (c)). Hereinafter, each step will be described in order.

(1)多孔質樹脂成形体の準備
まず、基体樹脂成形体として、三次元網目構造を有し連通気孔を有する多孔質樹脂成形体を準備する。多孔質樹脂成形体の素材は任意の樹脂を選択できる。ポリウレタン、メラミン、ポリプロピレン、ポリエチレン等の発泡樹脂成形体が素材として例示できる。発泡樹脂成形体と表記したが、連続した気孔(連通気孔)を有するものであれば任意の形状の樹脂成形体を選択できる。例えば繊維状の樹脂を絡めて不織布のような形状を有するものも発泡樹脂成形体に代えて使用可能である。
(1) Preparation of porous resin molded body First, a porous resin molded body having a three-dimensional network structure and continuous air holes is prepared as a base resin molded body. Arbitrary resin can be selected as a raw material of a porous resin molding. Examples of the material include foamed resin moldings such as polyurethane, melamine, polypropylene, and polyethylene. Although described as a foamed resin molded article, a resin molded article having an arbitrary shape can be selected as long as it has continuous pores (continuous vent holes). For example, what has a shape like a nonwoven fabric entangled with a fibrous resin can be used instead of the foamed resin molded article.

発泡樹脂成形体としては、気孔率40〜98%で、セル径50〜1000μmの連通気孔を持つものが好ましいが、気孔率80%〜98%、セル径は50μm〜500μmであればより好ましい。発泡ウレタン及び発泡メラミンは気孔率が高く、また気孔の連通性があるとともに熱分解性にも優れているため、多孔質樹脂成形体として好ましく使用できる。発泡ウレタンは気孔の均一性や入手の容易さ等の点で好ましく、発泡ウレタンはセル径の小さなものが得られる点で好ましい。   The foamed resin molded body preferably has a continuous ventilation hole with a porosity of 40 to 98% and a cell diameter of 50 to 1000 μm, but more preferably a porosity of 80 to 98% and a cell diameter of 50 μm to 500 μm. Foamed urethane and foamed melamine have high porosity, and have excellent porosity and thermal decomposability, and therefore can be preferably used as a porous resin molded article. Urethane foam is preferable in terms of pore uniformity and availability, and foamed urethane is preferable in that a cell having a small cell diameter can be obtained.

多孔質樹脂成形体には発泡体製造過程での製泡剤や未反応モノマーなどの残留物があることが多く、洗浄処理を行うことが後の工程のために好ましい。例えばウレタン発泡体は樹脂成形体が骨格として三次元的に網目を構成することで、全体として連続した気孔を構成している。発泡ウレタンの骨格はその延在方向に垂直な断面において略三角形状をなしている。ここで気孔率は、次式で定義される。
気孔率[%]=(1−(多孔質材の重量[g]/(多孔質材の体積[cm]×
素材密度)))×100
The porous resin molded body often has residues such as foaming agents and unreacted monomers in the foam production process, and it is preferable to perform a washing treatment for the subsequent steps. For example, the urethane foam forms continuous pores as a whole by forming a three-dimensional network of resin molded bodies as a skeleton. The urethane skeleton has a substantially triangular shape in a cross section perpendicular to the extending direction. Here, the porosity is defined by the following equation.
Porosity [%] = (1− (weight of porous material [g] / (volume of porous material [cm 3 ] ×
Material density))) × 100

また、セル径は、樹脂成形体表面を顕微鏡写真等で拡大し、1インチ(25.4mm)あたりの気孔数をセル数として計数して、平均セル径=25.4mm/セル数として平均的な値を求める。   In addition, the cell diameter is enlarged as the surface of the resin molded body with a micrograph, and the number of pores per inch (25.4 mm) is counted as the number of cells, and the average cell diameter = 25.4 mm / number of cells is average. Find the correct value.

(2)樹脂成形体表面の導電化
電解めっきを行うために、発泡樹脂の表面をあらかじめ導電化処理する。処理方法としては、発泡樹脂の表面に導電性を有する層を設けることができる処理である限り特に制限はなく、ニッケル等の導電性金属の無電解めっき、アルミニウム等の蒸着及びスパッタ、又はカーボン等の導電性粒子を含有した導電性塗料の塗布等任意の方法を選択できる。
(2) Conduction of resin molded body surface In order to perform electroplating, the surface of the foamed resin is subjected to a conductive treatment in advance. The treatment method is not particularly limited as long as it is a treatment that can provide a conductive layer on the surface of the foamed resin, electroless plating of a conductive metal such as nickel, vapor deposition and sputtering of aluminum, etc., carbon, etc. Arbitrary methods, such as application | coating of the electroconductive coating material containing these electroconductive particles, can be selected.

導電化処理の例として、アルミニウムのスパッタリング処理によって導電化処理する方法、及び導電性粒子としてカーボンを用いて発泡樹脂の表面を導電化処理する方法について以下述べる。   As an example of the conductive treatment, a method of conducting the conductive treatment by sputtering of aluminum and a method of conducting the conductive treatment of the surface of the foamed resin using carbon as conductive particles will be described below.

(イ)アルミニウムのスパッタリング
アルミニウムを用いたスパッタリング処理としては、アルミニウムをターゲットとする限り限定的でなく、常法に従って行えばよい。例えば、基板ホルダーに発泡状樹脂を取り付けた後、不活性ガスを導入しながら、ホルダーとターゲット(アルミニウム)との間に直流電圧を印加することにより、イオン化した不活性ガスをアルミニウムに衝突させて、はじき飛ばされたアルミニウム粒子を発泡状樹脂表面に堆積することによってアルミニウムのスパッタ膜を形成する。なお、スパッタリング処理は発泡状樹脂が溶解しない温度下で行うことが好ましく、具体的には、100〜200℃程度、好ましくは120〜180℃程度で行えばよい。
(A) Sputtering of aluminum The sputtering treatment using aluminum is not limited as long as aluminum is used as a target, and may be performed according to a conventional method. For example, after attaching a foamed resin to the substrate holder, while applying an inert gas, a DC voltage is applied between the holder and the target (aluminum) to cause the ionized inert gas to collide with the aluminum. The aluminum particles sputtered off are deposited on the foamed resin surface to form an aluminum sputtered film. The sputtering treatment is preferably performed at a temperature at which the foamed resin does not dissolve. Specifically, the sputtering treatment may be performed at about 100 to 200 ° C, preferably about 120 to 180 ° C.

(ロ)カーボン塗布
導電性塗料としてのカーボン塗料を準備する。導電性塗料としての懸濁液は、好ましくは、カーボン粒子、粘結剤、分散剤および分散媒を含む。導電性粒子の塗布を均一に行うには、懸濁液が均一な懸濁状態を維持している必要がある。このため、懸濁液は、20℃〜40℃に維持されていることが好ましい。
(B) Carbon coating Prepare a carbon coating as a conductive coating. The suspension as the conductive paint preferably contains carbon particles, a binder, a dispersant and a dispersion medium. In order to uniformly apply the conductive particles, the suspension needs to maintain a uniform suspension state. For this reason, it is preferable that the suspension is maintained at 20 ° C to 40 ° C.

その理由は、懸濁液の温度が20℃未満になった場合、均一な懸濁状態が崩れ、合成樹脂成形体の網状構造をなす骨格の表面に粘結剤のみが集中して層を形成するからである。この場合、塗布されたカーボン粒子の層は剥離し易く、強固に密着した金属めっきを形成し難い。一方、懸濁液の温度が40℃を越えた場合は、分散剤の蒸発量が大きく、塗布処理時間の経過とともに懸濁液が濃縮されてカーボンの塗布量が変動しやすい。また、カーボン粒子の粒径は、0.01〜5μmで、好ましくは0.01〜0.5μmである。粒径が大きいと多孔質樹脂成形体の空孔を詰まらせたり、平滑なめっきを阻害したりする要因となり、小さすぎると十分な導電性を確保することが難しくなる。   The reason for this is that when the temperature of the suspension is below 20 ° C., the uniform suspension state collapses, and only the binder forms a layer on the surface of the skeleton that forms the network structure of the synthetic resin molding. Because it does. In this case, the applied carbon particle layer is easy to peel off, and it is difficult to form a metal plating that is firmly adhered. On the other hand, when the temperature of the suspension exceeds 40 ° C., the amount of evaporation of the dispersant is large, and the suspension is concentrated as the coating treatment time elapses, and the amount of carbon applied tends to fluctuate. The particle size of the carbon particles is 0.01 to 5 μm, preferably 0.01 to 0.5 μm. If the particle size is large, the pores of the porous resin molded body may be clogged or smooth plating may be hindered. If it is too small, it is difficult to ensure sufficient conductivity.

樹脂成形体へのカーボン粒子の塗布は、上記懸濁液に対象となる樹脂成形体を浸漬し、絞りと乾燥を行うことで可能である。実用上の製造工程の一例としては、三次元網状構造を有する長尺シート状の帯状樹脂が、サプライボビンから連続的に繰り出され、槽内の懸濁液内に浸漬される。懸濁液に浸漬された帯状樹脂は、絞りロールで絞られ、過剰な懸濁液が絞り出される。続いて、当該帯状樹脂は熱風ノズルによる熱風の噴射等により懸濁液の分散媒等が除去され、充分に乾燥された上で巻取りボビンに巻き取られる。熱風の温度は40℃から80℃の範囲であるとよい。このような装置を用いると、自動的かつ連続的に導電化処理を実施することができ、目詰まりのない網目構造を有し、且つ、均一な導電層を具備した骨格が形成されるので、次工程の金属めっきを円滑に行うことができる。   The application of the carbon particles to the resin molded body is possible by immersing the target resin molded body in the suspension, and performing drawing and drying. As an example of a practical manufacturing process, a long sheet-like strip-shaped resin having a three-dimensional network structure is continuously drawn out from a supply bobbin and immersed in a suspension in a tank. The strip-shaped resin immersed in the suspension is squeezed with a squeeze roll, and excess suspension is squeezed out. Subsequently, the belt-shaped resin is wound on a winding bobbin after the dispersion medium of the suspension is removed by hot air injection or the like from a hot air nozzle and sufficiently dried. The temperature of the hot air is preferably in the range of 40 ° C to 80 ° C. When such an apparatus is used, the conductive treatment can be performed automatically and continuously, and a skeleton having a network structure without clogging and having a uniform conductive layer is formed. The metal plating in the next process can be performed smoothly.

(3)アルミニウム層の形成:溶融塩めっき
次に溶融塩中で電解めっきを行い、樹脂成形体表面にアルミニウムめっき層を形成する。溶融塩浴中でアルミニウムのめっきを行うことにより特に三次元網目構造を有する樹脂多孔体のように複雑な骨格構造の表面に均一に厚いアルミニウム層を形成することができる。表面が導電化された樹脂成形体を陰極、純度99.0%のアルミニウムを陽極として溶融塩中で直流電流を印加する。溶融塩としては、有機系ハロゲン化物とアルミニウムハロゲン化物の共晶塩である有機溶融塩、アルカリ金属のハロゲン化物とアルミニウムハロゲン化物の共晶塩である無機溶融塩を使用することができる。
(3) Formation of aluminum layer: Molten salt plating Next, electrolytic plating is performed in molten salt to form an aluminum plating layer on the surface of the resin molded body. By performing aluminum plating in a molten salt bath, a uniformly thick aluminum layer can be formed on the surface of a complicated skeleton structure, such as a porous resin body having a three-dimensional network structure. A direct current is applied in a molten salt using a resin molded body having a conductive surface as a cathode and aluminum having a purity of 99.0% as an anode. As the molten salt, an organic molten salt that is a eutectic salt of an organic halide and an aluminum halide, or an inorganic molten salt that is a eutectic salt of an alkali metal halide and an aluminum halide can be used.

