JP5888403B2 - 低融点な電気アルミニウムめっき用めっき液の調製方法、電気アルミニウムめっき用めっき液、アルミニウム箔の製造方法、および、電気アルミニウムめっき用めっき液の融点を低下させる方法 - Google Patents
低融点な電気アルミニウムめっき用めっき液の調製方法、電気アルミニウムめっき用めっき液、アルミニウム箔の製造方法、および、電気アルミニウムめっき用めっき液の融点を低下させる方法 Download PDFInfo
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Description
リチウムイオン二次電池やスーパーキャパシターといった蓄電デバイスは、例えば、電解質としてLiPF6やNR4・BF4(Rはアルキル基)などの含フッ素化合物を含んだ有機電解液中に、正極と負極がポリオレフィンなどからなるセパレータを介して配された構造を持つ。正極はLiCoO2(コバルト酸リチウム)や活性炭などの正極活物質と正極集電体からなるとともに、負極はグラファイトや活性炭などの負極活物質と負極集電体からなり、それぞれの形状は集電体の表面に活物質を塗布してシート状に成型したものが一般的である。各電極とも、大きな電圧がかかることに加え、腐食性が高い含フッ素化合物を含んだ有機電解液に浸漬されることから、特に、正極集電体の材料は、電気伝導性に優れるとともに、耐腐食性に優れることが求められる。このような事情から、現在、正極集電体の材料としては、ほぼ100%に、電気良導体であり、かつ、表面に不働態膜を形成することで優れた耐腐食性を有するアルミニウムが採用されている。なお、負極集電体の材料としては銅やニッケルなどが挙げられる。
そこで圧延法にかわるアルミニウム箔の製造方法として、アルミニウム箔を電解法によって製造する方法が考えられる。電解法による金属箔の製造は、例えば、ステンレス板などの基材の表面に電気めっきで金属被膜を形成した後、当該被膜を基材から剥離することによって行われるものであり、例えば銅箔の製造方法としてはよく知られているものである。しかしながら、アルミニウムは電気化学的に卑な金属であるため電気めっきが非常に難しいこともあり、アルミニウム箔を電解法によって製造することは容易なことではない。特許文献1には、アルミニウム箔を電解法によって製造する方法として、塩化アルミニウム50〜75モル%とアルキルピリジニウムクロリド25〜50モル%とからなる電解浴またはこの浴に有機溶媒を添加した電解浴を用いる方法が開示されているが、この方法は、めっき液の塩素濃度が非常に高い。そのため、めっき液に含まれる塩素がめっき処理中に大気中の水分と反応することで塩化水素ガスが発生し、設備の腐食を引き起こすといった問題があるので、塩化水素ガスの発生を防ぐための対策や発生した塩化水素ガスで設備が腐食することを防ぐための対策を講じる必要がある。また、特許文献1に記載の方法には、印加できる電流密度が最大でも2A/dm2程度であるため、成膜速度が遅いといった問題もある(印加電流密度をこれ以上高くするとめっき液の分解などが起こることによって安定にめっき処理を行うことができなくなる)。成膜速度はめっき液にベンゼンやトルエンなどの有機溶媒を添加することで改善を期待することができるが、これらの有機溶媒は毒性が高く、また、引火性が高いといった危険性があるため、廃液処理の容易性や安全性の点からは、めっき液にこれらの有機溶媒を添加することには問題があると言わざるを得ない。
また、請求項2記載の電気アルミニウムめっき用めっき液の調製方法は、請求項1記載の電気アルミニウムめっき用めっき液の調製方法において、ジアルキルスルホンがジメチルスルホンであることを特徴とする。
