JP6251938B2 - Porous metal and method for producing the same, electrode plate and battery - Google Patents
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Description
この発明は、金属多孔体およびその製造方法、当該金属多孔体を用いた電極板および電池に関し、より特定的には、金属多孔体を構成する骨格部の厚みが局所的に異なる金属多孔体およびその製造方法、電極板および電池に関する。 The present invention relates to a metal porous body, a method for producing the same, an electrode plate using the metal porous body, and a battery, and more specifically, a metal porous body having locally different thicknesses of skeleton parts constituting the metal porous body, and The present invention relates to a manufacturing method, an electrode plate, and a battery.
従来、金属多孔体を電池の電極材料に用いることが提案されている(たとえば、特開2000−357519号公報および特開2013−62129号公報参照)。特開2000−357519号公報では、セル数の異なる2枚の金属多孔体が積層した態様の電池用電極を用い、当該電池用電極を渦巻き状に巻くときにセル数の多い金属多孔体を外側にすることで電極の破断を防止することが開示されている。また、特開2013−62129号公報では、骨格の太さ(厚さ)が一方の主面から他方の主面に向けて徐々に小さくなっている金属多孔体を電池用電極に用い、電極を渦巻き状に巻くときに骨格の太さ(厚さ)が小さい側を外周側にして加工することで加工性を向上させるとともに外周側での骨格の折損を防止することが開示されている。 Conventionally, it has been proposed to use a metal porous body as an electrode material for a battery (see, for example, JP 2000-357519 A and JP 2013-62129 A). In Japanese Patent Laid-Open No. 2000-357519, a battery electrode in a form in which two metal porous bodies having different numbers of cells are stacked is used, and when the battery electrode is wound in a spiral shape, the metal porous body having a large number of cells is placed outside. It is disclosed that the electrode is prevented from being broken. In JP2013-62129A, a porous metal body whose skeleton thickness (thickness) is gradually reduced from one main surface to the other main surface is used as an electrode for a battery. It is disclosed that when the coil is wound in a spiral shape, processing is performed with the side having a small thickness (thickness) as the outer peripheral side, thereby improving workability and preventing breakage of the skeleton on the outer peripheral side.
しかし、上記特開2000−357519号公報に開示された電極を形成するためには、セル数の異なるウレタンスポンジシートを接着して2層形状のウレタンスポンジシートを形成し、当該ウレタンスポンジシートにめっきするという複雑な工程を行なう必要がある。さらに、ウレタンスポンジシートのセル数のばらつきなどに起因して、形成されるめっき層の厚みの制御等も難しい。 However, in order to form the electrode disclosed in JP 2000-357519 A, a urethane sponge sheet having a different number of cells is bonded to form a two-layer urethane sponge sheet, and the urethane sponge sheet is plated. It is necessary to carry out a complicated process. Furthermore, it is difficult to control the thickness of the formed plating layer due to variations in the number of cells in the urethane sponge sheet.
また、特開2013−62129号公報に開示された電極は、めっき後の金属多孔体をスライスするといった特殊な工程により製造されるため製造コストが高い。また、当該スライス工程において金属多孔体の骨格がダメージを受ける可能性もある。さらに、金属多孔体の一方の表面における骨格の厚さが最も小さくなっていることから、当該金属多孔体の加工時に他の器具などと接触することにより上記一方の表面において損傷が発生する可能性もある。 Moreover, since the electrode disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2013-62129 is manufactured by the special process of slicing the metal porous body after plating, manufacturing cost is high. In addition, the skeleton of the porous metal body may be damaged in the slicing step. Furthermore, since the thickness of the skeleton on the one surface of the metal porous body is the smallest, there is a possibility that damage will occur on the one surface by contacting with other equipment when processing the metal porous body. There is also.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、曲げ加工、プレス加工および圧縮加工などの加工を容易に行なうことができるとともに、当該加工に起因する亀裂や端部の折れ等の破損の発生を抑制できる、低コストな金属多孔体およびその製造方法、さらに当該金属多孔体を用いた電極板および電池を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to easily perform processes such as a bending process, a press process, and a compression process, and to be attributed to the process. An object of the present invention is to provide a low-cost metal porous body that can suppress the occurrence of breakage such as cracks and edge breaks, a manufacturing method thereof, and an electrode plate and a battery using the metal porous body.
本発明に係る金属多孔体は、第1の主面と、当該第1の主面とは反対側に位置する第2の主面とを備え、3次元網目構造を有する金属多孔体である。第1の主面における3次元網目構造の骨格の厚みt1と、第2の主面における3次元網目構造の骨格の厚みt2と、第1の主面と第2の主面との間に位置する内部位置における3次元網目構造の骨格の厚みt3とが、t1>t2>t3 かつ t2/t1≦0.8という関係を満足する。 The porous metal body according to the present invention is a porous metal body having a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface and having a three-dimensional network structure. Positioned between the skeleton thickness t1 of the three-dimensional network structure on the first main surface, the skeleton thickness t2 of the three-dimensional network structure on the second main surface, and the first main surface and the second main surface The skeleton thickness t3 of the three-dimensional network structure at the internal position satisfies the relationship of t1> t2> t3 and t2 / t1 ≦ 0.8.
