WO2012111613A1 - 電気化学デバイス用電極およびその製造方法 - Google Patents

電気化学デバイス用電極およびその製造方法 Download PDF

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aluminum
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electrochemical device
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細江　晃久
奥野　一樹
肇 太田
弘太郎 木村
健吾 後藤
英彰 境田
西村　淳一
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住友電気工業株式会社
富山住友電工株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode for an electrochemical device using a metal porous body such as aluminum and a method for producing the same.
  • the electrochemical device refers to a nonaqueous electrolyte battery such as a lithium secondary battery, a capacitor using a nonaqueous electrolyte (hereinafter simply referred to as “capacitor”), and a lithium ion capacitor (hereinafter simply referred to as “lithium ion capacitor”). ").
  • the electrochemical device is composed of a first electrode, a second electrode, and an electrolyte.
  • the electrochemical device is a lithium secondary battery
  • the lithium secondary battery is composed of a positive electrode as a first electrode, a negative electrode as a second electrode, and an electrolyte, and charging or discharging is performed between the positive electrode and the negative electrode. This is performed by transporting lithium ions.
  • the capacitor and the lithium ion capacitor are composed of a first electrode, a second electrode, and an electrolyte, and charging or discharging thereof is performed by adsorption / desorption of lithium ions at the first and second electrodes.
  • the first electrode is a positive electrode and the second electrode is a negative electrode.
  • the first electrode or the second electrode is composed of a current collector and a mixture.
  • Patent Document 1 discloses a method for producing an aluminum foam in which a foaming agent and a thickener are added and stirred in a state where aluminum metal is melted. This aluminum foam contains a large number of closed cells (closed pores) due to the characteristics of the manufacturing method.
  • a nickel porous body having communication holes and a high porosity (90% or more) is widely known.
  • This nickel porous body is manufactured by forming a nickel layer on the surface of a foamed resin skeleton having communicating holes such as foamed polyurethane, then thermally decomposing the foamed resin, and further reducing the nickel.
  • the potential of the nickel porous body, which is the positive electrode (first electrode) current collector becomes noble in the organic electrolytic solution, the problem that the electrolytic solution resistance of the nickel porous body is inferior has been pointed out. .
  • the material which comprises a porous body is aluminum, such a problem will not arise.
  • Patent Document 2 discloses a manufacturing method thereof. That is, “a metal film that forms a eutectic alloy below the melting point of Al is formed on the skeleton of a foamed resin having a three-dimensional network structure by a vapor phase method such as a plating method, vapor deposition method, sputtering method, or CVD method. After that, the foamed resin formed with the above film is impregnated and coated with a paste mainly composed of Al powder, a binder and an organic solvent, and then heat-treated at a temperature of 550 ° C. to 750 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.
  • a “metal porous body manufacturing method” is disclosed.
  • Capacitors and lithium ion capacitors also have the same problems as batteries.
  • In order to improve the capacity of the capacitor it is necessary to increase the amount of active material per unit area of the electrode.
  • the capacity density per unit area of the negative electrode usually tends to be higher than that of the positive electrode, which hinders improvement in the capacity of the entire lithium ion capacitor.
  • For the capacity of the lithium ion capacitor it is necessary to increase the amount of the active material per unit area of the positive electrode as much as possible to balance the capacity density.
  • any conventional aluminum porous body has a problem that it is not suitable for use as a current collector for an electrode for an electrochemical device. It was. That is, among the aluminum porous bodies, the aluminum foam has closed pores due to the characteristics of the manufacturing method, and therefore, even if the surface area is increased by foaming, the entire surface cannot be used effectively.
  • the aluminum porous body obtained by applying the nickel porous body manufacturing method to aluminum has a problem that, in addition to aluminum, a metal that forms a eutectic alloy with aluminum must be included.
  • An object of the present invention is to provide an electrochemical device having excellent discharge characteristics by using a porous aluminum body as a battery electrode and forming a thick electrode using the aluminum porous body as a current collector.
