JP5310450B2 - Non-aqueous electrochemical cell current collector and electrode using the same - Google Patents

Non-aqueous electrochemical cell current collector and electrode using the same Download PDF

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Description

本発明は、特に、電気二重層型キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタ、リチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池等の非水電解質二次電池等の非水系電気化学セルの正極の集電体に適したアルミニウム板とアルミニウム多孔質焼結体の複合体、およびそれを用いた電極に関するものである。   The present invention is particularly suitable for a positive electrode current collector of a nonaqueous electrochemical cell such as a capacitor such as an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor, a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery. Further, the present invention relates to a composite of an aluminum plate and an aluminum porous sintered body, and an electrode using the same.

近年、電気二重層型キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタ、リチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池等の非水電解質二次電池が、電気自動車、ハイブリッド型自動車などにも用いられるようになり、そのような用途拡大に伴って、電池における電極集電体に、高出力化、サイクル寿命改善への対応が要求されている。現在、これらの非水系電気化学セルの正極集電体として一般的にアルミニウム箔が用いられているが、電極集電体として三次元網目構造の開気孔を有するアルミニウム多孔質体が知られるようになりつつある(特許文献1および2)。   In recent years, capacitors such as electric double layer capacitors and lithium ion capacitors, and non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries have come to be used in electric vehicles and hybrid vehicles. With the expansion of applications, the electrode current collectors in batteries are required to cope with higher output and improved cycle life. At present, aluminum foil is generally used as the positive electrode current collector of these non-aqueous electrochemical cells. As an electrode current collector, an aluminum porous body having open pores with a three-dimensional network structure is known. (Patent Documents 1 and 2).

このようなアルミニウム多孔質体の製造方法としては、例えば、溶融アルミニウムを増粘剤により増粘させた後に、発泡剤として水素化チタンを添加し、水素化チタンの熱分解反応で生じる水素ガスにより、溶融アルミニウムを発泡させつつ固化させる発泡溶融法が知られている(特許文献3)。しかしながら、同方法によって得られる発泡アルミニウムは、数mmの大きな閉気孔を有するものであった。   As a method for producing such an aluminum porous body, for example, after thickening molten aluminum with a thickener, titanium hydride is added as a foaming agent, and hydrogen gas generated by a thermal decomposition reaction of titanium hydride is used. There is known a foam melting method in which molten aluminum is solidified while being foamed (Patent Document 3). However, the foamed aluminum obtained by this method had large closed pores of several mm.

その他、第2の方法として、スポンジウレタンを中子にした鋳型にアルミニウムを圧入し、ウレタンが焼失して形成される空洞にアルミニウムを充填することにより、スポンジ骨格の発泡アルミニウムを得る方法がある。同方法によれば、40PPI以下の孔径、すなわち、1インチ当たり40セル以下の孔径(孔径:約600μm以上)の開気孔を有する発泡アルミニウムが得られる。   In addition, as a second method, there is a method of obtaining foamed aluminum having a sponge skeleton by press-fitting aluminum into a mold having sponge urethane as a core and filling aluminum into a cavity formed by burning out urethane. According to this method, a foamed aluminum having a pore diameter of 40 PPI or less, that is, a pore diameter of 40 cells or less per inch (pore diameter: about 600 μm or more) is obtained.

また、第3の方法として、AlSi合金粉末とTiH粉末との混合粉末をアルミニウム板材に挟んで加熱圧延することによって、TiH粉末の分解によりアルミニウムを発泡させる方法があるものの、同方法によって得られる発泡アルミニウムは、数mm単位の大きな孔径を有するものである(特許文献4)。 Further, as a third method, there is a method in which aluminum is foamed by decomposition of TiH 2 powder by heating and rolling a mixed powder of AlSi alloy powder and TiH 2 powder between aluminum plate materials. The foamed aluminum to be obtained has a large pore diameter of several mm (Patent Document 4).

さらには、第4の方法として、アルミニウムとの共晶温度がアルミニウムの融点よりも低い金属をアルミニウムに混合し、共晶温度よりも高くアルミニウムの融点よりも低い温度に加熱焼成する方法があるものの(特許文献5)、同方法によって得られる発泡アルミニウムは、孔径を小さくすることができても気孔率が40%前後と小さい。このため、集電体としての発泡アルミニウムの気孔に浸透する分極性電極材料の量が少なく、所望の高出力化、高エネルギー密度化が図れない。   Furthermore, as a fourth method, there is a method in which a metal having a eutectic temperature with aluminum lower than the melting point of aluminum is mixed with aluminum and heated and fired at a temperature higher than the eutectic temperature and lower than the melting point of aluminum. (Patent Document 5) The foamed aluminum obtained by the same method has a porosity as small as about 40% even if the pore diameter can be reduced. For this reason, the amount of the polarizable electrode material penetrating into the pores of the foamed aluminum as the current collector is small, and the desired high output and high energy density cannot be achieved.

したがって、上述の方法の中では、高出力化、高エネルギー密度化の目的を達成し得る微小の開気孔を有する発泡アルミニウムを製造する方法として、第2の方法の採用が考えられる。   Therefore, among the above-mentioned methods, the second method can be adopted as a method for producing foamed aluminum having minute open pores that can achieve the purpose of high output and high energy density.

しかしながら、この第2の方法であっても、さらに開気孔の孔径を小さくするためには、目の細かいスポンジウレタンを用いざるを得ず、アルミニウムの流れが悪くなって圧入不能となったり、鋳造圧力が高くなりすぎたりすることから、40PPIよりも小孔径の発泡アルミニウムを製造することは困難である。   However, even in this second method, in order to further reduce the pore diameter of the open pores, it is necessary to use fine sponge urethane, and the flow of aluminum becomes worse, making it impossible to press-fit or casting. Since the pressure becomes too high, it is difficult to produce foamed aluminum having a pore diameter smaller than 40 PPI.

これに対して、多数の微小の開気孔が均等に配置された小孔径・整寸の開気孔を有する高気孔率の発泡金属を製造する方法として、金属粉および発泡剤を含有する発泡性スラリーを発泡させ、乾燥させた後に焼結させるスラリー発泡法がある(特許文献6)。同方法によれば、焼結可能な原料粉末が入手できれば、約10PPI〜約500PPI、すなわち、孔径2.5mm〜50μmの範囲の任意の孔径の整寸な開気孔を有する高気孔率の発泡金属を容易に製造することができる。なお、スラリー発泡法は、金属粉末を含むスラリーに発泡剤を含有させることによって発泡させる、あるいは気体の注入や攪拌によって発泡させて、乾燥させて、焼結させて発泡金属を得る方法を意味する。   On the other hand, a foaming slurry containing metal powder and a foaming agent is used as a method for producing a high-porosity foam metal having small pore sizes and sized open pores in which a large number of minute open pores are evenly arranged. There is a slurry foaming method in which the material is foamed, dried and then sintered (Patent Document 6). According to this method, if a raw material powder that can be sintered is available, it is a high-porosity foam metal having dimensionally open pores having an arbitrary pore size ranging from about 10 PPI to about 500 PPI, that is, a pore size ranging from 2.5 mm to 50 μm. Can be easily manufactured. The slurry foaming method means a method in which a foamed metal is obtained by foaming by adding a foaming agent to a slurry containing metal powder, or by foaming by gas injection or stirring, drying, and sintering. .