また、本発明に係る金属多孔体の製造方法は、第1の主面と、当該第1の主面とは反対側に位置する第2の主面とを含み、3次元網目構造を有するベース多孔体を準備する工程を備える。さらに、上記金属多孔体の製造方法は、めっき法によりベース多孔体の表面に第1の主面側から金属めっき層を形成する工程と、めっき法によりベース多孔体の表面に第2の主面側から金属めっき層を形成する工程とを備える。第1の主面側から金属めっき層を形成する工程における電流量は、第2の主面側から金属めっき層を形成する工程における電流量より大きい。 Moreover, the manufacturing method of the metal porous body which concerns on this invention includes the 1st main surface and the 2nd main surface located in the opposite side to the said 1st main surface, The base which has a three-dimensional network structure A step of preparing a porous body. Furthermore, the manufacturing method of the metal porous body includes a step of forming a metal plating layer from the first main surface side on the surface of the base porous body by a plating method, and a second main surface on the surface of the base porous body by a plating method. Forming a metal plating layer from the side. The amount of current in the step of forming the metal plating layer from the first main surface side is larger than the amount of current in the step of forming the metal plating layer from the second main surface side.
本発明によれば、曲げ加工などの加工を容易に行なうことができるとともに、当該加工に起因する破損の発生を抑制できる金属多孔体を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to process easily, such as a bending process, the metal porous body which can suppress generation | occurrence | production of the damage resulting from the said process can be obtained.
[本願発明の実施形態の説明]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
[Description of Embodiment of Present Invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(1) 本発明の実施形態に係る金属多孔体は、図1〜図6に示すように、第1の主面11と、当該第1の主面11とは反対側に位置する第2の主面12とを備え、3次元網目構造を有する金属多孔体10である。第1の主面11における3次元網目構造の骨格13aの厚みt1と、第2の主面12における3次元網目構造の骨格13bの厚みt2と、第1の主面11と第2の主面12との間に位置する内部位置における3次元網目構造の骨格13cの厚みt3とが、t1>t2>t3 かつ t2/t1≦0.8という関係を満足する。なお、このt2/t1の値については、好ましくは0.7以下、さらに好ましくは0.6以下である。
(1) As shown in FIGS. 1 to 6, the porous metal body according to the embodiment of the present invention includes a first
このようにすれば、第2の主面12側では骨格13bの厚みt2が十分薄くなっており、また内部位置(図1の領域IV)においてもさらに骨格13cの厚みt3が薄くなっているため、第2の主面12側を外側にして金属多孔体10を曲げ加工した場合に第2の主面12において亀裂などの破損の発生を抑制できる。さらに、プレス加工や圧縮加工などを行なった場合に、端部における折れ等の破損の発生を防ぐこともでき、たとえば電極材料として上記金属多孔体を用いた場合に、セパレータと電極材料としての金属多孔体とが接触しても当該セパレータが損傷する可能性を低減できる。また、第2の主面12での骨格13bの厚みt2は内部位置における骨格13cの厚みt3より厚くなっているため、第2の主面12における骨格13bの厚みが上記内部位置における骨格13cの厚みt3と同等になった場合(たとえば第2の主面12における骨格の厚みが最も薄くなる場合)より、第2の主面12の強度を高くすることができる。そのため、第2の主面12に他の器具などが接触したことに起因する金属多孔体10での破損の発生を抑制できる。
In this way, the thickness t2 of the
また、2つのウレタンスポンジシートを接合したり、金属多孔体をスライスしたりといった複雑な工程を用いることなく、後述するように1つのベース多孔体から上記金属多孔体10を形成できるため、製造コストの増大が抑制された金属多孔体10を得ることができる。
Further, since the metal
(2) 上記金属多孔体10において、第2の主面12における3次元網目構造の骨格13bの厚みt2と、上記内部位置における3次元網目構造の骨格13cの骨格の厚みt3とが、t3/t2≧0.5という関係を満足することが好ましい。
(2) In the metal
ここで、本願発明者らは、圧延加工時などにおける金属多孔体10の圧縮時の変形挙動や強度を評価する構造解析を行なった結果、金属多孔体10の厚み方向での内部位置における骨格の断面積が不足している場合に、金属多孔体10の強度低下が起こることを見出した。そのため、上述のように内部位置における3次元網目構造の骨格13cの骨格の厚みt3を規定することで、金属多孔体10の厚み方向での内部位置での3次元網目構造の骨格13cの骨格断面積を十分な大きさとする。この結果、圧延加工などの加工時における金属多孔体10の強度低下を抑制できる。
Here, as a result of structural analysis evaluating the deformation behavior and strength of the metal
なお、第1の主面11における3次元網目構造の骨格13aの厚みt1とは、第1の主面における任意の5か所について、露出している骨格13aの厚みを測定し、当該測定値の平均値を言う。また、第2の主面12における3次元網目構造の骨格13bの厚みt2とは、第2の主面における任意の5か所について、露出している骨格13bの厚みを測定し、当該測定値の平均値を言う。さらに、上記内部位置における3次元網目構造の骨格13cの厚みt3とは、金属多孔体10を厚さ方向に切断した断面において、第1の主面11から第2の主面12に向かう深さ方向での所定の位置(深さ)の5か所について、当該断面に露出する骨格13cの厚みを測定し、当該測定値の平均値を言う。