比較的低温で溶融する有機溶融塩浴を使用すると、基材である樹脂成形体を分解することなくめっきができ好ましい。有機系ハロゲン化物としてはイミダゾリウム塩、ピリジニウム塩等が使用でき、具体的には1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(EMIC)、ブチルピリジニウムクロライド(BPC)が好ましい。溶融塩中に水分や酸素が混入すると溶融塩が劣化するため、めっきは窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で、かつ密閉した環境下で行うことが好ましい。   Use of an organic molten salt bath that melts at a relatively low temperature is preferable because plating can be performed without decomposing the resin molded body as a base material. As the organic halide, imidazolium salt, pyridinium salt and the like can be used. Specifically, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMIC) and butylpyridinium chloride (BPC) are preferable. Since the molten salt deteriorates when moisture or oxygen is mixed in the molten salt, the plating is preferably performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon and in a sealed environment.

溶融塩浴としては窒素を含有した溶融塩浴が好ましく、中でもイミダゾリウム塩浴が好ましく用いられる。溶融塩として高温で溶融する塩を使用した場合は、めっき層の成長よりも樹脂が溶融塩中に溶解や分解する方が早くなり、樹脂成形体表面にめっき層を形成することができない。イミダゾリウム塩浴は、比較的低温であっても樹脂に影響を与えず使用可能である。   As the molten salt bath, a molten salt bath containing nitrogen is preferable, and among them, an imidazolium salt bath is preferably used. When a salt that melts at a high temperature is used as the molten salt, the resin is dissolved or decomposed in the molten salt faster than the growth of the plating layer, and the plating layer cannot be formed on the surface of the resin molded body. The imidazolium salt bath can be used without affecting the resin even at a relatively low temperature.

イミダゾリウム塩として、1,3位にアルキル基を持つイミダゾリウムカチオンを含む塩が好ましく用いられ、特に塩化アルミニウム+1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(AlCl+EMIC)系溶融塩が、安定性が高く分解し難いことから最も好ましく用いられる。発泡ウレタン樹脂や発泡メラミン樹脂などへのめっきが可能であり、溶融塩浴の温度は10℃から60℃、好ましくは25℃から45℃である。低温になる程めっき可能な電流密度範囲が狭くなり、多孔体表面全体へのめっきが難しくなる。60℃以上の高温では基材樹脂の形状が損なわれる不具合が生じやすい。 As the imidazolium salt, a salt containing an imidazolium cation having an alkyl group at the 1,3-position is preferably used. Particularly, aluminum chloride + 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (AlCl 3 + EMIC) molten salt is stable. Is most preferably used because it is high and difficult to decompose. Plating onto foamed urethane resin or foamed melamine resin is possible, and the temperature of the molten salt bath is 10 ° C to 60 ° C, preferably 25 ° C to 45 ° C. The lower the temperature, the narrower the current density range that can be plated, and the more difficult it is to plate on the entire porous body surface. At a high temperature of 60 ° C. or higher, a problem that the shape of the base resin is impaired tends to occur.

金属表面への溶融塩アルミニウムめっきにおいて、めっき表面の平滑性向上の目的でAlCl−EMICにキシレン、ベンゼン、トルエン、1,10−フェナントロリンなどの添加剤を加えることが報告されている。本発明者らは特に三次元網目構造を備えた樹脂多孔体上にアルミニウムめっきを施す場合に、1,10−フェナントロリンの添加によりアルミニウム構造体の形成に特有の効果が得られることを見出した。すなわち、多孔体を形成するアルミニウム骨格が折れにくいという第1の特徴と、多孔体の表面部と内部とのめっき厚さの差が小さい均一なめっきが可能であるという第2の特徴が得られるのである。 In molten salt aluminum plating on metal surfaces, it has been reported that additives such as xylene, benzene, toluene and 1,10-phenanthroline are added to AlCl 3 -EMIC for the purpose of improving the smoothness of the plating surface. The present inventors have found that, in particular, when aluminum plating is performed on a porous resin body having a three-dimensional network structure, the addition of 1,10-phenanthroline has a specific effect on the formation of the aluminum structure. That is, the first feature that the aluminum skeleton forming the porous body is not easily broken and the second feature that uniform plating with a small difference in plating thickness between the surface portion and the inside of the porous body can be obtained. It is.

以上の、折れにくい、めっき厚が内外で均一という2つの特徴により、完成したアルミニウム多孔体をプレスする場合などに、骨格全体が折れにくく均等にプレスされた多孔体を得ることができる。アルミニウム多孔体を電池等の電極材料として用いる場合に、電極に電極活物質を充填してプレスにより密度を上げることが行われ、活物質の充填工程やプレス時に骨格が折れやすいため、このような用途では極めて有効である。   Due to the above-mentioned two characteristics that the plating is hard to break and the plating thickness is uniform inside and outside, when the finished aluminum porous body is pressed, a porous body in which the entire skeleton is hardly broken and is pressed uniformly can be obtained. When an aluminum porous body is used as an electrode material for a battery or the like, the electrode is filled with an electrode active material and the density is increased by pressing, and the skeleton easily breaks during the active material filling process or pressing. It is extremely effective in applications.

上記のことから、溶融塩浴に有機溶媒を添加することが好ましく、特に1,10−フェナントロリンが好ましく用いられる。めっき浴への添加量は、0.25〜7g/Lが好ましい。0.25g/L以下では平滑性に乏しいめっきで脆く、また表層と内部の厚み差を小さくする効果が得られ難い。また7g/L以上ではめっき効率が低下し所定のめっき厚を得ることが困難になる。   From the above, it is preferable to add an organic solvent to the molten salt bath, and 1,10-phenanthroline is particularly preferably used. The amount added to the plating bath is preferably 0.25 to 7 g / L. If it is 0.25 g / L or less, plating with poor smoothness is brittle, and the effect of reducing the difference in thickness between the surface layer and the inside is difficult to obtain. On the other hand, if it is 7 g / L or more, the plating efficiency is lowered and it is difficult to obtain a predetermined plating thickness.

一方、樹脂が溶解等しない範囲で溶融塩として無機塩浴を用いることもできる。無機塩浴とは、代表的にはAlCl−XCl(X:アルカリ金属)の2成分系あるいは多成分系の塩である。このような無機塩浴はイミダゾリウム塩浴のような有機塩浴に比べて一般に溶融温度は高いが、水分や酸素など環境条件の制約が少なく、全体に低コストでの実用化が可能である。樹脂が発泡メラミン樹脂である場合は、発泡ウレタン樹脂に比べて高温での使用が可能であり、60℃〜150℃での無機塩浴が用いられる。 On the other hand, an inorganic salt bath can be used as the molten salt as long as the resin is not dissolved. The inorganic salt bath is typically a two-component or multi-component salt of AlCl 3 -XCl (X: alkali metal). Such an inorganic salt bath generally has a higher melting temperature than an organic salt bath such as an imidazolium salt bath, but is less restricted by environmental conditions such as moisture and oxygen, and can be put into practical use at a low cost overall. . When the resin is a foamed melamine resin, it can be used at a higher temperature than the foamed urethane resin, and an inorganic salt bath at 60 ° C. to 150 ° C. is used.

以上の工程により骨格の芯として樹脂成形体を有するアルミニウム構造体が得られる。なお、上記では、溶融塩めっきによりアルミニウム層を形成しているが、蒸着、スパッタ、プラズマCVD等の気相法、アルミニウムペーストの塗布等任意の方法で行うことができる。   The aluminum structure which has a resin molding as a frame | skeleton core by the above process is obtained. In the above, the aluminum layer is formed by molten salt plating. However, it can be performed by any method such as vapor deposition, sputtering, vapor phase method such as plasma CVD, and application of aluminum paste.

各種フィルターや触媒担体などの用途によっては、このまま樹脂と金属の複合体として使用しても良いが、使用環境の制約などから、樹脂が無い金属多孔体として用いる場合には樹脂を除去する。本発明においては、アルミニウムの酸化が起こらないように、以下に説明する溶融塩中での分解により樹脂を除去する。   Depending on applications such as various filters and catalyst carriers, the resin and metal composite may be used as they are, but the resin is removed when used as a porous metal body without resin due to restrictions on the use environment. In the present invention, the resin is removed by decomposition in a molten salt described below so that oxidation of aluminum does not occur.

(4)樹脂の除去:溶融塩による処理
溶融塩中での分解は以下の方法で行う。表面にアルミニウムめっき層を形成した樹脂成形体を溶融塩に浸漬し、アルミニウム層に負電位(アルミニウムの標準電極電位より卑な電位)を印加しながら加熱して発泡樹脂成形体を除去する。溶融塩に浸漬した状態で負電位を印加すると、アルミニウムを酸化させることなく発泡樹脂成形体を分解することができる。
(4) Removal of resin: treatment with molten salt Decomposition in molten salt is performed by the following method. A resin molded body having an aluminum plating layer formed on the surface is immersed in a molten salt, and the foamed resin molded body is removed by heating while applying a negative potential (potential lower than the standard electrode potential of aluminum) to the aluminum layer. When a negative potential is applied while being immersed in the molten salt, the foamed resin molded product can be decomposed without oxidizing aluminum.

加熱温度は発泡樹脂成形体の種類に合わせて適宜選択できる。樹脂成形体がウレタンである場合には分解は約380℃で起こるため溶融塩浴の温度は380℃以上にする必要があるが、アルミニウムを溶融させないためにはアルミニウムの融点(660℃)以下の温度で処理する必要がある。好ましい温度範囲は500℃以上600℃以下である。   The heating temperature can be appropriately selected according to the type of the foamed resin molded body. When the resin molding is urethane, decomposition takes place at about 380 ° C., so the temperature of the molten salt bath needs to be 380 ° C. or higher. However, in order not to melt aluminum, the melting point of the aluminum (660 ° C.) or lower is required. It is necessary to process at temperature. A preferable temperature range is 500 ° C. or more and 600 ° C. or less.

また印加する負電位の量は、アルミニウムの還元電位よりマイナス側で、かつ溶融塩中のカチオンの還元電位よりプラス側とする。このような方法によって、連通気孔を有し、表面の酸化層が薄く、3.1質量%以下という少ない酸素量のアルミニウム多孔体を得ることができる。   The amount of negative potential to be applied is on the minus side of the reduction potential of aluminum and on the plus side of the reduction potential of cations in the molten salt. By such a method, it is possible to obtain an aluminum porous body having continuous air holes, a thin oxide layer on the surface, and a small oxygen amount of 3.1% by mass or less.

樹脂の分解に使用する溶融塩としては、アルミニウム層の電極電位が卑となるように、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物の塩を使用することができる。具体的には、塩化リチウム(LiCl)、塩化カリウム(KCl)、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化アルミニウム(AlCl)からなる群より選択される1種以上を含むと好ましく、上記の2種以上を混合して融点を下げた共晶溶融塩がより好ましい。このような方法によって、連通気孔を有し、表面の酸化層が薄く、3.1質量%以下という少ない酸素量のアルミニウム多孔体を得ることができる。 As the molten salt used for the decomposition of the resin, a halide salt of an alkali metal or alkaline earth metal can be used so that the electrode potential of the aluminum layer becomes base. Specifically, it is preferable to include one or more selected from the group consisting of lithium chloride (LiCl), potassium chloride (KCl), sodium chloride (NaCl), and aluminum chloride (AlCl 3 ). A eutectic molten salt mixed to lower the melting point is more preferred. By such a method, it is possible to obtain an aluminum porous body having continuous air holes, a thin oxide layer on the surface, and a small oxygen amount of 3.1% by mass or less.