しかし、従来、スラリー発泡法では、アルミニウム粉末表面の酸化被膜の存在により、アルミニウムの非加圧焼結ができなかったため、発泡アルミニウムを製造することは困難であった。また、仮に発泡アルミニウムを製造することができたとしても、純アルミニウムは柔らかいため、空孔内に分極性電極材料を充填した後、エネルギー密度を高めるための圧延をするときに、発泡アルミニウムが破断してしまうことが懸念される。さらに、例えば、ハイブリッド型自動車には、放電レート:数10〜100Cレベルでの高出力放電が求められており、大電流放電による発熱のための熱応力等が大きくなるため、サイクル特性が短くなってしまう、という課題もある。   However, conventionally, in the slurry foaming method, it was difficult to produce foamed aluminum because non-pressure sintering of aluminum could not be performed due to the presence of an oxide film on the surface of the aluminum powder. Even if foamed aluminum can be manufactured, pure aluminum is soft, so the foamed aluminum breaks when rolling to increase the energy density after filling the pores with a polarizable electrode material. I am worried about it. Furthermore, for example, a high-power discharge at a discharge rate: several 10 to 100 C level is required for a hybrid type vehicle, and thermal stress due to heat generation due to a large current discharge increases, resulting in a short cycle characteristic. There is also a problem that it ends up.

特許第3591055号公報Japanese Patent No. 3591055 特開2009―43536号公報JP 2009-43536 A 特開平08−209265号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-209265 特表2003−520292号公報Special table 2003-520292 gazette 特公昭61−48566号公報Japanese Examined Patent Publication No. 61-48566 特許第3535282号公報Japanese Patent No. 3535282

本発明者らは、チタンを含む焼結助剤を用いることにより、非加圧焼結で、高強度のアルミニウム多孔質焼結体を製造することができることを見出し、さらにこのアルミニウム多孔質焼結体とアルミニウム板から形成されるアルミニウム複合体を開発した。本発明は、このアルミニウム複合体を電気二重層型キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタ、リチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池等の非水電解質二次電池等の非水系電気化学セルの正極の集電体として用いることにより、サイクル寿命に優れる非水系電気化学セルを提供することを課題とする。   The present inventors have found that by using a sintering aid containing titanium, it is possible to produce a high-strength aluminum porous sintered body by non-pressure sintering, and this aluminum porous sintering. An aluminum composite formed from a body and an aluminum plate was developed. In the present invention, this aluminum composite is used to collect current from a positive electrode of a non-aqueous electrochemical cell such as a capacitor such as an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor, a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery. It is an object of the present invention to provide a non-aqueous electrochemical cell having excellent cycle life when used as a body.

本発明は、以下に示す構成によって上記課題を解決した非水系電気化学セルの正極用集電体とそれを用いた電極に関する。
(1)アルミニウム板とアルミニウム多孔質焼結体とを備えるアルミニウム複合体からなる集電体であって、前記アルミニウム多孔質焼結体が、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、かつ前記金属骨格にAlTi系化合物が分散していることを特徴とする、非水系電気化学セルの正極用集電体。
(2)アルミニウム板の厚さが0.05〜1mmである、(1)記載の非水系電気化学セルの正極用集電体。
(3)アルミニウム多孔質焼結体が、アルミニウム、ニッケル、およびチタンの合計100質量部に対して、ニッケルを0.2〜2質量部と、チタンを0.1〜20質量部含む、上記(1)または(2)記載の非水系電気化学セルの正極用集電体。
(4)上記(1)〜(3)のいずれか記載の非水系電気化学セルの正極用集電体のアルミニウム多孔質焼結体の空孔内に、分極性電極材料および結合剤を含み、アルミニウム多孔質焼結体の三次元網目構造の金属骨格部位が圧密されていることを特徴とする、非水系電気化学セルの正極。
The present invention relates to a current collector for a positive electrode of a non-aqueous electrochemical cell and an electrode using the same, which have solved the above problems with the following configuration.
(1) A current collector made of an aluminum composite including an aluminum plate and an aluminum porous sintered body, wherein the aluminum porous sintered body has a metal skeleton having a three-dimensional network structure, and the metal skeleton A current collector for a positive electrode of a non-aqueous electrochemical cell, having pores in between and having an Al 3 Ti compound dispersed in the metal skeleton.
(2) The current collector for a positive electrode of a nonaqueous electrochemical cell according to (1), wherein the aluminum plate has a thickness of 0.05 to 1 mm.
(3) The above, wherein the aluminum porous sintered body contains 0.2 to 2 parts by mass of nickel and 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass of aluminum, nickel and titanium in total ( The collector for positive electrodes of the non-aqueous electrochemical cell as described in 1) or (2).
(4) A polarizable electrode material and a binder are included in the pores of the aluminum porous sintered body of the positive electrode current collector of the nonaqueous electrochemical cell according to any one of (1) to (3) above, A positive electrode of a non-aqueous electrochemical cell, characterized in that a metal skeleton part of a three-dimensional network structure of an aluminum porous sintered body is consolidated.

本発明(1)によれば、AlTi系化合物の分散による高強度のアルミニウム多孔質焼結体とアルミニウム板とを備えるアルミニウム複合体は、高強度であるため、アルミニウム多孔質焼結体の空孔に分極性電極材料を含有させた後、圧延をすることにより、集電体であるアルミニウム複合体のアルミニウム多孔質焼結体と分極性電極材料および結合剤を密着させることができ、さらに、アルミニウム板は、導電性がよく、高熱伝導性であるため、高出力密度で、特にサイクル特性に優れた非水系電気化学セルの正極を提供することができる。 According to the present invention (1), an aluminum composite comprising a high-strength aluminum porous sintered body and an aluminum plate by dispersion of an Al 3 Ti-based compound has high strength. By allowing the pores to contain the polarizable electrode material and then rolling, the aluminum porous sintered body of the aluminum composite as the current collector can be brought into close contact with the polarizable electrode material and the binder. Since the aluminum plate has good conductivity and high thermal conductivity, it can provide a positive electrode of a non-aqueous electrochemical cell having a high output density and particularly excellent cycle characteristics.

実施例のアルミニウム複合体のアルミニウム多孔質焼結体の走査電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the aluminum porous sintered compact of the aluminum complex of an Example. 図1の一部拡大走査電子顕微鏡写真である。2 is a partially enlarged scanning electron micrograph of FIG. 図2の一部拡大走査電子顕微鏡写真である。3 is a partially enlarged scanning electron micrograph of FIG. 本発明の正極用集電体の概念図である。It is a conceptual diagram of the electrical power collector for positive electrodes of this invention. 実施例、比較例、従来例で作製した試験セルの構成の模式図である。It is a schematic diagram of the structure of the test cell produced in the Example, the comparative example, and the prior art example. 正極集電タブの作製方法を説明する図である。It is a figure explaining the preparation methods of a positive electrode current collection tab.

