JP2014234530A - Aluminum porous body, collector, electrode, electrochemical device, and production method of aluminum porous body - Google Patents

Aluminum porous body, collector, electrode, electrochemical device, and production method of aluminum porous body Download PDF

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英彰 境田
細江 晃久
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西村 淳一
Junichi Nishimura
淳一 西村
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Kazuki Okuno
一樹 奥野
弘太郎 木村
Kotaro Kimura
弘太郎 木村
健吾 後藤
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健吾 後藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum porous body or the like having a three-dimensional network structure having a small moisture adsorption amount, which can be used for an electrode material or the like of an electrochemical device using a non-aqueous electrolyte, such as a lithium ion battery and a capacitor.SOLUTION: The aluminum porous body has a three-dimensional network structure having a hollow skeleton. The aluminum porous body has a surface porous layer having a thickness of 1.0 μm or less in a hollow part of the skeleton, and has a moisture adsorption amount of 30 mg/mor less.

Description

本発明は、三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体、集電体、電極、電気化学デバイス及びアルミニウム多孔体の製造方法に関する。   The present invention relates to an aluminum porous body having a three-dimensional network structure, a current collector, an electrode, an electrochemical device, and a method for producing the aluminum porous body.

三次元網目状構造を有する金属多孔体は、各種フィルタ、触媒担体、電池用電極など多方面に用いられている。例えば三次元網目状構造を有するニッケル多孔体(以下「ニッケル多孔体」という)からなるセルメット(住友電気工業(株)製:登録商標)は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の電池の電極材料として使用されている。セルメットは連通気孔を有する金属多孔体であり、金属不織布など他の多孔体に比べて気孔率が高い(90%以上)という特徴がある。   Metal porous bodies having a three-dimensional network structure are used in various fields such as various filters, catalyst carriers, and battery electrodes. For example, Celmet (manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd .: registered trademark) made of a porous nickel body having a three-dimensional network structure (hereinafter referred to as “nickel porous body”) is an electrode material for batteries such as nickel metal hydride batteries and nickel cadmium batteries. It is used as Celmet is a metal porous body having continuous air holes, and has a feature of high porosity (90% or more) compared to other porous bodies such as a metal nonwoven fabric.

このようなニッケル多孔体は、発泡ウレタン等の連通気孔を有する多孔体樹脂の骨格表面にニッケル層を形成した後、熱処理して発泡樹脂成形体を分解し、さらにニッケルを還元処理することで得られる。ニッケル層の形成は、発泡樹脂成形体の骨格表面にカーボン粉末等を塗布して導電化処理した後、電気めっきによってニッケルを析出させることで行われる。   Such a nickel porous body is obtained by forming a nickel layer on the surface of a porous resin skeleton having continuous vents such as foamed urethane, then heat-treating it to decompose the foamed resin molded body, and further reducing the nickel. It is done. The formation of the nickel layer is performed by depositing nickel by electroplating after applying carbon powder or the like to the surface of the skeleton of the foamed resin molded body and conducting a conductive treatment.

また、ニッケルと同様にアルミニウムも導電性、耐腐食性、軽量などの優れた特徴があり、電池用途では例えば、リチウムイオン電池の正極として、アルミニウム箔の表面にコバルト酸リチウム等の活物質を塗布したものが使用されている。
このアルミニウムを用いた正極の容量を向上するためには、アルミニウムの表面積を大きくした三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体(以下「アルミニウム多孔体」という)を用い、アルミニウム多孔体の気孔部にも活物質を充填することが考えられる。アルミニウム多孔体を用いることで、電極を厚くしても活物質を保持でき、単位面積当たりの活物質利用率が向上するからである。
In addition to nickel, aluminum also has excellent characteristics such as conductivity, corrosion resistance, and light weight. In battery applications, for example, a positive electrode of a lithium ion battery is coated with an active material such as lithium cobalt oxide on the surface of an aluminum foil. Is used.
In order to improve the capacity of the positive electrode using aluminum, an aluminum porous body having a three-dimensional network structure with a large aluminum surface area (hereinafter referred to as “aluminum porous body”) is used. It is also conceivable to fill the active material. This is because by using the porous aluminum body, the active material can be retained even when the electrode is thickened, and the active material utilization rate per unit area is improved.

アルミニウム多孔体の製造方法として、特許第3413662号公報(特許文献1)には、内部連通空間を有する三次元網状のプラスチック基体にアークイオンプレーティング法によりアルミニウムの蒸着処理を施して、2〜20μmの金属アルミニウム層を形成する方法が記載されている。
この方法によれば、2〜20μmの厚さのアルミニウム多孔体が得られるとされているが、気相法によるため大面積での製造は困難であり、基体の厚さや気孔率によっては内部まで均一な層の形成が難しい。またアルミニウム層の形成速度が遅い、設備が高価などにより製造コストが増大するなどの問題点がある。さらに、厚膜を形成する場合には、膜に亀裂が生じたりアルミニウムの脱落が生じたりするおそれがある。
As a method for producing a porous aluminum body, Japanese Patent No. 3413666 (Patent Document 1) discloses that a two-dimensional net-like plastic substrate having an internal communication space is subjected to an aluminum vapor deposition process by an arc ion plating method to be 2 to 20 μm. A method for forming a metallic aluminum layer is described.
According to this method, it is said that an aluminum porous body having a thickness of 2 to 20 μm can be obtained, but it is difficult to manufacture in a large area because of the vapor phase method, and depending on the thickness and porosity of the substrate, It is difficult to form a uniform layer. In addition, there are problems such as a slow formation rate of the aluminum layer and an increase in manufacturing cost due to expensive equipment. Further, when a thick film is formed, there is a risk that the film may crack or aluminum may fall off.

また、特開平08−170126号公報(特許文献2)には、三次元網目状構造を有する発泡樹脂成形体の骨格にアルミニウムの融点以下で共晶合金を形成する金属(銅等)による皮膜を形成した後、アルミニウムペーストを塗布し、非酸化性雰囲気下で550℃以上750℃以下の温度で熱処理をすることで有機成分(発泡樹脂)の消失及びアルミニウム粉末の焼結を行い、アルミニウム多孔体を得る方法が記載されている。
しかしながら、この方法によればアルミニウムと共晶合金を形成する層が出来てしまい、純度の高いアルミニウム層が形成できない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-170126 (Patent Document 2) discloses a film made of a metal (such as copper) that forms a eutectic alloy below the melting point of aluminum on the skeleton of a foamed resin molding having a three-dimensional network structure. After forming, an aluminum paste is applied, and heat treatment is performed at a temperature of 550 ° C. or higher and 750 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere to eliminate the organic component (foamed resin) and to sinter the aluminum powder. Is described.
However, according to this method, a layer that forms a eutectic alloy with aluminum is formed, and a high-purity aluminum layer cannot be formed.

他の方法としては、三次元網目状構造を有する発泡樹脂成形体にアルミニウムめっきを施す方法があり、特開2012−007233号公報(特許文献3)には、このめっき法によって得られるアルミニウム多孔体を電極として用いるキャパシタについての発明が記載されている。特許文献3に記載の方法によれば、三次元網目構造を有する多孔質樹脂成形体に対して純度の高いアルミニウムを均一にめっきすることが可能であり、高品質のアルミニウム多孔体を製造することができる。   As another method, there is a method of performing aluminum plating on a foamed resin molded body having a three-dimensional network structure. JP 2012-007233 A (Patent Document 3) discloses a porous aluminum body obtained by this plating method. The invention is described for a capacitor using as an electrode. According to the method described in Patent Document 3, it is possible to uniformly plate high-purity aluminum on a porous resin molded body having a three-dimensional network structure, and to produce a high-quality aluminum porous body Can do.

ところで、前記のリチウムイオン電池やキャパシタのように非水電解質を利用する電気化学デバイスは水分を充分に除去した環境中で作製する必要があり、電極として使用する集電体も充分に乾燥させる必要がある。前記特許文献3に記載のキャパシタに用いられるアルミニウム多孔体は、骨格表面に比較的多くの水分を吸着しているため、上記のような電気化学デバイス用の電極として用いるためには、充分な乾燥工程を行う必要がある。   By the way, an electrochemical device using a non-aqueous electrolyte such as the above-described lithium ion battery or capacitor needs to be manufactured in an environment in which moisture is sufficiently removed, and a current collector used as an electrode needs to be sufficiently dried. There is. Since the porous aluminum body used in the capacitor described in Patent Document 3 adsorbs a relatively large amount of moisture on the surface of the skeleton, it is sufficiently dried to be used as an electrode for an electrochemical device as described above. It is necessary to perform a process.

特許第3413662号公報Japanese Patent No. 3413662 特開平08−170126号公報JP 08-170126 A 特開2012−007233号公報JP 2012-007233 A

本発明は前記問題点に鑑みて、水分吸着量が少ない三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体を提供することを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a porous aluminum body having a three-dimensional network structure with a small amount of moisture adsorption.

本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意探求を重ねた結果、従来のめっき法によって製造された三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体は、骨格の中空部の表面に多孔質状のポーラス層が形成されており、このポーラス層が水分を吸着してしまうことを見出した。
そこで、本発明者らは更なる検討を重ねた結果、従来のめっき法によるアルミニウム多孔体の製造方法に改良を加えることで、骨格の中空部の表面が平滑であり、かつ、水分吸着量が少ないアルミニウム多孔体を製造することが出来ることを見出し、本発明を完成させた。
As a result of intensive investigations to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that an aluminum porous body having a three-dimensional network structure manufactured by a conventional plating method has a porous porous surface on the surface of the hollow portion of the skeleton. A layer was formed, and it was found that this porous layer adsorbs moisture.
Therefore, as a result of further studies, the inventors have improved the conventional method for producing an aluminum porous body by plating, so that the surface of the hollow portion of the skeleton is smooth and the amount of moisture adsorption is high. The inventors have found that a small number of aluminum porous bodies can be produced and completed the present invention.

即ち、本発明は(1)骨格が中空の三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体であって、前記アルミニウム多孔体は前記骨格の中空部のポーラス層の厚さが1.0μm以下であり、かつ、前記アルミニウム多孔体の水分吸着量が30mg/m2以下であるアルミニウム多孔体、である。 That is, the present invention is (1) an aluminum porous body having a three-dimensional network structure with a hollow skeleton, wherein the porous aluminum body has a porous layer thickness of 1.0 μm or less in the hollow portion of the skeleton, And the aluminum porous body whose moisture adsorption amount of the said aluminum porous body is 30 mg / m < 2 > or less.

本発明により、水分吸着量が少ない三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a porous aluminum body having a three-dimensional network structure with a small amount of moisture adsorption.

