JP5407550B2 - Current collector for positive electrode of nonaqueous electrolyte secondary battery, electrode using the same, and production method thereof - Google Patents

Current collector for positive electrode of nonaqueous electrolyte secondary battery, electrode using the same, and production method thereof Download PDF

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Description

本発明は、特に、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンポリマー二次電池に適したアルミニウム多孔質焼結体を用いた非水電解質二次電池の正極用集電体、これを用いた電極、およびそれらの製造方法に関するものである。   In particular, the present invention provides a positive electrode current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery using an aluminum porous sintered body suitable for a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery, and an electrode using the same, and The present invention relates to a manufacturing method thereof.

近年、非水電解質二次電池、中でもリチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池が、電気自動車、ハイブリッド型自動車等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、高信頼性、高出力化、高エネルギー密度化への対応が要求されている。現在、これらの電池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, non-aqueous electrolyte secondary batteries, particularly lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries, have come to be used in electric vehicles, hybrid vehicles, and the like. In addition, it is required to cope with high reliability, high output, and high energy density. Currently, aluminum foil is generally used as the positive electrode current collector of these batteries, but an aluminum porous body having open pores of a three-dimensional network structure is becoming known as an electrode current collector ( 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正極活物質や負極活物質の量が少なく、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 positive electrode active material and the negative electrode active 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、高信頼性、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-described methods, the second method can be adopted as a method for producing foamed aluminum having minute open pores that can achieve the objectives of high reliability, 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、空孔内に活物質を充填した後、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。   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 aluminum foam can be produced, pure aluminum is soft, so when filling the pores with the active material and rolling to increase the energy density, the aluminum foam breaks. There is a concern that

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た。本発明は、このアルミニウム多孔質焼結体を非水電解質二次電池用電極の集電体に適用し、かつアルミニウム多孔質焼結体の空孔内に微細炭素繊維(特に、カーボンナノファイバー)を含有させることにより、非水電解質二次電池の高出力化、高信頼性化、高エネルギー密度化を可能とする非水電解質二次電池の正極用集電体、およびこれを用いた電極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, a high-strength aluminum porous sintered body can be produced by non-pressure sintering. In the present invention, this aluminum porous sintered body is applied to a current collector of an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and fine carbon fibers (particularly, carbon nanofibers) are placed in the pores of the aluminum porous sintered body. A collector for a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery that enables higher output, higher reliability, and higher energy density of the non-aqueous electrolyte secondary battery, and an electrode using the same The issue is to provide.

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電解質二次電池の正極用集電体、およびこれを用いた非水電解質二次電池用電極とそれらの製造方法に関する。
(1)アルミニウム多孔質焼結体と、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に微細炭素繊維を含む非水電解質二次電池の正極用集電体であって、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、前記金属骨格にはAl−Ti化合物が分散していることを特徴とする、非水電解質二次電池の正極用集電体。
(2)アルミニウム多孔質体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、上記(1)記載の非水電解質二次電池の正極用集電体。
(3)アルミニウム多孔質焼結体の平均の結晶粒径が、10〜100μmである、上記(1)または(2)記載の非水電解質二次電池の正極用集電体。
(4)微細炭素繊維が、平均繊維径1nm〜1μmおよびアスペクト比5以上のカーボンナノファイバーである、上記(1)〜(3)のいずれか記載の非水電解質二次電池の正極用集電体。
(5)上記(1)〜(4)のいずれか記載の非水電解質二次電池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、さらに活物質および結合剤を含む、非水電解質二次電池用電極。
(6)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Al−Ti化合物が分散しているアルミニウム多孔質焼結体の空孔に、微細炭素繊維の分散液を充填し、乾燥することを特徴とする、非水電解質二次電池の正極用集電体の製造方法。
(7)アルミニウム多孔質体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、上記(6)記載の非水電解質二次電池の正極用集電体の製造方法。
(8)空孔が直線長さ1cm当たりに20個以上形成されることにより、アルミニウム多孔質焼結体の全体気孔率が70〜99%である、上記(6)または(7)記載の非水電解質二次電池の正極用集電体の製造方法。
(9)上記(1)〜(4)のいずれか記載の非水電解質二次電池の正極用集電体のアルミニウム多孔質焼結体の空孔に、活物質および結合剤を含むスラリーを充填し、乾燥した後、圧延をすることを特徴とする、非水電解質二次電池用電極の製造方法。
(10)上記(5)記載の非水電解質二次電池用電極を含む、非水電解質二次電池。
The present invention relates to a current collector for a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery that solves the above-described problems with the following configuration, a non-aqueous electrolyte secondary battery electrode using the same, and a method for producing the same.
(1) A porous aluminum sintered body and a positive electrode current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery including fine carbon fibers in the pores of the aluminum porous sintered body, the aluminum porous sintered body A non-aqueous electrolyte secondary characterized in that the body has a metal skeleton of a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, and an Al-Ti compound is dispersed in the metal skeleton. A current collector for a positive electrode of a battery.
(2) The positive electrode current collector of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to (1), wherein the aluminum porous body contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass of aluminum and titanium in total. .
(3) The positive electrode current collector of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to (1) or (2) above, wherein the average crystal grain size of the aluminum porous sintered body is 10 to 100 μm.
(4) Current collector for positive electrode of nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of (1) to (3) above, wherein the fine carbon fibers are carbon nanofibers having an average fiber diameter of 1 nm to 1 μm and an aspect ratio of 5 or more. body.
(5) The active material and a binder are further included in the pores of the aluminum porous sintered body of the positive electrode current collector of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of (1) to (4) above. Non-aqueous electrolyte secondary battery electrode.
(6) having a metal skeleton of a three-dimensional network structure, having pores between the metal skeletons, and pores of the aluminum porous sintered body in which an Al-Ti compound is dispersed in the metal skeleton, A method for producing a current collector for a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the fine carbon fiber dispersion is filled and dried.
(7) The positive electrode current collector of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to (6), wherein the aluminum porous body contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass of aluminum and titanium in total. Manufacturing method.
(8) The non-hole according to the above (6) or (7), wherein the total porosity of the aluminum porous sintered body is 70 to 99% by forming 20 or more holes per 1 cm of linear length A method for producing a current collector for a positive electrode of a water electrolyte secondary battery.
(9) Filling the pores of the aluminum porous sintered body of the positive electrode current collector of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of (1) to (4) above with a slurry containing an active material and a binder And then, after drying, rolling, a method for producing an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
(10) A nonaqueous electrolyte secondary battery including the electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to (5) above.

本発明(1)によれば、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質を良好に保持でき、かつアルミニウム多孔質焼結体の空孔内の微細炭素繊維により、集電体と活物質間の導電性に優れた非水電解質二次電池の正極を容易に製造可能な、非水電解質二次電池の正極用集電体を提供することができる。さらに、Al−Ti化合物の分散によるアルミニウム多孔質焼結体は、高強度であるため、アルミニウム多孔質焼結体の空孔に、さらに活物質を含有させた後、圧延をすることにより、高出力密度で、高信頼性で、高エネルギー密度の非水電解質二次電池の正極を容易に作製できる集電体を提供することができる。   According to the present invention (1), the active material can be satisfactorily held in the pores of the aluminum porous sintered body, and the current collector and the active material can be obtained by the fine carbon fibers in the pores of the aluminum porous sintered body. It is possible to provide a current collector for a positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery that can easily produce a positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in conductivity between substances. Furthermore, since the aluminum porous sintered body by dispersion of the Al—Ti compound has high strength, the active material is further contained in the pores of the aluminum porous sintered body, and then rolling is performed. It is possible to provide a current collector that can easily produce a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery having high output density, high reliability, and high energy density.

本発明(5)によれば、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質を良好に保持し、かつアルミニウム多孔質焼結体の空孔内の微細炭素繊維により、集電体と活物質間の導電性が優れる非水電解質二次電池の正極を提供することができる。さらに、Al−Ti化合物の分散によるアルミニウム多孔質焼結体は、高強度であるため、アルミニウム多孔質焼結体の空孔に、さらに活物質を含有させた後、圧延をすることにより、高出力密度で、高信頼性で、高エネルギー密度の非水電解質二次電池の正極を提供することができる。   According to the present invention (5), the active material is satisfactorily held in the pores of the aluminum porous sintered body, and the current collector and the active material are formed by the fine carbon fibers in the pores of the aluminum porous sintered body. A positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent conductivity between substances can be provided. Furthermore, since the aluminum porous sintered body by dispersion of the Al—Ti compound has high strength, the active material is further contained in the pores of the aluminum porous sintered body, and then rolling is performed. A positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery having high output density, high reliability, and high energy density can be provided.

本発明(6)によれば、高出力密度で、高信頼性で、高エネルギー密度の非水電解質二次電池の正極を容易に製造することができる、非水電解質二次電池の正極用集電体を得られる。   According to the present invention (6), it is possible to easily produce a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high output density, a high reliability, and a high energy density. Electricity can be obtained.

本発明(9)によれば、高信頼性の非水電解質二次電池用電極を容易に得られ、さらに、高強度のAl−Ti化合物が分散しているアルミニウム多孔質焼結体を用いることにより圧延が可能となり、高出力密度で、高エネルギー密度の非水電解質二次電池用電極を容易に製造することが可能となる。   According to the present invention (9), a highly reliable electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be easily obtained, and an aluminum porous sintered body in which a high-strength Al—Ti compound is dispersed is used. Thus, rolling becomes possible, and it becomes possible to easily produce a high-power density and high-energy density non-aqueous electrolyte secondary battery electrode.

実施例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 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. アルミニウム多孔質焼結体の二次電子像の一例である。It is an example of the secondary electron image of an aluminum porous sintered compact. アルミニウム多孔質焼結体のEPMAのTiマッピングの一例である。It is an example of Ti mapping of EPMA of an aluminum porous sintered body. 実施例、比較例で作製したコインセルの断面図である。It is sectional drawing of the coin cell produced by the Example and the comparative example.

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.