以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。なお%は特に示さない限り、また数値固有の場合を除いて質量基準の%である。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on embodiments. Unless otherwise indicated,% is based on mass unless otherwise specified.

〔非水系電気化学セルの正極用集電体〕
本発明の非水系電気化学セルの正極用集電体は、アルミニウム板とアルミニウム多孔質焼結体とを備えるアルミニウム複合体からなり、前記アルミニウム多孔質焼結体が、焼結金属の骨格(以下、金属骨格と呼ぶ)で構成された三次元網目状構造体であり、前記金属骨格で囲まれた空間である骨格間空孔と金属骨格自体に形成された骨格内空孔を有し、かつ金属骨格にAlTi系化合物が分散していることを特徴とする。ここで、非水系電気化学セルとは、非水系電解質を用いた電気化学セルをいい、電気二重層型キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタ、リチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池等の非水電解質二次電池等が挙げられる。
[Current collector for positive electrode of non-aqueous electrochemical cell]
The positive electrode current collector of the non-aqueous electrochemical cell of the present invention comprises an aluminum composite comprising an aluminum plate and an aluminum porous sintered body, and the aluminum porous sintered body is a sintered metal skeleton (hereinafter referred to as “sintered metal skeleton”). , Referred to as a metal skeleton), and having inter-frame vacancies, which are spaces surrounded by the metal skeleton, and intra-skeleton vacancies formed in the metal skeleton itself, and An Al 3 Ti compound is dispersed in the metal skeleton. Here, the non-aqueous electrochemical cell refers to an electrochemical cell using a non-aqueous electrolyte, such as an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor, a non-aqueous electrolyte battery such as a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery. A secondary battery etc. are mentioned.

本発明のアルミニウム複合体を構成するアルミニウム板は、アルミニウム複合体の強度、電極の出力密度、アルミニウム板の熱容量の観点から、厚さ:0.05〜1mmのものが好ましい。   The aluminum plate constituting the aluminum composite of the present invention preferably has a thickness of 0.05 to 1 mm from the viewpoint of the strength of the aluminum composite, the output density of the electrode, and the heat capacity of the aluminum plate.

図1に、実施例で作製した圧延をする前のアルミニウム複合体のアルミニウム多孔質焼結体の走査電子顕微鏡写真を、図2に、図1の一部拡大走査電子顕微鏡写真を、図3に、図2の一部拡大走査電子顕微鏡写真を示す。図1、図2および図3から明らかなように、アルミニウム多孔質焼結体は、三次元網目構造の金属骨格により、空孔を形成する。また、金属骨格自体も、高気孔率であるという特徴を有する。   FIG. 1 shows a scanning electron micrograph of the aluminum porous sintered body of the aluminum composite before rolling produced in the example, FIG. 2 shows a partially enlarged scanning electron micrograph of FIG. 1, and FIG. FIG. 3 shows a partially enlarged scanning electron micrograph of FIG. As apparent from FIGS. 1, 2, and 3, the porous aluminum sintered body forms pores by a metal skeleton having a three-dimensional network structure. In addition, the metal skeleton itself has a feature of high porosity.

アルミニウム多孔質焼結体は、アルミニウムおよびチタンを含み、好ましくは、さらにニッケルを含む。ここで、アルミニウム多孔質焼結体が、アルミニウム、ニッケル、およびチタンの合計100質量部に対して、ニッケルを0.2〜2質量部と、チタンを0.1〜20質量部含むことが好ましい。ニッケルが0.2〜2質量部であると、アルミニウム、ニッケル、およびチタンを含む原料粉末の融点が下がるため、焼結温度を660℃未満にすることができ、焼結時のアルミニウム板の溶解を避けることが可能となる。また、チタンが、0.1質量部未満では、良好なアルミニウム多孔質焼結体が得られず、20質量部を超えると、脆くなって、所望の多孔質焼結体が得られないようになる。ここで、アルミニウム、ニッケル、およびチタンの定量分析は、ICP法で行う。   The aluminum porous sintered body contains aluminum and titanium, and preferably further contains nickel. Here, it is preferable that the aluminum porous sintered body includes 0.2 to 2 parts by mass of nickel and 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass in total of aluminum, nickel, and titanium. . If the nickel content is 0.2 to 2 parts by mass, the melting point of the raw material powder containing aluminum, nickel, and titanium is lowered, so that the sintering temperature can be less than 660 ° C., and the aluminum plate is melted during sintering. Can be avoided. Moreover, when titanium is less than 0.1 part by mass, a good aluminum porous sintered body cannot be obtained, and when it exceeds 20 parts by mass, it becomes brittle and a desired porous sintered body cannot be obtained. Become. Here, quantitative analysis of aluminum, nickel, and titanium is performed by the ICP method.

図4に、本発明の正極用集電体の概念図を示す。図4の右部のように、本発明のアルミニウム複合体は、アルミニウム板とアルミニウム焼結体が接合した部位を有しており、好ましくは、図4の左部のように、タブ用に、アルミニウム焼結体が密接していないアルミニウム板の部位も有している。   In FIG. 4, the conceptual diagram of the electrical power collector for positive electrodes of this invention is shown. As shown in the right part of FIG. 4, the aluminum composite of the present invention has a portion where the aluminum plate and the aluminum sintered body are joined. Preferably, as shown in the left part of FIG. There is also a portion of an aluminum plate where the aluminum sintered body is not in close contact.

〔非水系電気化学セルの電極〕
本発明の非水系電気化学セルの電極は、上記正極用集電体のアルミニウム多孔質焼結体の空孔内に、分極性電極材料および結合剤を含み、前記アルミニウム多孔質複合体の三次元網目構造の金属骨格部位が圧密されていることを特徴とする。ここで、圧密とは、アルミニウム多孔質焼結体の空孔が、例えば、圧延、プレス等の圧力により、変形して密度が高くなっていることをいう。
[Nonaqueous Electrochemical Cell Electrode]
The electrode of the non-aqueous electrochemical cell of the present invention includes a polarizable electrode material and a binder in the pores of the aluminum porous sintered body of the positive electrode current collector, and the three-dimensional aluminum porous composite. The metal skeleton part of the network structure is compacted. Here, the compaction means that the pores of the aluminum porous sintered body are deformed and increased in density by, for example, pressure such as rolling or pressing.

以下、電気二重層型キャパシタ用電極の場合について、説明する。アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含有される分極性電極材料としては、電気二重層型キャパシタ用分極性電極材料として使用されるものが挙げられ、電解液中で分極が可能なものであれば、特に限定されるものではない。従来、一般的に用いられているものであればよく、具体的には、ナノサイズの空孔を有する活性炭が好ましい。この分極性電極材料は、平均粒子径が2〜20μmの粉末であると、電気二重層型キャパシタの高出力化の観点から好ましい。ここで、平均粒子径は、レーザー回折法によって測定する。   Hereinafter, the case of the electric double layer capacitor electrode will be described. Examples of the polarizable electrode material contained in the pores of the porous aluminum sintered body include those used as polarizable electrode materials for electric double layer type capacitors, which can be polarized in an electrolyte. If there is, it will not be specifically limited. Conventionally, it is sufficient if it is generally used, and specifically, activated carbon having nano-sized pores is preferable. The polarizable electrode material is preferably a powder having an average particle size of 2 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output of the electric double layer capacitor. Here, the average particle diameter is measured by a laser diffraction method.