実施例のアルミニウム多孔体の骨格断面を観察した電子顕微鏡写真である。It is the electron micrograph which observed the frame | skeleton cross section of the aluminum porous body of an Example. 比較例のアルミニウム多孔体の骨格断面を観察した電子顕微鏡写真である。It is the electron micrograph which observed the frame | skeleton cross section of the aluminum porous body of a comparative example. 実施例及び比較例のアルミニウム多孔体の水分吸着量を表すグラフである。It is a graph showing the moisture adsorption amount of the aluminum porous body of an Example and a comparative example. アルミニウム多孔体をリチウム電池に適用した構造例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example which applied the aluminum porous body to the lithium battery. アルミニウム多孔体をキャパシタに適用した構造例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example which applied the aluminum porous body to the capacitor. アルミニウム多孔体をリチウムイオンキャパシタに適用した構造例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example which applied the aluminum porous body to the lithium ion capacitor. アルミニウム多孔体を溶融塩電池に適用した構造例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structural example which applied the aluminum porous body to the molten salt battery.

最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
(1)本発明に係るアルミニウム多孔体は、骨格が中空の三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体であって、前記アルミニウム多孔体は前記骨格の中空部のポーラス層の厚さが1.0μm以下であり、かつ、前記アルミニウム多孔体の水分吸着量が30mg/m2以下であるアルミニウム多孔体、である。
アルミニウム多孔体の骨格が三次元網目状構造を有することにより、例えば、アルミニウム多孔体を電気化学デバイスの電極に用いる場合に、活物質の保持量を多くして単位体積当たりの活物質の利用率を高くすることができ、容量の大きな電極を製造することが可能となる。
また、前記骨格の中空部の表面のポーラス層の厚さが1.0μm以下であることによりポーラス層に水分が吸着され難くなり、アルミニウム多孔体の水分吸着量を少なくすることができる。この観点から、ポーラス層の厚さは0.8μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましい。
First, the contents of the embodiment of the present invention will be listed and described.
(1) The aluminum porous body according to the present invention is an aluminum porous body having a three-dimensional network structure with a hollow skeleton, and the porous aluminum body has a porous layer thickness of 1.0 μm in the hollow portion of the skeleton. The aluminum porous body has a water adsorption amount of 30 mg / m 2 or less.
When the aluminum porous body has a three-dimensional network structure, for example, when the aluminum porous body is used for an electrode of an electrochemical device, the active material retention rate is increased by increasing the amount of active material retained. Therefore, it is possible to manufacture an electrode having a large capacity.
Further, when the thickness of the porous layer on the surface of the hollow portion of the skeleton is 1.0 μm or less, it becomes difficult for moisture to be adsorbed to the porous layer, and the moisture adsorption amount of the aluminum porous body can be reduced. From this viewpoint, the thickness of the porous layer is preferably 0.8 μm or less, and more preferably 0.5 μm or less.

また、前記アルミニウム多孔体の水分吸着量が30mg/m2以下であることにより、例えば、前記アルミニウム多孔体を、非水電解質を用いた電池やキャパシタの電極のように水分を除去した環境下で使用する場合に、水分の乾燥除去工程の負担を軽減することができる。
上記の観点から、前記アルミニウム多孔体の水分吸着量は少ないほど好ましく、12mg/m2以下であることがより好ましく、8mg/m2以下であることが更に好ましく、5mg/m2以下であることが最も好ましい。
なお、本発明において水分吸着量とは、露点温度が−20℃の雰囲気に24時間暴露した後のアルミニウム多孔体の見かけの面積当たりの水分量のことをいう。
Further, since the moisture adsorption amount of the aluminum porous body is 30 mg / m 2 or less, for example, the aluminum porous body is removed in an environment where moisture is removed like a battery using a nonaqueous electrolyte or a capacitor electrode. When used, it is possible to reduce the burden on the moisture removal and removal process.
From the above viewpoint, the moisture adsorption amount of the aluminum porous body is preferably as small as possible, more preferably 12 mg / m 2 or less, further preferably 8 mg / m 2 or less, and 5 mg / m 2 or less. Is most preferred.
In the present invention, the moisture adsorption amount means the moisture amount per apparent area of the porous aluminum body after being exposed to an atmosphere having a dew point temperature of −20 ° C. for 24 hours.

(2)また、本発明に係るアルミニウム多孔体の製造方法は、三次元網目状構造を有する樹脂製の基材の表面に溶融塩電解めっきによってアルミニウム膜を形成する工程と、前記基材を除去する工程と、前記基材が除去されることによって形成された骨格が中空の三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体を酸又は塩基で処理する工程と、を有するアルミニウム多孔体の製造方法、である。
上記(2)に記載のアルミニウム多孔体の製造方法により、骨格の中空部の表面のポーラス層の厚さを薄くすることができ、水分吸着量が少ない三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体を製造することができる。
(2) Moreover, the manufacturing method of the aluminum porous body which concerns on this invention removes the said base material, the process of forming an aluminum film by molten salt electroplating on the surface of the resin-made base materials which have a three-dimensional network structure A method for producing a porous aluminum body, comprising: a step of treating the porous aluminum body having a hollow three-dimensional network structure formed by removing the base material with an acid or a base. is there.
According to the method for producing a porous aluminum body described in (2) above, an aluminum porous body having a three-dimensional network structure in which the thickness of the porous layer on the surface of the hollow portion of the skeleton can be reduced and the amount of moisture adsorption is small. Can be manufactured.

(3)また、前記基材はカーボン塗布によって導電化処理されていることが好ましい。
前記基材は樹脂製であるため、アルミニウムを溶融塩電解めっきするためには、基材表面を導電化処理して表面が導電性を有するようにする必要がある。この導電化処理の方法は特に限定されるものではないが、カーボン塗布による方法を採用することにより、簡便で均一な導電化が可能となる。
しかしながら、従来のめっき法によるアルミニウム多孔体の製造方法において、カーボン塗布によって基材表面の導電化処理を行うと、アルミニウム多孔体の骨格の中空部にポーラス層が形成されるという問題があった。これに対して本発明のアルミニウム多孔体の製造方法は、前記のようにアルミニウム多孔体を酸又は塩基で処理する工程を有しているため、骨格の中空部の表面のポーラス層の厚さが薄いアルミニウム多孔体を得ることができる。
(3) Moreover, it is preferable that the said base material is electrically conductive-processed by carbon application | coating.
Since the base material is made of resin, in order to subject aluminum to molten salt electroplating, it is necessary to make the surface of the base material conductive so that the surface has conductivity. The method of this conductive treatment is not particularly limited, but simple and uniform conduction can be achieved by adopting the method by carbon coating.
However, in the conventional method for producing a porous aluminum body by a plating method, there is a problem in that a porous layer is formed in the hollow portion of the skeleton of the porous aluminum body when the surface of the substrate is subjected to a conductive treatment by carbon coating. On the other hand, the method for producing a porous aluminum body of the present invention includes the step of treating the porous aluminum body with an acid or a base as described above, so that the thickness of the porous layer on the surface of the hollow portion of the skeleton is small. A thin aluminum porous body can be obtained.

(4)前記アルミニウム多孔体の製造方法は、前記基材を除去する工程の前に、前記アルミニウム膜に付着しためっき液の量が0.1mL/m2以上、30mL/m2以下となるように液切りを行う工程を有することが好ましい。
(5)前記アルミニウム多孔体の製造方法は、前記基材を除去する工程の前に、前記アルミニウム膜に付着しためっき液を有機溶剤によって除去する工程を有することが好ましい。
(6)前記アルミニウム多孔体の製造方法は、前記基材を除去する工程の前に、前記アルミニウム膜に露点温度が−50℃以上、−30℃以下の大気を供給する工程を有することが好ましい。
(7)前記アルミニウム多孔体の製造方法は、前記基材を除去する工程において、露点温度が0℃以下の雰囲気下で、370℃以上、アルミニウムの融点未満の温度で熱処理することが好ましい。
(4) In the method for producing the porous aluminum body, the amount of the plating solution adhered to the aluminum film is 0.1 mL / m 2 or more and 30 mL / m 2 or less before the step of removing the substrate. It is preferable to have a step of draining liquid.
(5) It is preferable that the manufacturing method of the said aluminum porous body has the process of removing the plating solution adhering to the said aluminum film with an organic solvent before the process of removing the said base material.
(6) It is preferable that the manufacturing method of the said aluminum porous body has the process of supplying the air | atmosphere whose dew point temperature is -50 degreeC or more and -30 degrees C or less to the said aluminum film before the process of removing the said base material. .
(7) Preferably, in the method for producing the porous aluminum body, in the step of removing the substrate, heat treatment is performed at a temperature of 370 ° C. or higher and lower than the melting point of aluminum in an atmosphere having a dew point temperature of 0 ° C. or lower.

上記(4)から(7)に記載のアルミニウム多孔体の製造方法はいずれも、骨格の外側の表面に微細な凹凸が形成されないようにすることができ、骨格の中空部の表面に形成されているポーラス層の厚さが薄いことと併せて、水分吸着量のより少ないアルミニウム多孔体を製造することができる。   Any of the methods for producing a porous aluminum body according to the above (4) to (7) can prevent fine irregularities from being formed on the outer surface of the skeleton, and can be formed on the surface of the hollow portion of the skeleton. Combined with the thin porous layer, an aluminum porous body with less moisture adsorption can be produced.

(8)また、本発明の実施形態である集電体は、前記(1)に記載の本発明のアルミニウム多孔体からなる電気化学デバイス用の集電体、である。
前記本発明のアルミニウム多孔体を電気化学デバイス用の集電体として用いることで、容量の大きな電気化学デバイスを製造することができる。また、本発明のアルミニウム多孔体は水分吸着量が少ないため、非水電解質を利用する電気化学デバイスに用いる場合には、電極の乾燥工程の負担を減らすことができる。
(8) Moreover, the collector which is embodiment of this invention is a collector for electrochemical devices which consists of an aluminum porous body of this invention as described in said (1).
By using the aluminum porous body of the present invention as a current collector for an electrochemical device, an electrochemical device having a large capacity can be produced. Moreover, since the aluminum porous body of the present invention has a small amount of moisture adsorption, when used in an electrochemical device using a non-aqueous electrolyte, the burden on the electrode drying step can be reduced.

(9)また、本発明の実施形態である電極は、前記(1)に記載の本発明のアルミニウム多孔体の気孔部に活物質を有する電気化学デバイス用の電極、である。
前記アルミニウム多孔体の気孔部に活物質を充填することで、容量の大きな電極を得ることができる。また、非水電解質を利用する電気化学デバイスに用いる場合には、電極の乾燥工程にかかる負担を軽減することができる。
(9) Moreover, the electrode which is embodiment of this invention is an electrode for electrochemical devices which has an active material in the pore part of the aluminum porous body of this invention as described in said (1).
By filling the pores of the aluminum porous body with an active material, an electrode having a large capacity can be obtained. Moreover, when using it for the electrochemical device using a nonaqueous electrolyte, the burden concerning the drying process of an electrode can be reduced.

(10)また、本発明の実施形態である電気化学デバイスは、前記(9)に記載の本発明の電極を用いた電気化学デバイス、である。
本発明の電気化学デバイスは、単位体積当たりの活物質の利用率が高い前記本発明の電極を用いているため、容量を大きくすることができる。また、非水電解質を用いる電気化学デバイスの場合には、電極の乾燥工程に要する負担が軽減されるため、製造コストを低減させることができる。
(10) Moreover, the electrochemical device which is embodiment of this invention is an electrochemical device using the electrode of this invention as described in said (9).
Since the electrochemical device of the present invention uses the electrode of the present invention having a high utilization rate of the active material per unit volume, the capacity can be increased. In addition, in the case of an electrochemical device using a non-aqueous electrolyte, the manufacturing cost can be reduced because the burden required for the electrode drying step is reduced.