Note that the thickness t1 of the
(3) 上記金属多孔体10において、内部位置(領域V)は、第1の主面11と第2の主面12との間の中間点より第2の主面12寄りの領域に位置してもよい。この場合、亀裂などの発生を抑制しながら、第2の主面12側を外側にした金属多孔体10の曲げ加工を、より容易に行なうことができる。
(3) In the metal
(4) 上記金属多孔体10において、第1の主面11から内部位置に向けて、骨格13の厚みは徐々に薄くなる一方、内部位置から第2の主面12に向けて、骨格13の厚みは徐々に厚くなっていてもよい。この場合、金属多孔体10の厚み方向におい骨格の剛性が徐々に変化することになるので、金属多孔体の曲げ加工をよりスムーズに行なうことができる。
(4) In the metal
(5) 上記金属多孔体10において、金属多孔体10を構成する材料はニッケルを含有する合金を含んでいてもよい。この場合、金属多孔体10を電池20の電極(正極板21)として適用することができる。
(5) In the metal
(6) 本発明の実施形態に係る電極板(正極板21)は、上記金属多孔体10と、当該金属多孔体10に充填された活物質とを備える。このようにすれば、亀裂などの発生を抑制しつつ容易に曲げ加工できる電極板を得ることができる。
(6) The electrode plate (positive electrode plate 21) according to the embodiment of the present invention includes the metal
(7) 本発明の実施形態に係る電池20は、正極および負極を備える電池20であって、上記電極板(正極板21)を正極および負極の少なくとも一方に用いたものである。このようにすれば、電極板での破損の発生確率が低減された、信頼性の高い電池を得ることができる。また異なる観点から言えば、電池20は、電池缶と、当該電池缶の内部に配置された上記電極板(正極板21)とを備える。電極板は、第2の主面が外側になる向きに曲げ加工されていてもよい。このようにすれば、亀裂などの発生を抑制しつつ曲げ加工を行なうことが可能な電極板を用いることにより、電極板での破損の発生が抑制された信頼性の高い電池20を得ることができる。
(7) The
また、本発明の実施形態に係る電池は、水素極46と酸素極47とを備える燃料電池40であってもよい。燃料電池40は、上記金属多孔体10を水素極46および酸素極47の少なくともいずれか一方に含む。より具体的には、水素極46は触媒層43aとガス拡散層44aとを含み、当該ガス拡散層44aが金属多孔体10を含んでいてもよい。また、酸素極47は触媒層43bとガス拡散層44bとを含み、当該ガス拡散層44bが金属多孔体10を含んでいてもよい。この場合も、水素極46または酸素極47のガス拡散層を形成するためのプレス加工や圧縮加工などにおいて当該ガス拡散層端部での折れといった破損の発生を抑制できる。このため、当該破損部分が燃料電池40の他の構成材料に接触して他の構成材料が損傷するといった可能性を低減できる。
The battery according to the embodiment of the present invention may be a
(8) 本発明の実施形態に係る金属多孔体10の製造方法は、第1の主面と、当該第1の主面とは反対側に位置する第2の主面とを含み、3次元網目構造を有するベース多孔体を準備する工程(S10)を備える。さらに、上記金属多孔体の製造方法は、めっき法によりベース多孔体の表面に第1の主面側から金属めっき層を形成する工程(S30)と、めっき法によりベース多孔体の表面に第2の主面側から金属めっき層を形成する工程(S40)とを備える。第1の主面側から金属めっき層を形成する工程における電流量は、第2の主面側から金属めっき層を形成する工程における電流量より大きい。このようにすれば、第1の主面側から形成された金属めっき層の厚み(つまり金属多孔体の3次元網目構造を構成する骨格13aの厚みt1)を相対的に第2の主面側における金属めっき層の厚みより厚くすることができる。さらに、めっき法により上記金属めっき層を形成するので、ベース多孔体の第1の主面または第2の主面からベース多孔体の内部側に向けて、形成される金属めっき層の厚みが徐々に薄くなるように当該金属めっき層を形成することができる。この結果、本発明の実施形態に係る金属多孔体10を容易に製造できる。
(8) The method for manufacturing the metal
(9) 上記金属多孔体の製造方法において、第1の主面側から金属めっき層を形成する工程においては、円筒状電極34にベース多孔体を第2の主面側から接触させた状態で金属めっき層を形成してもよい。この場合、円筒状電極34を用いためっき法によって、第1の主面側から形成される金属めっき層の厚みを効率的に厚くすることができる。
(9) In the method for producing a metal porous body, in the step of forming the metal plating layer from the first main surface side, the base porous body is brought into contact with the
また、上記金属多孔体の製造方法において、上記第2の主面側から金属めっき層を形成する工程(S40)の後では、第1の主面における3次元網目構造の骨格の厚みt1と、第2の主面における3次元網目構造の骨格の厚みt2と、第1の主面と第2の主面との間に位置する内部位置における3次元網目構造の骨格の厚みt3とが、t1>t2>t3 かつ t2/t1≦0.8という関係を満足してもよい。この場合、上述した本実施形態に係る金属多孔体を確実に得ることができる。 In the method for producing a porous metal body, after the step (S40) of forming the metal plating layer from the second main surface side, the thickness t1 of the skeleton of the three-dimensional network structure on the first main surface; The skeleton thickness t2 of the three-dimensional network structure on the second main surface and the skeleton thickness t3 of the three-dimensional network structure at the internal position located between the first main surface and the second main surface are t1. The relationship of> t2> t3 and t2 / t1 ≦ 0.8 may be satisfied. In this case, the metal porous body according to the present embodiment described above can be reliably obtained.