アルミニウム多孔体としては、気孔率が40〜98%であり、セル径が50〜1000μmのアルミニウム多孔体が好ましく用いられる。より好ましくは気孔率が80〜98%であり、セル径が350〜900μmである。   As the aluminum porous body, an aluminum porous body having a porosity of 40 to 98% and a cell diameter of 50 to 1000 μm is preferably used. More preferably, the porosity is 80 to 98%, and the cell diameter is 350 to 900 μm.

2.スラリーの作製
次に、リチウム二次電池の正極の場合を例にとり、スラリーの作製方法について説明する。LiCoO等の活物質粉末、PVDF等のバインダー、さらに、アセチレンブラック等の導電助剤を所定の比率で混合し、得られた混合物(合剤)に所定量のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶媒を加えて混練することによりスラリーが作製される。なお、これらの材料の配合比率は、電極の容量、導電性、スラリーの粘度等を考慮して適宜決定される。
2. Next, a method for producing a slurry will be described by taking the case of a positive electrode of a lithium secondary battery as an example. An active material powder such as LiCoO 2 , a binder such as PVDF, and a conductive aid such as acetylene black are mixed at a predetermined ratio, and a predetermined amount of N-methyl-2-pyrrolidone (mixture) is mixed with the obtained mixture (mixture). NMP) and the like are added and kneaded to prepare a slurry. The mixing ratio of these materials is appropriately determined in consideration of electrode capacity, conductivity, slurry viscosity, and the like.

3.リチウム二次電池用電極の作製
次に、電気化学素子用電極の作製について、リチウム二次電池用電極の作製を例に挙げて説明する。図2は、本実施の形態のリチウム二次電池用電極の製造の手順を説明する図である。
3. Production of Electrode for Lithium Secondary Battery Next, production of an electrode for an electrochemical element will be described by taking production of an electrode for a lithium secondary battery as an example. FIG. 2 is a diagram for explaining a procedure for manufacturing the electrode for the lithium secondary battery of the present embodiment.

リチウム二次電池用電極は、図2に示すように、上流側から、調厚工程、リード溶接工程、幅方向切断工程、充填工程、乾燥工程、圧縮工程、および長さ方向切断工程の順に、各工程が実施されることにより製造される。   As shown in FIG. 2, the electrode for the lithium secondary battery, from the upstream side, in the order of the thickness adjustment process, lead welding process, width direction cutting process, filling process, drying process, compression process, and length direction cutting process, It is manufactured by performing each process.

(1)調厚工程
前記の製造方法に基づいて製造されたAl多孔体3を巻き出し、調厚用のロールを通してローラープレスにより、Al多孔体3の厚さを所定の厚さに調厚する。
(1) Thickening step The Al porous body 3 manufactured based on the above manufacturing method is unwound, and the thickness of the Al porous body 3 is adjusted to a predetermined thickness by a roller press through a thickness adjusting roll. .

(2)リード溶接工程
次に、リード4を巻き出し、調厚されたAl多孔体3にリード4を溶接して集電体を作製する。
(2) Lead welding step Next, the lead 4 is unwound and the lead 4 is welded to the adjusted Al porous body 3 to produce a current collector.

(3)幅方向切断工程
次に、集電体を幅方向にカッターを入れて切断することにより、集電体を所定の長さ寸法に切断する。
(3) Width direction cutting step Next, the current collector is cut into a predetermined length by cutting the current collector with a cutter in the width direction.

(4)充填工程
次に、前記の作製方法に基づいて作製されたスラリーを、ロールを用いて集電体の連通気孔中に充填する。
(4) Filling step Next, the slurry produced based on the above production method is filled into the continuous air holes of the current collector using a roll.

(5)乾燥工程
次に、乾燥炉を通すことにより、スラリー中に含まれる溶媒を揮散させる。
(5) Drying step Next, the solvent contained in the slurry is volatilized by passing through a drying furnace.

(6)圧縮工程
次に、ロールを通して所定の厚さに圧縮することにより、空隙を小さくし、合剤の充填密度を調整して、前躯体11を作製する。
(6) Compression process Next, by compressing to predetermined thickness through a roll, a space | gap is made small and the filling density of a mixture is adjusted, and the precursor 11 is produced.

(7)長さ方向切断(スリット)工程
次に、この前駆体11を長さ方向に切断(スリット)して幅方向に分断して、リチウム二次電池用電極21を作製する。
(7) Longitudinal Cutting (Slit) Step Next, the precursor 11 is cut (slit) in the length direction and divided in the width direction to produce a lithium secondary battery electrode 21.

図3は、本実施の形態において、リチウム二次電池用電極の前駆体を切断している様子を模式的に説明する図であり、(a)、(b)は切断前の平面図および断面図であり、(c)、(d)は切断後の平面図および断面図である。図3において、12、22は、電極本体部分(合剤充填部)である。図3に示すように、前駆体は、幅中央およびリード4の中央で切断されて、リチウム二次電池用電極21が作製される。   FIGS. 3A and 3B are diagrams schematically illustrating a state in which the precursor of the electrode for the lithium secondary battery is cut in the present embodiment. FIGS. 3A and 3B are a plan view and a cross section before cutting. It is a figure, (c), (d) is the top view and sectional drawing after a cutting | disconnection. In FIG. 3, 12 and 22 are electrode main-body parts (mixture filling part). As shown in FIG. 3, the precursor is cut at the center of the width and the center of the lead 4 to produce the lithium secondary battery electrode 21.

以上、リチウム二次電池用電極の製造方法について説明したが、リチウム一次電池などの他のリチウム電池、さらには、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、溶融塩電池用電極についても同様に製造することができる。   As mentioned above, although the manufacturing method of the electrode for lithium secondary batteries was demonstrated, it manufactures similarly about other lithium batteries, such as a lithium primary battery, and also an electrode for electric double layer capacitors, a lithium ion capacitor, and a molten salt battery. Can do.

[B]電気化学素子
次に、上記のように作製された電気化学素子用電極が用いられた電気化学素子につき、リチウム電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、ナトリウム電池に分けて具体的に説明する。
[B] Electrochemical element Next, the electrochemical element using the electrochemical element electrode produced as described above is divided into a lithium battery, an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, and a sodium battery. explain.

1.リチウム電池
初めに、Al多孔体を用いて上記のように作製されたリチウム電池用正極の特徴について説明し、その後、リチウム二次電池の構成について説明する。
1. Lithium Battery First, the characteristics of the positive electrode for a lithium battery manufactured as described above using an Al porous body will be described, and then the configuration of the lithium secondary battery will be described.

(1)Al多孔体を用いて作製されたリチウム電池用正極の特徴
従来のリチウム二次電池用正極としては、Al箔(集電体)の表面に活物質を塗布した電極が用いられている。リチウム二次電池は、ニッケル水素電池やキャパシタに比べれば高容量であるが、自動車用途などでは更なる高容量化が求められており、単位面積当たりの電池容量を向上させるために、活物質の塗布厚みを厚くしている。また、活物質を有効に利用するためには、集電体であるアルミニウム箔と活物質とが電気的に接触している必要があるため、活物質は導電助剤と混合して用いられている。
(1) Features of a positive electrode for a lithium battery produced using an Al porous body As a conventional positive electrode for a lithium secondary battery, an electrode in which an active material is applied to the surface of an Al foil (current collector) is used. . Lithium secondary batteries have higher capacities than nickel metal hydride batteries and capacitors, but there is a need for higher capacities for automotive applications, and in order to improve battery capacity per unit area, The coating thickness is increased. Further, in order to effectively use the active material, the active material must be mixed with a conductive additive because the aluminum foil as a current collector and the active material must be in electrical contact. Yes.

これに対し、本発明においては、Al多孔体を集電体として、導電助剤やバインダーと混合された活物質が充填された電極が用いられている。このAl多孔体は、気孔率が高く単位面積当たりの表面積が大きい。この結果、集電体と活物質の接触面積が大きくなるため、活物質を有効に利用でき、電池の容量を向上できるとともに、導電助剤の混合量を少なくすることができる。   On the other hand, in the present invention, an electrode filled with an active material mixed with a conductive additive or a binder using an Al porous body as a current collector is used. This Al porous body has a high porosity and a large surface area per unit area. As a result, since the contact area between the current collector and the active material is increased, the active material can be used effectively, the capacity of the battery can be improved, and the mixing amount of the conductive assistant can be reduced.

このように、Al多孔体を集電体に用いたリチウム二次電池は、小さい電極面積でも容量を向上できるため、従来のAl箔を用いたリチウム二次電池よりも電池のエネルギー密度を高くすることができる。   As described above, since the lithium secondary battery using the Al porous body as the current collector can improve the capacity even with a small electrode area, the energy density of the battery is made higher than the lithium secondary battery using the conventional Al foil. be able to.

また、上記では主に二次電池についての効果を説明したが、一次電池についてもAl多孔体に活物質を充填したときに接触面積が大きくなる効果は二次電池の場合と同じであり、容量の向上が可能である。   In the above description, the effect on the secondary battery has been mainly described. However, the effect of increasing the contact area when the Al porous body is filled with the active material is the same as in the case of the secondary battery. Can be improved.

(2)リチウム二次電池の構成
リチウム二次電池には、電解質として固体電解質を用いる場合と、非水電解液を用いる場合とがある。図5は、本発明の一実施の形態に係る電気化学素子(リチウム二次電池)用電極が用いられた全固体リチウム二次電池(電解質として固体電解質を使用)の縦断面図である。この全固体リチウム二次電池60は、正極61、負極62、および、両電極間に配置される固体電解質層(SE層)63を備えている。そして、正極61は、正極層(正極体)64と正極集電体65とからなり、負極62は、負極層66と負極集電体67とからなる。
(2) Configuration of Lithium Secondary Battery Lithium secondary batteries include a case where a solid electrolyte is used as an electrolyte and a case where a nonaqueous electrolytic solution is used. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an all-solid lithium secondary battery (using a solid electrolyte as an electrolyte) in which an electrode for an electrochemical element (lithium secondary battery) according to an embodiment of the present invention is used. The all solid lithium secondary battery 60 includes a positive electrode 61, a negative electrode 62, and a solid electrolyte layer (SE layer) 63 disposed between the two electrodes. The positive electrode 61 includes a positive electrode layer (positive electrode body) 64 and a positive electrode current collector 65, and the negative electrode 62 includes a negative electrode layer 66 and a negative electrode current collector 67.

なお、電解質としては、前記したように、非水電解液が用いられる場合もあり、この場合、両極間には、セパレーター(多孔質ポリマーフィルムや不織布、紙等)が配置され、非水電解液は両極およびセパレーター中に含浸される。   As described above, a non-aqueous electrolyte may be used as the electrolyte. In this case, a separator (porous polymer film, nonwoven fabric, paper, etc.) is disposed between the two electrodes, and the non-aqueous electrolyte is used. Is impregnated in both electrodes and separators.

以下、リチウム二次電池を構成する正極、負極、電解質の順に説明する。   Hereinafter, the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte constituting the lithium secondary battery will be described in this order.

(イ)正極
Al多孔体をリチウム二次電池の正極集電体として使用する場合は、正極活物質として、リチウムを脱挿入できる材料を使用することができ、このような材料を予め所定の長さ寸法に切断されたAl多孔体に充填することにより、リチウム二次電池に適した電極を得ることができる。
(A) Positive electrode When using the Al porous body as a positive electrode current collector of a lithium secondary battery, a material capable of removing and inserting lithium can be used as the positive electrode active material. An electrode suitable for a lithium secondary battery can be obtained by filling the Al porous body cut into a size.