〔非水電解質二次電池の正極用集電体〕
本発明の非水電解質二次電池の正極用集電体は、アルミニウム多孔質焼結体と、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に微細炭素繊維を含む非水電解質二次電池の正極用集電体であって、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構造であり、前記金属骨格間に空孔を有し、前記金属骨格にはAl−Ti化合物が分散していることを特徴とする。
[Current collector for positive electrode of non-aqueous electrolyte secondary battery]
The positive electrode current collector of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes an aluminum porous sintered body and a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery containing fine carbon fibers in the pores of the aluminum porous sintered body. The aluminum porous sintered body has a three-dimensional network structure composed of a sintered metal skeleton (hereinafter referred to as a metal skeleton), and has pores between the metal skeletons. In addition, an Al—Ti compound is dispersed in the metal skeleton.

図1に、実施例で作製した圧延をする前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 is a scanning electron micrograph of the porous aluminum sintered body before rolling produced in the example, FIG. 2 is a partially enlarged scanning electron micrograph of FIG. 1, FIG. A partially enlarged scanning electron micrograph is shown. 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の金属骨格は、所望のアルミニウム多孔質焼結体強度、空孔径および空孔率を得るために、金属骨格径(金属骨格を形成する各金属骨の最も細い部分の太さ)が5〜100μmであることが好ましい。また、この金属骨格は、孔径0.1〜3μmの骨格内空孔を有するものが好ましい。ここで、金属骨格径および骨格内空孔の空孔径は、骨格表面および骨格断面の走査電子顕微鏡写真により測定する。   In order to obtain the desired aluminum porous sintered body strength, pore diameter, and porosity, the metal skeleton of the aluminum porous sintered body has a metal skeleton diameter (the thickness of the thinnest part of each metal bone forming the metal skeleton). Is preferably 5 to 100 μm. The metal skeleton preferably has skeleton vacancies having a pore diameter of 0.1 to 3 μm. Here, the metal skeleton diameter and the pore diameter of the skeleton vacancies are measured by scanning electron micrographs of the skeleton surface and the skeleton cross section.

また、骨格間空孔は、活物質、結合剤等を含ませやすくする観点、および電解質との良好な導電性確保の観点から、連通していることが好ましい。   The interstitial vacancies are preferably communicated from the viewpoint of easily including an active material, a binder, and the like, and ensuring good conductivity with the electrolyte.

骨格間空孔の空孔径は、所望量の活物質を充填させる観点から、20〜500μmであることが好ましい。なお、圧延後には、骨格間空孔の空孔径は、アルミニウム多孔質焼結体の長手方向が長い楕円形状となり、長手方向の空孔径は、30〜600μmであると好ましく、厚さ方向の空孔径は、10〜200μmであると好ましい。ここで、空孔径は、試料の表面および断面の走査電子顕微鏡写真により測定する。   From the viewpoint of filling a desired amount of active material, the pore diameter of the inter-framework holes is preferably 20 to 500 μm. After rolling, the pore diameter of the interstitial pores becomes an elliptical shape having a long longitudinal direction of the aluminum porous sintered body. The pore diameter in the longitudinal direction is preferably 30 to 600 μm, and the voids in the thickness direction are preferred. The pore diameter is preferably 10 to 200 μm. Here, the pore diameter is measured by scanning electron micrographs of the surface and cross section of the sample.

アルミニウム多孔質焼結体の全体気孔率は、所望量の活物質を充填させる観点から、70〜99%であることが好ましく、80〜97%であると、より好ましい。なお、圧延後の空孔率は、10〜60%であると好ましく、15〜40%であると、より好ましい。ここで、気孔率は、アルミニウム多孔質焼結体の寸法、質量、および密度から算出する。   The total porosity of the aluminum porous sintered body is preferably 70 to 99%, more preferably 80 to 97%, from the viewpoint of filling a desired amount of active material. In addition, the porosity after rolling is preferably 10 to 60%, and more preferably 15 to 40%. Here, the porosity is calculated from the dimensions, mass, and density of the porous aluminum sintered body.

また、金属骨格は、平均の結晶粒径が、10〜100μmのアルミニウム結晶粒で形成されると好ましく、15〜60μmで形成されるとより好ましい。この結晶粒に起因する粒界段差によって形成される凹凸が存在することにより、アンカー効果が働いて、微細炭素繊維、活物質、導電助剤および結合剤との密着性が優れ、折り曲げても活物質の保持に優れた高信頼性の非水電解質二次電池用電極が得られるが、その凹凸の数量および寸法はアルミニウム結晶粒径の影響を受け、アルミニウム結晶粒径が小さすぎると、凹凸の寸法が小さくなって十分なアンカー効果が発現しなくなる。他方、金属骨格のアルミニウム結晶粒の結晶粒径が、100μmより大きいと、活物質の保持性が低下し、かつアルミニウム多孔質焼結体の強度が低下してしまう。ここで、結晶粒径は、光学顕微鏡写真または走査型電子顕微鏡写真から線インターセプト法で測定する。なお、アルミニウム結晶粒は、個数で70%以上の結晶粒径が15〜60μmの範囲内にあることが、さらに好ましい。   The metal skeleton is preferably formed of aluminum crystal grains having an average crystal grain size of 10 to 100 μm, and more preferably 15 to 60 μm. Due to the presence of irregularities formed by the grain boundary steps caused by the crystal grains, the anchor effect works and has excellent adhesion to fine carbon fibers, active materials, conductive assistants, and binders. A highly reliable electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery with excellent material retention can be obtained, but the number and size of the irregularities are affected by the aluminum crystal grain size. The dimension becomes small and a sufficient anchor effect is not exhibited. On the other hand, when the crystal grain size of the aluminum crystal grains of the metal skeleton is larger than 100 μm, the retention of the active material is lowered and the strength of the aluminum porous sintered body is lowered. Here, the crystal grain size is measured by a line intercept method from an optical micrograph or a scanning electron micrograph. The aluminum crystal grains more preferably have a crystal grain size of 70% or more in the range of 15 to 60 μm.

金属骨格のAl−Ti化合物は、アルミニウム多孔質焼結体を製造するときに使用される焼結助剤に含まれるチタンに由来する。チタンは、アルミニウム多孔質焼結体を非加圧焼結で製造することを可能にするだけではなく、Al−Ti化合物を形成することにより、アルミニウム多孔質焼結体を高強度、特に高引張り強度にする。   The Al—Ti compound having a metal skeleton is derived from titanium contained in a sintering aid used when producing an aluminum porous sintered body. Titanium not only makes it possible to produce an aluminum porous sintered body by pressureless sintering, but also makes the aluminum porous sintered body high strength, especially high tensile, by forming an Al-Ti compound. Make it strong.

アルミニウム多孔質体が、アルミニウムとチタンの合計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い。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、焼結時に、アルミニウム混合原料粉末中で、チタンを含む焼結助剤粉末同士が接点を持つようになり、アルミニウムとチタンの反応熱を制御できなくなるとともに所望の多孔質焼結体が得られないようになる。ここで、アルミニウムとチタンの定量分析は、ICP法で行う。   It is preferable that an aluminum porous body contains 0.1-20 mass parts of titanium with respect to a total of 100 mass parts of aluminum and titanium. If titanium is less than 0.1 part by mass, a good aluminum porous sintered body cannot be obtained. If it exceeds 20 parts by mass, sintering aid powder containing titanium in the aluminum mixed raw material powder at the time of sintering. They come to have contacts, making it impossible to control the reaction heat between aluminum and titanium, and making it impossible to obtain a desired porous sintered body. Here, the quantitative analysis of aluminum and titanium is performed by the ICP method.

アルミニウム多孔質焼結体の厚さは、非水電解質二次電池のエネルギー密度向上の観点から、圧延前で0.05〜5mmであると好ましく、0.1〜3mmであると、より好ましい。アルミニウム多孔質焼結体の厚さは、圧延後では0.03〜3mmであると好ましく、0.8〜2.5mmであると、より好ましい。   From the viewpoint of improving the energy density of the nonaqueous electrolyte secondary battery, the thickness of the aluminum porous sintered body is preferably 0.05 to 5 mm before rolling, and more preferably 0.1 to 3 mm. The thickness of the aluminum porous sintered body is preferably 0.03 to 3 mm after rolling, and more preferably 0.8 to 2.5 mm.

アルミニウム多孔質焼結体の幅は、一般的には、非水電解質二次電池の形状から決定されるが、複数個分の幅でアルミニウム多孔質焼結体を作製した後、活物質を含有し、圧延した後、スリット等により1個分の幅とすることもできる。   The width of the aluminum porous sintered body is generally determined from the shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery, but after producing the aluminum porous sintered body with a width corresponding to a plurality of widths, an active material is contained. And after rolling, it can also be made into the width | variety for one piece with a slit etc.

アルミニウム多孔質焼結体は、通常、ロール状で作製されるので、アルミニウム多孔質焼結体の長さは、通常、多数個分の長さで作製され、活物質を含有し、圧延した後、カット等により1個分の長さとされる。   Since the aluminum porous sintered body is usually produced in a roll shape, the length of the aluminum porous sintered body is usually produced by a length corresponding to many pieces, contains an active material, and is rolled. The length is one by cutting.

アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含有される微細炭素繊維としては、例えば、カーボンナノファイバー、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が挙げられ、平均繊維径1nm〜1μmおよびアスペクト比5以上のカーボンナノファイバーであると好ましい。この微細炭素繊維は、骨格間空孔のみならず骨格内空孔の中にも入り込み、活物質充填後に、アルミニウム多孔質焼結体と活物質間に良好な導電パスを形成することができる。また、カーボンナノファイバーは、金属骨格の表面に網目状の導電膜を形成することもできる。   Examples of the fine carbon fibers contained in the pores of the aluminum porous sintered body include carbon nanofibers, carbon black, acetylene black, ketjen black, and the like, with an average fiber diameter of 1 nm to 1 μm and an aspect ratio of 5 The above carbon nanofiber is preferable. This fine carbon fiber enters not only interstitial vacancies but also intra-skeletal vacancies, and can form a good conductive path between the aluminum porous sintered body and the active material after filling with the active material. Carbon nanofibers can also form a network-like conductive film on the surface of the metal skeleton.

カーボンナノファイバーは、良好な導電性が得られるように、カーボンファイバーの圧密体の体積抵抗値1.0Ω・cm以下であり、X線回折測定によるグラファイト層の[002]面の積層間隔が0.35nm以下であるものが、好ましい。ここで、体積抵抗値は、試料粉末を円筒ドーナツ状のPP製絶縁ジグに入れ、開口部の両端を円筒の真鍮電極によって100kgf/cmで加圧し、真鍮電極間の抵抗値をデジタルマルチメーターによって測定し、この測定値から算出する。 The carbon nanofiber has a volume resistance value of 1.0 Ω · cm or less of the compacted carbon fiber so that good conductivity is obtained, and the stacking interval of the [002] plane of the graphite layer is 0 by X-ray diffraction measurement. What is .35 nm or less is preferable. Here, the volume resistance value is obtained by putting the sample powder in a cylindrical donut-shaped PP insulating jig, pressurizing both ends of the opening with a cylindrical brass electrode at 100 kgf / cm 2 , and measuring the resistance value between the brass electrodes with a digital multimeter. And is calculated from this measured value.

アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含有される微細炭素繊維は、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、0.3〜10質量部であると、アルミニウム多孔質焼結体と活物質間の導電性を向上させる観点から好ましい。   When the fine carbon fiber contained in the pores of the aluminum porous sintered body is 0.3 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body, It is preferable from the viewpoint of improving the conductivity between the active materials.

〔非水電解質二次電池用電極〕
アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含有される活物質としては、非水電解質二次電池用正極活物質として使用されるものが挙げられ、リチウムイオンを吸蔵・放出することができるものであれば、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、コバルト、ニッケル、マンガン、チタン、バナジウム、鉄のいずれか一種以上と、リチウムとを含む複合酸化物もしくは塩からなるのが好ましい。これにより、正極活物質が電解質に溶け出さず、大容量の電池とすることができる。
[Electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery]
Examples of the active material contained in the pores of the porous aluminum sintered body include those used as a positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary batteries, which can occlude and release lithium ions. If there is, it will not be specifically limited. Conventionally, any material may be used as long as it is generally used. Specifically, it is composed of a composite oxide or salt containing at least one of cobalt, nickel, manganese, titanium, vanadium and iron and lithium. Is preferred. Thereby, a positive electrode active material does not melt | dissolve in electrolyte, but it can be set as a high capacity | capacitance battery.

上記正極活物質として、より具体的には、LiCoO等のLi・Co系複合酸化物、LiNiO等のLi・Ni系複合酸化物、スピネルLiMn等のLi・Mn系複合酸化物、LiFeO等のLi・Fe系複合酸化物、LiFePO等の遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物等が挙げられる。この他にも、V、MnO、TiS、MoS、MoO等の遷移金属酸化物や硫化物;PbO、AgO、NiOOH等も用いることができる。この活物質は、平均粒子径が2〜20μmの粉末であると、非水電解質二次電池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。 It said as a positive electrode active material, more specifically, Li · Co-based composite oxide such as LiCoO 2, Li · Ni-based composite oxide such as LiNiO 2, Li · Mn-based composite oxide such as spinel LiMn 2 O 4 And Li · Fe-based composite oxides such as LiFeO 2 and transition metal and lithium phosphate compounds such as LiFePO 4 and sulfuric acid compounds. In addition, transition metal oxides and sulfides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 ; PbO 2 , AgO, NiOOH, and the like can also be used. This active material is preferably a powder having an average particle diameter of 2 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output of the nonaqueous electrolyte secondary battery. Here, the average particle diameter is measured by a laser diffraction method.

アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質、導電助剤とともに含有される結合剤としては、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 contained in the pores of the porous aluminum sintered body together with the active material and the conductive auxiliary agent include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), SBR, and polyimide. It is not limited to these.

アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、活物質を100〜800質量部含むと、非水電解質二次電池のエネルギー密度向上の観点から好ましく、250〜750質量部含むとより好ましい。ここで、活物質の定量分析は、ICP法で行う。   When 100 to 800 parts by mass of the active material is included with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body, it is preferable from the viewpoint of improving the energy density of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and more preferably 250 to 750 parts by mass. Here, the quantitative analysis of the active material is performed by the ICP method.

アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、結合剤を2〜80質量部含むと、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に活物質を適切に保持し、活物質の欠落を防止する観点から好ましく、6〜60質量部含むとより好ましい。   When the binder is included in an amount of 2 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body, the active material is appropriately retained in the pores of the aluminum porous sintered body and the loss of the active material is prevented. From the viewpoint, it is more preferable to include 6 to 60 parts by mass.

また、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内には、さらに導電助剤が含有されると、高出力化の観点から好ましい。導電助剤としては、上記カーボンナノファイバー、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に加えて、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等を挙げることができるが、これらに限定されない。   Moreover, it is preferable from the viewpoint of high output that a conductive additive is further contained in the pores of the aluminum porous sintered body. Examples of the conductive assistant include, but are not limited to, natural graphite and artificial graphite in addition to the carbon nanofiber, carbon black, acetylene black, and ketjen black.

アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、導電助剤を1〜100質量部含むと、非水電解質二次電池の高出力化、および活物質の欠落を防止する観点から好ましく、7〜70質量部含むとより好ましい。   When 1 to 100 parts by mass of a conductive auxiliary agent is contained with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body, it is preferable from the viewpoint of increasing the output of the nonaqueous electrolyte secondary battery and preventing loss of the active material. More preferably, 70 parts by mass is included.

なお、本発明においては、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に、活物質および結合剤、さらに場合により導電助剤が含まれているが、集電体であるアルミニウム多孔質焼結体とセパレーター間にも、活物質および結合剤、場合により導電助剤が含まれ得る。本発明においては、非水電解質二次電池内の活物質、結合剤および導電助剤の合計100質量部に対して、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含まれる活物質、結合剤および導電助剤が60〜95質量部であると、非水電解質二次電池の高エネルギー密度の向上、高出力化の観点から好ましい。   In the present invention, the pores of the aluminum porous sintered body contain an active material and a binder, and in some cases, a conductive additive, but the aluminum porous sintered body as a current collector and An active material and a binder, and optionally a conductive auxiliary agent may also be included between the separators. In the present invention, the active material contained in the pores of the aluminum porous sintered body, the binder, and the active material, the binder and the conductive additive in the nonaqueous electrolyte secondary battery in a total of 100 parts by mass. It is preferable from a viewpoint of the improvement of the high energy density of a nonaqueous electrolyte secondary battery and high output that a conductive support agent is 60-95 mass parts.

本発明の非水電解質二次電池用電極を使用するときの非水電解質としては、液状電解質(電解液)、固体電解質、高分子ゲル電解質のいずれであってもよい。非水電解質は、好ましい一例を以下に示すが、通常の二次電池で用いられるものであればよく、特に限定されない。   The nonaqueous electrolyte when using the electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be any of a liquid electrolyte (electrolyte), a solid electrolyte, and a polymer gel electrolyte. The nonaqueous electrolyte is not particularly limited as long as it is used in a normal secondary battery, although a preferred example is shown below.

電解液としては、LiBOB(リチウムビスオキサイドボレート)、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種の電解質塩を含み、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)等の環状カーボネート類;
ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから少なくとも1種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒(可塑剤)を用いたもの等が使用できる。
As an electrolytic solution, LiBOB (lithium bis oxide borate), LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 inorganic acid anion salts 10 such as Cl, LiCF 3 SO 3, It contains at least one electrolyte salt selected from organic acid anion salts such as Li (CF 3 SO 2 ) 2 N and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, and includes propylene carbonate (PC), ethylene Cyclic carbonates such as carbonate (EC);
Chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate; ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; γ- Lactones such as butyrolactone; Nitriles such as acetonitrile; Esters such as methyl propionate; Amides such as dimethylformamide; Aprotic mixed with at least one selected from methyl acetate and methyl formate The thing using organic solvents (plasticizer), such as a solvent, can be used.

固体電解質としては、イオン伝導性を有する高分子から構成されるものであれば特に限定されない。例えば、無機系の固体電解質であれば、チオリシコンやLiSiO−LiBOやLiX−LiO−MmOn(X=I,Br,Cl;M=B,Si,P等、m,nは1〜5の数である)等のリチウムイオン導電性ガラス等が挙げられ、高分子系の固体電解質であれば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体等が挙げられる。ポリアルキレンオキシド系高分子は、上述した電解質塩をよく溶解し、また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。 The solid electrolyte is not particularly limited as long as it is composed of a polymer having ion conductivity. For example, in the case of an inorganic solid electrolyte, thiolithicone, Li 4 SiO 4 —Li 3 BO 3 , LiX—Li 2 O—MmOn (X = I, Br, Cl; M = B, Si, P, etc., m, (wherein n is a number from 1 to 5), and the like. Examples of the polymer solid electrolyte include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. Is mentioned. A polyalkylene oxide polymer exhibits excellent mechanical strength by dissolving the above-described electrolyte salt well and forming a crosslinked structure.

高分子ゲル電解質としては、特に限定されないが、イオン伝導性を有する電解質用高分子に電解液を含んだもの、イオン伝導性を持たない電解質用高分子の骨格中に同様の電解液を保持させたもの等が挙げられる。   The polymer gel electrolyte is not particularly limited, but the same electrolyte solution is held in the skeleton of the electrolyte polymer having an ionic conductivity or the electrolyte polymer having no ionic conductivity. And the like.

高分子ゲル電解質に含まれる電解液としては、上述したものと同様である。また、イオン伝導性を有する電解質用高分子としては、上述した固体電解質等が用いられる。   The electrolyte solution contained in the polymer gel electrolyte is the same as described above. Further, as the electrolyte polymer having ion conductivity, the above-described solid electrolyte or the like is used.

イオン伝導性を持たない電解質用高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVDF−HFP)共重合体、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のゲル化ポリマーを形成するモノマーが使用できる。ただし、これらに限定されるわけではない。なお、PAN、PMMA等は、どちらかといえばイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する電解質用高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるイオン伝導性を持たない電解質用高分子として例示した。   Examples of the electrolyte polymer having no ionic conductivity include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) copolymer, polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), Monomers that form gelling polymers such as polymethyl methacrylate (PMMA) can be used. However, it is not necessarily limited to these. Note that PAN, PMMA, etc. are in a class that has almost no ionic conductivity, and therefore can be used as an electrolyte polymer having the above ionic conductivity. It was exemplified as a polymer for electrolyte that does not have ionic conductivity.

高分子ゲル電解質中の電解質用高分子(ホストポリマー)と電解液との比率(質量比)は、使用目的等に応じて決定すればよいが、2:98〜90:10の範囲である。これにより、電極活物質層の外周部からの電解質の染み出しについても、絶縁層や絶縁処理部を設けることで効果的にシールすることができる。   The ratio (mass ratio) between the electrolyte polymer (host polymer) and the electrolyte solution in the polymer gel electrolyte may be determined according to the purpose of use, but is in the range of 2:98 to 90:10. Thereby, it can seal effectively also about the oozing-out of the electrolyte from the outer peripheral part of an electrode active material layer by providing an insulating layer and an insulation process part.