[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係るアルミニウム多孔体の具体例を以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the present invention]
The specific example of the aluminum porous body which concerns on embodiment of this invention is demonstrated below. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to the claim are included.

<アルミニウム多孔体>
本発明に係るアルミニウム多孔体は、骨格が中空の三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体であって、前記骨格の中空部のポーラス層の厚さが1.0μm以下であり、かつ、水分吸着量が30mg/m2以下である。
本発明のアルミニウム多孔体は、後述するように、三次元網目状構造を有する樹脂多孔体の表面にアルミニウムを溶融塩電解めっきする方法によって製造することができる。めっき法により得られるアルミニウム多孔体の骨格は樹脂が除去されることによって内部が中空の構造となる。このため、骨格の強度が比較的弱くなっており、例えば、前記アルミニウム多孔体を電気化学デバイス用の電極として用いた場合に、気孔部に活物質を充填した後に厚さを調整する際に変形させやすく、容易に調厚することができる。
<Porous aluminum body>
The porous aluminum body according to the present invention is a porous aluminum body having a three-dimensional network structure with a hollow skeleton, wherein the thickness of the porous layer of the hollow portion of the skeleton is 1.0 μm or less, and moisture adsorption The amount is 30 mg / m 2 or less.
As described later, the aluminum porous body of the present invention can be produced by a method in which aluminum is molten salt electroplated on the surface of a resin porous body having a three-dimensional network structure. The skeleton of the porous aluminum body obtained by the plating method has a hollow structure by removing the resin. For this reason, the strength of the skeleton is relatively weak. For example, when the porous aluminum body is used as an electrode for an electrochemical device, deformation occurs when the pores are filled with an active material and the thickness is adjusted. Easy to adjust and can be adjusted easily.

また、本発明のアルミニウム多孔体は、前記骨格の中空部の表面のポーラス層の厚さが非常に薄くなっている。
従来のめっき法によってアルミニウム多孔体を製造した場合、特に樹脂製の基材表面をカーボン塗布によって導電化処理した場合には、アルミニウム多孔体の骨格の中空部の表面にポーラス層が形成されてしまい、このポーラス層が水分を吸着してしまっていた。
これに対し後述する本発明のアルミニウム多孔体の製造方法によって得られるアルミニウム多孔体は、骨格の中空部の表面に形成されているポーラス層の厚さが非常に薄いため水分が吸着され難く、従来のアルミニウム多孔体と比べて水分吸着量が格段に少なくなっている。
In the porous aluminum body of the present invention, the thickness of the porous layer on the surface of the hollow portion of the skeleton is very thin.
When an aluminum porous body is produced by a conventional plating method, especially when a resin substrate surface is subjected to a conductive treatment by carbon coating, a porous layer is formed on the surface of the hollow portion of the skeleton of the aluminum porous body. This porous layer had adsorbed moisture.
On the other hand, the porous aluminum body obtained by the method for producing an aluminum porous body of the present invention, which will be described later, has a porous layer formed on the surface of the hollow portion of the skeleton and the moisture is not easily absorbed. Compared with the aluminum porous body, the water adsorption amount is remarkably reduced.

<アルミニウム多孔体の製造方法>
前述のように本発明に係るアルミニウム多孔体の製造方法は、三次元網目状構造を有する樹脂製の基材の表面に溶融塩電解めっきによってアルミニウム膜を形成する工程と、前記基材を除去する工程と、前記基材が除去されることによって形成された骨格が中空の三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体を酸又は塩基で処理する工程と、を有するアルミニウム多孔体の製造方法である。
従来の溶融塩電解めっき法によって得られるアルミニウム多孔体は骨格の中空部の表面にポーラス層が形成されているが、本発明に係るアルミニウム多孔体の製造方法は、アルミニウム多孔体を酸又は塩基で処理する工程を有するため、骨格の中空部の表面からポーラス層が除去されたアルミニウム多孔体を得ることができる。
以下、本発明に係るアルミニウム多孔体の製造方法について、より詳細に説明する。
<Method for producing porous aluminum>
As described above, the method for producing a porous aluminum body according to the present invention includes a step of forming an aluminum film on the surface of a resin base material having a three-dimensional network structure by molten salt electroplating, and the base material is removed. A method for producing an aluminum porous body, comprising: a step; and a step of treating an aluminum porous body having a hollow three-dimensional network structure formed by removing the substrate with an acid or a base.
The porous aluminum body obtained by the conventional molten salt electroplating method has a porous layer formed on the surface of the hollow portion of the skeleton, but the method for producing an aluminum porous body according to the present invention uses an acid or base as the aluminum porous body. Since it has the process to process, the aluminum porous body from which the porous layer was removed from the surface of the hollow part of frame | skeleton can be obtained.
Hereinafter, the manufacturing method of the aluminum porous body which concerns on this invention is demonstrated in detail.

(三次元網目状構造を有する樹脂成形体の準備)
まず、三次元網目状構造を有し連通孔を有する樹脂成形体を準備する。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。
(Preparation of resin molding having a three-dimensional network structure)
First, a resin molded body having a three-dimensional network structure and communication holes is prepared. Any resin can be selected as the material of the resin molded body. Examples of the material include foamed resin moldings such as polyurethane, melamine, polypropylene, and polyethylene. Although described as a foamed resin molded body, a resin molded body having an arbitrary shape can be selected as long as it has continuous pores (communication 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 body.

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発泡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、更に、気孔径の小さなものが得られる点で好ましい。   Foamed urethane and foamed melamine can be preferably used as a foamed resin molded article because they have high porosity, have pore connectivity and are excellent in thermal decomposability. Foamed urethane is preferable in terms of uniformity of pores, availability, and the like, and in addition, a product having a small pore diameter can be obtained.

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。樹脂成形体が骨格として三次元的に網目状の構造を有することで、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。   Resin moldings often have residues such as foaming agents and unreacted monomers in the foam production process, and it is preferable to perform a cleaning treatment for the subsequent steps. Since the resin molded body has a three-dimensional network structure as a skeleton, continuous pores are formed as a whole. The urethane skeleton has a substantially triangular shape in a cross section perpendicular to the extending direction.

発泡樹脂成形体の気孔率は80%〜98%、気孔径は50μm〜500μmとするのが好ましい。
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[cm3]×素材密度)))×100[%]
また、気孔径は、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、平均孔径=25.4mm/セル数として平均的な値を求める。
The foamed resin molded article preferably has a porosity of 80% to 98% and a pore diameter of 50 μm to 500 μm.
The porosity is defined by the following equation.
Porosity = (1− (weight of porous material [g] / (volume of porous material [cm 3 ] × material density))) × 100 [%]
The pore diameter is an average of the average pore diameter = 25.4 mm / cell count by enlarging the surface of the resin molded body with a micrograph and counting the number of pores per inch (25.4 mm) as the number of cells. Find the value.

(樹脂成形体表面の導電化)
樹脂成形体の表面にアルミニウムを電解めっきするためには、樹脂成形体の表面をあらかじめ導電化処理する必要がある。導電化処理としては、樹脂成形体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い。例えば、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を塗布する方法を挙げることができる。
(Electrically conductive resin molding surface)
In order to electroplat aluminum on the surface of the resin molded body, the surface of the resin molded body needs to be electrically conductive in advance. There is no restriction | limiting in particular as long as it is a process which can provide the layer which has electroconductivity on the surface of a resin molding as a conductive process. For example, electroless plating of a conductive metal such as nickel, vapor deposition and sputtering of aluminum or the like, or a method of applying a conductive paint containing conductive particles such as carbon can be given.

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粉末を用いて樹脂成形体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 resin molded body using carbon powder as conductive particles will be described below.

−カーボン塗布−
まず、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。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、樹脂多孔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場合があるからである。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であることが好ましく、より好ましくは0.01〜2μmである。粒径が大きいと樹脂成形体のセルを詰まらせたり、平滑なめっきを阻害したりする要因となり、また、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。
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行うことができる。
-Carbon coating-
First, a carbon paint as a conductive paint is prepared. 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. The reason is that when the temperature of the suspension is lower than 20 ° C., the uniform suspension state is lost, and only the binder is concentrated on the surface of the skeleton forming the network structure of the porous resin body to form a layer. Because there are cases. 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.
Moreover, it is preferable that the particle size of carbon particle is 0.01-5 micrometers, More preferably, it is 0.01-2 micrometers. When the particle size is large, it becomes a factor that clogs the cells of the resin molded body or inhibits smooth plating, and when it is too small, it is difficult to ensure sufficient conductivity.
The application of the carbon particles to the resin molded body can be performed by immersing the target resin molded body in the suspension and performing squeezing and drying.

(樹脂成形体表面へのアルミニウム膜の形成)
樹脂成形体の表面にアルミニウム膜を形成する方法としては、溶融塩浴を用いためっき法を採用する。
−溶融塩めっき−
溶融塩中で電解めっきを行い、前記樹脂成形体の表面にアルミニウム膜を形成する。
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状構造を有する樹脂成形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膜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とし、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。
また、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。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電解めっきすることができる。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。
(Formation of aluminum film on the surface of resin molding)
As a method for forming an aluminum film on the surface of the resin molded body, a plating method using a molten salt bath is employed.
-Molten salt plating-
Electrolytic plating is performed in a molten salt to form an aluminum film on the surface of the resin molded body.
By performing aluminum plating in a molten salt bath, a thick aluminum film can be uniformly formed on the surface of a complicated skeleton structure, particularly a resin molded 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 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. When an organic molten salt bath that melts at a relatively low temperature is used, electrolytic 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、めっき膜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膜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。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(AlCl3−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100℃、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、樹脂成形体表面全体へのめっきが難しくなる。100℃を超える高温では基材となる樹脂成形体の形状が損なわれる不具合が生じやすい。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−樹脂構造体が得られる。 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 dissolves or decomposes in the molten salt faster than the growth of the plating film, and the plating film 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. As the imidazolium salt, a salt containing an imidazolium cation having an alkyl group at the 1,3-position is preferably used. In particular, an aluminum chloride-1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (AlCl 3 -EMIC) -based molten salt is used. It is most preferably used because it is highly stable and hardly decomposes. Plating onto foamed urethane resin or foamed melamine resin is possible, and the temperature of the molten salt bath is 10 ° C to 100 ° 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 surface of the resin molded body. At a high temperature exceeding 100 ° C., a problem that the shape of the resin molded body serving as the base material is impaired tends to occur. Through the above steps, an aluminum-resin structure having a resin molded body as a skeleton core is obtained.