また、請求項3記載の電気アルミニウムめっき用めっき液の調製方法は、請求項1記載の電気アルミニウムめっき用めっき液の調製方法において、含窒素化合物が、ハロゲン化アンモニウム、第一アミンのハロゲン化水素塩、第二アミンのハロゲン化水素塩、第三アミンのハロゲン化水素塩、一般式:R1R2R3R4N・X(R1〜R4は同一または異なってアルキル基、Xは第四アンモニウムカチオンに対するカウンターアニオンを示す)で表される第四アンモニウム塩、含窒素芳香族化合物からなる群から選択される少なくとも1つであることを特徴とする。
また、本発明のアルミニウム箔の製造方法は、請求項4記載の通り、(1)ジアルキルスルホン、(2)アルミニウムハロゲン化物、および、(3)含窒素化合物を、ジアルキルスルホン10モルに対し、アルミニウムハロゲン化物は3.5+n〜4.2+nモル、含窒素化合物はnモル(ただしnは0.001〜0.1モル)に配合することによって調製されてなる融点が25℃以下の電気アルミニウムめっき用めっき液を用いた電解法によって基材の表面にアルミニウム被膜を形成した後、当該被膜を基材から剥離することを特徴とする。
また、請求項5記載のアルミニウム箔の製造方法は、請求項4記載のアルミニウム箔の製造方法において、めっき液の温度が25〜80℃であることを特徴とする。
また、本発明の電気アルミニウムめっき用めっき液の融点を低下させる方法は、請求項6記載の通り、(1)ジアルキルスルホン、(2)アルミニウムハロゲン化物、および、(3)含窒素化合物を少なくとも含む電気アルミニウムめっき用めっき液を調製するに際してのジアルキルスルホン、アルミニウムハロゲン化物、含窒素化合物の配合割合を、ジアルキルスルホン10モルに対し、アルミニウムハロゲン化物は3.5+n〜4.2+nモル、含窒素化合物はnモル(ただしnは0.001〜0.1モル)とすることを特徴とする。
窒素ガス雰囲気下、ジメチルスルホン、無水塩化アルミニウム、トリメチルアミン塩酸塩を表1に示す6種類のモル比で混合し、110℃で溶解させて電気アルミニウムめっき用めっき液を調製した。自然放熱によってめっき液を室温(25℃)まで冷却した後、24時間放置してからその性状を目視によって観察した。結果を表1に示す。なお、表1における「本発明該当性」は、含窒素化合物であるトリメチルアミン塩酸塩のモル数をnとした時に無水塩化アルミニウムのモル数が3.5+n〜4.2+nの範囲内にあれば「該当」、範囲外であれば「非該当」とする。
(式中、通電電流値(A)は印過電流密度(A/dm2)と陰極表面積(dm2)の積、27はアルミニウムの原子量、3はアルミニウムの原子価である)
窒素ガス雰囲気下、ジメチルスルホン、無水塩化アルミニウム、トリメチルアミン塩酸塩を表2に示す6種類のモル比で混合し、110℃で溶解させて電気アルミニウムめっき用めっき液を調製した。また、窒素ガス雰囲気下、ジメチルスルホン、無水塩化アルミニウム、塩化テトラメチルアンモニウムを表3に示す6種類のモル比で混合し、110℃で溶解させて電気アルミニウムめっき用めっき液を調製した。さらに、窒素ガス雰囲気下、ジメチルスルホン、無水塩化アルミニウム、トリメチルアミン塩酸塩を表4に示す6種類のモル比で混合し、110℃で溶解させて電気アルミニウムめっき用めっき液を調製した。自然放熱によってめっき液を室温(25℃)まで冷却した後、24時間放置してからその性状を目視によって観察した。結果を表2〜4に示す。なお、表2〜4における「本発明該当性」は、含窒素化合物であるトリメチルアミン塩酸塩または塩化テトラメチルアンモニウムのモル数をnとした時に無水塩化アルミニウムのモル数が3.5+n〜4.2+nの範囲内にあれば「該当」、範囲外であれば「非該当」とする。