(a)正極活物質
このような正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、ニッケルコバルト酸リチウム(LiCo0.3Ni0.7)、マンガン酸リチウム(LiMn)、チタン酸リチウム(LiTi12)、リチウムマンガン酸化合物(LiMMn2−y;M=Cr、Co、Ni)、リチウム酸等が使用できる。これらの活物質は導電助剤及びバインダーと組み合わせて使用する。
(A) Positive electrode active material Examples of such a positive electrode active material include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), nickel cobaltate lithium (LiCo 0.3 Ni 0.7 O 2 ), Lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), lithium manganate compound (LiM y Mn 2-y O 4 ; M = Cr, Co, Ni), lithium acid, etc. are used it can. These active materials are used in combination with a conductive aid and a binder.

また、従来のリチウムリン酸鉄及びその化合物(LiFePO、LiFe0.5Mn0.5PO)であるオリビン化合物などの遷移金属酸化物を用いることもできる。そして、これらの材料の中に含まれる遷移金属元素を、別の遷移金属元素に一部置換してもよい。 It is also possible to use a transition metal oxide such as conventional lithium iron phosphate and its compounds (LiFePO 4, LiFe 0.5 Mn 0.5 PO 4) a is olivine compound. The transition metal element contained in these materials may be partially substituted with another transition metal element.

さらに、他の正極活物質の材料としては、例えば、TiS、V、FeS、FeS、LiMS(MはMo、Ti、Cu、Ni、Feなどの遷移金属元素、又はSb、Sn、Pb)などの硫化物系カルコゲン化物、TiO、Cr、V、MnOなどの金属酸化物を骨格としたリチウム金属を用いることもできる。なお、上記したチタン酸リチウム(LiTi12)は、負極活物質として使用することも可能である。 Furthermore, as other positive electrode active materials, for example, TiS 2 , V 2 S 3 , FeS, FeS 2 , LiMS x (M is a transition metal element such as Mo, Ti, Cu, Ni, Fe, or Sb, It is also possible to use a sulfide-based chalcogenide such as Sn, Pb), or a lithium metal having a metal oxide such as TiO 2 , Cr 3 O 8 , V 2 O 5 , or MnO 2 as a skeleton. Note that the above-described lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) can also be used as a negative electrode active material.

(b)固体電解質
上記正極活物質の他に、必要に応じて、さらに、固体電解質を加えてAl多孔体に充填してもよい。Al多孔体に正極活物質と固体電解質とを充填することにより、リチウム二次電池用正極としてより適した電極を得ることができる。ただし、Al多孔体に充填する材料の内、活物質の割合は、放電容量を確保する観点から、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であるとより好ましい。
(B) Solid electrolyte In addition to the positive electrode active material, if necessary, a solid electrolyte may be further added to fill the Al porous body. By filling the Al porous body with a positive electrode active material and a solid electrolyte, an electrode more suitable as a positive electrode for a lithium secondary battery can be obtained. However, the proportion of the active material in the material filled in the Al porous body is preferably 50% by mass or more and more preferably 70% by mass or more from the viewpoint of securing the discharge capacity.

上記固体電解質には、リチウムイオン伝導度の高い硫化物系固体電解質を使用することが好ましく、このような硫化物系固体電解質としては、リチウム、リン、及び硫黄を含む硫化物系固体電解質が挙げられる。そして、これらの硫化物系固体電解質は、さらに、O、Al、B、Si、Geなどの元素を含有していてもよい。   As the solid electrolyte, a sulfide-based solid electrolyte having high lithium ion conductivity is preferably used. Examples of such a sulfide-based solid electrolyte include a sulfide-based solid electrolyte containing lithium, phosphorus, and sulfur. It is done. These sulfide-based solid electrolytes may further contain elements such as O, Al, B, Si, and Ge.

このような硫化物系固体電解質は、公知の方法により得ることができる。例えば、出発原料として硫化リチウム(LiS)及び五硫化二リン(P)を用意し、LiSとPとをモル比で50:50〜80:20程度の割合で混合し、これを溶融して急冷する方法(溶融急冷法)や、これをメカニカルミリングする方法(メカニカルミリング法)により得ることができる。 Such a sulfide-based solid electrolyte can be obtained by a known method. For example, lithium sulfide (Li 2 S) and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) are prepared as starting materials, and the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is about 50:50 to 80:20 in molar ratio. , Mixed and melted and rapidly cooled (melting and quenching method) or mechanically milled (mechanical milling method).

上記方法により得られる硫化物系固体電解質は、非晶質である。この非晶質の状態のまま利用することもできるが、これを加熱処理して結晶性の硫化物系固体電解質としてもよい。結晶化することで、リチウムイオン伝導度の向上が期待できる。   The sulfide-based solid electrolyte obtained by the above method is amorphous. Although it can be used in this amorphous state, it may be heat-treated to obtain a crystalline sulfide solid electrolyte. Crystallization can be expected to improve lithium ion conductivity.

(c)導電助剤およびバインダー
上記活物質の合剤(活物質と固体電解質)をAl多孔体に充填するに際しては、必要に応じて導電助剤やバインダーを加え、これに有機溶剤や水を混合して正極合剤スラリーを作製する。
(C) Conductive auxiliary agent and binder When filling the Al porous body with the above active material mixture (active material and solid electrolyte), a conductive auxiliary agent and a binder are added as necessary, and an organic solvent and water are added thereto. It mixes and a positive mix slurry is produced.

導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック(AB)やケッチェンブラック(KB)といったカーボンブラックや、カーボンナノチューブ(CNT)などの炭素繊維を用いることができる。   As the conductive assistant, for example, carbon black such as acetylene black (AB) and ketjen black (KB) and carbon fiber such as carbon nanotube (CNT) can be used.

また、バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリビニルアルコール(PVA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、キサンタンガムなどを用いることができる。   As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like can be used.

(d)溶媒
正極合剤スラリーを作製する際に用いられる溶媒としては、上記したように、有機溶剤や水を用いることができる。
(D) Solvent As described above, an organic solvent or water can be used as the solvent used when preparing the positive electrode mixture slurry.

有機溶剤としては、Al多孔体に充填する材料(即ち、活物質、導電助剤、バインダー、および必要に応じて固体電解質)に対して悪影響を及ぼさないものであれば、適宜選択することができる。   The organic solvent can be appropriately selected as long as it does not adversely affect the material filled in the Al porous body (that is, the active material, the conductive additive, the binder, and, if necessary, the solid electrolyte). .

このような有機溶剤としては、例えば、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、エチレングリコール、N−メチル−2−ピロリドンなどを用いることができる。   Examples of such organic solvents include n-hexane, cyclohexane, heptane, toluene, xylene, trimethylbenzene, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate. , Tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, ethylene glycol, N-methyl-2-pyrrolidone, and the like can be used.

また、溶媒に水を用いる場合には、充填性を高めるために界面活性剤を使用してもよい。   Further, when water is used as the solvent, a surfactant may be used in order to improve the filling property.

(e)スラリーの充填
作製された正極合剤スラリーの充填方法としては、浸漬充填法や塗工法などの公知の方法を用いることができる。塗工法としては、例えば、ロール塗工法、アプリケーター塗工法、静電塗工法、粉体塗工法、スプレー塗工法、スプレーコーター塗工法、バーコーター塗工法、ロールコーター塗工法、ディップコーター塗工法、ドクターブレード塗工法、ワイヤーバー塗工法、ナイフコーター塗工法、ブレード塗工法、及びスクリーン印刷法などが挙げられる。
(E) Filling slurry As a filling method of the prepared positive electrode mixture slurry, a known method such as a dip filling method or a coating method can be used. Examples of the coating method include roll coating method, applicator coating method, electrostatic coating method, powder coating method, spray coating method, spray coater coating method, bar coater coating method, roll coater coating method, dip coater coating method, doctor Examples thereof include a blade coating method, a wire bar coating method, a knife coater coating method, a blade coating method, and a screen printing method.

(ロ)負極
負極には、銅やニッケルの箔やパンチングメタル、多孔体などが集電体として用いられ、黒鉛、チタン酸リチウム(LiTi12)、SnやSi等の合金系、あるいはリチウム金属等の負極活物質が使用される。負極活物質も、導電助剤及びバインダーと組み合わせて使用する。
(B) Negative electrode For the negative electrode, a copper or nickel foil, punching metal, porous body or the like is used as a current collector, and alloys such as graphite, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), Sn and Si, Alternatively, a negative electrode active material such as lithium metal is used. A negative electrode active material is also used in combination with a conductive additive and a binder.

(ハ)電解質
前記したように、リチウム二次電池には、電解質として固体電解質を用いる場合と、非水電解液を用いる場合とがある。
(C) Electrolyte As described above, in the lithium secondary battery, there are a case where a solid electrolyte is used as an electrolyte and a case where a nonaqueous electrolytic solution is used.

固体電解質としては、前記した各固体電解質が用いられる。   Each solid electrolyte described above is used as the solid electrolyte.

非水電解液としては、支持塩を極性非プロトン性有機溶媒に溶かしたものが用いられる。このような極性非プロトン性有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン及びスルホラン等が使用される。支持塩としては、4フッ化ホウ酸リチウム、6フッ化リン酸リチウム、およびイミド塩等が使用されている。電解質となる支持塩の濃度は高い方が好ましいが、溶解に限度があるため1mol/L付近のものが一般に用いられる。   As the non-aqueous electrolyte, a solution obtained by dissolving a supporting salt in a polar aprotic organic solvent is used. As such a polar aprotic organic solvent, for example, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane and the like are used. As the supporting salt, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, and an imide salt are used. Although it is preferable that the concentration of the supporting salt serving as an electrolyte is high, a concentration around 1 mol / L is generally used because there is a limit to dissolution.

2.電気二重層キャパシタ
図6は、本発明の一実施の形態に係る電気化学素子(電気二重層キャパシタ)用電極が用いられた電気二重層キャパシタの一例を示す断面模式図である。セパレーター142で仕切られた有機電解液143中に、Al多孔体に電極活物質(活性炭)を担持した電極材料が分極性電極141として配置されている。分極性電極141はリード線144に接続されており、これら全体がケース145中に収納されている。
2. Electric Double Layer Capacitor FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of an electric double layer capacitor in which an electrode for an electrochemical element (electric double layer capacitor) according to an embodiment of the present invention is used. In the organic electrolyte solution 143 partitioned by the separator 142, an electrode material in which an electrode active material (activated carbon) is supported on an Al porous body is disposed as the polarizable electrode 141. The polarizable electrode 141 is connected to the lead wire 144, and the whole is housed in the case 145.

Al多孔体を集電体として使用することにより、集電体の表面積が大きくなり、活物質としての活性炭との接触面積が大きくなるため、高出力、高容量化が可能な電気二重層キャパシタを得ることができる。   By using the Al porous body as a current collector, the surface area of the current collector is increased and the contact area with the activated carbon as the active material is increased, so that an electric double layer capacitor capable of high output and high capacity can be obtained. Obtainable.

(1)電極の作製
電気二重層キャパシタ用電極を製造するには、Al多孔体の集電体に活物質として活性炭を充填する。活性炭は、導電助剤やバインダー、及び必要に応じて固体電解質を添加して使用する。
(1) Production of electrode In order to produce an electrode for an electric double layer capacitor, activated carbon is filled in an Al porous body current collector as an active material. Activated carbon is used by adding a conductive additive, a binder, and, if necessary, a solid electrolyte.