(樹脂製基材の除去)
上記のようにして得られた樹脂構造体から前記樹脂製の基材を除去する方法は特に限定されないが、例えば、窒素雰囲気下あるいは大気下等で370℃以上、アルミニウムの融点未満に加熱する熱処理を行うことにより行うことができる。これにより樹脂が焼失し、中空の骨格を有するアルミニウム多孔体が得られる。なお、この前記基材を除去する工程においては、雰囲気の露点温度は0℃以下であることが好ましい。
(Removal of resin base material)
The method for removing the resin base material from the resin structure obtained as described above is not particularly limited. For example, the heat treatment is performed by heating to 370 ° C. or higher and lower than the melting point of aluminum in a nitrogen atmosphere or the air. It can be done by doing. As a result, the resin is burned out, and an aluminum porous body having a hollow skeleton is obtained. In the step of removing the substrate, the dew point temperature of the atmosphere is preferably 0 ° C. or lower.

(酸又は塩基による処理)
本発明に係るアルミニウム多孔体の製造方法は、上記のようにして得られたアルミニウム多孔体を酸又は塩基で処理する工程を有する。アルミニウム多孔体を酸又は塩基で処理することにより、骨格の中空部の表面に形成されていたポーラス層を除去し、骨格の中空部の表面において水分が吸着され難いアルミニウム多孔体を得ることができる。
(Treatment with acid or base)
The method for producing a porous aluminum body according to the present invention includes a step of treating the porous aluminum body obtained as described above with an acid or a base. By treating the porous aluminum body with an acid or a base, the porous layer formed on the surface of the hollow portion of the skeleton can be removed, and an aluminum porous body in which moisture is hardly adsorbed on the surface of the hollow portion of the skeleton can be obtained. .

アルミニウム多孔体を酸又は塩基によって処理する方法は特に限定されず、アルミニウム多孔体を酸又は塩基に浸漬するだけでもよい。アルミニウム多孔体を酸性又は塩基性の溶液に浸漬すると、アルミニウム多孔体の骨格は中空となっているため毛細管現象により酸性又は塩基性の溶液が骨格中に吸い込まれる。これによってアルミニウム多孔体の骨格の中空部の表面が酸又は塩基と接触し、中空部の表面のポーラス層が除去される。   The method for treating the aluminum porous body with an acid or a base is not particularly limited, and the aluminum porous body may be simply immersed in an acid or a base. When the aluminum porous body is immersed in an acidic or basic solution, the skeleton of the aluminum porous body is hollow, so that the acidic or basic solution is sucked into the skeleton by capillary action. As a result, the surface of the hollow portion of the skeleton of the porous aluminum body comes into contact with the acid or base, and the porous layer on the surface of the hollow portion is removed.

上記のようにアルミニウム多孔体を酸又は塩基に浸漬するだけでも構わないが、酸性又は塩基性の溶液を撹拌するとより効率よくポーラス層の除去を行うことができる。撹拌方法は特に限定されず、マグネチックスターラー等を用いて行ってもよいし、超音波を発生されることによって行ってもよい。超音波によって撹拌を行う場合には、酸性又は塩基性の溶液中に37kHz程度の周波数の超音波が発生するようにして行うとようい。   As described above, the porous aluminum body may be simply immersed in an acid or a base, but the porous layer can be removed more efficiently by stirring an acidic or basic solution. The stirring method is not particularly limited, and may be performed using a magnetic stirrer or the like, or may be performed by generating ultrasonic waves. In the case of stirring by ultrasonic waves, it is said that ultrasonic waves having a frequency of about 37 kHz are generated in an acidic or basic solution.

前記酸又は塩基の種類としては、アルミニウムを溶解可能な酸又は塩基であればよく、例えば、塩酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、水酸化ナトリウム(NaOH)、希硝酸(HNO3)等を用いることができる。 The acid or base may be any acid or base that can dissolve aluminum. For example, hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), sodium hydroxide (NaOH), dilute nitric acid (HNO 3 ) Etc. can be used.

酸又は塩基による処理に用いる酸又は塩基の濃度や処理時間は、酸又は塩基の種類や撹拌の有無等、処理条件によって異なるが、ポーラス層を除去するのに適当な範囲に適宜調整すればよい。例えば、塩酸を用いる場合は、濃度を12質量%程度にし、撹拌を37kHz程度の周波数の超音波照射によって行えば、アルミニウム多孔体を5分程度浸漬させればよい。   The concentration or treatment time of the acid or base used in the treatment with the acid or base varies depending on the treatment conditions such as the type of acid or base, the presence or absence of stirring, etc., but may be appropriately adjusted to an appropriate range for removing the porous layer. . For example, when hydrochloric acid is used, the porous aluminum body may be immersed for about 5 minutes if the concentration is about 12% by mass and stirring is performed by ultrasonic irradiation with a frequency of about 37 kHz.

また、酸又は塩基で処理する工程を行う前に、前記アルミニウム多孔体を界面活性剤で親水化処理しておくと好ましい。これによりアルミニウム多孔体の酸性又は塩基性の水溶液に対する濡れ性がよくなり、効率よく処理を行うことが可能となる。前記界面活性剤は特に限定されず、例えば、ステアリン酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム等を用いることができる。なお、前記アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムのアルキル基としては例えばメチル基やエチル基が挙げられる。   Moreover, it is preferable to hydrophilize the porous aluminum body with a surfactant before the treatment with an acid or a base. Thereby, the wettability with respect to the acidic or basic aqueous solution of an aluminum porous body improves, and it becomes possible to process efficiently. The surfactant is not particularly limited, and for example, sodium stearate, sodium alkylbenzene sulfonate, or the like can be used. In addition, examples of the alkyl group of the sodium alkylbenzenesulfonate include a methyl group and an ethyl group.

(アルミニウム多孔体の洗浄)
上記のようにしてアルミニウム多孔体を酸又は塩基で処理して骨格の中空部の表面を平滑にした後に、水洗処理をし、その後、充分に乾燥させることで、本発明のアルミニウム多孔体が得られる。
(Cleaning of porous aluminum)
As described above, the porous aluminum body is treated with an acid or a base to smooth the surface of the hollow portion of the skeleton, then washed with water, and then sufficiently dried to obtain the porous aluminum body of the present invention. It is done.

以上のように、基材を除去した後のアルミニウム多孔体を酸又は塩基で処理する工程を有する本発明のアルミニウム多孔体の製造方法により、骨格の中空部の表面のポーラス層の厚さが薄いアルミニウム多孔体を得ることができる。
ところで、本発明者等は、アルミニウム多孔体の水分吸着量を更に少なくするために鋭意探求を重ねた結果、従来のめっき法により得られるアルミニウム多孔体は、その骨格の表面に微細な凹凸が形成されており、この微細孔が吸湿性を有していることを見出した。そして、より詳細な検討の結果、アルミニウム多孔体の骨格の表面に形成されている微細孔は、ベーマイトの脱水反応によって生じたγ−アルミナであることが分かった。このγ−アルミナは吸湿剤等にも利用されるものであり、吸湿特性の検討もなされている(例えば、「川村和郎・遠藤晴巳、『ベーマイト及び無水アルミナの吸湿特性』、Journal of Ceramic Society of Japan 107[4] pp335-338 (1998)」、「李海洙・一色貞文、『γ−アルミナの変態について』、生産研究、第11巻、第2号、25−29頁、1959年」等)。
As described above, the thickness of the porous layer on the surface of the hollow portion of the skeleton is thin by the method for producing a porous aluminum body of the present invention including the step of treating the porous aluminum body after removing the substrate with an acid or a base. An aluminum porous body can be obtained.
By the way, as a result of intensive investigations to further reduce the moisture adsorption amount of the aluminum porous body, the present inventors have formed fine irregularities on the surface of the skeleton of the aluminum porous body obtained by the conventional plating method. It has been found that the micropores are hygroscopic. As a result of more detailed studies, it was found that the micropores formed on the surface of the skeleton of the aluminum porous body are γ-alumina generated by the dehydration reaction of boehmite. This γ-alumina is also used as a hygroscopic agent and has been studied for its hygroscopic properties (for example, “Kazuo Kawamura, Harumi Endo,“ Hygroscopic Properties of Boehmite and Anhydrous Alumina ”, Journal of Ceramic Society of Japan 107 [4] pp 335-338 (1998) "," Lee Haiyong, Sadafumi Isshiki, "On the Transformation of γ-Alumina", Production Research, Vol. 11, No. 2, pp. 25-29, 1959 ").

そこで本発明者らは、アルミニウム多孔体の骨格の表面にγ−アルミナによる微細な凹凸が生じないようにする方法について更なる探求を重ねた。その結果、従来の、三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体をめっき法によって製造する方法(例えば、特開2012−007233号公報)に改良の余地があることを見出した。
すなわち、樹脂構造体からウレタン除去する場合に加熱処理を行うと、通常は、ウレタンの除去温度が500〜660℃であるため、アルミニウム膜表面の酸化膜中に水分が含まれていると、脱水して表面にナノオーダーの微細孔が形成されてしまう。このため、アルミニウム膜の表面にベーマイトが形成されないようにすればよい。
Therefore, the present inventors have further investigated a method for preventing fine irregularities due to γ-alumina from occurring on the surface of the skeleton of the porous aluminum body. As a result, it has been found that there is room for improvement in a conventional method for producing a porous aluminum body having a three-dimensional network structure by a plating method (for example, JP 2012-007233 A).
That is, when heat treatment is performed when removing urethane from the resin structure, the removal temperature of urethane is usually 500 to 660 ° C. Therefore, if moisture is contained in the oxide film on the surface of the aluminum film, dehydration is performed. As a result, nano-order micropores are formed on the surface. For this reason, it is only necessary that boehmite is not formed on the surface of the aluminum film.

ところで、溶融塩、例えば1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリドと塩化アルミニウムからなるようなめっき液中には水も酸素も存在しないため、溶融塩電解めっきによって形成されたアルミニウム膜は酸化膜を有していないアルミニウムである。従って、めっき後の処理によって、表面状態を種々に変化させることができる。
例えば、アルミニウム膜が形成された樹脂構造体をめっき液から取り出した直後に純水で洗浄した場合には、めっき膜の最表面には水を含有する酸化アルミニウム膜が形成される。また、樹脂構造体をめっき液から取り出した直後に有機溶媒、例えばエタノールやキシレン等で洗浄し、大気中に暴露した場合には、めっき膜の表面には水をほとんど含まない酸化膜が形成される。また、樹脂構造体をめっき液から取り出した直後に低露点のドライエアを吹き付けることで、洗浄処理前にめっき膜表面に酸化膜を形成させることが可能である。
By the way, since neither water nor oxygen is present in a plating solution such as a molten salt such as 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride and aluminum chloride, an aluminum film formed by molten salt electroplating is an oxide film. It does not have aluminum. Therefore, the surface state can be variously changed by the treatment after plating.
For example, when the resin structure on which the aluminum film is formed is washed with pure water immediately after being taken out of the plating solution, an aluminum oxide film containing water is formed on the outermost surface of the plating film. In addition, if the resin structure is washed with an organic solvent such as ethanol or xylene immediately after being taken out of the plating solution and exposed to the atmosphere, an oxide film containing almost no water is formed on the surface of the plating film. The Further, by blowing dry air having a low dew point immediately after the resin structure is taken out of the plating solution, an oxide film can be formed on the surface of the plating film before the cleaning treatment.