結合剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、SBR、ポリイミド等が挙げられるが、これらに限定されない。   Examples of the binder include, but are not limited to, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), SBR, and polyimide.

なお、リチウムイオンキャパシタ用電極として使用する場合には、分極性電極材料等を、リチウムイオンキャパシタ用として当業者に公知のものに置き換えればよい。   When used as an electrode for a lithium ion capacitor, the polarizable electrode material or the like may be replaced with one known to those skilled in the art for a lithium ion capacitor.

本発明の非水系電気化学セルの正極用集電体は、以下により、製造することができる。   The positive electrode current collector of the non-aqueous electrochemical cell of the present invention can be produced as follows.

まず、アルミニウム粉末に、チタンおよび/または水素化チタン粉末を混合して、アルミニウム混合原料粉末とするアルミニウム混合原料粉末を調製する(アルミニウム混合原料粉末調製工程)。ここで、アルミニウム混合原料粉末は、さらにニッケルを含有することが好ましい。このアルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂結合剤と水と可塑剤とを混合して、粘性組成物を調製する(粘性組成物調製工程)。この粘性組成物に気泡を混合させた状態で乾燥させて、焼結前成形体とし(焼結前工程)、焼結前成形体を非酸化性雰囲気下、630(℃)≦加熱焼成温度(T)<660(℃)で、加熱焼成する(焼結工程)。   First, an aluminum mixed raw material powder is prepared by mixing titanium powder and / or titanium hydride powder with aluminum powder to obtain an aluminum mixed raw material powder (aluminum mixed raw material powder preparation step). Here, the aluminum mixed raw material powder preferably further contains nickel. The aluminum mixed raw material powder is mixed with a water-soluble resin binder, water, and a plasticizer to prepare a viscous composition (viscous composition preparation step). The viscous composition is dried in a state where air bubbles are mixed to form a pre-sintered molded body (pre-sintering process), and the pre-sintered molded body is 630 (° C.) ≦ heating and firing temperature (non-oxidizing atmosphere) T) <660 (° C.) and heat firing (sintering process).

チタンを含む焼結助剤は、アルミニウム、ニッケル、およびチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含むことが好ましく、ニッケルを含む焼結助剤は、アルミニウム、ニッケル、およびチタンの合計100質量部に対して、ニッケルを0.2〜2質量部含むことが好ましい。ここで、ニッケル粉末の平均粒子径はアルミニウムの平均粒子径よりも小さいものが望ましく、例えば平均粒子径0.5μm〜3μm、さらに好ましくは0.8μm〜2μmのものが好ましい。ニッケル粉の配合量が少なすぎると焼結促進効果が発揮されず、一方、多すぎると、焼結体に直径0.5mm以上の、目視可能な液滴球状のアルミニウムの粗大粒子が生成するようになることから、ニッケル粉の配合量は0.2〜2質量部、さらに好ましくは0.4〜1.4質量部含むことが好ましい。   The sintering aid containing titanium preferably contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass in total of aluminum, nickel and titanium, and the sintering aid containing nickel contains aluminum, nickel It is preferable to contain 0.2-2 parts by mass of nickel with respect to 100 parts by mass in total of titanium. Here, the average particle diameter of the nickel powder is desirably smaller than the average particle diameter of aluminum. For example, the average particle diameter is preferably 0.5 μm to 3 μm, more preferably 0.8 μm to 2 μm. If the amount of nickel powder is too small, the effect of promoting the sintering will not be exhibited. On the other hand, if the amount is too large, coarse particles of visible droplet spherical aluminum having a diameter of 0.5 mm or more are generated in the sintered body. Therefore, the blending amount of nickel powder is preferably 0.2 to 2 parts by mass, more preferably 0.4 to 1.4 parts by mass.

水素化チタンの平均粒子径は、0.1(μm)≦r≦30(μm)が好ましいが、より好ましくは4(μm)≦r≦20(μm)である。水素化チタンの平均粒径が、0.1μmより小さいと、自然発火する恐れがあり、30μmを超えると、焼結体に所望の強さが得られなくなるためである。   The average particle size of titanium hydride is preferably 0.1 (μm) ≦ r ≦ 30 (μm), more preferably 4 (μm) ≦ r ≦ 20 (μm). This is because if the average particle size of titanium hydride is smaller than 0.1 μm, spontaneous ignition may occur, and if it exceeds 30 μm, desired strength cannot be obtained in the sintered body.

水素化チタンの配合量は、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)が好ましい。0.1質量%よりも少ないと焼結が不十分となり、一方、焼結助剤粉末の配合比Wが20質量%を超えると、焼結体が脆くなって、所望の多孔質焼結体が得られないようになるからである。   The blending amount of titanium hydride is preferably 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%). If the amount is less than 0.1% by mass, the sintering becomes insufficient. On the other hand, if the blending ratio W of the sintering aid powder exceeds 20% by mass, the sintered body becomes brittle and the desired porous sintered body is obtained. It is because it becomes impossible to obtain.

次に、粘性組成物調製工程では、上記アルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂バインダー、可塑剤、蒸留水、界面活性剤を、それぞれ加える。   Next, in the viscous composition preparation step, a water-soluble resin binder, a plasticizer, distilled water, and a surfactant are added to the aluminum mixed raw material powder, respectively.

そして、これらを混練した後に、さらに炭素数5〜8非水溶性炭化水素系有機溶剤を混合することにより発泡させ、気泡の混合した粘性組成物を調整する。この炭素数5〜8非水溶性炭化水素系有機溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンおよびオクタンからなる群から選択される少なくとも一種が使用可能である。   And after kneading | mixing these, it is made to foam by mixing a C5-C8 water-insoluble hydrocarbon-type organic solvent, and the viscous composition with which the bubble was mixed is adjusted. As the water-insoluble hydrocarbon organic solvent having 5 to 8 carbon atoms, at least one selected from the group consisting of pentane, hexane, heptane and octane can be used.

次の焼結前工程では、帯状のアルミニウム箔に、粘性組成物を厚さ0.05mm〜5mmの厚さになるように、ドクターブレード法、スラリー押出し法またはスクリーン印刷法等で塗布した後、周囲の温度および湿度を一定時間管理して、気泡を整寸化した後、大気乾燥機にて温度70℃で乾燥させる。ここで、アルミニウム箔の厚さは、機械的な強さの観点から、10μm以上50μm未満が好ましく、15μm以上25μm以下がより好ましい。   In the next pre-sintering step, after applying the viscous composition to the strip-shaped aluminum foil by a doctor blade method, a slurry extrusion method or a screen printing method so as to have a thickness of 0.05 mm to 5 mm, Ambient temperature and humidity are controlled for a certain period of time to size the bubbles and then dried at 70 ° C. in an air dryer. Here, from the viewpoint of mechanical strength, the thickness of the aluminum foil is preferably 10 μm or more and less than 50 μm, and more preferably 15 μm or more and 25 μm or less.