(イ)活物質(活性炭)
電気二重層キャパシタの容量を大きくするためには主成分である活性炭の量が多い方がよく、乾燥後(溶媒除去後)の組成比で活性炭が90%以上であることが好ましい。また、導電助剤やバインダーは、必要ではあるが容量低下の要因であり、バインダーは更に内部抵抗を増大させる要因となるため、できる限り少ない方がよい。導電助剤は10質量%以下、バインダーは10質量%以下であることが好ましい。
(B) Active material (activated carbon)
In order to increase the capacity of the electric double layer capacitor, it is better that the amount of activated carbon as a main component is large, and the activated carbon is preferably 90% or more in terms of the composition ratio after drying (after solvent removal). Moreover, although a conductive support agent and a binder are necessary, it is a factor of a capacity | capacitance fall, and since a binder becomes a factor which further increases internal resistance, it is better to have as few as possible. The conductive auxiliary agent is preferably 10% by mass or less, and the binder is preferably 10% by mass or less.

活性炭は、表面積が大きい方が電気二重層キャパシタの容量が大きくなるため、比表面積が1000m/g以上であることが好ましい。活性炭は植物由来のヤシ殻などや石油系の材料などを用いることができる。活性炭の表面積を向上させるため、水蒸気やアルカリを用いて賦活処理しておくことが好ましい。 Activated carbon has a specific surface area of preferably 1000 m 2 / g or more because the larger the surface area, the larger the capacity of the electric double layer capacitor. Activated carbon can use plant-derived coconut shells, petroleum-based materials, and the like. In order to improve the surface area of the activated carbon, it is preferable to perform activation treatment using water vapor or alkali.

(ロ)その他の添加剤
導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック(AB)やケッチェンブラック(KB)といったカーボンブラックや、カーボンナノチューブ(CNT)などの炭素繊維を用いることができる。
(B) Other additives As the conductive additive, for example, carbon black such as acetylene black (AB) and ketjen black (KB) and carbon fiber such as carbon nanotube (CNT) can be used.

また、バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリビニルアルコール(PVA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、キサンタンガムなどを用いることができる。   As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like can be used.

上記の活物質およびその他の添加剤からなる合剤に、有機溶剤や水を溶媒として混合することにより活性炭ペーストのスラリーが作製される。   A slurry of activated carbon paste is prepared by mixing an organic solvent or water as a solvent with a mixture composed of the above active material and other additives.

有機溶剤としては、Al多孔体に充填する材料(活物質、導電助剤、バインダー、及び必要に応じて固体電解質)に対して悪影響を及ぼさないものであれば、適宜選択することができる。   The organic solvent can be appropriately selected as long as it does not adversely affect the material (active material, conductive additive, binder, and solid electrolyte as required) filled in the Al porous body.

このような有機溶剤としては、例えば、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、エチレングリコール、N−メチル−2−ピロリドンなどを用いることができる。   Examples of such organic solvents include n-hexane, cyclohexane, heptane, toluene, xylene, trimethylbenzene, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate. , Tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, ethylene glycol, N-methyl-2-pyrrolidone, and the like can be used.

また、溶媒に水を用いる場合には、充填性を高めるために界面活性剤を使用してもよい。   Further, when water is used as the solvent, a surfactant may be used in order to improve the filling property.

(ハ)スラリーの充填
作製された活性炭ペースト(スラリー)を上記の予め所定の長さ寸法に切断されたAl多孔体の集電体に充填して乾燥させ、必要に応じてローラープレス等により圧縮することにより密度を向上させ、電気二重層キャパシタ用電極が得られる。
(C) Slurry filling The prepared activated carbon paste (slurry) is filled in the Al porous body current collector cut in advance to the predetermined length, dried, and compressed by a roller press or the like as necessary. As a result, the density is improved and an electrode for an electric double layer capacitor is obtained.

活性炭ペーストの充填方法としては、浸漬充填法や塗工法などの公知の方法を用いることができる。塗工法としては、例えば、ロール塗工法、アプリケーター塗工法、静電塗工法、粉体塗工法、スプレー塗工法、スプレーコーター塗工法、バーコーター塗工法、ロールコーター塗工法、ディップコーター塗工法、ドクターブレード塗工法、ワイヤーバー塗工法、ナイフコーター塗工法、ブレード塗工法、及びスクリーン印刷法などが挙げられる。   As a filling method of the activated carbon paste, known methods such as a dip filling method and a coating method can be used. Examples of the coating method include roll coating method, applicator coating method, electrostatic coating method, powder coating method, spray coating method, spray coater coating method, bar coater coating method, roll coater coating method, dip coater coating method, doctor Examples thereof include a blade coating method, a wire bar coating method, a knife coater coating method, a blade coating method, and a screen printing method.

(2)電気二重層キャパシタの作製
上記のようにして得られた電極を適当な大きさに打ち抜いて2枚用意し、セパレーターを挟んで対向させる。セパレーターはセルロースやポリオレフィン樹脂などで構成された多孔膜や不織布を用いることが好ましい。そして、必要なスペーサを用いてセルケースに収納し、電解液を含浸させる。最後に絶縁ガスケットを介してケースに蓋をして封口することにより電気二重層キャパシタを作製することができる。
(2) Production of electric double layer capacitor The electrodes obtained as described above are punched out to an appropriate size to prepare two sheets, and are opposed to each other with a separator interposed therebetween. The separator is preferably a porous film or non-woven fabric made of cellulose or polyolefin resin. And it accommodates in a cell case using a required spacer, and impregnates electrolyte solution. Finally, the electric double layer capacitor can be manufactured by sealing the case with an insulating gasket.

非水系の材料を使用する場合は、電気二重層キャパシタ内の水分を限りなく少なくするため、電極などの材料を十分に乾燥させることが好ましい。そして、電気二重層キャパシタの作製は水分の少ない環境下で行い、封止は減圧環境下で行ってもよい。   When a non-aqueous material is used, it is preferable to sufficiently dry materials such as electrodes in order to reduce the moisture in the electric double layer capacitor as much as possible. The electric double layer capacitor may be manufactured in an environment with little moisture, and the sealing may be performed in a reduced pressure environment.

なお、上記した電気二重層キャパシタの作製方法は、一実施の形態であり、本発明により製造された電極を用いている限り、電気二重層キャパシタの作製方法としては限定されず、上記以外の方法により作製されていてもよい。   The method for manufacturing the electric double layer capacitor described above is an embodiment, and the method for manufacturing the electric double layer capacitor is not limited as long as the electrode manufactured according to the present invention is used. May be produced.

電解液としては、水系・非水系ともに使用できるが、非水系の方が電圧を高く設定することができるため好ましい。   As the electrolyte, both aqueous and non-aqueous electrolytes can be used, but the non-aqueous electrolyte is preferable because the voltage can be set higher.

水系の電解質としては、例えば、水酸化カリウムなどが使用できる。   For example, potassium hydroxide can be used as the aqueous electrolyte.

非水系の電解質としては、イオン液体があり、カチオンやアニオンとの組み合わせで多数ある。カチオンとしては、低級脂肪族4級アンモニウム、低級脂肪族4級ホスホニウム及びイミダゾリニウム等が使用され、アニオンとしては、金属塩化物イオン、金属フッ化物イオン、及びビス(フルオロスルフォニル)イミド等のイミド化合物等が知られている。   Non-aqueous electrolytes include ionic liquids, and there are many combinations in combination with cations and anions. As the cation, lower aliphatic quaternary ammonium, lower aliphatic quaternary phosphonium, imidazolinium and the like are used, and as the anion, imide such as metal chloride ion, metal fluoride ion and bis (fluorosulfonyl) imide. Compounds and the like are known.

また、極性非プロトン性有機溶媒があり、具体的には、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン及びスルホラン等が使用される。非水電解液中の支持塩としては4フッ化ホウ酸リチウム及び6フッ化リン酸リチウム等が使用される。   In addition, there are polar aprotic organic solvents, and specifically, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane and the like are used. As the supporting salt in the non-aqueous electrolyte, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, or the like is used.

3.リチウムイオンキャパシタ
図7は、本発明の一実施の形態に係る電気化学素子(リチウムイオンキャパシタ)用電極が用いられたリチウムイオンキャパシタの一例を示す断面模式図である。セパレーター142で仕切られた有機電解液143中に、Al多孔体に正極活物質を担持した電極材料が正極146として配置され、集電体に負極活物質を担持した電極材料が負極147として配置されている。正極146および負極147はリード線144に接続されており、これら全体がケース145中に収納されている。
3. Lithium Ion Capacitor FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of a lithium ion capacitor using an electrode for an electrochemical element (lithium ion capacitor) according to an embodiment of the present invention. In the organic electrolyte solution 143 partitioned by the separator 142, an electrode material carrying a positive electrode active material on an Al porous body is arranged as a positive electrode 146, and an electrode material carrying a negative electrode active material on a current collector is arranged as a negative electrode 147. ing. The positive electrode 146 and the negative electrode 147 are connected to the lead wire 144, and the whole is housed in the case 145.

Al多孔体を正極集電体として使用することにより、集電体の表面積が大きくなり、活物質としての活性炭を薄く塗布しても、高出力、高容量化が可能なリチウムイオンキャパシタを得ることができる。   By using an Al porous body as a positive electrode current collector, a surface area of the current collector is increased, and a lithium ion capacitor capable of high output and high capacity even when activated carbon as an active material is thinly applied is obtained. Can do.

(1)正極の作製
リチウムイオンキャパシタ用電極(正極)を製造するには、Al多孔体の集電体に活物質として活性炭を充填する。活性炭は、導電助剤やバインダー、及び必要に応じて固体電解質を添加して使用する。
(1) Production of Positive Electrode To produce a lithium ion capacitor electrode (positive electrode), an Al porous body current collector is filled with activated carbon as an active material. Activated carbon is used by adding a conductive additive, a binder, and, if necessary, a solid electrolyte.

(イ)活物質(活性炭)
リチウムイオンキャパシタの容量を大きくするためには主成分である活性炭の量が多い方がよく、乾燥後(溶媒除去後)の組成比で活性炭が90%以上であることが好ましい。また、導電助剤やバインダーは、必要ではあるが容量低下の要因であり、バインダーは更に内部抵抗を増大させる要因となるため、できる限り少ない方がよい。導電助剤は10質量%以下、バインダーは10質量%以下であることが好ましい。
(B) Active material (activated carbon)
In order to increase the capacity of the lithium ion capacitor, it is better that the amount of activated carbon as a main component is large, and the activated carbon is preferably 90% or more in terms of the composition ratio after drying (after solvent removal). Moreover, although a conductive support agent and a binder are necessary, it is a factor of a capacity | capacitance fall, and since a binder becomes a factor which further increases internal resistance, it is better to have as few as possible. The conductive auxiliary agent is preferably 10% by mass or less, and the binder is preferably 10% by mass or less.

活性炭は、表面積が大きい方がリチウムイオンキャパシタの容量が大きくなるため、比表面積が1000m/g以上であることが好ましい。活性炭は植物由来のヤシ殻などや石油系の材料などを用いることができる。活性炭の表面積を向上させるため、水蒸気やアルカリを用いて賦活処理しておくことが好ましい。 Activated carbon has a specific surface area of preferably 1000 m 2 / g or more because the larger the surface area, the larger the capacity of the lithium ion capacitor. Activated carbon can use plant-derived coconut shells, petroleum-based materials, and the like. In order to improve the surface area of the activated carbon, it is preferable to perform activation treatment using water vapor or alkali.

