JP5950162B2 - アルミニウム膜の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、無水物の1,10−フェナントロリンは大気中の水分によっても一部が水和されてしまうため、無水物のみからなる1,10−フェナントロリンを得ることが困難である。このため、無水物の1,10−フェナントロリンを添加した場合においても、めっき液中には1,10−フェナントロリン一水和物も混入する。従来の方法で連続的にアルミニウム膜を製造し続けた場合に膜表面の平滑性が低下したのは、無水物の1,10−フェナントロリンに含まれていた一水和物が連続操業によって消費され、めっき液中の1,10−フェナントロリン一水和物の濃度が低下したことが原因であると考えられる。また、得られるアルミニウム膜の平滑性が低下した状態のめっき液を用いて更に連続的にアルミニウム膜を製造した場合、めっき液中の1,10−フェナントロリン濃度が変化しないことから、1,10−フェナントロリン無水物については通電によって消費されず、めっき液中に蓄積すると考えられる。
(1)電解液中で基材表面にアルミニウムを電着させるアルミニウム膜の製造方法であって、
前記電解液は、
(A)アルミニウムハロゲン化物と、
(B)アルキルピリジニウムハロゲン化物、アルキルイミダゾリウムハロゲン化物及び尿素化合物からなる群より選択されるいずれか1種以上の化合物と、
(C)1,10−フェナントロリン一水和物と、
不可避的不純物と、
を成分として含みからなり、
前記(A)成分と前記(B)成分の混合比はモル比で1:1〜3:1の範囲にあり、
前記電解液における前記1,10−フェナントロリン一水和物の濃度を0.05g/L以上、7.5g/L以下の範囲になるように制御するアルミニウム膜の製造方法。
上記(1)に記載のアルミニウム膜の製造方法によれば、表面平滑性に優れ鏡面を有するアルミニウム膜を連続的に大量に製造することが可能となる。
(2)前記電解液におけるアルミニウムの析出による過電圧を測定して、
前記過電圧の測定値が設定範囲内になるように前記電解液への1,10−フェナントロリン一水和物の添加量を調整して前記電解液における前記1,10−フェナントロリン一水和物の濃度を制御する上記(1)に記載のアルミニウム膜の製造方法。
上記(2)に記載の発明によれば、電解液中の1,10−フェナントロリン一水和物の濃度を知ることができるため、電解液中の1,10−フェナントロリン一水和物の濃度を容易に制御することが可能となる。
(3)前記(A)成分が塩化アルミニウムであり、かつ前記(B)成分が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリドである上記(1)又は(2)に記載のアルミニウム膜の製造方法。
上記(3)に記載の発明によれば、より表面平滑性に優れたアルミニウム膜を連続的に大量に得ることができる。
(4)前記基材が、導電化処理された三次元網目構造を有する樹脂成形体である上記(1)〜(3)のいずれか一項に記載のアルミニウム膜の製造方法。
上記(4)に記載の発明によれば、三次元網目構造を有する樹脂成形体の表面に平滑性に優れたアルミニウム膜を連続的に形成することができる。これにより得られる三次元網目構造を有する樹脂構造体から、リチウムイオン電池の正極等に利用可能なアルミニウム多孔体を得ることができる。
例えば、下記式(1)で表される化合物を好ましく用いることができる。
前記尿素化合物は上記の中でも、尿素、ジメチル尿素を特に好ましく用いることができる。
前記(B)成分を1とした場合の前記(A)成分のモル比が1未満の場合にはアルミニウムの電析反応が生じない。また、前記(B)成分を1とした場合の前記(A)成分のモル比が3を超える場合には、電解液中に塩化アルミニウムが析出し、アルミニウム膜に取り込まれ、膜の品質が低下する。