本発明の非水電解質二次電池の正極用集電体は、高信頼性で、高エネルギー密度、高出力の非水電解質二次電池用電極に、非常に有効に利用される。   The positive electrode current collector of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is very effectively used as a highly reliable, high energy density, high output nonaqueous electrolyte secondary battery electrode.

〔非水電解質二次電池の正極用集電体の製造方法〕
本発明の非水電解質二次電池の正極用集電体の製造方法は、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Al−Ti化合物が分散しているアルミニウム多孔質焼結体の空孔に、微細炭素繊維の分散液を充填し、乾燥することを特徴とする。
[Method for producing current collector for positive electrode of non-aqueous electrolyte secondary battery]
The method for producing a current collector for a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a metal skeleton having a three-dimensional network structure, pores between the metal skeletons, and Al—Ti in the metal skeleton. The porous carbon sintered body in which the compound is dispersed is filled with a fine carbon fiber dispersion and dried.

アルミニウム多孔質焼結体は、以下により、製造することができる。   The aluminum porous sintered body can be manufactured 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、Tm−10(℃)≦加熱焼成温度(T)≦685(℃)で、加熱焼成する(焼結工程)。ここで、Tm(℃)は、アルミニウム混合原料粉末が溶解を開始する温度である。   First, aluminum mixed raw material powder is prepared by mixing titanium powder and / or titanium hydride with aluminum powder to obtain an aluminum mixed raw material powder (aluminum mixed raw material powder preparation step). 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). This 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 Tm-10 (° C.) ≦ heat-fired in a non-oxidizing atmosphere. It is heated and fired at a temperature (T) ≦ 685 (° C.) (sintering step). Here, Tm (° C.) is a temperature at which the aluminum mixed raw material powder starts to melt.

このアルミニウム混合原料粉末調製工程では、アルミニウム粉末として平均粒子径2〜200μmのものを用いる。ここで、平均粒子径が小さくなると、粘性組成物が所望の形状に成形可能な程度に粘性を有し、かつ焼結前成形体がハンドリング強度を有するようにするために、アルミニウム粉末に対して水溶性樹脂バインダーを多量に加えなければならなくなる。しかしながら、水溶性樹脂バインダーを多量に加えると、焼結前成形体を加熱焼成する際に、アルミニウム中に残存する炭素量が増加し、焼結反応が阻害されてしまう。他方、アルミニウム粉末の粒子径が大きすぎると、アルミニウム多孔質焼結体の強度が低下してしまう。したがって、アルミニウム粉末としては、上述のように平均粒子径2〜200μmの範囲内、好ましくは4〜100μm、より好ましくは4〜60μm、さらに好ましくは7〜40μmの範囲内のものが用いられる。ここで、平均粒子径は、レーザー回折法で測定される。   In this aluminum mixed raw material powder preparation step, aluminum powder having an average particle size of 2 to 200 μm is used. Here, when the average particle size is reduced, the aluminum powder is used in order that the viscous composition is so viscous that it can be formed into a desired shape, and that the pre-sintered compact has handling strength. A large amount of water-soluble resin binder must be added. However, if a large amount of the water-soluble resin binder is added, the amount of carbon remaining in the aluminum increases when the pre-sintered molded body is heated and fired, and the sintering reaction is hindered. On the other hand, when the particle diameter of the aluminum powder is too large, the strength of the aluminum porous sintered body is lowered. Therefore, as the aluminum powder, those having an average particle diameter in the range of 2 to 200 μm, preferably 4 to 100 μm, more preferably 4 to 60 μm, and further preferably 7 to 40 μm are used as described above. Here, the average particle diameter is measured by a laser diffraction method.

このアルミニウム粉末に、チタンを含む焼結助剤、具体的には、チタンおよび/または水素化チタンを混合する。これにより、アルミニウム粉末にチタンを混合して、焼結前成形体をTm−10(℃)≦加熱焼成温度T≦685(℃)で加熱焼成するときに、液滴の塊を生成させることのないアルミニウムの非加圧焼結が可能となる。また、水素化チタン(TiH)は、そのチタン含有量が47.88(チタンの分子量)/(47.88+1(水素の分子量)×2)で95質量%以上であり、470〜530℃にて脱水素化するため、上述の加熱焼成のときに熱分解してチタンとなる。よって、水素化チタンを混合した場合にも液滴の塊を生成させることのないアルミニウムの非加圧焼結が可能となる。なお、焼結助剤には、チタンや水素化チタン以外の焼結助剤粉末を用いてもよく、チタンを含む焼結助剤粉末を用いればよい。 This aluminum powder is mixed with a sintering aid containing titanium, specifically, titanium and / or titanium hydride. Thereby, titanium is mixed with aluminum powder, and when the pre-sintered compact is heated and fired at Tm-10 (° C.) ≦ heating and firing temperature T ≦ 685 (° C.), a lump of droplets is generated. No pressureless sintering of aluminum is possible. Further, titanium hydride (TiH 2 ) has a titanium content of 47.88 (molecular weight of titanium) / (47.88 + 1 (molecular weight of hydrogen) × 2) and is 95% by mass or more, and is 470 to 530 ° C. In order to dehydrogenate, it is thermally decomposed into titanium during the above-mentioned heating and firing. Therefore, even when titanium hydride is mixed, non-pressure-sintering of aluminum can be performed without generating droplet lumps. As the sintering aid, a sintering aid powder other than titanium or titanium hydride may be used, or a sintering aid powder containing titanium may be used.

チタンを含む焼結助剤は、アルミニウムとチタンの合計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い。   The sintering aid containing titanium preferably contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to a total of 100 parts by mass of aluminum and titanium.

ここで、チタンおよび/または水素化チタンの平均粒子径をr(μm)、チタンおよび/または水素化チタンの配合比をW(質量%)としたときに、1(μm)≦r≦30(μm)、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)とし、かつ0.1≦W/r≦2であると、好ましい。すなわち、平均粒子径:4μmの水素化チタン粉の場合には、0.1≦W/4≦2であることから、配合比:Wは0.4〜8質量%が好ましい。また、平均粒子径:20μmのチタン粉の場合には、0.1≦W/20≦2の条件からは、配合比:Wは2〜40質量%となるが、配合比:Wは、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)の条件を付加して、2〜20質量%が好ましい。   Here, when the average particle diameter of titanium and / or titanium hydride is r (μm) and the blending ratio of titanium and / or titanium hydride is W (mass%), 1 (μm) ≦ r ≦ 30 ( μm), 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%), and preferably 0.1 ≦ W / r ≦ 2. That is, in the case of titanium hydride powder having an average particle size of 4 μm, since 0.1 ≦ W / 4 ≦ 2, the compounding ratio W is preferably 0.4 to 8% by mass. In the case of titanium powder having an average particle diameter of 20 μm, the blending ratio: W is 2 to 40% by mass from the condition of 0.1 ≦ W / 20 ≦ 2, but the blending ratio: W is 0. .1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%) is added, and 2 to 20 mass% is preferable.

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、焼結により生成されるAl−Ti化合物が被覆されたチタン粒子から、Al−Ti化合物相が剥離しやすくなり、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). If the average particle size of titanium hydride is smaller than 0.1 μm, there is a risk of spontaneous ignition, and if it exceeds 30 μm, the Al—Ti compound is formed from the titanium particles coated with the Al—Ti compound produced by sintering. This is because the phases are easily separated and desired strength cannot be obtained in the sintered body.

また、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)が好ましいのは、焼結助剤粉末の配合比Wが20質量%を超えると、アルミニウム混合原料粉末中で焼結助剤粉末同士が接点を持つようになり、アルミニウムとチタンの反応熱を制御できなくなるとともに、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。   Further, 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%) is preferable because when the mixing ratio W of the sintering aid powder exceeds 20 mass%, the sintering aid powder in the aluminum mixed raw material powder. This is because they have contact points, making it impossible to control the reaction heat between aluminum and titanium, and making it impossible to obtain a desired porous sintered body.

しかし、種々の条件で試験を行ったところ、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)の範囲内でも、焼結助剤粉末の粒子径によってはアルミニウムとチタンの反応熱が大きくなりすぎる場合があり、反応熱により溶解したアルミニウムの温度がさらに上昇して粘性が下がり、液滴を生じてしまう場合があった。   However, when tested under various conditions, the reaction heat between aluminum and titanium is large depending on the particle size of the sintering aid powder even within the range of 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%). In some cases, the temperature of the aluminum melted by the reaction heat rises further, the viscosity decreases, and droplets may be generated.

そこで、種々の条件で作製した試験片を電子顕微鏡で観察した結果から、発熱量をチタンの配合量および粒子径で制御できる範囲内においては、チタン粒子の露出表面側からほぼ一定の厚さの表層部だけが、アルミニウムと反応していることがわかった。これにより、液滴の発生を防止するためには1(μm)≦r≦30(μm)、かつ0.1≦W/r≦2であることが望ましいことを実験的に見出した。   Therefore, from the results of observing specimens prepared under various conditions with an electron microscope, within a range in which the calorific value can be controlled by the blending amount of titanium and the particle diameter, the thickness of the titanium particles is almost constant from the exposed surface side. Only the surface layer was found to react with aluminum. Thus, it was experimentally found that it is desirable that 1 (μm) ≦ r ≦ 30 (μm) and 0.1 ≦ W / r ≦ 2 in order to prevent the generation of droplets.

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として、ポリビニルアルコール、メチルセルロースおよびエチルセルロースからなる群から選択される少なくとも一種を、可塑剤として、ポリエチレングリコール、グリセリンおよびフタル酸ジ−n−ブチルからなる群から選択される少なくとも一種を、それぞれ加えるとともに、蒸留水と、界面活性剤としてのアルキルベタインとを、それぞれ加える。   Next, in the viscous composition preparation step, at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, methylcellulose and ethylcellulose as a water-soluble resin binder is added to the aluminum mixed raw material powder as a plasticizer, and polyethylene glycol, glycerin and phthalate as plasticizers. At least one selected from the group consisting of di-n-butyl acid is added, and distilled water and alkylbetaine as a surfactant are added.