窒素ガス雰囲気下、ジメチルスルホン、無水塩化アルミニウム、トリメチルアミン塩酸塩をモル比で10:3.8:0.001の割合で混合し、110℃で溶解させて電気アルミニウムめっき用めっき液を調製した。自然放熱によってめっき液を室温(25℃)まで冷却した後、24時間放置してからその性状を目視によって観察したところ、固化せずに流動性を有するものであった。このめっき液を用い、50A/dm2の印加電流密度で、めっき液を145℃に保って攪拌しながら電気めっき処理を3分間行うと(陽極:純度99.99%のアルミニウム板、陰極:銅板)、白色のアルミニウム被膜が銅板の表面に形成された。こうして行った電気めっき処理における通電量に対するアルミニウムの析出効率(電析効率)を実施例1に記載の数式にて算出したところ99%であった。表面にアルミニウム被膜が形成された銅板の端部からアルミニウム被膜と銅板の間に介入させたピンセットを銅板に沿って滑らせるように移動させると、アルミニウム被膜は銅板から容易に剥離し、白色のアルミニウム箔が得られた。
窒素ガス雰囲気下、ジメチルスルホン、無水塩化アルミニウム、トリメチルアミン塩酸塩をモル比で10:3.8:0.1の割合で混合し、110℃で溶解させて電気アルミニウムめっき用めっき液を調製した。自然放熱によってめっき液を室温(25℃)まで冷却した後、24時間放置してからその性状を目視によって観察したところ、固化せずに流動性を有するものであった。実施例3に記載の方法と同様にして電気めっき処理を行うと、白色のアルミニウム被膜が銅板の表面に形成された。こうして行った電気めっき処理における通電量に対するアルミニウムの析出効率(電析効率)を実施例1に記載の数式にて算出したところ90%であった。表面にアルミニウム被膜が形成された銅板の端部からアルミニウム被膜と銅板の間に介入させたピンセットを銅板に沿って滑らせるように移動させると、アルミニウム被膜は銅板から容易に剥離し、白色のアルミニウム箔が得られた。
窒素ガス雰囲気下、ジメチルスルホン、無水塩化アルミニウム、塩化アンモニウムをモル比で10:3.8:0.01の割合で混合し、110℃で溶解させて電気アルミニウムめっき用めっき液を調製した。自然放熱によってめっき液を室温(25℃)まで冷却した後、24時間放置してからその性状を目視によって観察したところ、固化せずに流動性を有するものであった。このめっき液を用い、7A/dm2の印加電流密度で、めっき液を60℃に保って攪拌しながら電気めっき処理を15分間行うと(陽極:純度99.99%のアルミニウム板、陰極:銅板)、白色のアルミニウム被膜が銅板の表面に形成された。こうして行った電気めっき処理における通電量に対するアルミニウムの析出効率(電析効率)を実施例1に記載の数式にて算出したところ89%であった。表面にアルミニウム被膜が形成された銅板の端部からアルミニウム被膜と銅板の間に介入させたピンセットを銅板に沿って滑らせるように移動させると、アルミニウム被膜は銅板から容易に剥離し、白色のアルミニウム箔が得られた。
窒素ガス雰囲気下、ジメチルスルホン、無水塩化アルミニウム、ジメチルアミン塩酸塩をモル比で10:3.8:0.01の割合で混合し、110℃で溶解させて電気アルミニウムめっき用めっき液を調製した。自然放熱によってめっき液を室温(25℃)まで冷却した後、24時間放置してからその性状を目視によって観察したところ、固化せずに流動性を有するものであった。このめっき液を用い、実施例5に記載の方法と同様にして電気めっき処理を行うと、白色のアルミニウム被膜が銅板の表面に形成された。こうして行った電気めっき処理における通電量に対するアルミニウムの析出効率(電析効率)を実施例1に記載の数式にて算出したところ92%であった。表面にアルミニウム被膜が形成された銅板の端部からアルミニウム被膜と銅板の間に介入させたピンセットを銅板に沿って滑らせるように移動させると、アルミニウム被膜は銅板から容易に剥離し、白色のアルミニウム箔が得られた。