[本願発明の実施形態の詳細]
図1〜図5を参照して、本実施形態に係る金属多孔体10を説明する。
[Details of the embodiment of the present invention]
With reference to FIGS. 1-5, the metal
金属多孔体10は、板状またはシート状の外観を有し、第1の主面11と、この第1の主面11とは反対側に位置する第2の主面12とを備える。金属多孔体10は、図2に示すように三次元網目構造を構成する骨格13を有している。この三次元網目構造により規定される多数の孔が、金属多孔体10の表面から内部にまで連なるように形成されている。
The metal
この金属多孔体10の骨格13の厚みは、第1の主面11から第2の主面12に向けた深さ方向において分布を有している。具体的には、図1の金属多孔体10における第1の主面11近傍の領域IIIにおいては、図3に示すように骨格13aが、相対的に厚い厚みt1を有している。また、金属多孔体10の第2の主面12近傍の領域IVでは、図4に示すように骨格13bが上述した厚みt1よりも相対的に薄い厚みt2を有している。また、金属多孔体10の厚み方向の中央部よりも第2の主面12寄りの領域Vにおいては、図5に示すように骨格13cが上述した厚みt2よりも相対的に薄い厚みt3を有している。
The thickness of the
図6に示すように、金属多孔体10は、第1の主面11側から第2の主面12側に向けて骨格13の厚みについて分布を有している。ここで、図6の上側の模式図は金属多孔体10の断面を示す。そして、図6の下側のグラフにおける横軸は金属多孔体10の第1の主面11から第2の主面12に向けた方向(厚み方向)での位置を示している。また、この下側のグラフの縦軸は骨格13の厚みを示している。
As shown in FIG. 6, the metal
図6からもわかるように、金属多孔体10では、第1の主面11近傍での骨格13aの厚みt1が最も厚く、その後第1の主面11からの深さ方向の位置D1(領域V)において骨格13cの厚みが最も小さい厚みt3となり、その後第2の主面12に向けて骨格の厚みが徐々に厚くなっている。第1の主面11における骨格13aの厚みt1に対する第2の主面12における骨格13bの厚みt2の比率は0.8以下である。また、第2の主面12における骨格13bの厚みt2に対する上記内部位置におけるの骨格13cの厚みt3の比率は0.5以上である。また、骨格13の厚みが最も薄くなる厚み方向での位置D1は、厚み方向での金属多孔体10の中央よりも第2の主面12側に位置している。
As can be seen from FIG. 6, in the metal
このように、骨格13の厚みについて金属多孔体10の厚み方向に分布を持たせることにより、たとえば第1の主面11を内側にして金属多孔体10を折り曲げるような場合に、より大きく変形する側である第2の主面12側の骨格13の厚みが相対的に薄くなっているため、金属多孔体10の第2の主面12側がより大きな変形に対しても容易に追従することができる。このため、金属多孔体10に亀裂や破損が発生するといった問題の発生を抑制できる。
As described above, by providing the thickness of the
上述した金属多孔体10は、たとえば図7に示すように電池20の正極板21として利用できる。すなわち、図7に示すように、本実施形態に係る金属多孔体を利用した電池20は、筐体としての電池缶の内部に配置された正極板21と、セパレータ22と、負極板23とを主に備える。これらの正極板21、セパレータ22および負極板23は積層した状態で筐体の内部に配置される。正極板21、セパレータ22および負極板23の積層体は巻回された状態(たとえば図7の電池20の正極側から見て渦巻き状に上記積層体が巻回された状態)で保持されている。正極板21は、本実施形態による金属多孔体10と、当該金属多孔体10に充填された活物質とを含む。
The metal
このように正極板21などが巻回された状態で保持される構造の電池20において、曲げ加工された正極板21は構成材として上記実施形態の金属多孔体10を含む。このため、亀裂などの発生を抑制しながら容易に正極板21を変形させる(曲げ加工する)ことができる。なお、本実施形態に係る金属多孔体は、上述したような曲げ加工される電極とは異なる形状の電極にも適用できる。たとえば、二次電池や燃料電池などの積層タイプの電極に本実施形態に係る金属多孔体を適用してもよい。具体的には、上述した金属多孔体10を、図8および図9に示すような燃料電池に適用してもよい。
Thus, in the
図8および図9を参照して、本実施形態に係る金属多孔体10を利用した燃料電池40は、単セル41を複数個積層したスタック構造を有しており、たとえば固体高分子形燃料電池である。単セル41は、図9に示すようにイオン交換膜42、触媒層43a、43b、ガス拡散層44a、44bおよびセパレータ45を備える。イオン交換膜42はたとえば電解質水溶液を含む固体高分子膜である。イオン交換膜42の第1の主面上には触媒層43aが形成されている。触媒層43aにおいて上記イオン交換膜42が位置する側と反対側にガス拡散層44aが配置されている。また、イオン交換膜42の上記第1の主面と反対側に位置する第2の主面上には触媒層43bが形成されている。触媒層43bにおいて上記イオン交換膜42が位置する側と反対側にガス拡散層44bが配置されている。触媒層43aおよびガス拡散層44aが水素極46を構成し、触媒層43bおよびガス拡散層44bが酸素極47を構成する。また、ガス拡散層44a、触媒層43a、イオン交換膜42、触媒層43b、ガス拡散層44bが積層して固定された構造を膜・電極接合体(MEA: Membrane Electrode Assembly)と呼ぶ。このMEAを挟むように、1組のセパレータ45が配置されている。
8 and 9, the
上記ガス拡散層44a、44bは、電池反応を起こす場所を提供すると同時に集電体としての役割を果たす。そのため、適度な多孔度や機械的強度が必要であり、本実施形態による金属多孔体10を適用することができる。
The gas diffusion layers 44a and 44b serve as current collectors as well as providing a place for battery reaction. Therefore, moderate porosity and mechanical strength are required, and the metal
図9を参照して、単セル41では水素極46に水素ガス、酸素極47に酸素ガスを導入すると、水素極46ではH2→2H++2e-という反応が起こり、酸素極47では1/2O2+2H++2e-→H2Oという反応が起こる。水素極46にて生成されるプロトン(H+)は図9に示すようにイオン交換膜42中を拡散して酸素極47側に移動する。そして、酸素極47では上記プロトンと酸素とが反応して水(H2O)が生成される。
Referring to FIG. 9, in the
このように燃料電池40などの電極(たとえば水素極46や酸素極47)に本実施形態に係る金属多孔体10を適用した場合も、当該電極を形成するためのプレス加工や圧縮加工などにおいて電極端部での折れといった損傷の発生を抑制できるので、電池の他の構成材料(たとえばセパレータや触媒層43a、43b、イオン交換膜42など)に当該電極が接触して他の構成材料が破損するといった可能性を低減できる。
As described above, even when the metal
次に、図1〜図5に示した金属多孔体の製造方法を、図10および図11を参照して説明する。 Next, the manufacturing method of the metal porous body shown in FIGS. 1-5 is demonstrated with reference to FIG. 10 and FIG.