このように、水溶性バインダーとして、ポリビニルアルコール、メチルセルロースやエチルセルロースを用いると、その添加量が比較的少量で足りる。よって、水溶性樹脂結合剤の添加量は、アルミニウム混合原料粉末の質量100質量部に対して、0.5〜7質量部である。アルミニウム混合原料粉末の質量100質量部に対して、7質量部より多いと、加熱焼成する前の焼結前成形体に残留する炭素量の増加により焼結反応が阻害され、0.5質量部未満であると、焼結前成形体のハンドリング強度が確保されないためである。   Thus, when polyvinyl alcohol, methylcellulose, or ethylcellulose is used as the water-soluble binder, the amount added is relatively small. Therefore, the addition amount of the water-soluble resin binder is 0.5 to 7 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum mixed raw material powder. When the amount is more than 7 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum mixed raw material powder, the sintering reaction is hindered by an increase in the amount of carbon remaining in the pre-sintered molded body before heating and firing, and 0.5 parts by mass It is because the handling intensity | strength of the molded object before sintering is not ensured that it is less than.

また、アルキルベタインは、アルミニウム混合原料粉末の質量100質量部に対して、0.02〜3質量部が添加される。アルミニウム混合原料粉末の質量100質量部に対して、0.02質量部以上であると、後述の非水溶性炭化水素系有機溶剤の混合の際に気泡が効果的に生成され、3質量部以下であると、焼結前成形体に残存する炭素量の増加による焼結反応の阻害が防止される。   Moreover, 0.02-3 mass parts of alkylbetaines are added with respect to 100 mass parts of mass of aluminum mixed raw material powder. When the amount is 0.02 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the aluminum mixed raw material powder, bubbles are effectively generated when the water-insoluble hydrocarbon organic solvent described later is mixed, and 3 parts by mass or less. In this case, inhibition of the sintering reaction due to an increase in the amount of carbon remaining in the green body before sintering is prevented.

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、帯状のポリエチレンシートの剥離剤塗布面に、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。   In the next pre-sintering step, doctor blade method, slurry extrusion method, screen printing method, etc., so that the viscosity composition has a thickness of 0.05 mm to 5 mm on the stripping surface of the strip-shaped polyethylene sheet After the coating, the ambient temperature and humidity are controlled for a certain period of time, the air bubbles are sized, and then dried at a temperature of 70 ° C. with an air dryer.

そして、乾燥後の粘性組成物を、ポリエチレンシートから剥がし、所望の形状に切り出し、焼結前成形体が得られる。   And the viscous composition after drying is peeled off from a polyethylene sheet, it cuts out in a desired shape, and the molded object before sintering is obtained.

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、蒸留水およびアルキルベタイン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. This removes the binder that volatilizes and / or decomposes the binder solution of the water-soluble resin binder component, plasticizer component, distilled water and alkylbetaine of the green body before sintering, and also hydrogenates as a sintering aid powder. When titanium is used, dehydrogenation is performed.

この後、仮焼成後の焼結前成形体を、Tm−10(℃)≦加熱焼成温度(T)≦685(℃)で加熱焼成することにより、アルミニウム多孔質焼結体が得られる。   Thereafter, the pre-sintered compact after preliminary firing is fired at Tm-10 (° C.) ≦ heat firing temperature (T) ≦ 685 (° C.) to obtain an aluminum porous sintered body.

ここで、焼結前成形体は、アルミニウムの融解温度であるTm(℃):660℃まで加熱されると、アルミニウムとチタンとの反応が開始するものと考えられるが、アルミニウムに不純物として微量に含まれるFeやSi等の共晶合金元素により融点が低下し、実際には、Tm−10(℃)での加熱により、アルミニウムとチタンとの反応が開始し、アルミニウム多孔質焼結体が形成される。具体的には、アルミニウムの融点が660℃であるのに対して、純アルミニウム粉として流通している純度98%〜99.7%程度のアトマイズ粉では650℃前後が溶解開始温度となる。他方、加熱焼成温度を685℃より高い温度で加熱保持すると、焼結体にアルミニウムの液滴状の塊が発生してしまう。   Here, the pre-sintered compact is considered to start the reaction between aluminum and titanium when heated to Tm (° C.): 660 ° C., which is the melting temperature of aluminum. The melting point is lowered by the eutectic alloy elements such as Fe and Si contained, and in fact, the reaction between aluminum and titanium is started by heating at Tm-10 (° C.), and an aluminum porous sintered body is formed. Is done. Specifically, while the melting point of aluminum is 660 ° C., the melting start temperature is around 650 ° C. for atomized powder having a purity of about 98% to 99.7% distributed as pure aluminum powder. On the other hand, if the heating and firing temperature is maintained at a temperature higher than 685 ° C., aluminum droplet-like lumps are generated in the sintered body.

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およびチタン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およびチタン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 of the aluminum particle surface and the titanium particle surface, it is necessary to perform the heat baking in the sintering process in a non-oxidizing atmosphere. However, if the heating temperature is 400 ° C. or less and maintained for about 30 minutes, the oxide film on the aluminum particle surface and the titanium particle surface does not grow so much even when heated in air. After debinding by heating and holding at 300 ° C. to 400 ° C. for about 10 minutes in air, it may be 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等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, the reaction temperature of the aluminum mixed raw material powder or the like, 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。図4に、アルミニウム多孔質焼結体の二次電子像、およびEPMAのTiマッピングの一例を示す。図4から、明らかなように、ほぼ均一にAl−Ti化合物が分散(200μm角の範囲内に5〜100個)している。   The aluminum porous sintered body thus obtained has a metal skeleton with a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, and the Al-Ti compound is almost uniformly formed on the metal sintered body. Are dispersed. FIG. 4 shows an example of a secondary electron image of an aluminum porous sintered body and Ti mapping of EPMA. As is apparent from FIG. 4, Al—Ti compounds are dispersed almost uniformly (5 to 100 in the range of 200 μm square).

また、アルミニウム多孔質焼結体は、空孔が直線長さ1cm当たりに20個以上形成されることにより、アルミニウム多孔質焼結体の全体気孔率が70〜90%であると、非水電解質二次電池用電極のエネルギー密度向上、または高出力化の観点から好ましく、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー電池等の非水電解質二次電池用集電体、特に正極用の集電体として好適に用いられる。   The aluminum porous sintered body has a non-aqueous electrolyte in which the total porosity of the aluminum porous sintered body is 70 to 90% by forming 20 or more pores per 1 cm of linear length. From the viewpoint of improving the energy density of the secondary battery electrode or increasing the output, it is preferable as a current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer battery, particularly as a current collector for a positive electrode. Preferably used.

また、アルミニウム多孔質焼結体は、上記粘性組成物調製工程でのスラリー発泡時の気泡に由来する空孔と、焼結体であることに由来する金属骨格自体に形成される気孔との2種類の形態の異なる孔を有する。ここで、本発明の顕著な効果である活物質の保持による高信頼性の実現は、アルミニウム多孔質焼結体の骨格間の空孔と、金属骨格自体に形成される骨格内の空孔の相乗効果によるものと考えられる。   In addition, the aluminum porous sintered body is composed of 2 pores derived from bubbles at the time of slurry foaming in the above viscous composition preparation step and pores formed in the metal skeleton itself derived from being a sintered body. Has different types of holes. Here, the realization of high reliability by holding the active material, which is a remarkable effect of the present invention, is that the vacancies between the skeletons of the aluminum porous sintered body and the vacancies in the skeleton formed in the metal skeleton itself are This is probably due to a synergistic effect.

アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含有される微細炭素繊維は、液中で分散剤を使用せずに良好な分散状態を得るため、表面を酸化処理して親水化したものを用いることが好ましい。また、親水化処理により、上記微細炭素繊維が水溶液中で良好に分散し、分散剤を必要としないので、分散剤の分解によるガス発生がなく、出力特性に優れた正極を形成することができる。   The fine carbon fibers contained in the pores of the porous aluminum sintered body should be made hydrophilic by oxidizing the surface in order to obtain a good dispersion state without using a dispersant in the liquid. Is preferred. In addition, by the hydrophilization treatment, the fine carbon fibers are well dispersed in the aqueous solution and no dispersant is required, so that no gas is generated due to decomposition of the dispersant, and a positive electrode having excellent output characteristics can be formed. .

一般に、炭素材料は疎水性を有し、水溶液中で分散し難いので、従来は分散剤を使用して炭素系導電材を分散させている。このため正極を形成する際に、必然的に分散剤が正極構造に取り込まれ、これが分解してガス発生の原因になっている。一方、表面を酸化処理して親水化した微細炭素繊維は分散剤を必要とせずに水溶液中で良好な分散状態を維持することができる。   Generally, carbon materials have hydrophobicity and are difficult to disperse in an aqueous solution. Therefore, conventionally, a carbon-based conductive material is dispersed using a dispersant. For this reason, when forming the positive electrode, the dispersant is inevitably taken into the positive electrode structure, which decomposes and causes gas generation. On the other hand, fine carbon fibers whose surfaces have been hydrophilized by oxidation treatment can maintain a good dispersion state in an aqueous solution without the need for a dispersant.

微細炭素繊維の酸化処理は、例えば、微細炭素繊維に硫酸等の硫黄含有強酸を添加し、硝酸等の酸化剤を加え、このスラリーを加熱下で攪拌した後、濾過し、残留する酸を洗浄して除去すればよい。この酸化処理によってカルボニル基やカルボキシル基あるいはニトロ基等の極性官能基が形成されるので親水化すると考えられる。また、この処理により、微細炭素繊維の製造に繊維金属等の触媒が用いられている場合には、触媒を減少させることもできる。   For the oxidation treatment of fine carbon fibers, for example, a sulfur-containing strong acid such as sulfuric acid is added to fine carbon fibers, an oxidizing agent such as nitric acid is added, the slurry is stirred under heating, and then filtered to wash away residual acid. And then remove it. This oxidation treatment forms a polar functional group such as a carbonyl group, a carboxyl group, or a nitro group, and is considered to be hydrophilic. Moreover, this process can also reduce a catalyst, when a catalyst, such as a fiber metal, is used for manufacture of a fine carbon fiber.

微細炭素繊維の分散液の溶媒としては極性溶媒が好ましく、例えばN-メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、水等を用いることができる。   The solvent for the fine carbon fiber dispersion is preferably a polar solvent, and for example, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide, water and the like can be used.