以上のようなことから、骨格表面に微細な凹凸が形成されておらず、より水分吸着量の少ないアルミニウム多孔体を製造するためには、例えば、以下のようにすることが好ましい。
なお、アルミニウム多孔体の骨格の表面に形成されたγ−アルミナは、前記のアルミニウム多孔体を酸又は塩基によって処理する工程によって一部除去されるが、以下のような手段を行うことによって、最初からγ−アルミナが形成されていないようにすることがより好ましい。
From the above, in order to produce an aluminum porous body in which fine irregularities are not formed on the surface of the skeleton and the amount of moisture adsorption is smaller, for example, the following is preferable.
The γ-alumina formed on the surface of the skeleton of the aluminum porous body is partially removed by the step of treating the aluminum porous body with an acid or a base. More preferably, no γ-alumina is formed.

−樹脂構造体に付着しためっき液の処理−
樹脂製の基材表面にアルミニウムを溶融塩電解めっきすることにより得られる樹脂構造体は表面にめっき液が付着しているため、水洗処理を行ってめっき液を除去し、その後加熱処理が行われる。このとき、樹脂構造体の表面に多量のめっき液が付着した状態で水洗処理を行うと、めっき液と水とが反応して熱が発生し、アルミニウム膜の表面においてアルミニウムと水が反応しベーマイトが形成される。そして、その後に樹脂を除去する際に500℃以上の高温に曝されることで、前記ベーマイトがγ−アルミナに変態し、骨格表面に微細な凹凸が形成されると考えられる。
-Treatment of plating solution adhering to resin structure-
The resin structure obtained by subjecting the resin base surface to molten salt electroplating on the surface of the resin has a plating solution attached to the surface. Therefore, the plating solution is removed by washing with water, followed by heat treatment. . At this time, if the washing process is performed with a large amount of plating solution adhering to the surface of the resin structure, the plating solution and water react to generate heat, and the aluminum and water react on the surface of the aluminum film, resulting in boehmite. Is formed. Then, when the resin is subsequently removed, it is considered that the boehmite is transformed into γ-alumina by being exposed to a high temperature of 500 ° C. or more, and fine irregularities are formed on the skeleton surface.

このため、樹脂構造体を水洗処理する前において、前記アルミニウム膜に付着しためっき液の量が0.1mL/m2以上、20mL/m2以下となるように液切りを行うことが好ましい。上記の観点から前記アルミニウム膜に付着しためっき液の量は少ない方が好ましく、0.1mL/m2以上、10mL/m2以下であることがより好ましく、0.1mL/m2以上、3mL/m2以下であることが更に好ましい。
めっき液の液切りを行う手段は特に限定されず、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ドライエア(露点−50℃以上、−30℃以下程度)等を前記樹脂構造体に吹き付けることによって行うことができる。
For this reason, before the resin structure is washed with water, it is preferable to remove the liquid so that the amount of the plating solution adhering to the aluminum film is 0.1 mL / m 2 or more and 20 mL / m 2 or less. From the above viewpoint, the amount of the plating solution adhering to the aluminum film is preferably smaller, more preferably 0.1 mL / m 2 or more and 10 mL / m 2 or less, 0.1 mL / m 2 or more, 3 mL / More preferably, it is m 2 or less.
The means for draining the plating solution is not particularly limited, and can be performed, for example, by spraying nitrogen gas, argon gas, dry air (dew point −50 ° C. or higher, −30 ° C. or lower) to the resin structure. .

また、樹脂構造体を水洗処理する前において、前記アルミニウム膜に付着しためっき液を有機溶剤によって除去することも好ましい。これにより、アルミニウム膜と水とを反応させずに、めっき液を除去することができる。そして、その後に樹脂構造体を大気中に暴露することで、水を殆ど含まない酸化被膜をアルミニウム膜表面に形成させて、γ−アルミナが形成されないようにすることができる。前記有機溶剤としては、例えば、エタノール、キシレン、トルエンや2,3,3,4,4,5,5−ヘプタフルオロ−1−ペンテンなどのフッ化アルケン等を好ましく用いることができる。
なお、めっき液を有機溶剤によって除去した場合には、その後に、水洗処理を行って有機溶剤を除去することが好ましい。
Moreover, it is also preferable to remove the plating solution adhering to the aluminum film with an organic solvent before washing the resin structure with water. Thereby, the plating solution can be removed without causing the aluminum film and water to react. Then, by exposing the resin structure to the atmosphere thereafter, an oxide film containing almost no water can be formed on the surface of the aluminum film so that γ-alumina is not formed. As the organic solvent, for example, fluorinated alkenes such as ethanol, xylene, toluene and 2,3,3,4,4,5,5-heptafluoro-1-pentene can be preferably used.
In addition, when the plating solution is removed with an organic solvent, it is preferable to subsequently perform a water washing treatment to remove the organic solvent.

−樹脂構造体へのドライエアの吹き付け−
基材表面にアルミニウム膜が形成された樹脂構造体をめっき液から取り出した直後に低露点のドライエアを吹き付けることも有効である。これにより、水洗処理前にアルミニウム膜表面に酸化被膜を形成させて、γ−アルミナが形成されることを防止することができる。前記低露点のドライエアとしては、例えば、露点温度が−50℃〜−30℃程度の乾燥した大気等を利用することができる。
-Blowing dry air to the resin structure-
It is also effective to blow dry air having a low dew point immediately after the resin structure having an aluminum film formed on the substrate surface is taken out of the plating solution. Thereby, it is possible to prevent the formation of γ-alumina by forming an oxide film on the surface of the aluminum film before the water washing treatment. As the dry air having a low dew point, for example, dry air having a dew point temperature of about −50 ° C. to −30 ° C. can be used.

−樹脂製基材の除去−
前記のように樹脂構造体を370℃以上に加熱する熱処理を行うことで樹脂製基材を除去することができるが、この工程を、水分を多く含んだ露点の高い雰囲気下で行うと、アルミニウムと水とが反応してベーマイトが形成され、更にこれがγ−アルミナへと変態して骨格表面に微細な凹凸が形成されてしまう可能性がある。
このため、基材の除去は、露点温度が0℃以下の雰囲気下で、370℃以上、アルミニウムの融点未満に加熱して前記樹脂を焼失させることにより行うことが好ましい。雰囲気の露点温度は、−5℃以下であることがより好ましく、−10℃以下であることが更に好ましい。なお、前記基材を除去する際の露点温度は−30℃程度で充分に雰囲気中の水分とアルミニウムとの反応を抑制することができるため、前記露点温度は−30℃以上で行えばよい。また、加熱温度は、500℃以上、660℃以下がより好ましく、580℃以上、630℃以下が更に好ましい。
-Removal of resin base material-
As described above, the resin base material can be removed by performing the heat treatment for heating the resin structure to 370 ° C. or higher. However, when this step is performed in an atmosphere with a high moisture content and a high dew point, aluminum is obtained. There is a possibility that boehmite is formed by reacting with water and further transformed into γ-alumina to form fine irregularities on the skeleton surface.
For this reason, it is preferable to remove the substrate by heating the resin to 370 ° C. or higher and lower than the melting point of aluminum in an atmosphere having a dew point temperature of 0 ° C. or lower. The dew point temperature of the atmosphere is more preferably −5 ° C. or lower, and further preferably −10 ° C. or lower. In addition, since the dew point temperature at the time of removing the said base material can fully suppress reaction with the water | moisture content in the atmosphere and aluminum, about 30 degreeC, what is necessary is just to perform the said dew point temperature above -30 degreeC. The heating temperature is more preferably 500 ° C. or more and 660 ° C. or less, and further preferably 580 ° C. or more and 630 ° C. or less.

<集電体、電極、電気化学デバイス>
前記本発明のアルミニウム多孔体は、電気化学デバイス用の集電体として用いることができ、また、気孔部に活物質を充填することで電気化学デバイス用の電極として用いることができる。電気化学デバイスとしては特に制限されるものではないが、前記のように本発明のアルミニウム多孔体は水分吸着量が少ないため、非水電解質を利用する電気化学デバイスに用いると、乾燥工程の負担を軽減することができる。例えば、従来のめっき法により作製したアルミニウム多孔体を充分に乾燥させるためには、150℃、5Torr以下で16時間以上の熱処理が必要であったところ、本発明のアルミニウム多孔体は150℃、5Torr以下で2時間以下の熱処理で済ませることができる。
以下に、本発明のアルミニウム多孔体を好ましく利用することができる電気化学デバイスの一例を説明する。
<Current collector, electrode, electrochemical device>
The porous aluminum body of the present invention can be used as a current collector for an electrochemical device, and can be used as an electrode for an electrochemical device by filling the pores with an active material. Although it is not particularly limited as an electrochemical device, as described above, the aluminum porous body of the present invention has a small amount of moisture adsorption. Therefore, when it is used for an electrochemical device using a non-aqueous electrolyte, it imposes a burden on the drying process. Can be reduced. For example, in order to sufficiently dry an aluminum porous body produced by a conventional plating method, a heat treatment of 15 hours or less at 150 ° C. and 5 Torr was required, but the aluminum porous body of the present invention was 150 ° C. and 5 Torr. The following heat treatment can be performed for 2 hours or less.
Below, an example of the electrochemical device which can utilize preferably the aluminum porous body of this invention is demonstrated.

(リチウム電池)
本発明のアルミニウム多孔体を用いた電気化学デバイスの一例としてリチウム電池について説明する。例えばリチウム電池(リチウムイオン二次電池等を含む。)の正極に使用する場合は、活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO)、マンガン酸リチウム(LiMn)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)等を使用する。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。
(Lithium battery)
A lithium battery will be described as an example of an electrochemical device using the porous aluminum body of the present invention. For example, when used for a positive electrode of a lithium battery (including a lithium ion secondary battery), lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and lithium nickelate (LiNiO 2 ) are used as active materials. Etc. The active material is used in combination with a conductive additive and a binder.

従来のリチウム電池用正極材料は、アルミニウム箔の表面に活物質を塗布した電極が用いられている。リチウム電池はニッケル水素電池やキャパシタに比べて高容量であるが、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するために、活物質の塗布厚みを厚くしており、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ので、活物質は導電助剤と混合して用いられている。   As a conventional positive electrode material for a lithium battery, an electrode in which an active material is applied to the surface of an aluminum foil is used. Lithium batteries have higher capacities than nickel metal hydride batteries and capacitors, but there is a need for higher capacities for automobile applications, etc., and in order to improve battery capacity per unit area, the thickness of the active material coating must be increased. In order to use the active material effectively, it is necessary that the aluminum foil as the current collector and the active material are in electrical contact with each other. It is used.

これに対し、本発明のアルミニウム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。よって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。リチウム電池は、上記の正極材料を正極とし、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。 In contrast, the porous aluminum body of the present invention has a high porosity and a large surface area per unit area. Therefore, 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 additive can be reduced. In the lithium battery, the above positive electrode material is used as a positive electrode, and a copper or nickel foil, a punching metal, a porous body, or the like is used as a current collector for the negative electrode. Graphite, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), Sn An alloy system such as Si or Si, or 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.