図1〜図5に示した金属多孔体10の製造方法では、図10に示すように、まずベース多孔体準備工程(S10)を実施する。
In the manufacturing method of the metal
ここで、本実施形態におけるベース多孔体は、第1の主面と、当該第1の主面とは反対側に位置する第2の主面とを含み、3次元網目構造を有するベース多孔体であり、たとえば樹脂からなる多孔体(樹脂多孔体)を用いることができる。樹脂多孔体としては樹脂発泡体、不織布、フェルト、織布などが用いられるが必要に応じてこれらを組み合わせて用いることもできる。また、ベース多孔体の素材としては特に限定されるものではないが、後述するように金属をめっきした後焼却処理により除去できるものが好ましい。また、ベース多孔体の取扱い上、特にシート状のものにおいては剛性が高いと折れるので柔軟性のある素材であることが好ましい。本実施形態においては、樹脂多孔体として樹脂発泡体を用いることが好ましい。樹脂発泡体は、多孔性のものであればよく公知又は市販のものを使用でき、例えば、発泡ウレタン、発泡スチレン等が挙げられる。これらの中でも、特に多孔度が大きいという観点から、発泡ウレタンが好ましい。発泡状樹脂の厚み、多孔度、平均孔径は限定的でなく、用途に応じて適宜に設定することができる。 Here, the base porous body in the present embodiment includes a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface, and has a three-dimensional network structure. For example, a porous body (resin porous body) made of a resin can be used. As the resin porous body, a resin foam, a nonwoven fabric, a felt, a woven fabric, or the like is used, but these may be used in combination as necessary. Further, the material of the base porous body is not particularly limited, but a material that can be removed by incineration after plating a metal as described later is preferable. Also, in handling the base porous body, a sheet-like material is preferably a flexible material because it breaks when the rigidity is high. In the present embodiment, it is preferable to use a resin foam as the resin porous body. As the resin foam, any known or commercially available resin may be used as long as it is porous. Examples thereof include urethane foam and foamed styrene. Among these, urethane foam is preferable from the viewpoint of particularly high porosity. The thickness, porosity, and average pore diameter of the foamed resin are not limited, and can be appropriately set according to the application.
次に、導電化処理工程(S20)を実施する。ここで、導電化処理の方法は、ベース多孔体の表面に導電被覆層を設けることができるものであれば特に限定されない。導電被覆層を構成する材料としては、例えば、ニッケル、チタン、ステンレススチール等の金属の他、カーボンブラック等の非晶質炭素、黒鉛等のカーボン粉末が挙げられる。これらの中でも特にカーボン粉末が好ましく、カーボンブラックがより好ましい。 Next, a conductive treatment process (S20) is performed. Here, the method of conducting treatment is not particularly limited as long as the conductive coating layer can be provided on the surface of the base porous body. Examples of the material forming the conductive coating layer include metals such as nickel, titanium, and stainless steel, amorphous carbon such as carbon black, and carbon powder such as graphite. Among these, carbon powder is particularly preferable, and carbon black is more preferable.
導電処理の具体例としては、例えば、ニッケルを用いる場合は、無電解めっき処理、スパッタリング処理等が好ましく挙げられる。また、チタン、ステンレススチール等の金属、カーボンブラック、黒鉛などの材料を用いる場合は、これら材料の微粉末にバインダを加えて得られる混合物を、ベース多孔体表面に塗着する処理が好ましく挙げられる。ニッケルを用いた無電解めっき処理としては、例えば、還元剤として次亜リン骸ナトリウムを含有した硫酸ニッケル水溶液等の公知の無電解ニッケルめっき浴に発泡状樹脂などのベース多孔体を浸漬すればよい。必要に応じて、めっき浴浸漬前に、発泡状樹脂などのベース多孔体を微量のパラジウムイオンを含む活性化液(たとえばカニゼン社製の洗浄液)等に浸漬してもよい。 As specific examples of the conductive treatment, for example, when nickel is used, electroless plating treatment, sputtering treatment, and the like are preferably exemplified. In addition, when a material such as titanium, stainless steel or the like, carbon black, graphite or the like is used, a treatment obtained by applying a mixture obtained by adding a binder to the fine powder of these materials to the surface of the base porous body is preferable. . As an electroless plating treatment using nickel, for example, a base porous body such as a foamed resin may be immersed in a known electroless nickel plating bath such as a nickel sulfate aqueous solution containing sodium hypophosphite as a reducing agent. . If necessary, the base porous body such as a foamed resin may be immersed in an activation liquid containing a trace amount of palladium ions (for example, a cleaning liquid manufactured by Kanigen Co., Ltd.) or the like before immersion in the plating bath.