そして、乾燥後の粘性組成物をアルミニウム箔と共に、所望の形状に切り出し、所望の形状のアルミニウム板上に、アルミニウム箔側を載置して、焼結前成形体が得られる。アルミニウム板上にアルミ箔を存在させることにより、アルミニウム混合原料粉末が焼結時に収縮するときに、アルミニウム箔をアルミニウム板上で滑らせ、アルミニウム多孔質焼結体の割れを防止することができる。   And the viscous composition after drying is cut out to desired shape with aluminum foil, and the aluminum foil side is mounted on the aluminum plate of desired shape, and a pre-sintered molded object is obtained. By making aluminum foil exist on an aluminum plate, when aluminum mixed raw material powder shrink | contracts at the time of sintering, aluminum foil can be slid on an aluminum plate and the crack of an aluminum porous sintered compact can be prevented.

次の焼結工程では、上記焼結前成形体を、ジルコニア等の敷粉を敷いたアルミナセッターの上に載置して、露点が−20℃以下のアルゴン雰囲気中、520℃で1時間加熱保持する仮焼成を行う。これにより、焼結前成形体の水溶性樹脂結合剤成分、可塑剤成分、蒸留水および界面活性剤のバインダー溶液を揮発および/または分解させる脱バインダーが行われるとともに、焼結助剤粉末として水素化チタンを用いた場合には脱水素化がされる。   In the next sintering step, the above-mentioned pre-sintered compact is placed on an alumina setter coated with a powder such as zirconia and heated at 520 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere with a dew point of −20 ° C. or lower. Pre-baking is performed. As a result, debinding that volatilizes and / or decomposes the binder solution of the water-soluble resin binder component, plasticizer component, distilled water, and surfactant in the pre-sintered molded body is performed, and hydrogen is used as the sintering aid powder. When titanium fluoride is used, dehydrogenation is performed.

この後、仮焼成後の焼結前成形体を、630(℃)≦加熱焼成温度(T)<660(℃)で加熱焼成することにより、アルミニウム複合体が得られる。   Thereafter, the pre-sintered shaped body after temporary firing is heated and fired at 630 (° C.) ≦ heating and firing temperature (T) <660 (° C.) to obtain an aluminum composite.

なお、焼結工程における加熱焼成は、アルミニウム粒子表面、チタン粒子表面およびニッケル粒子表面の酸化被膜の成長を抑制するため、非酸化性雰囲気下で行う必要がある。但し、加熱温度が400℃以下で30分間程度保持の条件であれば、空気中で加熱しても、アルミニウム粒子表面、チタン粒子表面およびニッケル粒子表面の酸化被膜はさほど成長しないので、例えば、焼結前成形体を、空気中で300℃〜400℃に10分間程度加熱保持して脱バインダーした後、アルゴン雰囲気中で所定の温度に加熱して焼成してもよい。   In addition, in order to suppress the growth of the oxide film on the surface of an aluminum particle, the surface of a titanium particle, and the surface of a nickel particle, it is necessary to perform the heat baking in a sintering process in non-oxidizing atmosphere. However, if the heating temperature is 400 ° C. or lower and maintained for about 30 minutes, the oxide film on the aluminum particle surface, titanium particle surface and nickel particle surface does not grow much even when heated in air. The formed compact may be heated and held at 300 ° C. to 400 ° C. in air for about 10 minutes to remove the binder, and then heated and fired at a predetermined temperature in an argon atmosphere.

ここで、非酸化性雰囲気とは、不活性雰囲気または還元性雰囲気を含み、アルミニウム混合原料粉末を酸化させない雰囲気であることを意味する。また、上述の加熱焼成温度は、アルミニウム混合原料粉末の温度ではなく、すなわち、アルミニウム混合原料粉末の反応温度などを測定したものでなく、アルミニウム混合原料粉末の周囲の保持温度を意味するものである。   Here, the non-oxidizing atmosphere means an atmosphere that includes an inert atmosphere or a reducing atmosphere and does not oxidize the aluminum mixed raw material powder. In addition, the above-described heating and firing temperature is not the temperature of the aluminum mixed raw material powder, that is, does not measure the reaction temperature of the aluminum mixed raw material powder, but means the holding temperature around the aluminum mixed raw material powder. .

これにより得られたアルミニウム複合体のアルミニウム多孔質焼結体は、三次元網目構造の金属骨格を有し、金属骨格間に空孔を有しており、かつ金属焼結体に、ほぼ均一にAl−Ti化合物が分散している。なお、電気二重層型キャパシタに用いる場合には、本発明の正極用集電体を、負極用集電体としても使用することができる。   The aluminum porous sintered body of the aluminum composite obtained in this manner has a metal skeleton with a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, and is almost uniformly in the metal sintered body. Al—Ti compound is dispersed. When used for an electric double layer capacitor, the positive electrode current collector of the present invention can also be used as a negative electrode current collector.

本発明の非水系電気化学セルの電極は、アルミニウム板と三次元網目構造の金属骨格を有するアルミニウム多孔質焼結体とを備えるアルミニウム複合体からなる集電体の空孔内に、分極性電極材料および結合剤を含むスラリーを充填し、乾燥した後、圧延をすることにより製造できる。   The electrode of the non-aqueous electrochemical cell of the present invention has a polarizable electrode in the pores of a current collector made of an aluminum composite including an aluminum plate and an aluminum porous sintered body having a metal skeleton having a three-dimensional network structure. The slurry containing the material and the binder can be filled, dried and then rolled.

〔キャパシタ用正極の製造方法〕
本発明の非水系電気化学セルの電極の詳しい製造方法の一例として、キャパシタ用電極の製造方法を以下に開示する。
[Method of manufacturing positive electrode for capacitor]
As an example of a detailed method for producing an electrode of a non-aqueous electrochemical cell of the present invention, a method for producing a capacitor electrode is disclosed below.

分極性電極材料および結合剤を含むスラリーは、例えば、以下のようにして得ることができる。まず結合剤を有機溶媒に溶解、または均一に分散させる。この混合液と分極性電極材料を混合してスラリーとする。あるいは、分極性電極材料と結合剤を均一に混合した後、有機溶媒を加えて、スラリーとする等の方法があるが、特に限定されない。このとき、用いる装置は、プラネタリーミキサー、ボールミル、ヘンシェルミキサー等の当業者が通常使用するものでよい。ここで、有機溶媒は、次のアルミニウム多孔質焼結体を、スラリーに浸漬させる工程で、アルミニウム多孔質焼結体にスラリーが容易に浸漬できる粘度、例えば10〜60Pa・s、となるように加えることが好ましい。なお、上記スラリーに、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等の導電助剤を加えてもよい。   The slurry containing the polarizable electrode material and the binder can be obtained, for example, as follows. First, the binder is dissolved or uniformly dispersed in an organic solvent. This mixed solution and polarizable electrode material are mixed to form a slurry. Alternatively, there is a method of uniformly mixing the polarizable electrode material and the binder and then adding an organic solvent to form a slurry, but is not particularly limited. At this time, the apparatus to be used may be those normally used by those skilled in the art, such as a planetary mixer, a ball mill, and a Henschel mixer. Here, the organic solvent has a viscosity that allows the slurry to be easily immersed in the aluminum porous sintered body in the step of immersing the next aluminum porous sintered body in the slurry, for example, 10 to 60 Pa · s. It is preferable to add. In addition, you may add conductive support agents, such as carbon black, acetylene black, and ketjen black, to the said slurry.