(ロ)その他の添加剤 (B) Other additives

導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック(AB)やケッチェンブラック(KB)といったカーボンブラックや、カーボンナノチューブ(CNT)などの炭素繊維やこれらの複合材料を用いることができる。   As the conductive assistant, for example, carbon black such as acetylene black (AB) or ketjen black (KB), carbon fiber such as carbon nanotube (CNT), or a composite material thereof can be used.

また、バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリビニルアルコール(PVA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、キサンタンガムなどを用いることができる。   As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like can be used.

上記の活物質およびその他の添加剤からなる合剤に、有機溶剤や水を溶媒として混合することにより活性炭ペーストのスラリーが作製される。   A slurry of activated carbon paste is prepared by mixing an organic solvent or water as a solvent with a mixture composed of the above active material and other additives.

有機溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドンが使用される場合が多い。また、溶媒に水を用いる場合には、充填性を高めるために界面活性剤を使用してもよい。   As the organic solvent, N-methyl-2-pyrrolidone is often used. Further, when water is used as the solvent, a surfactant may be used in order to improve the filling property.

有機溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドンの他に、Al多孔体に充填する材料(活物質、導電助剤、バインダー、及び必要に応じて固体電解質)に対して悪影響を及ぼさない有機溶剤であれば、適宜選択することができる。   As organic solvents, in addition to N-methyl-2-pyrrolidone, organic solvents that do not adversely affect the materials (active material, conductive assistant, binder, and solid electrolyte as required) filled in the Al porous body If it is, it can select suitably.

このような有機溶剤としては、例えば、n−ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、エチレングリコールなどが挙げられる。   Examples of such organic solvents include n-hexane, cyclohexane, heptane, toluene, xylene, trimethylbenzene, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate. , Tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, ethylene glycol and the like.

(ハ)スラリーの充填
作製された活性炭ペースト(スラリー)を上記の予め所定の長さ寸法に切断されたAl多孔体の集電体に充填して乾燥させ、必要に応じてローラープレス等により圧縮することにより密度を向上させ、リチウムイオンキャパシタ用電極が得られる。
(C) Slurry filling The prepared activated carbon paste (slurry) is filled in the Al porous body current collector cut in advance to the predetermined length, dried, and compressed by a roller press or the like as necessary. As a result, the density is improved and an electrode for a lithium ion capacitor is obtained.

活性炭ペーストの充填方法としては、浸漬充填法や塗工法などの公知の方法を用いることができる。塗工法としては、例えば、ロール塗工法、アプリケーター塗工法、静電塗工法、粉体塗工法、スプレー塗工法、スプレーコーター塗工法、バーコーター塗工法、ロールコーター塗工法、ディップコーター塗工法、ドクターブレード塗工法、ワイヤーバー塗工法、ナイフコーター塗工法、ブレード塗工法、及びスクリーン印刷法などが挙げられる。   As a filling method of the activated carbon paste, known methods such as a dip filling method and a coating method can be used. Examples of the coating method include roll coating method, applicator coating method, electrostatic coating method, powder coating method, spray coating method, spray coater coating method, bar coater coating method, roll coater coating method, dip coater coating method, doctor Examples thereof include a blade coating method, a wire bar coating method, a knife coater coating method, a blade coating method, and a screen printing method.

(2)負極の作製
負極は特に限定されず、従来のリチウム二次電池用負極を使用可能であるが、銅箔を集電体に用いた従来の電極では容量が小さいため、前述の発泡状ニッケルのような銅やニッケル製の多孔体に活物質を充填した電極が好ましい。
(2) Production of negative electrode The negative electrode is not particularly limited, and a conventional negative electrode for a lithium secondary battery can be used. However, since the conventional electrode using a copper foil as a current collector has a small capacity, An electrode in which a porous material made of copper such as nickel or nickel is filled with an active material is preferable.

また、リチウムイオンキャパシタとして動作させるために、あらかじめ負極にリチウムイオンをドープしておくことが好ましい。   In order to operate as a lithium ion capacitor, it is preferable that the negative electrode is doped with lithium ions in advance.

ドープ方法としては公知の方法を用いることができる。例えば、負極表面にリチウム金属箔を貼り付けて電解液中に浸してドープする方法や、リチウムイオンキャパシタ内にリチウム金属を取り付けた電極を配置し、セルを組み立ててから負極とリチウム金属電極の間で電流を流して電気的にドープする方法、あるいは負極とリチウム金属で電気化学セルを組み立て、電気的にリチウムをドープした負極を取り出して使用する方法などが挙げられる。   A known method can be used as the doping method. For example, a method of attaching a lithium metal foil on the negative electrode surface and immersing it in an electrolyte solution, or arranging an electrode with lithium metal attached in a lithium ion capacitor and assembling the cell, between the negative electrode and the lithium metal electrode And a method of electrically doping with an electric current, or a method of assembling an electrochemical cell with a negative electrode and lithium metal, and taking out and using the negative electrode electrically doped with lithium.

いずれの方法でも、負極の電位を十分に下げるためにリチウムドープ量は多いほうがよいが、負極の残容量が正極容量より小さくなるとリチウムイオンキャパシタの容量が小さくなるため、正極容量分はドープせずに残しておくことが好ましい。   In any method, it is better to increase the amount of lithium doping in order to sufficiently lower the potential of the negative electrode. However, if the remaining capacity of the negative electrode is smaller than the positive electrode capacity, the capacity of the lithium ion capacitor is reduced, so the positive electrode capacity is not doped. It is preferable to leave it in

(3)電解液
電解液は、リチウム二次電池に使用する非水電解液と同じものが用いられる。非水電解液としては、支持塩を極性非プロトン性有機溶媒の溶かしたものが用いられる。このような極性非プロトン性有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン及びスルホラン等が使用される。支持塩としては4フッ化ホウ酸リチウム、6フッ化リン酸リチウム、およびイミド塩等が使用されている。
(3) Electrolytic solution The same electrolytic solution as the nonaqueous electrolytic solution used for the lithium secondary battery is used. As the non-aqueous electrolyte, a solution in which a supporting salt is dissolved in a polar aprotic organic solvent is used. As such a polar aprotic organic solvent, for example, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane and the like are used. As the supporting salt, lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, and an imide salt are used.

(4)リチウムイオンキャパシタの作製
上記にようにして得られた電極を適当な大きさに打ち抜きし、セパレーターを挟んで負極と対向させる。負極は、予めリチウムイオンをドープしたものを用いても構わないし、セルを組み立て後にドープする方法をとる場合は、リチウム金属を接続した電極をセル内に配置すればよい。
(4) Production of Lithium Ion Capacitor The electrode obtained as described above is punched out to an appropriate size and is made to face the negative electrode with a separator interposed therebetween. The negative electrode may be previously doped with lithium ions, and when a method of doping after assembling the cell is taken, an electrode connected with lithium metal may be disposed in the cell.

セパレーターはセルロースやポリオレフィン樹脂などで構成された多孔膜や不織布を用いることが好ましい。そして、必要なスペーサを用いてセルケースに収納し、電解液を含浸させる。最後に絶縁ガスケットを介してケースに蓋をして封口することによりリチウムイオンキャパシタを作製することができる。   The separator is preferably a porous film or non-woven fabric made of cellulose or polyolefin resin. And it accommodates in a cell case using a required spacer, and impregnates electrolyte solution. Finally, the case is covered and sealed with an insulating gasket, so that a lithium ion capacitor can be produced.

リチウムイオンキャパシタ内の水分を限りなく少なくするため、電極などの材料は十分乾燥することが好ましい。また、リチウムイオンキャパシタの作製は水分の少ない環境下で行い、封止は減圧環境下で行ってもよい。   In order to reduce the moisture in the lithium ion capacitor as much as possible, it is preferable that the material such as the electrode is sufficiently dried. In addition, the lithium ion capacitor may be manufactured in an environment with little moisture, and the sealing may be performed in a reduced pressure environment.

なお、上記したリチウムイオンキャパシタの作製方法は、一実施の形態であり、本発明により製造された電極を用いている限り、リチウムキャパシタの作製方法としては限定されず、上記以外の方法により作製されていてもよい。   Note that the above-described method for manufacturing a lithium ion capacitor is an embodiment, and as long as the electrode manufactured according to the present invention is used, the method for manufacturing a lithium capacitor is not limited and is manufactured by a method other than the above. It may be.

4.溶融塩電池
Al多孔体は、溶融塩電池用の電極材料として使用することもできる。Al多孔体を正極材料として使用する場合は、活物質として亜クロム酸ナトリウム(NaCrO)、二硫化チタン(TiS)等、電解質となる溶融塩のカチオンをインターカレーションすることができる金属化合物を使用する。活物質は、導電助剤及びバインダーを添加して使用する。
4). Molten salt battery The Al porous body can also be used as an electrode material for a molten salt battery. When an Al porous body is used as a positive electrode material, a metal compound capable of intercalating cations of a molten salt serving as an electrolyte, such as sodium chromite (NaCrO 2 ) and titanium disulfide (TiS 2 ) as an active material Is used. The active material is used after adding a conductive additive and a binder.

導電助剤としてはアセチレンブラック等が使用できる。また、バインダーとしてはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を使用できる。活物質としてクロム酸ナトリウムを使用し、導電助剤としてアセチレンブラックを使用する場合には、PTFEはこの両者をより強固に固着することができ好ましい。   As the conductive assistant, acetylene black or the like can be used. Moreover, polytetrafluoroethylene (PTFE) etc. can be used as a binder. When sodium chromate is used as the active material and acetylene black is used as the conductive aid, PTFE is preferable because both can be firmly fixed.

そして、Al多孔体は、溶融塩電池用の負極材料として用いることもできる。Al多孔体を負極材料として使用する場合は、活物質としてナトリウム単体やナトリウムと他の金属との合金、カーボン等を使用できる。ナトリウムの融点は約98℃であり、また温度が上がるにつれて金属が軟化するため、ナトリウムと他の金属(Si、Sn、In等)とを合金化することが好ましく、この内でも、ナトリウムとSnとを合金化したものは扱いやすいため特に好ましい。   The Al porous body can also be used as a negative electrode material for a molten salt battery. When an Al porous body is used as a negative electrode material, sodium alone, an alloy of sodium and another metal, carbon, or the like can be used as an active material. Sodium has a melting point of about 98 ° C., and the metal softens as the temperature rises. Therefore, it is preferable to alloy sodium with other metals (Si, Sn, In, etc.), and among these, sodium and Sn An alloy of these is particularly preferable because it is easy to handle.

ナトリウム又はナトリウム合金は、Al多孔体の表面に電解メッキ、溶融メッキ等の方法で担持させることができる。また、Al多孔体にナトリウムと合金化させる金属(Si等)をメッキ等の方法で付着させた後、溶融塩電池中で充電することでナトリウム合金とすることもできる。   Sodium or a sodium alloy can be supported on the surface of the Al porous body by a method such as electrolytic plating or hot dipping. Alternatively, a metal (such as Si) that is alloyed with sodium is attached to the Al porous body by a method such as plating, and then charged in a molten salt battery to form a sodium alloy.

図8は、本発明の一実施の形態に係る電気化学素子(溶融塩電池)用電極が用いられた溶融塩電池の一例を示す断面模式図である。Al多孔体のAl骨格部の表面に正極用活物質を担持した正極121と、Al多孔体のAl骨格部の表面に負極用活物質を担持した負極122と、電解質である溶融塩を含浸させたセパレーター123とをケース127内に収納したものである。   FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of a molten salt battery in which an electrode for an electrochemical element (molten salt battery) according to an embodiment of the present invention is used. The positive electrode 121 carrying the positive electrode active material on the surface of the Al skeleton part of the Al porous body, the negative electrode 122 carrying the negative electrode active material on the surface of the Al skeleton part of the Al porous body, and the molten salt as an electrolyte are impregnated. The separator 123 is housed in a case 127.