ニッケルを用いたスパッタリング処理としては、例えば、基板ホルダーにベース多孔体を取り付けた後、不活性ガスを導入しながら、ホルダーとターゲット(ニッケル)との問に直流電圧を印加することにより、イオン化した不活性ガスをニッケルに衝突させて、吹き飛ばしたニッケル粒子をベース多孔体表面に堆積すればよい。 As a sputtering process using nickel, for example, after attaching a porous base to a substrate holder, ionization is performed by applying a DC voltage between the holder and the target (nickel) while introducing an inert gas. The nickel particles blown off may be deposited on the surface of the base porous body by colliding the inert gas with nickel.
導電被覆層はベース多孔体表面に連続的に形成されていればよい。導電被覆層の目付量は限定的でなく、通常5〜15g/m2程度、好ましくは7〜10g/m2程度とすればよい。 The conductive coating layer may be formed continuously on the surface of the base porous body. The basis weight of the conductive coating layer is not limited and is usually about 5 to 15 g / m 2 , preferably about 7 to 10 g / m 2 .
次に、第1めっき工程(S30)を実施する。この工程(S30)では、めっき法によりベース多孔体の表面に第1の主面側から金属めっき層(たとえばニッケル層またはニッケルを含む合金層)を形成する。 Next, the first plating step (S30) is performed. In this step (S30), a metal plating layer (for example, a nickel layer or an alloy layer containing nickel) is formed on the surface of the base porous body from the first main surface side by plating.
次に、第2めっき工程(S40)を実施する。この工程(S40)では、めっき法によりベース多孔体の表面に第2の主面側から金属めっき層を形成する。上記工程(S30)における電流量は、第2の主面側から金属めっき層を形成する上記工程(S40)における電流量より大きい。 Next, a second plating step (S40) is performed. In this step (S40), a metal plating layer is formed on the surface of the base porous body from the second main surface side by a plating method. The amount of current in the step (S30) is larger than the amount of current in the step (S40) for forming the metal plating layer from the second main surface side.
上述した工程(S30)および工程(S40)では、従来周知のめっき方法を用いることができるが、好ましくは電気めっき処理を用いる。電気めっき処理は、常法に従って行えばよい。例えばニッケルめっきの場合には、めっき浴としては、公知又は市販のものを使用することができ、例えば、ワット浴、塩化浴、スルファミン酸浴等が挙げられる。前記の無電解めっきやスパッタリングにより表面に導電被覆層を形成されたベース多孔体をメッキ浴に浸し、ベース多孔体を陰極に、めっき金属の対極板を陽極に接続して直流或いはパルス断続電流を通電させることにより、導電被覆層上に、さらに電気メッキ被覆を形成することができる。導電被覆層及びめっき層の目付量(付着量)は特に制限されない。 In the step (S30) and step (S40) described above, a conventionally well-known plating method can be used, but an electroplating process is preferably used. The electroplating process may be performed according to a conventional method. For example, in the case of nickel plating, a known or commercially available plating bath can be used, and examples thereof include a watt bath, a chloride bath, a sulfamic acid bath, and the like. A base porous body having a conductive coating layer formed on the surface by electroless plating or sputtering is immersed in a plating bath, and the base porous body is connected to the cathode and the counter electrode plate of the plated metal is connected to the anode to generate direct current or pulsed intermittent current. By applying electricity, an electroplating coating can be further formed on the conductive coating layer. The basis weight (attachment amount) of the conductive coating layer and the plating layer is not particularly limited.
めっき層は導電被覆層が露出しない程度に当該導電被覆層上に形成されていればよい。めっき層の目付量は限定的でなく、通常150〜500g/m2程度、好ましくは200〜450g/m2程度とすればよい。上述した導電被覆層とめっき層の目付量の合計量としては、好ましくは200g/m2以上500g/m2以下である。合計量がこの範囲を下回ると、金属多孔体の強度が低下するおそれがある。また、合計量がこの範囲を上回ると、コスト的に不利となる。 The plating layer may be formed on the conductive coating layer to such an extent that the conductive coating layer is not exposed. The basis weight of the plating layer is not limited and is usually about 150 to 500 g / m 2 , preferably about 200 to 450 g / m 2 . The total amount of the basis weights of the conductive coating layer and the plating layer described above is preferably 200 g / m 2 or more and 500 g / m 2 or less. If the total amount is below this range, the strength of the metal porous body may be reduced. Further, if the total amount exceeds this range, it is disadvantageous in terms of cost.
上述した第1めっき工程(S30)および第2めっき工程(S40)は、たとえば図11に示すような装置を用いて実施することができる。 The first plating step (S30) and the second plating step (S40) described above can be performed using, for example, an apparatus as shown in FIG.