上記結合剤を溶解又は分散させる有機溶媒としては、テトラヒドロフラン(以下、THFという)、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレン、N−メチルピロリドン、アセトン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、酢酸エチル、酢酸ブチル等が使用できるが、乾燥により選択的にこの有機溶媒を除去するため、THF、アセトン等の沸点100℃以下の揮発性の有機溶媒、あるいは結合剤の溶解能力が高いN−メチルピロリドンが好ましい。   Examples of the organic solvent for dissolving or dispersing the binder include tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF), methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, xylene, N-methylpyrrolidone, acetone, acetonitrile, dimethyl carbonate, ethyl acetate, butyl acetate, and the like. Although it can be used, in order to selectively remove this organic solvent by drying, a volatile organic solvent having a boiling point of 100 ° C. or lower such as THF or acetone, or N-methylpyrrolidone having a high ability to dissolve a binder is preferable.

次に、アルミニウム複合体のアルミニウム多孔質焼結体の空孔に、分極性電極材料のスラリーを充填し、乾燥する。充填させる方法は、アルミニウム多孔質焼結体を下側にして分極性電極材料のスラリーにディッピングする方法、アルミニウム多孔質焼結体の上部からスラリーを注ぐ方法等が挙げられ、さらに、2本のロール間を通したり、へらでこすったりして表面に付着した余剰の分極性電極材料のスラリーを内部に押し込むことによって、より効果的にアルミニウム多孔質焼結体の空孔に分極性電極材料を充填することができる。乾燥は、大気中で放置してもよく、乾燥機等を用いてもよい。乾燥後、アルミニウム複合体と、分極性電極材料および結合剤との質量比を測定し、分極性電極材料および結合剤の質量比が低い場合には、再度、浸漬・乾燥を繰り返し、所望量とすることができる。他方、分極性電極材料および結合剤の質量比が高い場合には、スラリーの粘性を低くして、浸漬・乾燥をやり直し、所望量とすることができる。   Next, the pores of the aluminum porous sintered body of the aluminum composite are filled with a slurry of polarizable electrode material and dried. Examples of the filling method include a method of dipping into a slurry of polarizable electrode material with the aluminum porous sintered body facing down, a method of pouring the slurry from the upper part of the aluminum porous sintered body, and the like. By passing the slurry of excess polarizable electrode material adhering to the surface by passing between rolls or rubbing with a spatula, the polarizable electrode material is more effectively put into the pores of the porous aluminum sintered body. Can be filled. Drying may be left in the air, or a dryer or the like may be used. After drying, measure the mass ratio of the aluminum composite to the polarizable electrode material and the binder. If the mass ratio of the polarizable electrode material and the binder is low, repeat immersion and drying again to obtain the desired amount. can do. On the other hand, when the mass ratio of the polarizable electrode material and the binder is high, the viscosity of the slurry can be lowered, and dipping and drying can be performed again to obtain a desired amount.

次に、分極性電極材料および結合剤を含むアルミニウム複合体を圧延し、キャパシタ用電極を得る。本発明のアルミニウム複合体は、アルミニウム多孔質焼結体の金属骨格にAlTi系化合物が分散しており、アルミニウム多孔質焼結体単体でも強度、特に引張り強度が高い上に、アルミニウム板も備えるので、アルミニウム複合体を所望の厚さまで、圧延することができ、電極体の空隙率を減少させ、電極密度を高めることができる。ここで、電極厚さは、0.03〜3mmであると、好ましい。ここで、プレス等によってもアルミニウム複合体の密度を高くすることができるが、生産性の観点から圧延が好ましい。 Next, the aluminum composite containing the polarizable electrode material and the binder is rolled to obtain a capacitor electrode. In the aluminum composite of the present invention, an Al 3 Ti compound is dispersed in the metal skeleton of the aluminum porous sintered body, and the aluminum porous sintered body alone has high strength, particularly tensile strength, and an aluminum plate Thus, the aluminum composite can be rolled to a desired thickness, the porosity of the electrode body can be reduced, and the electrode density can be increased. Here, the electrode thickness is preferably 0.03 to 3 mm. Here, the density of the aluminum composite can also be increased by pressing or the like, but rolling is preferred from the viewpoint of productivity.

上述したキャパシタ用電極は、高出力密度で、サイクル特性に優れた電気二重層型キャパシタおよびリチウムイオンキャパシタとして有効に利用される。なお、電気二重層型キャパシタに用いる場合には、負極用電極としても使用することができる。また、リチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池の正極としても使用することが可能である。   The capacitor electrode described above is effectively used as an electric double layer capacitor and a lithium ion capacitor having high output density and excellent cycle characteristics. In addition, when using for an electric double layer type capacitor, it can be used also as an electrode for negative electrodes. Moreover, it can be used also as a positive electrode of a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery.

以下、実施例により、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.

〔アルミニウム多孔質焼結体の製造〕
上述の実施の形態にしたがって、アルミニウム多孔質焼結体を製造した。まず、平均粒子径:24μmのアルミニウム粉末(不純物として、Fe:0.15質量%、Si:0.05質量%およびNi:0.01質量%を含む)と、平均粒子径1μmのニッケル粉末と、平均粒子径9.1μmの水素化チタン粉末を、アルミニウム粉末とニッケル粉末と水素化チタン粉末の質量比が、94:1:5となるように合計500gで混合し、アルミニウム混合原料粉末を調製した。
[Production of porous aluminum sintered body]
According to the above-described embodiment, an aluminum porous sintered body was manufactured. First, an aluminum powder having an average particle diameter of 24 μm (including impurities: Fe: 0.15 mass%, Si: 0.05 mass% and Ni: 0.01 mass%), and nickel powder having an average particle diameter of 1 μm The titanium hydride powder having an average particle diameter of 9.1 μm is mixed in a total of 500 g so that the mass ratio of the aluminum powder, the nickel powder and the titanium hydride powder is 94: 1: 5 to prepare an aluminum mixed raw material powder. did.

バインダー溶液は、バインダー溶液:100質量部に対して、メチルセルロース:0.1質量部、エチルセルロース:2.9質量部、グリセリン:3質量部、ポリエチレングリコール:3質量部、アルキルベタイン:0.5質量部、残部水の比率で、合計500gで調製した。   Binder solution: 100 parts by mass of binder solution: 0.1 parts by mass of methyl cellulose, 2.9 parts by mass of ethyl cellulose, 3 parts by mass of glycerin, 3 parts by mass of polyethylene glycol, 0.5 parts by mass of alkyl betaine It was prepared in a total of 500 g at a ratio of part and remaining water.

アルミニウム混合原料粉末:50質量部と、バインダー溶液:49質量部と、ヘキサン:1質量部を合計500gで混合して、粘性組成物を調製した。   Aluminum mixed raw material powder: 50 parts by mass, binder solution: 49 parts by mass, and hexane: 1 part by mass were mixed in a total of 500 g to prepare a viscous composition.