上記微細炭素繊維の分散液は、微細炭素繊維の酸性懸濁液に酸化剤を添加し、酸化処理して、微細炭素繊維の表面を親水化した後に、微細炭素繊維を濾過分離して回収し、この微細炭素繊維を溶媒、水から選ばれた一つ以上の溶媒と混合して製造することができる。   The fine carbon fiber dispersion is recovered by filtering and separating the fine carbon fibers after adding an oxidizing agent to the acidic suspension of the fine carbon fibers and oxidizing it to make the surface of the fine carbon fibers hydrophilic. The fine carbon fiber can be mixed with one or more solvents selected from a solvent and water.

次に、アルミニウム多孔質焼結体の空孔に、微細炭素繊維の分散液を充填し、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微細炭素繊維の分散液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微細炭素繊維の分散液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微細炭素繊維の分散液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微細炭素繊維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、アルミニウム多孔質焼結体と、微細炭素繊維との質量比を測定し、微細炭素繊維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、微細炭素繊維の質量比が高い場合には、分散液の粘性を低くして、浸漬・乾燥をやり直し、所望量とすることができる。   Next, the fine carbon fiber dispersion is filled in the pores of the aluminum porous sintered body and dried. Examples of the filling method include a method of dipping an aluminum porous sintered body into a fine carbon fiber dispersion, a method of pouring a fine carbon fiber dispersion from the upper part of the aluminum porous sintered body, and the like. The fine carbon fiber is more effectively put into the pores of the aluminum porous sintered body by pushing the dispersion of excess fine carbon fiber adhering to the surface by passing between the rolls of the metal or by rubbing with a spatula. Can be filled. Drying may be left in the air, or a dryer or the like may be used. After drying, the mass ratio between the porous aluminum sintered body and the fine carbon fibers is measured. When the mass ratio of the fine carbon fibers is low, the immersion and drying can be repeated to obtain a desired amount. On the other hand, when the mass ratio of the fine carbon fibers is high, the viscosity of the dispersion can be lowered, and dipping and drying can be performed again to obtain a desired amount.

〔非水電解質二次電池用電極の製造方法〕
活物質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。この混合液と活物質粉末を混合してスラリーとする。あるいは、活物質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。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。
[Method for producing electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery]
The slurry containing the active 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 the active material powder are mixed to form a slurry. Or after mixing an active material and a binder uniformly, an organic solvent is added and it is set as a slurry. 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.

なお、スラリーに導電助剤を添加させる場合、混合液への導電助剤添加する順序は、混合液に活物質粉末を混合する前、後、活物質粉末の添加と同時、のいずれでもよい。   In addition, when adding a conductive support agent to a slurry, the order in which the conductive support agent is added to the mixed solution may be either before or after the active material powder is added to the mixed solution and simultaneously with the addition of the active material powder.

上記結合剤を溶解また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、アルミニウム多孔質焼結体の空孔に、活物質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活物質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活物質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活物質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、アルミニウム多孔質焼結体と、活物質、導電助剤および結合剤との質量比を測定し、活物質、導電助剤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、活物質、導電助剤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 are filled with the slurry of the active material and dried. Examples of the filling method include a method of dipping the aluminum porous sintered body into the slurry of the active material, a method of pouring the slurry from the upper part of the aluminum porous sintered body, and further, passing between two rolls, The active material can be more effectively filled into the pores of the aluminum porous sintered body by pushing the surplus active material slurry adhering to the surface with a spatula into the inside. Drying may be left in the air, or a dryer or the like may be used. After drying, the mass ratio of the aluminum porous sintered body to the active material, the conductive additive and the binder is measured. Drying can be repeated to achieve the desired amount. On the other hand, when the mass ratio of the active material, the conductive additive 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、活物質および結合剤、さらに場合により導電助剤を含むアルミニウム多孔質焼結体を圧延し、非水電解質二次電池用電極を得る。本発明のアルミニウム多孔質焼結体は、金属骨格にAl−Ti化合物が分散しており、強度、特に引張り強度が高いので、アルミニウム多孔質焼結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多孔質焼結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 porous sintered body containing an active material, a binder, and optionally a conductive additive is rolled to obtain an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery. Since the aluminum porous sintered body of the present invention has an Al-Ti compound dispersed in a metal skeleton and has high strength, particularly tensile strength, the aluminum porous sintered body can be rolled to a desired thickness. It is possible to decrease the porosity of the electrode body and increase the electrode density. Here, the electrode thickness is preferably 0.03 to 3 mm. Here, the density of the aluminum porous sintered body can be increased by pressing or the like, but rolling is preferable from the viewpoint of productivity.

本発明の非水電解質二次電池用電極は、高信頼性で、高エネルギー密度、高出力の非水電解質二次電池に、非常に有効に利用される。   The electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is very effectively used for a highly reliable, high energy density, high output nonaqueous electrolyte secondary 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9.1μmの水素化チタン粉末を、アルミニウム粉末と水素化チタン粉末の質量比が、99:1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 (containing impurities: Fe: 0.15 mass%, Si: 0.05 mass% and Ni: 0.01 mass%), and hydrogen having an average particle diameter of 9.1 μm The titanium halide powder was mixed at a total of 500 g so that the mass ratio of the aluminum powder and the titanium hydride powder was 99: 1 to prepare an aluminum mixed raw material powder.

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にて剥離剤が塗布されたポリエチレンシート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、ポリエチレンシートから剥がし、直径100mmの円形に切り出して、焼結前成形体を得た。   Next, this viscous composition is stretched and applied onto a polyethylene sheet coated with a release agent by the 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 air 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 peeled off from the polyethylene sheet, and it cut out to the circular shape of diameter 100mm, and obtained the molded object before sintering.

この焼結前成形体を、ジルコニア敷粉を敷いたアルミナセッターの上に載置して、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、アルミニウム多孔質焼結体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、663℃で30分間行い、アルミニウム多孔質焼結体1を得た。得られたアルミニウム多孔質焼結体1の厚さは、1.2mmであった。   This pre-sintered compact was placed on an alumina setter with zirconia powder spread, pre-fired (debindered) in an argon stream, then heat-fired, and aluminum porous sintered Body 1 was obtained. Debinding was performed at 520 ° C. for 30 minutes. Heating and baking were performed at 663 ° C. for 30 minutes in an argon atmosphere to obtain an aluminum porous sintered body 1. The thickness of the obtained aluminum porous sintered body 1 was 1.2 mm.

得られたアルミニウム多孔質焼結体1の収縮率と気孔率とを算出した。収縮率は、アルミニウム多孔質焼結体1の加熱焼成前後の厚さの変化から算出し、気孔率は、寸法、質量および密度により算出した。また、実体顕微鏡写真から3次元空孔数、および走査型電子顕微鏡(SEM)写真から金属骨格の長さ100μm当たりの骨格内空孔の数を、それぞれ計測するとともに、同SEM写真にて液滴凝固の有無を確認し、さらには、電子線マイクロアナライザー(EPMA)による面分析によってアルミニウム多孔質焼結体1の骨格表面にAl−Ti化合物の有無を確認した。ここで、金属骨格長さ100μm当たりの骨格内空孔数は、写真中央に金属骨格が写るようにそれぞれ別視野を撮影した倍率300倍の走査電子顕微鏡写真を5枚用意し、それらの写真に対角線を引いて、交点から四隅に向かう対角線上の金属骨格部位に長さ100μm相当の線分を描き、その線分部分の金属骨格にある骨格内空孔の数を数え、平均することにより算出し、骨格間孔数は、それぞれ別視野を撮影した倍率10倍の実体顕微鏡写真を5枚用意し、同様に対角線を引いて、交点から四隅に向かう対角線上に長さ5mm相当の線分を各写真に4本描き、その線分が横切る金属骨格数を数え、平均して25.4/5を乗じることにより算出した。表1に、これらの結果を示す(ここで、骨格間空孔数の単位:「PPI」は、1インチ(25.4mm)当たりの孔数である。)。また、図1に、得られたアルミニウム多孔質焼結体1のSEM写真を、図2および図3に、その一部拡大写真を、それぞれ示す。図1〜3から明らかなように、アルミニウム多孔質焼結体1の金属骨格の表面には、アルミニウム多孔質焼結体の粒界段差によって形成される凹凸が存在し、このアルミニウム多孔質焼結体の結晶粒の平均の結晶粒径は、39μmであった。ここで、アルミニウム多孔質焼結体の結晶粒の平均の結晶粒径は、測定試料を樹脂埋めし、鏡面に研磨し、ケラー試薬(48%ふっ酸:0.5cm、濃塩酸:1.5cm、濃硝酸;2.5cm、蒸留水;95cm)に30秒間浸漬してエッチングし、光学顕微鏡で倍率100倍の写真を撮影し、線インターセプト法(ASTM、E−112、Lineal Intercept Procedure)により測定した。 The shrinkage rate and porosity of the obtained aluminum porous sintered body 1 were calculated. The shrinkage rate was calculated from the change in thickness of the aluminum porous sintered body 1 before and after heating and firing, and the porosity was calculated from the dimensions, mass and density. In addition, the number of three-dimensional vacancies was measured from the stereomicrograph, and the number of vacancies in the skeleton per 100 μm length of the metal skeleton was measured from the scanning electron microscope (SEM) photograph. The presence or absence of solidification was confirmed, and further, the presence or absence of an Al—Ti compound was confirmed on the skeleton surface of the aluminum porous sintered body 1 by surface analysis using an electron beam microanalyzer (EPMA). Here, the number of vacancies in the skeleton per 100 μm length of the metal skeleton was prepared with five scanning electron micrographs of 300 times magnification, each of which was taken from different fields so that the metal skeleton was shown in the center of the photograph. Draw a diagonal line, draw a line segment equivalent to 100 μm in length on the metal skeleton part on the diagonal line from the intersection to the four corners, count the number of vacancies in the skeleton in the metal skeleton of the line segment, and calculate by averaging For the number of interstitial pores, prepare 5 stereomicrographs with a magnification of 10 times for each different field of view, and draw a diagonal line in the same way to create a line segment corresponding to a length of 5 mm on the diagonal line from the intersection to the four corners. It was calculated by drawing four on each photograph, counting the number of metal skeletons crossed by the line segment, and multiplying by 25.4 / 5 on average. These results are shown in Table 1 (here, the unit of the number of inter-frame holes: “PPI” is the number of holes per inch (25.4 mm)). Moreover, the SEM photograph of the obtained aluminum porous sintered compact 1 is shown in FIG. 1, and the one part enlarged photograph is shown in FIG. 2 and FIG. 3, respectively. As is apparent from FIGS. 1 to 3, the surface of the metal skeleton of the aluminum porous sintered body 1 has irregularities formed by grain boundary steps of the aluminum porous sintered body. The average crystal grain size of the body crystal grains was 39 μm. Here, the average crystal grain size of the porous sintered aluminum crystal grains, a measurement sample was filled resin, polished to a mirror surface, Keller reagent (48% hydrofluoric acid: 0.5 cm 3, concentrated hydrochloric acid: 1. 5 cm 3 , concentrated nitric acid; 2.5 cm 3 , distilled water; 95 cm 3 ) etched by immersion for 30 seconds, photographed with an optical microscope at a magnification of 100 times, line intercept method (ASTM, E-112, Linear Intercept) (Procedure).