図11は、ベース多孔体として帯状の樹脂多孔体(以下、帯状樹脂とも言う)を用いた場合に、当該帯状樹脂に対して金属メッキ処理を連続的に行うための装置の構成を模式的に示す図である。表面が導電化された帯状樹脂32が、図11の左から右に送られる構成を示す。第1めっき槽31aは、円筒状電極34(円筒状陰極)と容器内壁に設けられた陽極35(円筒状陽極)およびめっき浴33から構成される。帯状樹脂32が円筒状電極34に沿ってめっき浴33の中を通過することにより、当該帯状樹脂32の表面にめっき層が形成される。当該めっき層は、帯状樹脂32の第1の主面(めっき浴33の内部において陽極35と対向する主面)側から形成される。このため、当該第1の主面側から帯状樹脂32の内部に向かうにつれて、めっき層の厚み(すなわち骨格13の厚み)は徐々に薄くなる。つまり、第1めっき槽31aにおいて、上記工程(S30)が実施される。
FIG. 11 schematically shows the configuration of an apparatus for continuously performing a metal plating process on a band-shaped resin when a band-shaped resin porous body (hereinafter also referred to as a band-shaped resin) is used as the base porous body. FIG. 11 shows a configuration in which a band-shaped
第2めっき槽31bは、さらに片面側または両面側よりめっきを付けるための槽であり複数の槽で繰り返しめっきされるように構成されている。表面が導電化された帯状樹脂32を送りローラと槽外給電陰極とを兼ねた電極ローラ36により順次送りながら、めっき浴38に通過させることでめっきを行う。複数の槽内には帯状樹脂32の両面にめっき浴38を介して設けられた陽極37があり、帯状樹脂32の両面に面した一対の陽極37の両方に通電することで、帯状樹脂32の両面にめっき層を形成できる。また、一対の陽極37の一方のみに通電する、あるいは一対の陽極37の間で通電量を変えることにより、帯状樹脂32に形成されるめっき層の厚みについて、帯状樹脂32の厚み方向において当該厚みの分布を形成することができる。たとえば、図11のめっき浴38中、帯状樹脂32の上面に対向する陽極37のみに通電することにより、帯状樹脂32の上面側(第2の主面側)からめっき層を形成できる。また、上述した第1めっき槽31aにおけるめっき工程での電流量は、上記第2めっき槽31bにおけるめっき工程での電流量より大きい。つまり、第2めっき槽31bにおいて、上記工程(S40)が実施される。このようにすれば、図6に示したようなめっき層の厚み(骨格13の厚み)の分布を容易に形成できる。
The
次に、後処理工程(S50)を実施する。具体的には、樹脂多孔体などのベース多孔体を除去する。この工程(S50)では、たとえば上述した電気めっき後に600℃程度以上800℃以下、好ましくは600℃以上700℃以下の温度で、大気等の酸化性雰囲気での熱処理により、予め樹脂多孔体を分解除去する。 Next, a post-processing step (S50) is performed. Specifically, a base porous body such as a resin porous body is removed. In this step (S50), for example, after the above-described electroplating, the porous resin body is decomposed in advance by heat treatment in an oxidizing atmosphere such as air at a temperature of about 600 ° C. to 800 ° C., preferably 600 ° C. to 700 ° C. Remove.
その後、還元性雰囲気中750℃以上の温度で、好ましくは高い温度が望ましいがコスト的に不利となることや還元炉の炉体材質の耐久性を考慮して1000℃の温度で熱処理を行なう。還元性の雰囲気ガスとしては、水素ガスまたは水素と二酸化炭素や不活性ガスとの混合ガス、あるいはこれらの組合せを必要に応じて用いることもできる。好ましくは還元性の雰囲気ガスに必ず水素ガスを加えることで酸化還元性の効率が良い。このようにして、図1に示した金属多孔体10を得ることができる。
Thereafter, a heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C. in a reducing atmosphere at a temperature of 750 ° C. or higher, preferably a high temperature, which is disadvantageous in terms of cost and durability of the furnace body material of the reducing furnace. As the reducing atmosphere gas, hydrogen gas, a mixed gas of hydrogen and carbon dioxide, or an inert gas, or a combination thereof can be used as necessary. Preferably, redox efficiency is good by always adding hydrogen gas to the reducing atmosphere gas. In this way, the metal
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
この発明は、電池の電極に用いられる金属多孔体に特に有利に適用される。 The present invention is particularly advantageously applied to porous metal bodies used for battery electrodes.
10 金属多孔体
11 第1の主面
12 第2の主面
13,13a〜13c 骨格
20 電池
21 正極板
22,45 セパレータ
23 負極板
31a 第1めっき槽
31b 第2めっき槽
32 帯状樹脂
33,38 めっき浴
34 円筒状電極
35,37 陽極
36 電極ローラ
40 燃料電池
41 単セル
42 イオン交換膜
43a,43b 触媒層
44a,44b ガス拡散層
46 水素極
47 酸素極
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第1の主面における前記3次元網目構造の骨格の厚みt1と、第2の主面における前記3次元網目構造の骨格の厚みt2と、前記第1の主面と前記第2の主面との間に位置する内部位置における前記3次元網目構造の骨格の厚みt3とが、t1>t2>t3 かつ t2/t1≦0.8という関係を満足し、
前記第2の主面における前記3次元網目構造の骨格の厚みt2と、前記内部位置における前記3次元網目構造の骨格の厚みt3とが、t3/t2≧0.5という関係を満足する、金属多孔体。 A porous metal body having a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface, and having a three-dimensional network structure,
The skeleton thickness t1 of the three-dimensional network structure on the first main surface, the skeleton thickness t2 of the three-dimensional network structure on the second main surface, the first main surface and the second main surface the thickness t3 of the skeleton of the three-dimensional network structure in the inner position located between the, t1>t2> satisfy the relationship of t3 and t2 / t1 ≦ 0.8,
A thickness t2 of the skeleton of the three-dimensional network structure on the second main surface and a thickness t3 of the skeleton of the three-dimensional network structure on the internal position satisfy a relationship of t3 / t2 ≧ 0.5 Porous body.