次に、この粘性組成物を、ドクターブレード法で、厚さ:20μmのアルミニウム箔上に引き伸ばして塗布し、温度および湿度を一定時間保持するよう管理して、気泡を整寸化した後、大気乾燥機にて温度70℃で乾燥させた。このときの粘性組成物の塗布厚さは、0.35mmであり、上記温度は35℃、湿度は90分、および保持時間は20分であった。続く乾燥は、70℃で50分間行った。そして、乾燥後の粘性組成物をアルミニウム箔と共に、50mm×70mmの長方形に切り出して、厚さ:0.5mm、60mm×90mmのアルミニウム板上に載置し、焼結前成形体を得た。   Next, this viscous composition is stretched and applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade method, and the temperature and humidity are controlled to be maintained for a certain period of time. It dried at the temperature of 70 degreeC with the dryer. The coating thickness of the viscous composition at this time was 0.35 mm, the temperature was 35 ° C., the humidity was 90 minutes, and the holding time was 20 minutes. Subsequent drying was performed at 70 ° C. for 50 minutes. And the viscous composition after drying was cut out to the rectangle of 50 mm x 70 mm with aluminum foil, and it mounted on the aluminum plate of thickness: 0.5 mm and 60 mm x 90 mm, and obtained the compact before sintering.

この焼結前成形体を、アルゴン気流雰囲気中で仮焼成(脱バインダー)を行った後に、加熱焼成して、アルミニウム複合体1を得た。脱バインダーは、520℃で30分間行った。加熱焼成は、アルゴン雰囲気中、650℃で30分間行い、アルミニウム複合体を得た。得られたアルミニウム複合体は、アルミニウム多孔質体部位が45mm×63mmに焼結収縮してアルミニウム板に接合し、アルミニウム多孔質体接合部位の全体厚さは、1.2mmであった。アルミニウム複合体のアルミニウム多孔質焼結体部位(以下、「アルミニウム多孔質焼結体」という)を、X線回折で観察した結果、AlとAlTi化合物が確認された。 This pre-sintered compact was pre-baked (debindered) in an argon stream atmosphere and then heated and fired to obtain an aluminum composite 1. Debinding was performed at 520 ° C. for 30 minutes. Heating and baking were performed at 650 ° C. for 30 minutes in an argon atmosphere to obtain an aluminum composite. In the obtained aluminum composite, the aluminum porous body part was sintered and contracted to 45 mm × 63 mm and joined to the aluminum plate, and the total thickness of the aluminum porous body joined part was 1.2 mm. As a result of observing an aluminum porous sintered body portion (hereinafter referred to as “aluminum porous sintered body”) of the aluminum composite by X-ray diffraction, Al and Al 3 Ti compounds were confirmed.

〔電気二重層型キャパシタ用電極の製造〕
(実施例1)
分極性電極材料として活性炭粉末と、導電材としてケッチェンブラック(KB)と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、質量比80:10:10で、合計200g混合して電極剤を調製し、この電極剤に溶剤としてN−メチル−2ピロリドン162gを混合して分極性電極材料スラリーを調製した。
[Manufacture of electrodes for electric double layer capacitors]
Example 1
Activated carbon powder as a polarizable electrode material, ketjen black (KB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder at a mass ratio of 80:10:10, a total of 200 g is mixed to prepare an electrode agent. The electrode material was mixed with 162 g of N-methyl-2pyrrolidone as a solvent to prepare a polarizable electrode material slurry.

次に、この分極性電極材料スラリーに、作製したアルミニウム多孔質焼結体を10分間浸漬し、取り出して乾燥させた後に、圧延して厚さ0.5mmの実施例1の電気二重層型キャパシタの電極を作製した。ここで、分極性電極材料スラリーに、アルミニウム多孔質焼結体を浸漬し、乾燥した後、圧延前に、アルミニウム多孔質焼結体の表面に付着した分極性電極材料スラリーを拭き取り、ほぼ全量の分極性電極材料、導電助剤および結合剤が、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含まれるようにした。   Next, the produced aluminum porous sintered body was immersed in this polarizable electrode material slurry for 10 minutes, taken out and dried, and then rolled and rolled into an electric double layer type capacitor of Example 1 having a thickness of 0.5 mm An electrode was prepared. Here, after the aluminum porous sintered body is immersed in the polarizable electrode material slurry, dried, and before rolling, the polarizable electrode material slurry adhering to the surface of the aluminum porous sintered body is wiped off, and almost the entire amount is obtained. The polarizable electrode material, the conductive aid and the binder were included in the pores of the aluminum porous sintered body.

(実施例2、3)
実施例1と同様にして、分極性電極材料スラリーの浸漬・乾燥の回数を2回行い、実施例2の電気二重層型キャパシタの電極を、また、分極性電極材料スラリーの浸漬・乾燥の回数を3回行い、実施例3の電気二重層型キャパシタの電極を作製した。
(Examples 2 and 3)
In the same manner as in Example 1, the polarizable electrode material slurry was immersed and dried twice, and the electrode of the electric double layer capacitor of Example 2 was also immersed and dried in the polarizable electrode material slurry. The electrode of the electric double layer type capacitor of Example 3 was produced.

(従来例1)
従来例1の発泡アルミニウムとしては、従来技術の第2の方法であるスポンジウレタンを中子にした鋳型にアルミニウムを圧入する方法で製造した30PPIの発泡アルミニウムを用いた。
(Conventional example 1)
As the foamed aluminum of Conventional Example 1, 30 PPI foamed aluminum produced by press-fitting aluminum into a mold having sponge urethane as a core, which is the second method of the prior art, was used.

実施例1で作製した分極性電極材料スラリーに、従来例1の発泡アルミニウムを10分間浸漬し、取り出して乾燥させた後に、圧延して厚さ0.5mmの従来例1の電気二重層型キャパシタの電極を作製した。   The electric double layer capacitor of Conventional Example 1 having a thickness of 0.5 mm after being immersed in the polarizable electrode material slurry produced in Example 1 for 10 minutes, and then taken out and dried, and rolled. An electrode was prepared.

〔電気二重層型キャパシタ用電極の性能試験〕
(放電容量)
エネルギー密度を測定するために、電気二重層型キャパシタの試験セルを作製した。図5に、用いた試験セルの構成の模式図を示す。
[Performance test of electrode for electric double layer type capacitor]
(Discharge capacity)
In order to measure the energy density, a test cell of an electric double layer capacitor was fabricated. FIG. 5 shows a schematic diagram of the configuration of the test cell used.