ケース127の上面と負極122との間には、押え板124と押え板124を押圧するバネ125とからなる押圧部材126が配置されている。押圧部材126を設けることで、正極121、負極122、セパレーター123の体積変化があった場合でも均等押圧してそれぞれの部材を接触させることができる。正極121の集電体(Al多孔体)、負極122の集電体(Al多孔体)はそれぞれ、正極端子128、負極端子129に、リード線130で接続されている。   A pressing member 126 including a pressing plate 124 and a spring 125 that presses the pressing plate 124 is disposed between the upper surface of the case 127 and the negative electrode 122. By providing the pressing member 126, even when there is a change in volume of the positive electrode 121, the negative electrode 122, and the separator 123, the respective members can be brought into contact with each other by being pressed evenly. The current collector (Al porous body) of the positive electrode 121 and the current collector (Al porous body) of the negative electrode 122 are connected to the positive electrode terminal 128 and the negative electrode terminal 129 by lead wires 130, respectively.

電解質としての溶融塩としては、動作温度で溶融する各種の無機塩又は有機塩を使用することができる。溶融塩のカチオンとしては、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)及びセシウム(Cs)等のアルカリ金属、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)及びバリウム(Ba)等のアルカリ土類金属から選択した1種以上を用いることができる。   As the molten salt as the electrolyte, various inorganic salts or organic salts that melt at the operating temperature can be used. As the cation of the molten salt, alkali metals such as lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb) and cesium (Cs), beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca) One or more selected from alkaline earth metals such as strontium (Sr) and barium (Ba) can be used.

溶融塩の融点を低下させるために、2種以上の塩を混合して使用することが好ましい。例えば、カリウムビス(フルオロスルフォニル)アミド[K−N(SOF);KFSA]とナトリウムビス(フルオロスルフォニル)アミド[Na−N(SOF);NaFSA]とを組み合わせて使用すると、電池の動作温度を90℃以下とすることができる。 In order to lower the melting point of the molten salt, it is preferable to use a mixture of two or more salts. For example, when potassium bis (fluorosulfonyl) amide [KN (SO 2 F) 2 ; KFSA] and sodium bis (fluorosulfonyl) amide [Na—N (SO 2 F) 2 ; NaFSA] are used in combination, The operating temperature of the battery can be 90 ° C. or lower.

溶融塩はセパレーターに含浸させて使用する。セパレーターは正極と負極とが接触することを防ぐために設けられるものであり、ガラス不織布や、多孔質樹脂多孔体等を使用できる。上記の正極、負極、溶融塩を含浸させたセパレーターを積層してケース内に収納し、溶融塩電池として使用する。   The molten salt is used by impregnating the separator. A separator is provided in order to prevent a positive electrode and a negative electrode from contacting, and a glass nonwoven fabric, a porous resin porous body, etc. can be used for it. The above positive electrode, negative electrode, and separator impregnated with molten salt are stacked and housed in a case, and used as a molten salt battery.

以下、実施例としてリチウム二次電池挙げて、本発明をより具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to lithium secondary batteries as examples.

[1]リチウム二次電池用電極
実施例A(A1〜A3)
本例は、スラリーの組成を固定し、調厚によって厚さの異なるAl多孔体を用意し、容量の異なるリチウム二次電池用電極を作製した例である。
[1] Electrode Example A (A1 to A3) for lithium secondary battery
In this example, the composition of the slurry is fixed, Al porous bodies having different thicknesses are prepared by adjusting the thickness, and electrodes for lithium secondary batteries having different capacities are produced.

1.リチウム二次電池用電極の作製
(1)実施例A1
(a)アルミニウム多孔体の製造
発泡樹脂成形体として、厚み1.0mm、気孔率95%、1インチ当たりの気孔数(セル数)約50個のウレタン発泡体を準備し、100mm×30mm角に切断し、実施の形態に記載した方法を用いてアルミニウム多孔体を作製した。具体的には、以下の通りである。
1. Production of Lithium Secondary Battery Electrode (1) Example A1
(A) Production of porous aluminum body As a foamed resin molded body, a urethane foam having a thickness of 1.0 mm, a porosity of 95%, and a number of pores (number of cells) per inch of about 50 is prepared. It cut | disconnected and produced the aluminum porous body using the method described in Embodiment. Specifically, it is as follows.

(導電層の形成)
ウレタン発泡体をカーボン懸濁液に浸漬し乾燥することで、表面全体にカーボン粒子が付着した導電層を形成した。懸濁液の成分は、黒鉛+カーボンブラック25%を含み、樹脂バインダー、浸透剤、消泡剤を含む。カーボンブラックの粒径は0.5μmとした。
(Formation of conductive layer)
By immersing the urethane foam in a carbon suspension and drying, a conductive layer having carbon particles attached to the entire surface was formed. The components of the suspension include graphite + carbon black 25%, and include a resin binder, a penetrating agent, and an antifoaming agent. The particle size of carbon black was 0.5 μm.

(溶融塩めっき)
表面に導電層を形成したウレタン発泡体をワークとして、給電機能を有する治具にセットした後、アルゴン雰囲気かつ低水分(露点−30℃以下)としたグローブボックス内に入れ、温度40℃の溶融塩アルミめっき浴(33mol%EMIC−67mol%AlCl)に浸漬した。ワークをセットした治具を整流器の陰極側に接続し、対極のAl板(純度99.99%)を陽極側に接続した。電流密度3.6A/dmの直流電流を90分間印加してめっきすることにより、ウレタン発泡体表面に150g/mの重量のAlめっき層が形成されたAl構造体を得た。攪拌はテフロン(登録商標)製の回転子を用いてスターラーにて行った。ここで、電流密度はウレタン発泡体の見かけの面積で計算した値である。
(Molten salt plating)
A urethane foam with a conductive layer formed on the surface is used as a workpiece, set in a jig having a power supply function, and then placed in a glove box with an argon atmosphere and low moisture (dew point -30 ° C or lower), and melted at a temperature of 40 ° C. I was immersed in a salt aluminum plating bath (33mol% EMIC-67mol% AlCl 3). The jig on which the workpiece was set was connected to the cathode side of the rectifier, and a counter electrode Al plate (purity 99.99%) was connected to the anode side. By applying a direct current having a current density of 3.6 A / dm 2 for 90 minutes and plating, an Al structure in which an Al plating layer having a weight of 150 g / m 2 was formed on the surface of the urethane foam was obtained. Stirring was performed with a stirrer using a Teflon (registered trademark) rotor. Here, the current density is a value calculated by the apparent area of the urethane foam.

得られたAl多孔体の骨格部分をサンプル抽出し、骨格の延在方向に直角な断面で切断して観察した。断面は略三角形状をなしており、これは芯材としたウレタン発泡体の構造を反映したものである。   A sample of the skeleton portion of the obtained porous Al body was sampled and cut and observed at a cross section perpendicular to the extending direction of the skeleton. The cross section has a substantially triangular shape, which reflects the structure of the urethane foam as the core material.

(ウレタンの分解除去)
前記アルミニウム構造体を温度500℃のLiCl−KCl共晶溶融塩に浸漬し、−1Vの負電位を30分間印加した。溶融塩中にポリウレタンの分解反応による気泡が発生した。その後大気中で室温まで冷却した後、水洗して溶融塩を除去し、樹脂が除去されたアルミニウム多孔体を得た。このAl多孔体は連通気孔を有し、気孔率が芯材としたウレタン発泡体と同様に高いものであった。
(Decomposition and removal of urethane)
The aluminum structure was immersed in a LiCl—KCl eutectic molten salt at a temperature of 500 ° C., and a negative potential of −1 V was applied for 30 minutes. Bubbles were generated in the molten salt due to the decomposition reaction of the polyurethane. Then, after cooling to room temperature in the atmosphere, the molten salt was removed by washing with water to obtain a porous aluminum body from which the resin was removed. This Al porous body had continuous ventilation holes, and the porosity was as high as that of the urethane foam used as a core material.

得られたアルミニウム多孔体を王水に溶解し、ICP(誘導結合プラズマ)発光分析装置で測定したところ、Al純度は98.5質量%であった。またカーボン含有量をJIS−G1211の高周波誘導加熱炉燃焼−赤外線吸収法で測定したところ、1.4質量%であった。さらに表面を15kVの加速電圧でEDX分析した結果、酸素のピークはほとんど観測されず、アルミニウム多孔体の酸素量はEDXの検出限界(3.1質量%)以下であることが確認された。   When the obtained aluminum porous body was dissolved in aqua regia and measured with an ICP (inductively coupled plasma) emission spectrometer, the Al purity was 98.5% by mass. Moreover, it was 1.4 mass% when carbon content was measured by the high frequency induction heating furnace combustion-infrared absorption method of JIS-G1211. Furthermore, as a result of EDX analysis of the surface with an acceleration voltage of 15 kV, almost no oxygen peak was observed, and it was confirmed that the oxygen content of the aluminum porous body was below the EDX detection limit (3.1 mass%).

(b)調厚工程
ローラープレスを用いて、Al多孔体の厚みを0.4mmに調整した。
(B) Thickness adjustment process Using a roller press, the thickness of the Al porous body was adjusted to 0.4 mm.

(c)幅方向の切断工程
調厚工程の後、Al多孔体を幅方向に48mmの幅寸法で切断した。
(C) Cutting process in the width direction After the thickness adjusting process, the Al porous body was cut in a width direction of 48 mm in the width direction.

(d)充填工程
LiCoO(活物質):アセチレンブラック(導電助剤):PVDF(バインダー)を重量比で96:2:2の比率で配合し、配合物100重量部に対しNMP80重量部でスラリー化した。このスラリーを、ロール塗工法によりAl多孔体に充填し、表面に付着した余分なスラリーはブレードで除去した。
(D) Filling step LiCoO 2 (active material): acetylene black (conducting aid): PVDF (binder) is blended at a weight ratio of 96: 2: 2, and NMP is 80 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the blend. Slurried. This slurry was filled into an Al porous body by a roll coating method, and excess slurry adhering to the surface was removed with a blade.

(e)乾燥工程
活物質を充填したAl多孔体を120℃で10分間予備乾燥し、次いで120℃で60分乾燥し、活物質充填Al多孔体を作製した。
(E) Drying Step The Al porous body filled with the active material was preliminarily dried at 120 ° C. for 10 minutes, and then dried at 120 ° C. for 60 minutes to produce an active material filled Al porous body.

(f)圧縮工程
その後、ロールプレスで圧縮成形することにより、いずれも、Al多孔体の厚みを0.2mmとした。
(F) Compression process Thereafter, the thickness of the Al porous body was set to 0.2 mm by compression molding with a roll press.

(g)長さ方向の切断工程
圧縮工程の後、Al多孔体を長さ方向に180mmの長さ寸法で切断した。
(G) Cutting process in length direction After the compression process, the Al porous body was cut in a length direction of 180 mm in the length direction.

(2)実施例A2
Al多孔体の調厚を、厚み0.6mmにし、圧縮成形後の厚みを0.5mmとした以外は実施例A1と同様にして正極を作製した。
(2) Example A2
A positive electrode was produced in the same manner as in Example A1, except that the thickness of the porous Al body was 0.6 mm and the thickness after compression molding was 0.5 mm.

