JP5545439B2 - 非水電解質電池 - Google Patents
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Description
製造方法:連通孔を有する樹脂体の樹脂表面にアルミニウム層を形成した後、その樹脂体を溶融塩に浸漬した状態で、アルミニウムの標準電極電位より卑な電位をアルミニウム層に印加しながらアルミニウムの融点以下の温度に加熱して、樹脂体を熱分解する。
図1(A)は、連通孔を有する樹脂体1fの一部拡大断面を示し、樹脂体1fは、樹脂1を骨格として連通孔が形成されている。連通孔を有する樹脂体としては、発泡樹脂の他、樹脂繊維からなる不織布を用いることができる。樹脂体を構成する樹脂としては、アルミニウムの融点以下の加熱温度で熱分解が可能なものであればよく、例えば、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。また、樹脂体の気孔径は5μm〜500μm程度、気孔率は80%〜98%程度の範囲が好ましく、最終的に得られるアルミニウム多孔体の気孔径と気孔率とは、樹脂体の気孔径と気孔率とに影響を受ける。そこで、作製するアルミニウム多孔体の気孔径と気孔率とに応じて、樹脂体の気孔径と気孔率とを決定する。
図1(B)は、連通孔を有する樹脂体の樹脂1表面にアルミニウム層2が形成された状態(アルミニウム層被膜樹脂体3)を示す。アルミニウム層の形成方法としては、例えば、(i)真空蒸着法、スパッタリング法もしくはレーザアブレーション法などに代表される気相法(PVD)、(ii)めっき法、(iii)ペースト塗布法などが挙げられる。
真空蒸着法では、例えば、原料のアルミニウムに電子ビームを照射してアルミニウムを溶融・蒸発させ、連通孔を有する樹脂体の樹脂表面にアルミニウムを付着させることにより、アルミニウム層を形成することができる。スパッタリング法では、例えば、アルミニウムのターゲットにプラズマ照射してアルミニウムを気化させ、連通孔を有する樹脂体の樹脂表面にアルミニウムを付着させることにより、アルミニウム層を形成することができる。レーザアブレーション法では、例えば、レーザ照射によりアルミニウムを溶融・蒸発させ、連通孔を有する樹脂体の樹脂表面にアルミニウムを付着させることにより、アルミニウム層を形成することができる。
水溶液中でアルミニウムをめっきすることは、実用上ほとんど不可能であるため、溶融塩中でアルミニウムをめっきする溶融塩電解めっき法により、連通孔を有する樹脂体の樹脂表面にアルミニウム層を形成することができる。この場合、予め樹脂表面を導電化処理した後、溶融塩中でアルミニウムをめっきすることが好ましい。
ペースト塗布法では、例えば、アルミニウム粉末、結着剤(バインダー)、及び有機溶剤を混合したアルミニウムペーストを用いる。そして、アルミニウムペーストを樹脂表面に塗布した後、加熱することにより、バインダーと有機溶剤とを消失させると共に、アルミニウムペーストを焼結させる。この焼結は、1回で行っても、複数回に分けて行ってもよい。例えば、アルミニウムペーストの塗布後、低温で加熱して有機溶剤を消失させた後、溶融塩に浸漬した状態で加熱することにより、樹脂体の熱分解と同時にアルミニウムペーストの焼結を行うことも可能である。また、この焼結は、非酸化性雰囲気下で行うことが好ましい。
図1(C)は、図1(B)に示すアルミニウム層被膜樹脂体3から樹脂1を熱分解して、アルミニウム層を残して樹脂を消失させた状態(アルミニウム多孔体4)を示す。樹脂体(樹脂)の熱分解は、溶融塩に浸漬した状態で、アルミニウム層に卑な電位を印加しながらアルミニウムの融点以下の温度に加熱することにより行う。例えば、図2に示すように、樹脂表面にアルミニウム層を形成した樹脂体(即ち、アルミニウム層被膜樹脂体3)及び対極(正極)5を溶融塩6に浸漬し、アルミニウムの標準電極電位より卑な電位をアルミニウム層に印加する。溶融塩中でアルミニウム層に卑な電位を印加することで、アルミニウム層の酸化を確実に防止することができる。ここで、アルミニウム層に印加する電位は、アルミニウムの標準電極電位より卑で、かつ溶融塩のカチオンの還元電位より貴とする。また、対極には、溶融塩に対し不溶性を示すものであればよく、例えば、白金、チタンなどを用いることができる。
次に、アルミニウム多孔体に充填する活物質としては、リチウムを脱挿入できる材料を使用することができ、このような材料をアルミニウム多孔体に充填することで、リチウムイオン二次電池に適した電極を得ることができる。正極活物質の材料としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、ニッケルコバルト酸リチウム(LiCo0.3Ni0.7O2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)、リチウムマンガン酸化合物(LiMyMn2-yO4;M=Cr、Co、Ni)、リチウムリン酸鉄及びその化合物(LiFePO4、LiFe0.5Mn0.5PO4)であるオリビン化合物などの遷移金属酸化物が挙げられる。また、これら材料の中に含まれる遷移金属元素を、別の遷移金属元素に一部置換してもよい。
活物質の充填は、例えば、浸漬充填法や塗工法などの公知の方法を用いることができる。塗工法としては、例えば、ロール塗工法、アプリケーター塗工法、静電塗工法、粉体塗工法、スプレー塗工法、スプレーコーター塗工法、バーコーター塗工法、ロールコーター塗工法、ディップコーター塗工法、ドクターブレード塗工法、ワイヤーバー塗工法、ナイフコーター塗工法、ブレード塗工法、及びスクリーン印刷法などが挙げられる。
[試験例1]
(アルミニウム多孔体の作製)
樹脂体として、気孔率:約97%、気孔径:約200μm、厚さ:約500μmのポリウレタンフォーム(発泡ウレタン)と、気孔率:約97%、気孔径:約400μm、厚さ:約500μmのポリウレタンフォーム(発泡ウレタン)とを用意した。
上記した各アルミニウム多孔体試料1〜4に活物質を充填して、リチウム系電池用正極を製造した。
2 アルミニウム層
3 アルミニウム層被膜樹脂体
4 アルミニウム多孔体
5 対極(正極)
6 溶融塩
Claims (4)
- 正極と負極、及びこれら両電極の間に介在される電解質を備える非水電解質電池であって、
前記正極と負極の少なくとも一方は、アルミニウム多孔体に活物質が充填されており、
前記アルミニウム多孔体の表面の酸素量が、3.1質量%以下であり、
前記アルミニウム多孔体は、一方の面から他方の面に向かって厚さ方向に、気孔径の大きい大孔径領域とこれより気孔径の小さい小孔径領域とを有し、
前記アルミニウム多孔体を用いた一方の電極の前記アルミニウム多孔体の大孔径領域側の面が他方の電極に対向するように配置されている非水電解質電池。 - 前記アルミニウム多孔体の大孔径領域における気孔径が、300μm以上600μm以下である請求項1に記載の非水電解質電池。
- 前記アルミニウム多孔体の小孔径領域における気孔径が、50μm以上300μm以下である請求項1又は請求項2に記載の非水電解質電池。
- 前記アルミニウム多孔体の小孔径領域の厚さが、750μm未満である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の非水電解質電池。
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