なお、本発明においてアルミニウム膜の表面が鏡面状であるとは、レーザー顕微鏡により測定されるアルミニウム膜表面の算術平均粗さRaが0.10μm以下であることをいう。
なお、過電圧とは、アルミニウムの理論析出電位と、実際にアルミニウムの析出が開始する電位との差の絶対値のことをいう。この過電圧を測定するには、まず、前記電解液中に陽極と陰極とを設け、両極間に電圧を印加してアルミニウムが析出し始める電位、即ち、電流が流れ始める電位を測定する。そして、この時の電位と、アルミニウムを基準とした理論電位(平衡電極電位)との電位差を過電圧として求めればよい。なお、前記陽極にはアルミニウムを使用し、前記陰極には例えば、白金、グラッシーカーボン等を使用すればよい。
前記含窒素複素環化合物としては、炭素原子数が3個〜14個の範囲内の化合物が好ましく、例えば、ベンゾトリアゾール、ピリジン、ピラジン、ビピリジン等を好ましく用いることができる。
前記硫黄含有複素環化合物としては、例えば、チオ尿素、エチレンチオ尿素、フェノチアジン等を好ましく用いることができる。
このとき、電流密度が2.0A/dm2以上、10.0A/dm2以下となるようにして基材表面にアルミニウムを電着させることが好ましい。電流密度が前記範囲内にあることにより、より平滑性に優れたアルミニウム膜を得ることができる。前記電流密度は、2.0A/dm2以上、6.0A/dm2以下であることがより好ましく、2.5A/dm2以上、4.0A/dm2以下であることが更に好ましい。
なお、以下では三次元網目状構造の多孔体を単に「多孔体」とも記載する。
気孔率=(1−(多孔質材の重量[g]/(多孔質材の体積[cm3]×素材密度)))×100[%]
また、気孔径は、樹脂成形体表面を顕微鏡写真等で拡大し、1インチ(25.4mm)あたりの気孔数をセル数として計数して、平均孔径=25.4mm/セル数として平均的な値を求める。
無電解めっきや気相法により樹脂表面に金属層を形成することにより、樹脂表面の導電率を高くすることができる。一方、導電率の観点からは多少劣るが、カーボン塗布による樹脂表面の導電化は、アルミニウム膜形成後のアルミニウム構造体にアルミニウム以外の金属を混入することなくできることから、金属として実質的にアルミニウムのみからなる構造体を製造することが可能となる。また安価に導電化できる利点もある。
前記三次元網目状構造を有する樹脂成形体を使用する場合に、多孔体中にカーボン粒子の塗布を均一に行うには、懸濁液が均一な懸濁状態を維持している必要がある。そのためには、懸濁液は20℃〜40℃に維持されていることが好ましい。懸濁液の温度を20℃以上に維持することにより、均一な懸濁状態を保つことができ、多孔体の網目構造をなす骨格の表面に粘結剤のみが集中して層をなすということがなくなり、均一にカーボン粒子の塗布を行うことができる。このようにして均一に塗布されたカーボン粒子の層は剥離し難いため、強固に密着した金属めっきの形成が可能となる。一方、懸濁液の温度が40℃以下であることにより、分散剤の蒸発を抑制することができるため、塗布処理時間の経過とともに懸濁液が濃縮され難くなる。
また、カーボン粒子の粒径は、0.01〜5μmで、好ましくは0.01〜0.5μmである。粒径が大きいと多孔質樹脂成形体の空孔を詰まらせたり、平滑なめっきを阻害したりする要因となり、小さすぎると十分な導電性を確保することが難しくなる。
(電解液)
塩化アルミニウム(AlCl3)と1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド(EMIC)との混合比がモル比で2:1となるように混合して溶融塩を準備した。この溶融塩に1,10−フェナントロリン一水和物を3.0g/Lの濃度となるように添加して電解液を得た。
上記で用意した電解液を用いて基材の表面にアルミニウム膜を電着させた。