このようなリチウム電池は、小さい電極面積でも容量を向上できるため、従来のアルミ箔を用いたリチウム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。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アルミニウム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。   Since such a lithium battery can improve capacity even with a small electrode area, the energy density of the battery can be made higher than that of a lithium battery using a conventional aluminum foil. In addition, the effect on the secondary battery has been mainly described above. However, the effect of increasing the contact area when the porous aluminum body is filled with the active material is the same as that of the secondary battery in the primary battery. Can be improved.

−リチウム電池の構成−
リチウム電池に使用される電解質には、非水電解液と固体電解質がある。
図4は、固体電解質を使用した全固体リチウム電池の縦断面図である。この全固体リチウム電池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を備える。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。
電解質として、固体電解質以外に、後述する非水電解液が用いられる。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。
-Lithium battery configuration-
The electrolyte used for the lithium battery includes a non-aqueous electrolyte and a solid electrolyte.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an all-solid lithium battery using a solid electrolyte. The all solid lithium battery 60 includes a positive electrode 61, a negative electrode 62, and a solid electrolyte layer (SE layer) 63 disposed between both 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.
In addition to the solid electrolyte, a non-aqueous electrolyte described later is used as the electrolyte. In this case, a separator (porous polymer film, nonwoven fabric, paper, etc.) is disposed between both electrodes, and the non-aqueous electrolyte is impregnated in both electrodes and the separator.

−アルミニウム多孔体に充填する活物質−
アルミニウム多孔体をリチウム電池の正極に使用する場合は、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、このような材料をアルミニウム多孔体に充填することでリチウム二次電池に適した電極を得ることができる。正極活物質の材料としては、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)、リチウム酸等を使用する。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。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が挙げられる。また、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。
-Active material filled in aluminum porous body-
When an aluminum porous body is used for a positive electrode of a lithium battery, a material capable of removing and inserting lithium can be used as an active material, and it is suitable for a lithium secondary battery by filling such an aluminum porous body. An electrode can be obtained. Examples of the material for the positive electrode active material include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium nickel cobaltate (LiCo 0.3 Ni 0.7 O 2 ), and 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, or the like is used. The active material is used in combination with a conductive additive and a binder. Examples thereof include transition metal oxides such as olivine compounds which are conventional lithium iron phosphate and its compounds (LiFePO 4 , LiFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 ). Further, the transition metal element contained in these materials may be partially substituted with another transition metal element.

更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が挙げられる。ここで、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。 Still other positive electrode active materials include, 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, Sn, Examples thereof include sulfide-based chalcogenides such as Pb), lithium metal having a metal oxide such as TiO 2 , Cr 3 O 8 , V 2 O 5 , and MnO 2 as a skeleton. Here, the above-described lithium titanate ((Li 4 Ti 5 O 12 ) can also be used as a negative electrode active material.

−リチウム電池に使用される電解液−
非水電解液としては、極性非プロトン性有機溶媒で使用され、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。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。
-Electrolyte used in lithium batteries-
As the non-aqueous electrolyte, a polar aprotic organic solvent is used, and specifically, 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.

−アルミニウム多孔体に充填する固体電解質−
活物質の他に、さらに、固体電解質を加えて充填してもよい。アルミニウム多孔体に活物質と固体電解質とを充填することで、全固体リチウム電池の電極に適したものとすることができる。ただし、アルミニウム多孔体に充填する材料のうち活物質の割合は、放電容量を確保する観点から、50質量%以上、より好ましくは70質量%以上とすることが好ましい。
-Solid electrolyte filled in porous aluminum-
In addition to the active material, a solid electrolyte may be added and filled. By filling an aluminum porous body with an active material and a solid electrolyte, it can be made suitable for an electrode of an all-solid-state lithium battery. However, the proportion of the active material in the material filled in the aluminum porous body is preferably 50% by mass or more, 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。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. The sulfide solid electrolyte may further contain an element 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、これを熔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(ノカニカルミリング法)が挙げられる。 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. And a method of melting and quenching the mixture (melting and quenching method) and a method of mechanically milling the mixture (nocical 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.

−アルミニウム多孔体への活物質の充填−
活物質(活物質と固体電解質)の充填は、例えば、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。
-Filling the porous aluminum with active material-
For filling the active material (the active material and the solid electrolyte), for example, a known method such as an immersion 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.

活物質(活物質と固体電解質)を充填するときは、例えば、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。このスラリーを上記の方法を用いてアルミニウム多孔体に充填する。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、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が使用できる。   When filling the active material (active material and solid electrolyte), for example, a conductive additive and a binder are added as necessary, and an organic solvent and water are mixed therewith to prepare a positive electrode mixture slurry. This slurry is filled into an aluminum porous body using the above method. For example, carbon black such as acetylene black (AB) and ketjen black (KB) and carbon fiber such as carbon nanotube (CNT) can be used as the conductive auxiliary, and polyfluoride can be used as the binder, for example. Vinylidene (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like can be used.

なお、正極合剤スラリーを作製する際に用いる有機溶剤としては、アルミニウム多孔体に充填する材料(即ち、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。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−ピロリドンなどが挙げられる。また、溶媒に水を使う場合、充填性を高めるために界面活性剤を使用しても良い。   The organic solvent used when preparing the positive electrode mixture slurry has an adverse effect on the material (that is, the active material, the conductive additive, the binder, and, if necessary, the solid electrolyte) filled in the aluminum porous body. If not, it can be selected as appropriate. 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. Moreover, when using water for a solvent, you may use surfactant in order to improve a filling property.

(キャパシタ)
図5はキャパシタ用電極材料を用いた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、アルミニウム多孔体に電極活物質を担持した電極材料を分極性電極141として配置している。電極材料141はリード線144に接続しており、これら全体がケース145中に収納されている。アルミニウム多孔体を集電体として使用することで、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、高容量化可能なキャパシタを得ることができる。
(Capacitor)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a capacitor using a capacitor electrode material. In the organic electrolyte solution 143 partitioned by the separator 142, an electrode material in which an electrode active material is supported on a porous aluminum body is disposed as a polarizable electrode 141. The electrode material 141 is connected to the lead wire 144, and the whole is housed in the case 145. By using the aluminum 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 a capacitor capable of high output and high capacity can be obtained.

キャパシタ用の電極を製造するには、アルミニウム多孔体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と組み合わせて使用する。
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良く、乾燥後(溶媒除去後)の組成比で活性炭が90%以上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%以下が好ましい。
In order to manufacture an electrode for a capacitor, activated carbon is filled as an active material in an aluminum porous body current collector. Activated carbon is used in combination with a conductive aid and a binder.
In order to increase the capacity of the capacitor, it is better that the amount of the activated carbon as the main component is large, and the activated carbon is preferably 90% or more in terms of the composition ratio after drying (after removal of the solvent). Moreover, although a conductive auxiliary agent and a binder are necessary, it is a factor of a capacity | capacitance fall, and since a binder becomes a factor which increases internal resistance further, it is better to have as few as possible. The conductive assistant 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キャパシタの容量が大きくなるため、比表面積が1000m2/g以上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 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.

上記活性炭を主成分とする電極材料を混合して攪拌することにより活性炭ペーストが得られる。かかる活性炭ペーストを上記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、キャパシタ用電極が得られる。   An activated carbon paste is obtained by mixing and stirring the electrode material mainly composed of the activated carbon. The activated carbon paste is filled in the current collector, dried, and compressed by a roller press or the like as necessary, thereby improving the density and obtaining a capacitor electrode.

−アルミニウム多孔体への活性炭の充填−
活性炭の充填は、例えば、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。
-Filling of porous carbon with activated carbon-
The activated carbon can be filled using a known method such as a dip filling method or a coating method. 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.

活性炭を充填するときは、例えば、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。このスラリーを上記の方法を用いてアルミニウム多孔体に充填する。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、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が使用できる。   When the activated carbon is filled, for example, a conductive additive or a binder is added as necessary, and an organic solvent or water is mixed therewith to prepare a positive electrode mixture slurry. This slurry is filled into an aluminum porous body using the above method. For example, carbon black such as acetylene black (AB) and ketjen black (KB) and carbon fiber such as carbon nanotube (CNT) can be used as the conductive auxiliary, and polyfluoride can be used as the binder, for example. Vinylidene (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like can be used.

なお、正極合剤スラリーを作製する際に用いる有機溶剤としては、アルミニウム多孔体に充填する材料(即ち、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。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−ピロリドンなどが挙げられる。また、溶媒に水を使う場合、充填性を高めるために界面活性剤を使用しても良い。   The organic solvent used when preparing the positive electrode mixture slurry has an adverse effect on the material (that is, the active material, the conductive additive, the binder, and, if necessary, the solid electrolyte) filled in the aluminum porous body. If not, it can be selected as appropriate. 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. Moreover, when using water for a solvent, you may use surfactant in order to improve a filling property.

−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のが好ましい。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。非水系の材料を使用する場合は、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乾燥することが好ましい。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。なお、本発明の集電体、電極を用いていればキャパシタとしては特に限定されず、これ以外の方法により作製されるものでも構わない。
-Manufacture of capacitors-
Two of the electrodes obtained as described above are punched out to a suitable size, and are opposed to each other with a separator interposed therebetween. The separator is preferably a porous film or a 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. 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 capacitor as much as possible. The capacitor may be manufactured in an environment with little moisture, and the sealing may be performed in a reduced pressure environment. The capacitor is not particularly limited as long as the current collector and electrode of the present invention are used, and the capacitor may be manufactured by other methods.

電解液は水系・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できるため好ましい。水系では電解質として水酸化カリウムなどが使用できる。非水系としては、イオン液体がカチオンとアニオンの組み合わせで多数有る。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などが知られている。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ている。   The electrolyte can be used for both aqueous and non-aqueous electrolytes, but the non-aqueous electrolyte is preferred because the voltage can be set higher. In an aqueous system, potassium hydroxide or the like can be used as an electrolyte. As non-aqueous systems, there are many ionic liquids in combination of 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 compounds such as metal chloride ion, metal fluoride ion, and bis (fluorosulfonyl) imide Etc. are known. Further, 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.

(リチウムイオンキャパシタ)
図6はリチウムイオンキャパシタ用電極材料を用い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、アルミニウム多孔体に正極活物質を担持した電極材料を正極146として配置し、集電体に負極活物質を担持した電極材料を負極147として配置している。正極146及び負極147はそれぞれリード線148、149に接続しており、これら全体がケース145中に収納されている。アルミニウム多孔体を集電体として使用することで、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、高容量化可能なリチウムイオンキャパシタを得ることができる。
(Lithium ion capacitor)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of a lithium ion capacitor using a lithium ion capacitor electrode material. In the organic electrolyte solution 143 partitioned by the separator 142, an electrode material carrying a positive electrode active material on a porous aluminum 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 lead wires 148 and 149, respectively, and are entirely housed in the case 145. By using the aluminum porous body as a current collector, the surface area of the current collector is increased, and a lithium ion capacitor capable of increasing the output and capacity can be obtained even when activated carbon as an active material is thinly applied.