前記第1の主面における前記3次元網目構造の骨格の厚みt1と、第2の主面における前記3次元網目構造の骨格の厚みt2と、前記第1の主面と前記第2の主面との間に位置する内部位置における前記3次元網目構造の骨格の厚みt3とが、t1>t2>t3 かつ t2/t1≦0.8という関係を満足し、
前記内部位置は、前記第1の主面と前記第2の主面との間の中間点より前記第2の主面寄りの領域に位置する、金属多孔体。 A porous metal body having a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface, and having a three-dimensional network structure,
The skeleton thickness t1 of the three-dimensional network structure on the first main surface, the skeleton thickness t2 of the three-dimensional network structure on the second main surface, the first main surface and the second main surface Satisfying the relationship of t1>t2> t3 and t2 / t1 ≦ 0.8, with the thickness t3 of the skeleton of the three-dimensional network structure at the internal position located between
The internal position is a porous metal body located in a region closer to the second main surface than an intermediate point between the first main surface and the second main surface.
前記金属多孔体に充填された活物質とを備える、電極板。 The metal porous body according to any one of claims 1 to 4 ,
An electrode plate comprising an active material filled in the metal porous body.
請求項5に記載の電極板を前記正極および前記負極の少なくとも一方に用いた、電池。 A battery comprising a positive electrode and a negative electrode,
A battery using the electrode plate according to claim 5 for at least one of the positive electrode and the negative electrode.
第1の主面と、前記第1の主面とは反対側に位置する第2の主面とを含み、3次元網目構造を有するベース多孔体を準備する工程と、
めっき法により前記ベース多孔体の表面に前記第1の主面側から金属めっき層を形成する工程と、
めっき法により前記ベース多孔体の表面に前記第2の主面側から金属めっき層を形成する工程とを備え、
前記第1の主面側から金属めっき層を形成する工程における電流量は、前記第2の主面側から金属めっき層を形成する工程における電流量より大きく、
前記第1の主面における前記金属多孔体の3次元網目構造の骨格の厚みt1と、第2の主面における前記金属多孔体の3次元網目構造の骨格の厚みt2と、前記第1の主面と前記第2の主面との間に位置する内部位置における前記金属多孔体の3次元網目構造の骨格の厚みt3とが、t1>t2>t3 かつ t2/t1≦0.8という関係を満足し、
前記第2の主面における前記金属多孔体の3次元網目構造の骨格の厚みt2と、前記内部位置における前記金属多孔体の3次元網目構造の骨格の厚みt3とが、t3/t2≧0.5という関係を満足する、金属多孔体の製造方法。 A method for producing a porous metal body having a three-dimensional network structure,
Providing a base porous body having a three-dimensional network structure including a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface;
Forming a metal plating layer on the surface of the base porous body from the first main surface side by a plating method;
And a step of forming a metal plating layer on the surface of the base porous body from the second main surface side by a plating method,
The amount of current in the step of forming the metal plating layer from the first main surface side is larger than the amount of current in the step of forming the metal plating layer from the second main surface side ,
The skeleton thickness t1 of the three-dimensional network structure of the metal porous body on the first main surface, the skeleton thickness t2 of the three-dimensional network structure of the metal porous body on the second main surface, and the first main surface The thickness t3 of the skeleton of the three-dimensional network structure of the porous metal body at the internal position located between the surface and the second main surface is such that t1>t2> t3 and t2 / t1 ≦ 0.8. Satisfied,
The thickness t2 of the skeleton of the three-dimensional network structure of the metal porous body on the second main surface and the thickness t3 of the skeleton of the three-dimensional network structure of the metal porous body on the internal position are t3 / t2 ≧ 0. 5. A method for producing a porous metal body that satisfies the relationship of 5 .
第1の主面と、前記第1の主面とは反対側に位置する第2の主面とを含み、3次元網目構造を有するベース多孔体を準備する工程と、
めっき法により前記ベース多孔体の表面に前記第1の主面側から金属めっき層を形成する工程と、
めっき法により前記ベース多孔体の表面に前記第2の主面側から金属めっき層を形成する工程とを備え、
前記第1の主面側から金属めっき層を形成する工程における電流量は、前記第2の主面側から金属めっき層を形成する工程における電流量より大きく、
前記第1の主面における前記金属多孔体の3次元網目構造の骨格の厚みt1と、第2の主面における前記金属多孔体の3次元網目構造の骨格の厚みt2と、前記第1の主面と前記第2の主面との間に位置する内部位置における前記金属多孔体の3次元網目構造の骨格の厚みt3とが、t1>t2>t3 かつ t2/t1≦0.8という関係を満足し、
前記内部位置は、前記第1の主面と前記第2の主面との間の中間点より前記第2の主面寄りの領域に位置する、金属多孔体の製造方法。 A method for producing a porous metal body having a three-dimensional network structure,
Providing a base porous body having a three-dimensional network structure including a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface;
Forming a metal plating layer on the surface of the base porous body from the first main surface side by a plating method;
And a step of forming a metal plating layer on the surface of the base porous body from the second main surface side by a plating method,
The amount of current in the step of forming the metal plating layer from the first main surface side is larger than the amount of current in the step of forming the metal plating layer from the second main surface side,
The skeleton thickness t1 of the three-dimensional network structure of the metal porous body on the first main surface, the skeleton thickness t2 of the three-dimensional network structure of the metal porous body on the second main surface, and the first main surface The thickness t3 of the skeleton of the three-dimensional network structure of the porous metal body at the internal position located between the surface and the second main surface is such that t1>t2> t3 and t2 / t1 ≦ 0.8. Satisfied,
The said internal position is a manufacturing method of a metal porous body located in the area | region near the said 2nd main surface from the intermediate point between the said 1st main surface and the said 2nd main surface .
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