窒素ガス雰囲気下、ジメチルスルホン、無水塩化アルミニウム、塩化テトラメチルアンモニウムをモル比で10:3.8:0.01の割合で混合し、110℃で溶解させて電気アルミニウムめっき用めっき液を調製した。自然放熱によってめっき液を室温(25℃)まで冷却した後、24時間放置してからその性状を目視によって観察したところ、固化せずに流動性を有するものであった。このめっき液を用い、実施例5に記載の方法と同様にして電気めっき処理を行うと、白色のアルミニウム被膜が銅板の表面に形成された。こうして行った電気めっき処理における通電量に対するアルミニウムの析出効率(電析効率)を実施例1に記載の数式にて算出したところ85%であった。表面にアルミニウム被膜が形成された銅板の端部からアルミニウム被膜と銅板の間に介入させたピンセットを銅板に沿って滑らせるように移動させると、アルミニウム被膜は銅板から容易に剥離し、白色のアルミニウム箔が得られた。
窒素ガス雰囲気下、ジメチルスルホン、無水塩化アルミニウム、フェナントロリンをモル比で10:3.8:0.001の割合で混合し、110℃で溶解させて電気アルミニウムめっき用めっき液を調製した。自然放熱によってめっき液を室温(25℃)まで冷却した後、24時間放置してからその性状を目視によって観察したところ、固化せずに流動性を有するものであった。このめっき液を用い、実施例5に記載の方法と同様にして電気めっき処理を行うと、白色のアルミニウム被膜が銅板の表面に形成された。こうして行った電気めっき処理における通電量に対するアルミニウムの析出効率(電析効率)を実施例1に記載の数式にて算出したところ90%であった。表面にアルミニウム被膜が形成された銅板の端部からアルミニウム被膜と銅板の間に介入させたピンセットを銅板に沿って滑らせるように移動させると、アルミニウム被膜は銅板から容易に剥離し、白色のアルミニウム箔が得られた。
表3に記載のめっき液No.4を用い、15A/dm2の印加電流密度で、めっき液を90℃に保って攪拌しながら電気めっき処理を15分間行うと(陽極:純度99.99%のアルミニウム板、陰極:銅板)、白色のアルミニウム被膜が銅板の表面に形成された。こうして行った電気めっき処理における通電量に対するアルミニウムの析出効率(電析効率)を実施例1に記載の数式にて算出したところ85%であった。表面にアルミニウム被膜が形成された銅板の端部からアルミニウム被膜と銅板の間に介入させたピンセットを銅板に沿って滑らせるように移動させると、アルミニウム被膜は銅板から容易に剥離し、白色のアルミニウム箔が得られた。
窒素ガス雰囲気下、ジメチルスルホン、無水塩化アルミニウム、塩化テトラメチルアンモニウムをモル比で10:5.8:2.0の割合で混合し、110℃で溶解させて電気アルミニウムめっき用めっき液を調製した。自然放熱によってめっき液を室温(25℃)まで冷却した後、24時間放置してからその性状を目視によって観察したところ、固化せずに流動性を有するものであった。このめっき液を用い、15A/dm2の印加電流密度で、めっき液を115℃に保って攪拌しながら電気めっき処理を15分間行うと(陽極:純度99.99%のアルミニウム板、陰極:銅板)、白色のアルミニウム被膜が銅板の表面に形成された。こうして行った電気めっき処理における通電量に対するアルミニウムの析出効率(電析効率)を実施例1に記載の数式にて算出したところ97%であった。表面にアルミニウム被膜が形成された銅板の端部からアルミニウム被膜と銅板の間に介入させたピンセットを銅板に沿って滑らせるように移動させると、アルミニウム被膜は銅板から容易に剥離し、白色のアルミニウム箔が得られた。