(3)実施例A3
Al多孔体の調厚を、厚み0.9mmにし、活物質充填Al多孔体の圧縮成形後の厚みを、0.5mmとした以外は実施例A1と同様にして正極を作製した。
(3) Example A3
A positive electrode was produced in the same manner as in Example A1, except that the thickness of the Al porous body was 0.9 mm, and the thickness after compression molding of the active material-filled Al porous body was 0.5 mm.

2.容量の測定
(1)測定方法
実施例A1〜A3の活物質充填量に基づいて充填容量を算出した。
2. Measurement of Capacity (1) Measuring Method The filling capacity was calculated based on the active material filling amounts of Examples A1 to A3.

(2)測定結果
測定結果を表1に示す。
(2) Measurement results Table 1 shows the measurement results.

Figure 2012256583
Figure 2012256583

表1より、Al多孔体の厚さを調整するだけで種々の容量の電極を作製することができることが確認できた。   From Table 1, it has been confirmed that electrodes having various capacities can be produced simply by adjusting the thickness of the Al porous body.

(実施例B)
(1)Al多孔体の作製
厚さ1.4mm、気孔率97%、セル径約450μmのポリウレタンフォームを用いて幅1m、長さ100mのAl多孔体を作製した。
(Example B)
(1) Production of Al porous body An Al porous body having a width of 1 m and a length of 100 m was produced using a polyurethane foam having a thickness of 1.4 mm, a porosity of 97%, and a cell diameter of about 450 μm.

(2)調厚工程
ローラープレスを用いて、Al多孔体の厚みを1.2mmに調厚した。
(2) Thickness adjustment step Using a roller press, the thickness of the Al porous body was adjusted to 1.2 mm.

(3)切断工程
このAl多孔体を幅10cmにスリットし、さらに長さ10cmずつに切断して板状とした。
(3) Cutting step The Al porous body was slit into a width of 10 cm, and further cut into 10 cm lengths to form a plate.

(4)充填工程
LiCoO、アセチレンブラック、PVDFを88:6:6の重量比で配合し、配合物100重量部に対しNMP80重量部でスラリー化した。このスラリーをロールコート法によりAl多孔体に充填し、表面に付着した余分のスラリーはブレードで除去した。
(4) Filling step LiCoO 2 , acetylene black, and PVDF were blended at a weight ratio of 88: 6: 6, and slurried at 80 parts by weight of NMP with respect to 100 parts by weight of the blend. This slurry was filled into an Al porous body by a roll coating method, and excess slurry adhering to the surface was removed with a blade.

(5)乾燥工程
活物質を充填したAl多孔体を120℃で60分乾燥し、活物質充填Al多孔体を作製した。
(5) Drying process The Al porous body filled with the active material was dried at 120 ° C. for 60 minutes to produce an active material-filled Al porous body.

(6)圧縮工程
その後、ロールプレスで圧縮成形することにより、Al多孔体の厚みを0.8mmとし、幅10cm長さ10cmで、充填容量が12mAh/cmの電極を得た。
(6) Compression step Subsequently, an electrode having an Al porous body thickness of 0.8 mm, a width of 10 cm, a length of 10 cm, and a filling capacity of 12 mAh / cm 2 was obtained by compression molding with a roll press.

上記の実施例により、長尺のAl多孔体に活物質を充填する前に切断することにより、所定の充填容量のリチウム二次電池用電極が低コストで製造できることが確認された。   According to the above example, it was confirmed that an electrode for a lithium secondary battery having a predetermined filling capacity can be manufactured at a low cost by cutting the long Al porous body before filling the active material.

[2]電池パック
以下においては、Al多孔体を用いて製造された正負の電極を積層した角型の積層電池セルを組み合わせた電池パックを作製し、従来の円筒型電池を組み合わせた電池パックとの比較を行った。
[2] Battery Pack In the following, a battery pack is manufactured by combining square stacked battery cells in which positive and negative electrodes are manufactured using an Al porous body, and a conventional cylindrical battery is combined. A comparison was made.

1.正極の作製
実施例A1に示した方法と同様の方法を用いて厚さ5mmのAl多孔体を作製した。次に、LiNiMnO(LiNi1/2Mn3/2)(正極活物質):アセチレンブラック(導電助剤):PVDF(バインダー)を重量比で90:5:5の比率で配合し、配合物100重量部に対しNMP(溶媒)80重量部でスラリー化した。Al多孔体にこのスラリーを充填し、乾燥後に厚さ3.4mmにプレスした。次に10×10cmの大きさに切断後、タブリードを溶接して面積容量密度100mAh/cmの正極を作製した。
1. Production of Positive Electrode An Al porous body having a thickness of 5 mm was produced using a method similar to the method shown in Example A1. Next, LiNiMnO (LiNi 1/2 Mn 3/2 O 4 ) (positive electrode active material): acetylene black (conductive auxiliary agent): PVDF (binder) is blended at a weight ratio of 90: 5: 5, and blended Slurry was made with 80 parts by weight of NMP (solvent) per 100 parts by weight of the product. This slurry was filled in an Al porous body, dried and pressed to a thickness of 3.4 mm. Next, after cutting into a size of 10 × 10 cm, a tab lead was welded to produce a positive electrode with an area capacity density of 100 mAh / cm 2 .

2.負極の作製
実施例A1に示した方法と同様の方法を用いて厚さ4mmのAl多孔体を作製した。次に、LTO(チタン酸リチウム:LiTi12)(負極活物質):アセチレンブラック(導電助剤):PVDF(バインダー)を重量比で90:5:5の比率で配合し、配合物100重量部に対しNMP(溶媒)80重量部でスラリー化した。Al多孔体にこのスラリーを充填し、乾燥後に厚さ2.7mmにプレスした。次に10×10cmの大きさに切断後、タブリードを溶接して面積容量密度120mAh/cmの負極を作製した。
2. Production of Negative Electrode An Al porous body having a thickness of 4 mm was produced using a method similar to the method shown in Example A1. Next, LTO (lithium titanate: Li 4 Ti 5 O 12 ) (negative electrode active material): acetylene black (conductive aid): PVDF (binder) is blended at a weight ratio of 90: 5: 5, and blended Slurry was made with 80 parts by weight of NMP (solvent) per 100 parts by weight of the product. This slurry was filled in an Al porous body, and after drying, pressed to a thickness of 2.7 mm. Next, after cutting into a size of 10 × 10 cm, a tab lead was welded to prepare a negative electrode having an area capacity density of 120 mAh / cm 2 .

3.電池セルの作製
上記で作製された正負極をそれぞれ10枚用意し、不織布セパレータを挟んで交互に積層した。電解液にLiPFを1mol/Lの濃度でEC:DEC=1:1の溶媒に溶解させた溶液400ccを用い、アルミラミネートで封止して角型の積層電池セル(厚さ61mm)を作製した。作製したセルの電圧は3.2V、容量は100Ahであった。
3. Preparation of Battery Cell Ten positive and negative electrodes prepared as described above were prepared and laminated alternately with a nonwoven fabric separator in between. Using 400 cc of a solution obtained by dissolving LiPF 6 in a solvent of EC: DEC = 1: 1 at a concentration of 1 mol / L as an electrolytic solution, sealing with aluminum laminate produces a square stacked battery cell (thickness 61 mm). did. The voltage of the fabricated cell was 3.2 V and the capacity was 100 Ah.

4.電池パックの作製
次に、作製したセルを4個直列に接続し、12V−100Ahの電池パックを作製した。この電池パックの体積は2.9Lであり、体積エネルギー密度は414Wh/Lであった。
4). Production of Battery Pack Next, four produced cells were connected in series to produce a battery pack of 12V-100Ah. This battery pack had a volume of 2.9 L and a volume energy density of 414 Wh / L.

5.従来の電池パックとの比較
一般的に、18650タイプの円筒型電池を用いた車載用のリチウム二次電池パックのエネルギー密度は200〜250Wh/Lと公表されており、本実施例の電池パックの場合、電池パックとして最大2倍近い体積エネルギー密度が得られ、同じ電圧および容量で電池パックを作製した場合には、体積を最大51%低減できることが分かった。
5. Comparison with conventional battery packs Generally, the energy density of an in-vehicle lithium secondary battery pack using 18650 type cylindrical batteries is announced as 200 to 250 Wh / L, and the battery pack of this embodiment In this case, it was found that the volume energy density nearly twice as large as the battery pack was obtained, and that the volume could be reduced by up to 51% when the battery pack was produced with the same voltage and capacity.

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。   While the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications can be made to the above-described embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.

1 発泡樹脂
2 Al(アルミニウム)めっき層
3 Al(アルミニウム)多孔体
4 リード
11 前駆体
12、22 電極本体部分
21、31 リチウム二次電池用電極
32 集電体
33 正極合剤層
60 全固体リチウム二次電池
61 正極
62 負極
63 固体電解質層(SE層)
64 正極層
65 正極集電体
66 負極層
67 負極集電体
121、146 正極
122、147 負極
123、142 セパレーター
124 押え板
125 バネ
126 押圧部材
127、145 ケース
128 正極端子
129 負極端子
130、144 リード線
141 分極性電極
143 有機電解液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Foam resin 2 Al (aluminum) plating layer 3 Al (aluminum) porous body 4 Lead 11 Precursor 12, 22 Electrode main-body part 21, 31 Electrode for lithium secondary batteries 32 Current collector 33 Positive electrode mixture layer 60 All solid lithium Secondary battery 61 Positive electrode 62 Negative electrode 63 Solid electrolyte layer (SE layer)
64 Positive electrode layer 65 Positive electrode current collector 66 Negative electrode layer 67 Negative electrode current collector 121, 146 Positive electrode 122, 147 Negative electrode 123, 142 Separator 124 Holding plate 125 Spring 126 Press member 127, 145 Case 128 Positive electrode terminal 129 Negative electrode terminal 130, 144 Lead Wire 141 Polarized electrode 143 Organic electrolyte

Claims (4)

連通気孔を有するアルミニウム多孔体を圧縮して所定の厚さに調整する調厚工程と、
調厚された前記アルミニウム多孔体に活物質を充填する充填工程と、
前記充填工程の前に、前記アルミニウム多孔体を所定の長さ寸法に切断する切断工程と
を備えていることを特徴とする電気化学素子用電極の製造方法。
A thickness adjusting step for compressing the aluminum porous body having continuous air holes and adjusting it to a predetermined thickness;
A filling step of filling the adjusted porous aluminum body with an active material;
A method for producing an electrode for an electrochemical element, comprising: a cutting step of cutting the porous aluminum body into a predetermined length before the filling step.
前記調厚工程は、ローラープレスにより前記アルミニウム多孔体の厚さを調整することを特徴とする請求項1に記載の電気化学素子用電極の製造方法。   The method for producing an electrode for an electrochemical element according to claim 1, wherein the thickness adjusting step adjusts the thickness of the aluminum porous body by a roller press. 前記活物質が充填された前記アルミニウム多孔体を乾燥させる乾燥工程と、
乾燥させた前記アルミニウム多孔体を圧縮する圧縮工程と
を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電気化学素子用電極の製造方法。
A drying step of drying the aluminum porous body filled with the active material;
The method for producing an electrode for an electrochemical element according to claim 1, further comprising a compression step of compressing the dried porous aluminum body.
前記アルミニウム多孔体が、15kVの加速電圧でのEDX分析により定量した表面の酸素量が3.1質量%以下のアルミニウム多孔体であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電気化学素子用電極の製造方法。   4. The aluminum porous body according to any one of claims 1 to 3, wherein the aluminum porous body is an aluminum porous body whose surface oxygen content determined by EDX analysis at an acceleration voltage of 15 kV is 3.1% by mass or less. The manufacturing method of the electrode for electrochemical elements as described in a term.
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