基材には銅(Cu)板(20mm×40mm×1mm)を用いた。そして、この基材を整流器の陰極側に接続し、対極のアルミニウム板(純度99.99%)を陽極側に接続した。電解液の温度が45℃となるようにし、また、電流密度が3.0A/dm2となるように制御した。
前記電解液中にアルミニウム電極(陽極)と白金電極(陰極)とを設けて前記過電圧を測定し、当該過電圧が105mV〜170mVの範囲になるように適宜1,10−フェナントロリン一水和物を電解液に添加して、1,10−フェナントロリン一水和物の濃度を制御した。
基材の銅板の表面に20μmのアルミニウム膜が形成されたところで銅板を新たなものに交換し、同じ電解液のまま、続けて同様の手順で新たな銅板にアルミニウム膜の形成を行うという操作を繰り返した。
前記操作を繰り返し、50枚目の銅板の表面に形成されたアルミニウム膜の表面の算術平均粗さRaをレーザー顕微鏡により測定したところ、0.055μmと、非常に良好な鏡面状態であることが確認された。
基材として、導電化処理をした三次元網目構造を有する樹脂成形体を用いた以外は実施例1と同様にしてアルミニウム膜の製造を行った。樹脂成形体には、厚み1mm、気孔率95%、1インチ当たりの気孔数(セル数)約50個の発泡ウレタン(100mm×30mm角)を用いた。導電化処理は発泡ウレタンをカーボン懸濁液に浸漬して乾燥させることにより行った。カーボン懸濁液の成分は、黒鉛とカーボンブラックを25%含み、樹脂バインダー、浸透剤、消泡剤を含むものとした。カーボンブラックの粒径は0.5μmとした。
基材の導電化処理した発泡ウレタンの表面に20μmのアルミニウム膜が形成されたところで基材を新たな発泡ウレタンに交換し、続けて同様の手順で新たな基材にアルミニウム膜の形成を行うという操作を繰り返した。
前記操作を繰り返し、50枚目の発泡ウレタンの表面に形成されたアルミニウム膜の表面の算術平均粗さRaをレーザー顕微鏡により測定したところ、0.10μmと、非常に良好な鏡面状態であることが確認された。
前記1,10−フェナントロリン一水和物の代わりに、1,10−フェナントロリン無水物を用いた以外は実施例1と同様にして銅板の表面にアルミニウム膜の形成を行った。
<アルミニウム膜の評価>
実施例1と同様にして、50枚目の銅板の表面に形成されたアルミニウム膜の表面の算術平均粗さRaをレーザー顕微鏡により測定したところ、0.75μmと、表面平滑性に優れていないことが確認された。
Claims (4)
- 電解液中で基材表面にアルミニウムを電着させるアルミニウム膜の製造方法であって、
前記電解液は、
(A)アルミニウムハロゲン化物と、
(B)アルキルピリジニウムハロゲン化物、アルキルイミダゾリウムハロゲン化物及び尿素化合物からなる群より選択されるいずれか1種以上の化合物と、
(C)1,10−フェナントロリン一水和物と、
不可避的不純物と、
からなり、
前記(A)成分と前記(B)成分の混合比はモル比で1:1〜3:1の範囲にあり、
前記電解液における前記1,10−フェナントロリン一水和物の濃度を0.05g/L以上、7.5g/L以下の範囲になるように制御するアルミニウム膜の製造方法。 - 前記電解液におけるアルミニウムが電析する際の過電圧を測定して、
前記過電圧の測定値が設定範囲内になるように前記電解液への1,10−フェナントロリン一水和物の添加量を調整して前記電解液における前記1,10−フェナントロリン一水和物の濃度を制御する請求項1に記載のアルミニウム膜の製造方法。 - 前記(A)成分が塩化アルミニウムであり、かつ前記(B)成分が1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリドである請求項1又は2に記載のアルミニウム膜の製造方法。
- 前記基材が、導電化処理された三次元網目構造を有する樹脂成形体である請求項1〜3のいずれか一項に記載のアルミニウム膜の製造方法。
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