表2に記載のめっき液No.3を用い、18A/dm2の印加電流密度で、めっき液を95℃に保って攪拌しながら電気めっき処理を5分間行うと(陽極:純度99.99%のアルミニウム板、陰極:銅板)、白色のアルミニウム被膜が銅板の表面に形成された。こうして行った電気めっき処理における通電量に対するアルミニウムの析出効率(電析効率)を実施例1に記載の数式にて算出したところ98%であった。表面にアルミニウム被膜が形成された銅板の端部からアルミニウム被膜と銅板の間に介入させたピンセットを銅板に沿って滑らせるように移動させると、アルミニウム被膜は銅板から容易に剥離し、白色のアルミニウム箔が得られた。得られたアルミニウム箔は、厚みが5μmであり、アルミニウムの純度が高く(アルミニウムの含量:99.36mass%、Sの含量:0.21mass%、Clの含量:0.43mass%)、圧延法によって製造されるアルミニウム箔と同様、延性に富むものであった。なお、アルミニウム箔の厚みはマイクロメータ(MCD191−30WD:新潟精機社製)を用いて測定した(以下の実施例でも採用)。アルミニウム箔の純度はその両面を水洗した後に硫黄分析装置(EMIA−820W:堀場製作所社製)を用いてSの含量を測定するとともに波長分散蛍光X線分析装置(RIX−2100:リガク社製)を用いてClの含量を測定し、その残りをアルミニウムの含量とした(以下の実施例でも採用)。
表2に記載のめっき液No.3を用い、25A/dm2の印加電流密度で、めっき液を115℃に保って攪拌しながら電気めっき処理を3分間行った。なお、陽極には純度99.99%のアルミニウム板、陰極(アルミニウム被膜を形成するための基材)にはチタン板を用いた。3分後、表面にアルミニウム被膜が形成されたチタン板をめっき液から取り出し、水洗を行ってから乾燥した後、その表面を目視によって観察したところ、チタン板の表面には白色のアルミニウム被膜が形成されていた。こうして行った電気めっき処理における通電量に対するアルミニウムの析出効率(電析効率)を実施例1に記載の数式にて算出したところ92%であった。表面にアルミニウム被膜が形成されたチタン板の端部からアルミニウム被膜とチタン板の間に介入させたピンセットをチタン板に沿って滑らせるように移動させると、アルミニウム被膜はチタン板から容易に剥離し、白色のアルミニウム箔が得られた。このアルミニウム箔に対し、アルゴン雰囲気下、300℃で30分間の熱処理を行うことで、箔の内部応力を緩和させた。得られたアルミニウム箔は、厚みが15μmであり、アルミニウムの純度が高く(アルミニウムの含量:99.91mass%、Sの含量:0.03mass%、Clの含量:0.06mass%)、圧延法によって製造されるアルミニウム箔と同様、延性に富むものであった。
窒素ガス雰囲気下、ジメチルスルホン、無水塩化アルミニウム、ジメチルアミン塩酸塩をモル比で10:4.1:0.15の割合で混合し、110℃で溶解させて電気アルミニウムめっき用めっき液を調製した。自然放熱によってめっき液を室温(25℃)まで冷却した後、24時間放置してからその性状を目視によって観察したところ、固化せずに流動性を有するものであった。このめっき液を用い、10A/dm2の印加電流密度で、めっき液を80℃に保って攪拌しながら電気めっき処理を5分間行うこと以外は実施例12に記載の方法と同様にして白色のアルミニウム箔を得た。こうして行った電気めっき処理における通電量に対するアルミニウムの析出効率(電析効率)を実施例1に記載の数式にて算出したところ95%であった。このアルミニウム箔に対し、アルゴン雰囲気下、300℃で30分間の熱処理を行うことで、箔の内部応力を緩和させた。得られたアルミニウム箔は、厚みが10μmであり、アルミニウムの純度が高く(アルミニウムの含量:99.56mass%、Sの含量:0.15mass%、Clの含量:0.29mass%)、圧延法によって製造されるアルミニウム箔と同様、延性に富むものであった。