−正極−
リチウムイオンキャパシタ用の電極を製造するには、アルミニウム多孔体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と組み合わせて使用する。
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良く、乾燥後(溶媒除去後)の組成比で活性炭が90%以上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%以下が好ましい。
-Positive electrode-
In order to manufacture an electrode for a lithium ion capacitor, activated carbon is filled as an active material in an aluminum porous body current collector. Activated carbon is used in combination with a conductive aid and a binder.
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 auxiliary agent and a binder are necessary, it is a factor of a capacity | capacitance fall, and since a binder becomes a factor which increases internal resistance further, it is better to have as few as possible. The conductive assistant 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1000m2/g以上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。また、導電助剤としてはケッチェンブラックやアセチレンブラック、炭素繊維やこれらの複合材料が使用できる。また、バインダーとしてはポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、キサンタンガムなどが使用できる。溶媒はバインダーの種類によって水や有機溶媒を適当に選択すればよい。有機溶媒ではN−メチル−2−ピロリドンが使用される場合が多い。また、溶媒に水を使う場合、充填性を高めるために界面活性剤を使用しても良い。 Activated carbon has a specific surface area of 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. In addition, ketjen black, acetylene black, carbon fiber, or a composite material thereof can be used as the conductive auxiliary. As the binder, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, xanthan gum and the like can be used. As the solvent, water or an organic solvent may be appropriately selected depending on the kind of the binder. In organic solvents, N-methyl-2-pyrrolidone is often used. Moreover, when using water for a solvent, you may use surfactant in order to improve a filling property.

上記活性炭を主成分とする電極材料を混合して攪拌することにより活性炭ペーストが得られる。かかる活性炭ペーストを上記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。   An activated carbon paste is obtained by mixing and stirring the electrode material mainly composed of the activated carbon. The activated carbon paste is filled in the current collector, dried, and compressed by a roller press or the like as necessary to improve the density, thereby obtaining an electrode for a lithium ion capacitor.

−アルミニウム多孔体への活性炭の充填−
活性炭の充填は、例えば、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。
-Filling of porous carbon with activated carbon-
The activated carbon can be filled using a known method such as a dip filling method or a coating method. 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.

活性炭を充填するときは、例えば、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。このスラリーを上記の方法を用いてアルミニウム多孔体に充填する。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、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が使用できる。   When the activated carbon is filled, for example, a conductive additive or a binder is added as necessary, and an organic solvent or water is mixed therewith to prepare a positive electrode mixture slurry. This slurry is filled into an aluminum porous body using the above method. For example, carbon black such as acetylene black (AB) and ketjen black (KB) and carbon fiber such as carbon nanotube (CNT) can be used as the conductive auxiliary, and polyfluoride can be used as the binder, for example. Vinylidene (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like can be used.

なお、正極合剤スラリーを作製する際に用いる有機溶剤としては、アルミニウム多孔体に充填する材料(即ち、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。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−ピロリドンなどが挙げられる。また、溶媒に水を使う場合、充填性を高めるために界面活性剤を使用しても良い。   The organic solvent used when preparing the positive electrode mixture slurry has an adverse effect on the material (that is, the active material, the conductive additive, the binder, and, if necessary, the solid electrolyte) filled in the aluminum porous body. If not, it can be selected as appropriate. 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. Moreover, when using water for a solvent, you may use surfactant in order to improve a filling property.

−負極−
負極は特に限定されず従来のリチウム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。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。ドープ方法としては公知の方法を用いることができる。たとえば、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。
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方が好ましい。
-Negative electrode-
The negative electrode is not particularly limited, and a conventional negative electrode for a lithium battery can be used. However, since the conventional electrode using a copper foil as a current collector has a small capacity, it is made of copper or nickel such as the aforementioned foamed nickel. An electrode in which a porous material is filled with an active material is preferable. In order to operate as a lithium ion capacitor, it is preferable that the negative electrode is doped with lithium ions in advance. 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 placing an electrode with lithium metal 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.
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

−リチウムイオンキャパシタに使用される電解液−
電解液はリチウム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、極性非プロトン性有機溶媒で使用され、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。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。
-Electrolyte used in lithium ion capacitors-
The same electrolyte as the nonaqueous electrolyte used for the lithium battery is used. As the non-aqueous electrolyte, a polar aprotic organic solvent is used, and specifically, 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.

−リチウムイオンキャパシタの作製−
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き、セパレーターを挟んで負極と対向させる。負極は、前述の方法で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。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のが好ましい。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。
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。なお、本発明の集電体、電極を用いていればリチウムイオンキャパシタとしては特に限定されず、これ以外の方法により作製されるものでも構わない。
-Fabrication of lithium ion capacitors-
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 doped with lithium ions by the above-described method, and when a method of doping after assembling the cell is taken, an electrode connected with lithium metal may be arranged in the cell. The separator is preferably a porous film or a 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.
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. Note that the lithium ion capacitor is not particularly limited as long as the current collector and the electrode of the present invention are used, and may be manufactured by a method other than this.

(溶融塩電池用電極)
アルミニウム多孔体は、溶融塩電池用の電極材料として使用することもできる。アルミニウム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と組み合わせて使用する。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。活物質として亜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。
(Electrode for molten salt battery)
The aluminum porous body can also be used as an electrode material for a molten salt battery. When an aluminum 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 in combination with a conductive additive and a binder. As the conductive assistant, acetylene black or the like can be used. As the binder, polytetrafluoroethylene (PTFE) or the like can be used. When sodium chromite is used as the active material and acetylene black is used as the conductive additive, PTFE is preferable because both can be firmly fixed.

アルミニウム多孔体は、溶融塩電池用の負極材料として用いることもできる。アルミニウム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)とを合金化すると好ましい。このなかでも特にナトリウムとSnとを合金化したものは扱いやすいため好ましい。ナトリウム又はナトリウム合金は、アルミニウム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、アルミニウム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。   The aluminum porous body can also be used as a negative electrode material for a molten salt battery. When an aluminum 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. The melting point of sodium is 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.). Of these, an alloy of sodium and Sn is particularly preferable because it is easy to handle. Sodium or a sodium alloy can be supported on the surface of the porous aluminum body by a method such as electrolytic plating or hot dipping. Alternatively, a metal alloy (such as Si) to be alloyed with sodium is attached to the aluminum porous body by a method such as plating, and then charged in a molten salt battery to form a sodium alloy.

図7は上記の電池用電極材料を用いた溶融塩電池の一例を示す断面模式図である。溶融塩電池は、アルミニウム多孔体のアルミ骨格部の表面に正極用活物質を担持した正極121と、アルミニウム多孔体のアルミ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。ケース127の上面と負極との間には、押え板124と押え板を押圧するバネ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(アルミニウム多孔体)、負極122の集電体(アルミニウム多孔体)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。   FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of a molten salt battery using the battery electrode material. The molten salt battery includes a positive electrode 121 carrying a positive electrode active material on the surface of an aluminum skeleton part of an aluminum porous body, a negative electrode 122 carrying a negative electrode active material on the surface of the aluminum skeleton part of an aluminum porous body, and an electrolyte. A separator 123 impregnated with molten salt is housed in a case 127. Between the upper surface of the case 127 and the negative electrode, a pressing member 126 including a pressing plate 124 and a spring 125 that presses the pressing plate is disposed. By providing the pressing member, even when there is a volume change 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 uniformly. The current collector (aluminum porous body) of the positive electrode 121 and the current collector (aluminum 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 <K—N (SO 2 F) 2 ; KFSA> and sodium bis (fluorosulfonyl) amide <Na—N (SO 2 F) 2 ; NaFSA> are used in combination, the battery The operating temperature 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のを防ぐためのものであり、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、電池として使用する。   The molten salt is used by impregnating the separator. A separator is for preventing a positive electrode and a negative electrode from contacting, and a glass nonwoven fabric, a porous porous resin 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 to be used as a battery.

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、これらの実施例は例示であって、本発明のアルミニウム多孔体等はこれらに限定されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲の範囲によって示され、特許請求の範囲の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, these Examples are illustrations, Comprising: The aluminum porous body of this invention is not limited to these. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, and includes meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.

[実施例1]
−樹脂成形体−
アルミニウム多孔体の基材となる樹脂成形体として、気効率96%、セル数46個/インチ、気孔径約550μm、厚さ1.0mmのウレタン発砲体を準備し、これを100mm×100mm各に切断した。
[Example 1]
-Resin molding-
As a resin molded body serving as a base material of a porous aluminum body, a urethane foam having a gas efficiency of 96%, a number of cells of 46 / inch, a pore diameter of about 550 μm, and a thickness of 1.0 mm is prepared. Disconnected.

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

−溶融塩電解めっき−
表面に導電層を形成した前記ウレタン発砲体をワークとして、給電機能を備え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℃の溶融塩アルミニウムめっき浴(33mol%EMIC−67mol%AlCl3)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、対極のアルミニウム板(純度99.99質量%)を陽極側に接続した。
電流密度6.5A/dm2の直流電流を20分間印加してめっきすることにより、ウレタン発砲体表面に140g/m2の質量のアルミニウム膜が形成された構造体を得た。撹拌はテフロン(登録商標)制の回転子を用いてスターラーにて行った。なお、電流密度はウレタン発砲体のみかけの面積で計算した値である。
-Molten salt electroplating-
The urethane foam having a conductive layer formed on the surface is used as a work, set in a jig having a power feeding function, and then placed in a glove box having an argon atmosphere and low moisture (dew point -30 ° C. or lower). It was immersed in a molten salt aluminum plating bath (33 mol% EMIC-67 mol% AlCl 3 ). The jig on which the workpiece was set was connected to the cathode side of the rectifier, and a counter electrode aluminum plate (purity 99.99 mass%) was connected to the anode side.
A structure in which an aluminum film having a mass of 140 g / m 2 was formed on the surface of the urethane foam was obtained by plating by applying a direct current having a current density of 6.5 A / dm 2 for 20 minutes. Stirring was performed with a stirrer using a Teflon (registered trademark) rotor. The current density is a value calculated with an apparent area of urethane foam.

−樹脂の除去−
上記で得られた樹脂構造体をめっき浴から取り出し、めっき液の付着量が18mL/m2となった状態で、液温が10℃の水を用いて水洗処理を行った。水洗処理後、構造体をよく乾燥させ、露点温度−20℃の大気下にて、610℃で20分の熱処理を行った。これによりウレタン樹脂が焼失してアルミニウム多孔体が得られた。
-Removal of resin-
The resin structure obtained above was taken out of the plating bath, and washed with water having a liquid temperature of 10 ° C. in a state where the amount of plating solution deposited was 18 mL / m 2 . After the water washing treatment, the structure was thoroughly dried and heat-treated at 610 ° C. for 20 minutes in an atmosphere with a dew point temperature of −20 ° C. As a result, the urethane resin was burned out, and an aluminum porous body was obtained.

−酸による処理−
上記のアルミニウム多孔体を、12質量%の塩酸に5分間浸漬した。その後、アルミニウム多孔体を取り出して水洗し、よく水切りをした後に500℃に加熱して充分に乾燥させ、本発明のアルミニウム多孔体Aを得た。
-Treatment with acid-
Said aluminum porous body was immersed in 12 mass% hydrochloric acid for 5 minutes. Thereafter, the porous aluminum body was taken out, washed with water, thoroughly drained, and then heated to 500 ° C. and sufficiently dried to obtain an aluminum porous body A of the present invention.