次に、正極集電タブ10aを有する正極10を、以下のようにして作製した。図6(A)に示すように、上記の各電極を、正極集電タブ10aを形成する部分を含み、かつ分極性電極材料部20を含有させ、圧延により圧密したアルミニウム多孔質焼結体部位を30mm×40mmのサイズに含むように、幅:30mm、長さ:50mmに切断し、正極10とした。図6(B)のように、正極10の一辺に長さ25mm、幅:5mmの切込み21を入れた後、折線22を谷折り、折線23を山折りにして、正極集電タブ10aを作製した。同様にして、負極集電タブ11aを有する負極11を作製した。また、セパレーター12として、ポリプロピレン微多孔膜(厚さ:20μm)のセパレーター12を幅:32mm、長さ:47mmに切断した。これらを、負極集電タブ11a、負極11、セパレーター12、正極10、正極集電タブ10aの順に重ねて、積層体を作製した。   Next, the positive electrode 10 having the positive electrode current collecting tab 10a was produced as follows. As shown in FIG. 6 (A), each of the above-mentioned electrodes includes a portion for forming the positive electrode current collecting tab 10a and contains the polarizable electrode material portion 20, and is compacted by rolling to be an aluminum porous sintered body portion. Was cut into a width of 30 mm and a length of 50 mm so as to include 30 mm × 40 mm. As shown in FIG. 6B, after making a cut 21 having a length of 25 mm and a width of 5 mm on one side of the positive electrode 10, the folding line 22 is folded into a valley and the folding line 23 is folded into a mountain to produce the positive electrode current collecting tab 10 a. did. Similarly, the negative electrode 11 having the negative electrode current collecting tab 11a was produced. As the separator 12, a polypropylene microporous membrane (thickness: 20 μm) separator 12 was cut into a width of 32 mm and a length of 47 mm. These were laminated in order of the negative electrode current collection tab 11a, the negative electrode 11, the separator 12, the positive electrode 10, and the positive electrode current collection tab 10a, and the laminated body was produced.

上記積層体が収容可能な大きさに切断された、一対のアルミニウムラミネートフィルム13a、13bの3辺の溶着部13cをヒートシールし、外装体13とした。   The welded portions 13c on the three sides of the pair of aluminum laminate films 13a and 13b, which were cut to a size that can accommodate the laminated body, were heat-sealed to obtain an exterior body 13.

不活性雰囲気中で、外装体13の開口部からに上記積層体を挿入し、外装体13内に積層体を収容するとともに、1.5M (CCHNBF/PCの非水電解質を注液した後、この外装体13の開口部をヒートシールして密閉し、試験セルを作製した。 In an inert atmosphere, the laminate is inserted through the opening of the exterior body 13, and the laminate is accommodated in the exterior body 13, and 1.5 M (C 2 H 5 ) 3 CH 3 NBF 4 / PC After injecting the nonaqueous electrolyte, the opening of the outer package 13 was heat-sealed and sealed to prepare a test cell.

上記試験セルを、充放電レート:0.2C、充放電電圧:0〜2.5Vで充放電を行った。表1に、放電容量の結果を示す。   The test cell was charged / discharged at a charge / discharge rate of 0.2C and a charge / discharge voltage of 0 to 2.5V. Table 1 shows the results of the discharge capacity.

(出力特性)
上記試験セルを、充放電レート:100C、充放電電圧:0〜2.5Vで充放電を行った。表1に、これらの放電容量の結果を示す。
(Output characteristics)
The test cell was charged / discharged at a charge / discharge rate of 100C and a charge / discharge voltage of 0 to 2.5V. Table 1 shows the results of these discharge capacities.

(サイクル特性)
上記試験セルを、充放電レート:100C、充放電電圧:0〜2.5Vでの条件で、「充電→レスト:5分→放電→レスト:5分」を1サイクルとして、サイクル試験を行った。表1に、500サイクル後の放電容量の結果を示す。また、〔「500サイクル後の放電容量」/「初回の放電容量」〕を容量維持率(単位は「%」)とした。表1に、容量維持率の結果を示す。
(Cycle characteristics)
The above test cell was subjected to a cycle test under the conditions of charge / discharge rate: 100 C, charge / discharge voltage: 0 to 2.5 V, with “charge → rest: 5 minutes → discharge → rest: 5 minutes” as one cycle. . Table 1 shows the results of the discharge capacity after 500 cycles. In addition, [“discharge capacity after 500 cycles” / “initial discharge capacity”] was defined as a capacity maintenance rate (unit: “%”). Table 1 shows the results of the capacity retention rate.

表1からわかるように、実施例1〜3の電極を用いた試験セルは、100Cでの高出力放電が可能であり、かつ100サイクル後でも容量維持率が91〜92%と著しく良好な結果を示した。これに対して、比較例1は、容量維持率が78%と劣る結果であった。   As can be seen from Table 1, the test cells using the electrodes of Examples 1 to 3 are capable of high power discharge at 100 C, and the capacity retention rate is 91 to 92% even after 100 cycles. showed that. In contrast, Comparative Example 1 was inferior in capacity retention rate of 78%.

以上のように、本発明の電気二重層型キャパシタ用電極により、高出力で、サイクル寿命に優れる電気二重層型キャパシタを製造することができることがわかった。   As described above, it has been found that the electric double layer type capacitor of the present invention can produce an electric double layer type capacitor having high output and excellent cycle life.

10 正極
10a 正極集電タブ
11 負極
11a 負極集電タブ
12 セパレーター
13 外装体
13a、13b アルミニウムラミネートフィルム
13c 溶着部
20 分極性電極材料部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Positive electrode 10a Positive electrode current collection tab 11 Negative electrode 11a Negative electrode current collection tab 12 Separator 13 Exterior body 13a, 13b Aluminum laminate film 13c Welding part 20 Minute polar electrode material part

Claims (3)

アルミニウム板とアルミニウム多孔質焼結体とを備えるアルミニウム複合体からなる集電体であって、
前記アルミニウム多孔質焼結体が、ニッケル及びチタンを焼結助剤とした非加圧焼結で製造され、アルミニウム、ニッケル、およびチタンの合計100質量部に対して、ニッケルを0.2〜2質量部と、チタンを0.1〜20質量部含み、
前記アルミニウム多孔質焼結体が、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、かつ前記金属骨格にAlTi系化合物が分散していることを特徴とする、非水系電気化学セルの正極用集電体。
A current collector made of an aluminum composite comprising an aluminum plate and an aluminum porous sintered body,
The aluminum porous sintered body is manufactured by pressureless sintering using nickel and titanium as a sintering aid, and 0.2 to 2 nickel is added to 100 parts by mass of aluminum, nickel, and titanium in total. Including 0.1 to 20 parts by mass of titanium and titanium,
The aluminum porous sintered body has a metal skeleton having a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, and an Al 3 Ti compound is dispersed in the metal skeleton. A current collector for a positive electrode of a non-aqueous electrochemical cell.
アルミニウム板の厚さが0.05〜1mmである、請求項1記載の非水系電気化学セルの正極用集電体。   The current collector for a positive electrode of a non-aqueous electrochemical cell according to claim 1, wherein the aluminum plate has a thickness of 0.05 to 1 mm. 請求項1または2記載の非水系電気化学セルの正極用集電体のアルミニウム多孔質焼結体の空孔内に、分極性電極材料および結合剤を含み、アルミニウム多孔質焼結体の三次元網目構造の金属骨格部位が圧密されていることを特徴とする、非水系電気化学セルの正極。 A three-dimensional aluminum porous sintered body comprising a polarizable electrode material and a binder in the pores of the aluminum porous sintered body of the positive electrode current collector of the nonaqueous electrochemical cell according to claim 1 or 2. A positive electrode of a non-aqueous electrochemical cell, characterized in that a metal skeleton portion having a network structure is consolidated.
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