実施例11で得たアルミニウム箔を正極集電体として利用し、その表面に正極活物質を塗布したものを正極として、図1に示す蓄電デバイスを作製した。蓄電デバイス100は、筐体10の内部にフッ素化合物を含んだ有機電解液が充填され、その有機電解液中に電極ユニット8が浸漬された構成を有する。電極ユニット8は、薄い箔で帯状の正極、負極、セパレータを、正極−セパレータ−負極−セパレータの順に重ねて積層体とし、この積層体を倦回した構造である。筐体10は金属材料からなり、その内側には絶縁層4が形成されている。また、筐体10には外部機器との接続端子となる正極端子5と負極端子6が形成され、正極端子5と電極ユニット8の正極が、負極端子6と電極ユニット8の負極が、それぞれ電気的に接続されている。図2は図1のA−A断面である。正極1と負極2はセパレータ3によって物理的に隔離されているので両者は直接通電しない。しかしながら、セパレータ3は有機電解液7が透過しうる多孔質な材質からなり、正極1と負極2は有機電解液7を介して電気的に接続された状態である。
2 負極
3 セパレータ
4 絶縁層
5 正極端子
6 負極端子
7 有機電解液
8 電極ユニット
10 筐体
100 蓄電デバイス
Claims (6)
- (1)ジアルキルスルホン、(2)アルミニウムハロゲン化物、および、(3)含窒素化合物を、ジアルキルスルホン10モルに対し、アルミニウムハロゲン化物は3.5+n〜4.2+nモル、含窒素化合物はnモル(ただしnは0.001〜0.1モル)に配合することを特徴とする、融点が25℃以下の電気アルミニウムめっき用めっき液の調製方法。
- ジアルキルスルホンがジメチルスルホンであることを特徴とする請求項1記載の電気アルミニウムめっき用めっき液の調製方法。
- 含窒素化合物が、ハロゲン化アンモニウム、第一アミンのハロゲン化水素塩、第二アミンのハロゲン化水素塩、第三アミンのハロゲン化水素塩、一般式:R1R2R3R4N・X(R1〜R4は同一または異なってアルキル基、Xは第四アンモニウムカチオンに対するカウンターアニオンを示す)で表される第四アンモニウム塩、含窒素芳香族化合物からなる群から選択される少なくとも1つであることを特徴とする請求項1記載の電気アルミニウムめっき用めっき液の調製方法。
- (1)ジアルキルスルホン、(2)アルミニウムハロゲン化物、および、(3)含窒素化合物を、ジアルキルスルホン10モルに対し、アルミニウムハロゲン化物は3.5+n〜4.2+nモル、含窒素化合物はnモル(ただしnは0.001〜0.1モル)に配合することによって調製されてなる融点が25℃以下の電気アルミニウムめっき用めっき液を用いた電解法によって基材の表面にアルミニウム被膜を形成した後、当該被膜を基材から剥離することを特徴とするアルミニウム箔の製造方法。
- めっき液の温度が25〜80℃であることを特徴とする請求項4記載のアルミニウム箔の製造方法。
- (1)ジアルキルスルホン、(2)アルミニウムハロゲン化物、および、(3)含窒素化合物を少なくとも含む電気アルミニウムめっき用めっき液を調製するに際してのジアルキルスルホン、アルミニウムハロゲン化物、含窒素化合物の配合割合を、ジアルキルスルホン10モルに対し、アルミニウムハロゲン化物は3.5+n〜4.2+nモル、含窒素化合物はnモル(ただしnは0.001〜0.1モル)とすることを特徴とする電気アルミニウムめっき用めっき液の融点を低下させる方法。
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