次に、アルミニウム多孔質焼結体1を、圧下率20%にてロール圧延を行い、割れの有無を目視にて確認をした(20%圧下試験)後に、20mm×50mmの矩形状に切り出して対向角部間の電気抵抗率を測定した。次いで、この矩形状のアルミニウム多孔質焼結体1を、直径5mmの円柱体の外周に巻きつけて、割れの有無を目視にて確認した。表1に、これらの結果を示す。 Next, the aluminum porous sintered body 1 was roll-rolled at a reduction ratio of 20% and visually checked for the presence of cracks (20% reduction test), and then cut into a 20 mm × 50 mm rectangular shape. The electrical resistivity between the opposite corners was measured. Subsequently, this rectangular aluminum porous sintered body 1 was wound around the outer periphery of a cylindrical body having a diameter of 5 mm, and the presence or absence of cracks was visually confirmed. Table 1 shows these results.

平均粒子径:21μmの水素化チタン粉末を用い、アルミニウム粉末と水素化チタン粉末の質量比が、85:15となるようにした以外は、アルミニウム多孔質焼結体1と同様にして、アルミニウム多孔質焼結体2を作製し、各試験を行った。表1に、これらの結果を示す。なお、得られたアルミニウム多孔質焼結体2の厚さは、1.3mmであった。   The aluminum porous sintered body 1 was used except that a titanium hydride powder having an average particle size of 21 μm was used and the mass ratio of the aluminum powder to the titanium hydride powder was 85:15. A sintered material 2 was prepared and subjected to each test. Table 1 shows these results. In addition, the thickness of the obtained aluminum porous sintered body 2 was 1.3 mm.

表1からわかるように、得られたアルミニウム多孔質焼結体1、2は、有孔金属焼結体の骨格長さ100μm当たりの孔数2〜4であるとともに、金属骨格間にある3次元空孔を1インチ当たり52個、すなわち、1cm当たりに20個以上有している。そして、アルミニウム多孔質焼結体に液滴状の塊が生じることもなく、電気抵抗率も低く、巻き付け試験による割れもなかった。   As can be seen from Table 1, the obtained aluminum porous sintered bodies 1 and 2 have 3 to 4 pores per 100 μm of the skeleton length of the porous metal sintered body and between the metal skeletons. 52 holes per inch, that is, 20 or more holes per cm. And the droplet-shaped lump did not arise in an aluminum porous sintered compact, the electrical resistivity was low, and there was no crack by a winding test.

次に、カーボンナノファイバー(CNF:平均繊維径20nm、アスペクト比:80)を、硝酸(濃度60%)と硫酸(濃度95%以上)の混合液に、CNF:硝酸:硫酸=1重量部:5重量部:15重量部の割合で混合し、120℃で20分間、加熱して表面酸化処理を行った。得られた溶液を濾過し、数回水洗を行って残留する酸を洗い流した。その後、濾過し、回収した含水カーボンナノファイバースラリーをメタノールの中へ入れ、500rpmで15分間攪拌しCNF分散液を得た。   Next, carbon nanofibers (CNF: average fiber diameter 20 nm, aspect ratio: 80) are mixed into a mixed solution of nitric acid (concentration 60%) and sulfuric acid (concentration 95% or more), CNF: nitric acid: sulfuric acid = 1 part by weight: 5 parts by weight: 15 parts by weight was mixed and heated at 120 ° C. for 20 minutes for surface oxidation treatment. The resulting solution was filtered and washed several times with water to wash away the remaining acid. Then, it filtered and the water-containing carbon nanofiber slurry collect | recovered was put into methanol, and it stirred for 15 minutes at 500 rpm, and obtained the CNF dispersion liquid.

(実施例1)
CNF分散液に、作製したアルミニウム多孔質焼結体1を10分間浸漬し、取り出して乾燥させ、正極用集電体を作製した。
Example 1
The produced aluminum porous sintered body 1 was immersed in the CNF dispersion for 10 minutes, taken out and dried to produce a positive electrode current collector.

このときのアルミニウム多孔質焼結体1の質量変化から、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対するCNFの含有量(質量部)を算出した。表2に、この結果を示す。   From the mass change of the aluminum porous sintered body 1 at this time, the CNF content (parts by mass) relative to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body was calculated. Table 2 shows the results.

(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CNF分散液に、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、厚さ0.5mmの従来例1の正極用集電体を作製した。   The foamed aluminum of Conventional Example 1 was immersed in the CNF dispersion prepared in Example 1 for 10 minutes, taken out and dried to prepare a current collector for positive electrode of Conventional Example 1 having a thickness of 0.5 mm.

このときの発泡アルミニウムの質量変化から、発泡アルミニウム100質量部に対するCNFの含有量(質量部)を算出した。表2に、この結果を示す。なお、表2では、「アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対するCNFの含有量(質量部)」の欄に記載した。   From the mass change of the foamed aluminum at this time, the CNF content (parts by mass) relative to 100 parts by mass of the foamed aluminum was calculated. Table 2 shows the results. In addition, in Table 2, it described in the column of "Content of CNF (mass part) with respect to 100 mass parts of porous aluminum sintered bodies".

(実施例2〜4)
表2に示す組合せにした以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜4のリチウムイオン電池の正極を作製した。
(Examples 2 to 4)
Except for the combinations shown in Table 2, the positive electrodes of the lithium ion batteries of Examples 2 to 4 were produced in the same manner as in Example 1.

このときのアルミニウム多孔質焼結体の質量変化から、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対するCNFの含有量(質量部)を算出した。表2に、これらの結果を示す。   From the mass change of the aluminum porous sintered body at this time, the CNF content (parts by mass) relative to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body was calculated. Table 2 shows these results.

〔非水電解質二次電池用電極の製造〕
(実施例5)
[Manufacture of electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries]
(Example 5)

活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)粉末と、導電材としてCNFと、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、質量比90:5:5で、合計200g混合して正極剤を調製し、この正極剤に溶剤としてN−メチル−2ピロリドン176gを混合して正極活物質スラリーを調製した。 A positive electrode agent is prepared by mixing a total of 200 g of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder as an active material, CNF as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder at a mass ratio of 90: 5: 5. A positive electrode active material slurry was prepared by mixing 176 g of N-methyl-2pyrrolidone as a solvent with this positive electrode agent.

次に、この正極活物質スラリーに、実施例1で作製した正極用集電体を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5のリチウムイオン電池の正極を作製した。ここで、正極活物質スラリーに、正極用集電体を浸漬し、乾燥した後、圧延前に、正極用集電体表面に付着した正極活物質スラリーを拭き取り、ほぼ全量の活物質、導電助剤および結合剤が、正極用集電体の空孔内に含まれるようにした。   Next, the positive electrode current collector produced in Example 1 was immersed in this positive electrode active material slurry for 10 minutes, taken out and dried, and then rolled and rolled to a lithium ion battery of Example 5 having a thickness of 0.5 mm. A positive electrode was prepared. Here, the positive electrode current collector is immersed in the positive electrode active material slurry, dried, and then, before rolling, the positive electrode active material slurry adhering to the surface of the positive electrode current collector is wiped off, so that almost the entire amount of the active material and conductivity aid are obtained. The agent and the binder were included in the pores of the positive electrode current collector.

(実施例6〜10、比較例2)
表3に示す条件にした以外は、実施例5と同様にして、二次電池用電極を作製した。
(Examples 6 to 10, Comparative Example 2)
A secondary battery electrode was produced in the same manner as in Example 5 except that the conditions shown in Table 3 were used.

〔非水電解質二次電池用電極の性能試験〕
(活物質充填密度)
実施例5〜10、比較例1の各リチウムイオン電池の正極について、リチウムイオン電池の正極を作製するときのアルミニウム多孔質焼結体の質量変化から、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対する活物質の含有量(質量部)を算出した。ここで、活物質、導電助剤と結合剤の比は、正極活物質スラリー作製時のままであるとして、算出した。同様にして、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対する導電助剤の含有量(質量部)を算出した。表4に、これらの結果を示す。
[Performance test of electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery]
(Active material packing density)
About the positive electrode of each lithium ion battery of Examples 5 to 10 and Comparative Example 1, from the mass change of the aluminum porous sintered body when producing the positive electrode of the lithium ion battery, the activity with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body The substance content (parts by mass) was calculated. Here, the ratio of the active material, the conductive additive and the binder was calculated on the assumption that the positive electrode active material slurry was still produced. Similarly, the content (parts by mass) of the conductive additive with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body was calculated. Table 4 shows these results.

(電極巻き付け試験)
次いで、直径1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mmの円柱体をそれぞれ用意して、実施例1〜10および従来例1のリチウムイオン電池の正極を巻き付けて、活物質が剥離するか否かを目視観察し、剥離が認められなかった最小径を、表4に示した。
(Electrode winding test)
Next, cylindrical bodies having diameters of 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm, 3 mm, 3.5 mm, 4 mm, 4.5 mm, and 5 mm were prepared, and the lithium ion batteries of Examples 1 to 10 and Conventional Example 1 were prepared. Each of the positive electrodes was wound, and whether or not the active material was peeled was visually observed. Table 4 shows the minimum diameter at which no peeling was observed.

(エネルギー密度)
エネルギー密度を測定するために、非水電解質二次電池のコインセルを作製した。図6に、用いたコインセルの断面図を示す。
(Energy density)
In order to measure the energy density, a coin cell of a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced. FIG. 6 shows a cross-sectional view of the used coin cell.