[実施例2]
実施例1の樹脂の除去工程において、溶融塩電解めっき後の樹脂構造体を水洗処理する代わりに、エタノールを用いて洗浄処理を行った。このエタノールによる洗浄後に、樹脂構造体を水洗処理し、よく乾燥させた後に、樹脂の燃焼除去を行った。これら以外は実施例1と同様の操作を行うことにより、アルミニウム多孔体Bを得た。
[Example 2]
In the resin removal step of Example 1, instead of washing the resin structure after molten salt electroplating with water, a washing treatment was performed using ethanol. After washing with ethanol, the resin structure was washed with water and dried well, and then the resin was burned and removed. Except these, the aluminum porous body B was obtained by performing the same operation as Example 1.

[実施例3]
実施例1の樹脂の除去工程において、溶融塩電解めっき後の樹脂構造体に、露点温度が−50℃の大気を吹き付けた後に、水洗処理を行った。そして、水洗処理後、樹脂構造体をよく乾燥させ、露点温度−20℃の大気下にて、610℃で20分の熱処理を行った。これら以外は実施例1と同様の操作を行うことにより、アルミニウム多孔体Cを得た。
[Example 3]
In the resin removal step of Example 1, the resin structure after molten salt electroplating was sprayed with air having a dew point temperature of −50 ° C., and then washed with water. Then, after the water washing treatment, the resin structure was thoroughly dried, and heat treatment was performed at 610 ° C. for 20 minutes in an atmosphere having a dew point temperature of −20 ° C. Except these, the aluminum porous body C was obtained by performing the same operation as Example 1.

[比較例1]
実施例1において、酸による処理を行わなかった以外は実施例1と同様の操作を行うことにより、アルミニウム多孔体Dを得た。
[Comparative Example 1]
In Example 1, the aluminum porous body D was obtained by performing operation similar to Example 1 except not having processed with the acid.

(評価)
−骨格断面の観察−
上記のようにして得られたアルミニウム多孔体Aを電子顕微鏡で観察したところ、図1に示すように、骨格の中空部の表面が、ポーラス層がほぼ除去されて平滑な表面となっていることが確認された。骨格の中空部のポーラス層の厚さは0.8μm以下であった。
同様に、アルミニウム多孔体Dを電子顕微鏡で観察したところ、図2に示すように、骨格の中空部の表面には厚いポーラス層が形成されていた。骨格の中空部のポーラス層の厚さは1.3μmであった。
(Evaluation)
-Observation of skeletal cross-section-
When the aluminum porous body A obtained as described above was observed with an electron microscope, as shown in FIG. 1, the surface of the hollow portion of the skeleton had a smooth surface with the porous layer almost removed. Was confirmed. The thickness of the porous layer in the hollow portion of the skeleton was 0.8 μm or less.
Similarly, when the aluminum porous body D was observed with an electron microscope, as shown in FIG. 2, a thick porous layer was formed on the surface of the hollow portion of the skeleton. The thickness of the porous layer in the hollow portion of the skeleton was 1.3 μm.

−水分吸着量−
アルミニウム多孔体A〜Dの水分吸着量をカールフィッシャー電量滴定法により測定した。
まず、測定用にアルミニウム多孔体A〜Dをそれぞれ10mm×50mm角に切断し、試験片A〜Dをそれぞれ5枚用意した。そして、これらの試験片A〜Dを10分間、300℃の窒素ガス雰囲気で熱処理をして十分に乾燥させた。その後、試験片を露点−20℃の雰囲気に24時間暴露した。
上記のようにして前処理を行った試験片の水分吸着量を、300℃に加熱した水分気化装置を用いてカールフィッシャー電量滴定法にて測定した。滴定の終了条件は、検出水分量が「バックグラウンド値+0.1μg/sec」となった時点とした。
−Moisture adsorption amount−
The moisture adsorption amount of the aluminum porous bodies A to D was measured by the Karl Fischer coulometric titration method.
First, aluminum porous bodies A to D were cut into 10 mm × 50 mm squares for measurement, and five test pieces A to D were prepared. And these test pieces AD were heat-processed for 10 minutes in a 300 degreeC nitrogen gas atmosphere, and were fully dried. Thereafter, the test piece was exposed to an atmosphere having a dew point of −20 ° C. for 24 hours.
The moisture adsorption amount of the test piece pretreated as described above was measured by Karl Fischer coulometric titration using a moisture vaporizer heated to 300 ° C. The end condition of the titration was the time when the detected water content became “background value + 0.1 μg / sec”.

以上のようにして各アルミニウム多孔体の水分吸着量を測定した結果、アルミニウム多孔体A〜Cの水分吸着量(mg/m2)はアルミニウム多孔体Dの水分吸着量に比べて非常に少なくなっていることが確認された。また、アルミニウム多孔体A〜Cは雰囲気中の水分を再吸着する量も少なくなっていた。これらの結果を図3に示す。 As a result of measuring the moisture adsorption amount of each aluminum porous body as described above, the moisture adsorption amount (mg / m 2 ) of the aluminum porous bodies A to C is much smaller than the moisture adsorption amount of the aluminum porous body D. It was confirmed that In addition, the aluminum porous bodies A to C had a small amount of re-adsorbing moisture in the atmosphere. These results are shown in FIG.

−キャパシタの作製−
アルミニウム多孔体A〜Dを集電体A〜Dとして用い、集電体A〜Dの気孔部に活物質を充填して電極A〜Dを作製した。電極作製の際、150℃、5Torr、2時間の乾燥処理を行った。
この電極A〜Dを用いて前述の電気二重層キャパシタA〜Dを作製し、評価をしたところ、電気二重層キャパシタA〜Cについてはガスの発生は確認されなかったが、電気二重層キャパシタDからはガスの発生が確認された。
-Manufacture of capacitors-
Using aluminum porous bodies A to D as current collectors A to D, pores of current collectors A to D were filled with an active material to prepare electrodes A to D. During electrode preparation, a drying process was performed at 150 ° C. and 5 Torr for 2 hours.
When the electric double layer capacitors A to D were prepared and evaluated using the electrodes A to D, no generation of gas was confirmed for the electric double layer capacitors A to C. From which gas generation was confirmed.

60 リチウム電池
61 正極
62 負極
63 固体電解質層(SE層)
64 正極層(正極体)
65 正極集電体
66 負極層
67 負極集電体
121 正極
122 負極
123 セパレーター
124 押さえ板
125 バネ
126 押圧部材
127 ケース
128 正極端子
129 負極端子
130 リード線
141 分極性電極
142 セパレーター
143 有機電解液
144 リード線
145 ケース
146 正極
147 負極
148 リード線
149 リード線
60 Lithium battery 61 Positive electrode 62 Negative electrode 63 Solid electrolyte layer (SE layer)
64 Positive electrode layer (positive electrode body)
65 positive electrode current collector 66 negative electrode layer 67 negative electrode current collector 121 positive electrode 122 negative electrode 123 separator 124 pressing plate 125 spring 126 pressing member 127 case 128 positive electrode terminal 129 negative electrode terminal 130 lead wire 141 polarizable electrode 142 separator 143 organic electrolyte 144 lead Wire 145 Case 146 Positive electrode 147 Negative electrode 148 Lead wire 149 Lead wire

Claims (10)

骨格が中空の三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体であって、
前記アルミニウム多孔体は前記骨格の中空部のポーラス層の厚さが1.0μm以下であり、かつ、前記アルミニウム多孔体の水分吸着量が30mg/m2以下である
アルミニウム多孔体。
A porous aluminum body having a hollow three-dimensional network structure,
The aluminum porous body has a porous layer having a thickness of 1.0 μm or less in the hollow portion of the skeleton, and the water adsorption amount of the aluminum porous body is 30 mg / m 2 or less.
三次元網目状構造を有する樹脂製の基材の表面に溶融塩電解めっきによってアルミニウム膜を形成する工程と、
前記基材を除去する工程と、
前記基材が除去されることによって形成された骨格が中空の三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体を酸又は塩基で処理する工程と、
を有するアルミニウム多孔体の製造方法。
Forming an aluminum film by molten salt electroplating on the surface of a resin base material having a three-dimensional network structure;
Removing the substrate;
A step of treating an aluminum porous body having a hollow three-dimensional network structure formed by removing the substrate with an acid or a base;
The manufacturing method of the aluminum porous body which has this.
前記基材がカーボン塗布によって導電化処理されている請求項2に記載のアルミニウム多孔体の製造方法。   The manufacturing method of the aluminum porous body of Claim 2 with which the said base material is electrically conductive-processed by carbon application | coating. 前記基材を除去する工程の前に、前記アルミニウム膜に付着しためっき液の量が0.1mL/m2以上、30mL/m2以下となるように液切りを行う工程を有する請求項2又は請求項3に記載のアルミニウム多孔体の製造方法。 3. The method according to claim 2, further comprising a step of removing the liquid so that the amount of the plating solution adhering to the aluminum film is 0.1 mL / m 2 or more and 30 mL / m 2 or less before the step of removing the substrate. The manufacturing method of the aluminum porous body of Claim 3. 前記基材を除去する工程の前に、前記アルミニウム膜に付着しためっき液を有機溶剤によって除去する工程を有する請求項2から請求項4のいずれか一項に記載のアルミニウム多孔体の製造方法。   The manufacturing method of the aluminum porous body as described in any one of Claims 2-4 which has the process of removing the plating solution adhering to the said aluminum film with an organic solvent before the process of removing the said base material. 前記基材を除去する工程の前に、前記アルミニウム膜に露点温度が−50℃以上、−30℃以下の大気を供給する工程を有する請求項2から請求項5のいずれか一項に記載のアルミニウム多孔体の製造方法。   6. The method according to claim 2, further comprising supplying air having a dew point temperature of −50 ° C. or higher and −30 ° C. or lower to the aluminum film before the step of removing the base material. A method for producing a porous aluminum body. 前記基材を除去する工程において、露点温度が0℃以下の雰囲気下で、370℃以上、アルミニウムの融点未満の温度で熱処理する請求項2から請求項6のいずれか一項に記載のアルミニウム多孔体の製造方法。   The porous aluminum according to any one of claims 2 to 6, wherein in the step of removing the substrate, heat treatment is performed at a temperature of 370 ° C or higher and lower than a melting point of aluminum in an atmosphere having a dew point temperature of 0 ° C or lower. Body manufacturing method. 請求項1に記載のアルミニウム多孔体からなる電気化学デバイス用の集電体。   The electrical power collector for electrochemical devices which consists of an aluminum porous body of Claim 1. 請求項1に記載のアルミニウム多孔体の気孔部に活物質を有する電気化学デバイス用の電極。   The electrode for electrochemical devices which has an active material in the pore part of the aluminum porous body of Claim 1. 請求項9に記載の電極を用いた電気化学デバイス。   An electrochemical device using the electrode according to claim 9.
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