負極11として、箔状のリチウム金属をステンレスの電池蓋12にはめ込み圧着した。   As the negative electrode 11, a foil-like lithium metal was fitted into a stainless steel battery lid 12 and pressed.

次に、上記正極を15mmφで打ち抜いて得られた正極10を、ステンレスの外装缶13内に配置し、これにポリプロピレン微多孔膜(厚さ:20μm)のセパレーター14を載置した。これに、1M LiPF/EC+PC(1:1(体積比))の非水電解質を注液した後、上記電池蓋12を載せ、スチレンブタジエンゴムとピッチの混合物からなるシーラント15で隙間無く充填することにより封口して、コインセルを作製した。このコインセルの寸法は、直径20mm、高さ3.2mmである。 Next, the positive electrode 10 obtained by punching out the positive electrode with a diameter of 15 mmφ was placed in a stainless steel outer can 13, and a polypropylene microporous membrane (thickness: 20 μm) separator 14 was placed thereon. A nonaqueous electrolyte of 1M LiPF 6 / EC + PC (1: 1 (volume ratio)) was poured into this, and then the battery lid 12 was placed and filled with a sealant 15 made of a mixture of styrene butadiene rubber and pitch without any gaps. This was sealed to prepare a coin cell. The coin cell has a diameter of 20 mm and a height of 3.2 mm.

上記セルを、放電レート:0.2C、放電電圧:4.2〜2.8Vで放電を行った。この放電容量の結果から、正極のエネルギー密度を算出した。表5に、これらの結果を示す。ここで、正極活物質量を、活物質充填密度と電極面積から算出し、エネルギー密度の算出に用いた。   The cell was discharged at a discharge rate of 0.2C and a discharge voltage of 4.2 to 2.8V. From the result of the discharge capacity, the energy density of the positive electrode was calculated. Table 5 shows these results. Here, the amount of the positive electrode active material was calculated from the active material packing density and the electrode area, and used for calculation of the energy density.

(出力特性)
上記セルを用いて、放電レート:2C、放電電圧:4.2〜2.8Vで放電を行った。また、このときに放電開始から0.5秒後の電圧降下を測定した。次に、(0.2Cでの放電容量)/(2Cでの放電容量)を計算し、出力特性を評価した。表5に、これらの結果示す。
(Output characteristics)
Using the cell, discharge was performed at a discharge rate of 2C and a discharge voltage of 4.2 to 2.8V. At this time, the voltage drop 0.5 seconds after the start of discharge was measured. Next, (discharge capacity at 0.2 C) / (discharge capacity at 2 C) was calculated, and the output characteristics were evaluated. Table 5 shows these results.

表2からわかるように、実施例1〜4の集電体は、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、CNFを0.6〜1.5質量部含有することができた。これに対して、比較例1の従来の発泡アルミニウムは、CNFを0.2質量部しか含有することができなかった。   As can be seen from Table 2, the current collectors of Examples 1 to 4 could contain 0.6 to 1.5 parts by mass of CNF with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body. On the other hand, the conventional foamed aluminum of Comparative Example 1 could contain only 0.2 parts by mass of CNF.

また、表4からわかるように、実施例5〜10の正極は、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、活物質を290〜620質量部、導電助剤を16〜3質量部と、高密度で含有させることができた。また、電極巻き付け試験の結果から、実施例5〜10の正極は、活物質が脱落しにくく、高信頼性であることもわかった。これに対して、比較例2は、発泡アルミニウム100質量部に対して、活物質を205質量部しか含有させることができず、電極巻き付け試験でも4mmφより小さい径では活物質が脱落した。   Moreover, as can be seen from Table 4, in the positive electrodes of Examples 5 to 10, the active material was 290 to 620 parts by mass, and the conductive assistant was 16 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body. , And could be contained at high density. Moreover, from the result of the electrode winding test, it was also found that the positive electrodes of Examples 5 to 10 are highly reliable because the active material is less likely to fall off. On the other hand, in Comparative Example 2, only 205 parts by mass of the active material can be contained with respect to 100 parts by mass of the foamed aluminum, and the active material was dropped at a diameter smaller than 4 mmφ in the electrode winding test.

また、表5からわかるように、実施例5〜10の正極は、0.2C放電で778mWh/cm以上と高エネルギー密度であり、特に、正極スラリーに3回浸漬、乾燥をした実施例7の正極は、905mWh/cmと高エネルギー密度であった。また、実施例5〜10の正極は、2C放電でも、0.2C放電時の容量の0.83以上を保持し、かつ0.2C放電時の電圧降下が18〜20mVと低く、高出力であることがわかった。また、実施例5、8および9と比較例3を比べると、CNF分散液への浸漬、乾燥の回数は、1回でも効果を発揮することがわかった。これに対して、従来の発泡アルミニウムを使用した比較例2は、616Wh/cmとエネルギー密度が低く、2C放電では、0.2C放電時の容量の0.75しか保持できず、出力特性も良好でなかった。CNFを含まない比較例3は、2C放電時の電圧降下が14.9mV、(0.2Cでの放電容量)/(2Cでの放電容量)が0.80と、実施例5〜10より劣る結果であった。 Moreover, as can be seen from Table 5, the positive electrodes of Examples 5 to 10 have a high energy density of 778 mWh / cm 3 or more with 0.2 C discharge, and in particular, Example 7 in which the positive electrode slurry was immersed and dried three times. The positive electrode had a high energy density of 905 mWh / cm 3 . In addition, the positive electrodes of Examples 5 to 10 maintain 0.83 or more of the capacity at 0.2C discharge even at 2C discharge, and the voltage drop at 0.2C discharge is as low as 18 to 20 mV, with high output. I found out. Further, when Examples 5, 8 and 9 were compared with Comparative Example 3, it was found that the number of times of immersion and drying in the CNF dispersion was effective even once. On the other hand, Comparative Example 2 using conventional foamed aluminum has a low energy density of 616 Wh / cm 3, and 2C discharge can only hold a capacity of 0.75 at the time of 0.2C discharge, and output characteristics are also high. It was not good. In Comparative Example 3 not containing CNF, the voltage drop during 2C discharge was 14.9 mV, (discharge capacity at 0.2C) / (discharge capacity at 2C) was 0.80, which was inferior to Examples 5-10. It was a result.

以上のように、本発明の非水電解質二次電池用集電体、およびこれを用いた電極により、高出力密度、高信頼性、高エネルギー密度の非水電解質二次電池を製造することができる。   As described above, a non-aqueous electrolyte secondary battery having high output density, high reliability, and high energy density can be manufactured by using the current collector for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention and an electrode using the same. it can.

1 アルミニウム多孔質焼結体
2 活物質、導電助剤および結合剤層
3 空孔
10 正極
11 負極
12 電池蓋
13 外装缶
14 セパレーター
15 シーラント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aluminum porous sintered body 2 Active material, conductive support agent, and binder layer 3 Pore 10 Positive electrode 11 Negative electrode 12 Battery cover 13 Exterior can 14 Separator 15 Sealant

Claims (10)

アルミニウム多孔質焼結体と、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に微細炭素繊維を含む非水電解質二次電池の正極用集電体であって、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、前記金属骨格にはAl−Ti化合物が分散していることを特徴とする、非水電解質二次電池の正極用集電体。   An aluminum porous sintered body, and a current collector for a positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery containing fine carbon fibers in the pores of the aluminum porous sintered body, wherein the aluminum porous sintered body is: A positive electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a metal skeleton having a three-dimensional network structure, pores between the metal skeletons, and an Al-Ti compound dispersed in the metal skeleton Current collector. アルミニウム多孔質体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、請求項1記載の非水電解質二次電池の正極用集電体。   The current collector for a positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the aluminum porous body contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass of aluminum and titanium in total. アルミニウム多孔質焼結体の平均の結晶粒径が、10〜100μmである、請求項1または2記載の非水電解質二次電池の正極用集電体。   The current collector for a positive electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the average crystal grain size of the aluminum porous sintered body is 10 to 100 µm. 微細炭素繊維が、平均繊維径1nm〜1μmおよびアスペクト比5以上のカーボンナノファイバーである、請求項1〜3のいずれか1項記載の非水電解質二次電池の正極用集電体。   The collector for positive electrodes of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the fine carbon fibers are carbon nanofibers having an average fiber diameter of 1 nm to 1 µm and an aspect ratio of 5 or more. 請求項1〜4のいずれか1項記載の非水電解質二次電池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、さらに活物質および結合剤を含む、非水電解質二次電池用電極。   The nonaqueous electrolyte secondary battery further comprising an active material and a binder in the pores of the aluminum porous sintered body of the positive electrode current collector of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4. Secondary battery electrode. 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Al−Ti化合物が分散しているアルミニウム多孔質焼結体の空孔に、微細炭素繊維の分散液を充填し、乾燥することを特徴とする、非水電解質二次電池の正極用集電体の製造方法。   Fine carbon fiber in the pores of the porous aluminum sintered body having a metal skeleton of a three-dimensional network structure, having pores between the metal skeletons, and having an Al-Ti compound dispersed in the metal skeleton A method for producing a current collector for a positive electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the dispersion is filled and dried. アルミニウム多孔質体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、請求項6記載の非水電解質二次電池の正極用集電体の製造方法。   The manufacturing method of the electrical power collector for positive electrodes of the nonaqueous electrolyte secondary battery of Claim 6 with which an aluminum porous body contains 0.1-20 mass parts of titanium with respect to a total of 100 mass parts of aluminum and titanium. 空孔が直線長さ1cm当たりに20個以上形成されることにより、アルミニウム多孔質焼結体の全体気孔率が70〜99%である、請求項6または7記載の非水電解質二次電池の正極用集電体の製造方法。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 6 or 7, wherein the total porosity of the aluminum porous sintered body is 70 to 99% by forming 20 or more pores per linear length of 1 cm. A method for producing a current collector for a positive electrode. 請求項1〜4のいずれか1項記載の非水電解質二次電池の正極用集電体のアルミニウム多孔質焼結体の空孔に、活物質および結合剤を含むスラリーを充填し、乾燥した後、圧延をすることを特徴とする、非水電解質二次電池用電極の製造方法。   The slurry containing the active material and the binder is filled in the pores of the aluminum porous sintered body of the positive electrode current collector of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4, and dried. A method for producing an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which is then rolled. 請求項5記載の非水電解質二次電池用電極を含む、非水電解質二次電池。   A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 5.
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