  • the inventors of the present application have intensively developed a porous aluminum body having a three-dimensional network structure that can be widely used for electrochemical devices without such a problem.
  • the manufacturing process of the aluminum porous body is a method in which the surface of a sheet-like foamed body such as polyurethane or melamine resin having a three-dimensional network structure is made conductive, and the surface is subjected to aluminum plating, and then the polyurethane or melamine resin is removed. . Therefore, in order to solve the above problems, the present inventors have conceived that the electrochemical device capacity can be increased by increasing the thickness of the electrode of the metal porous body. That is, the effect is exhibited by using a sheet-like porous metal having a thickness greater than that known.
  • an electrode for an electrochemical device in which a porous metal body is filled with an active material, the porous metal body is in a sheet form, a plurality of single-layer metal porous bodies are laminated and electrically connected to each other. It was set as the electrode for electrochemical devices characterized by being the laminated porous body formed.
  • the foam as a base material is supplied as a sheet of polyurethane or the like.
  • the thickness of the sheet-like foam is increased.
  • the aluminum plating process does not sufficiently deposit the plating up to the inside of the sheet. That is, the aluminum skeleton is sufficiently formed on both sides of the sheet of the finished porous aluminum body, but the skeleton is not formed at the center so that the two thin sheets peel off from the center. It turned out that it is easy to become a simple structure.
  • it as an electrode as a porous body laminated as in the present invention, it is possible to obtain an electrode for an electrochemical device that realizes a desired capacity by using a plurality of aluminum porous bodies having a thickness that can be manufactured.
  • the single-layer metal porous body may be compression-molded in a direction in which the thickness is reduced after the active material is filled.
  • the metal porous body made of the laminated porous body may be compression-molded in a direction in which the thickness becomes thinner after the active material is filled and laminated.
  • the metal porous body is preferably an aluminum porous body having a three-dimensional network structure.
  • a porous body preparation step of preparing a sheet-like single layer metal porous body a filling step of filling the single layer metal porous body with an active material, and compressing the single layer metal porous body to reduce the thickness It is good to set it as the manufacturing method of the electrode for electrochemical devices provided with a compression process and the lamination process which laminates
  • the structure of the electrochemical device can reduce the number of stacked electrode pairs composed of the first electrode and the second electrode, and increase the surface capacity density. Therefore, the entire electrochemical device can be made thinner.
  • an electrochemical device having excellent discharge characteristics and the like can be provided by forming a thick electrode using a metal porous body such as aluminum as a current collector.
  • FIG. 1 is a flow diagram showing a manufacturing process of an aluminum structure.
  • FIG. 2 schematically shows a state in which an aluminum structure is formed using a resin molded body as a core material corresponding to the flowchart. The flow of the entire manufacturing process will be described with reference to both drawings.
  • preparation 101 of the base resin molded body is performed.
  • FIG. 2A is an enlarged schematic view in which the surface of a foamed resin molded body having continuous air holes is enlarged as an example of the base resin molded body. The pores are formed with the foamed resin molded body 1 as a skeleton.
  • the surface 102 of the resin molded body is made conductive.
  • a thin conductive layer 2 made of a conductive material is formed on the surface of the resin molded body 1 as shown in FIG.
  • aluminum plating 103 in molten salt is performed to form an aluminum plating layer 3 on the surface of the resin molded body on which the conductive layer is formed (FIG. 2C).
  • an aluminum structure in which the aluminum plating layer 3 is formed on the surface using the base resin molded body as a base material is obtained.
  • the removal 104 of the base resin molded body may be performed.
  • An aluminum structure (aluminum porous body) in which only the metal layer remains can be obtained by disassembling and disappearing the foamed resin molded body 1 (FIG. 2D).
  • each step will be described in order.
  • a porous resin molded body having a three-dimensional network structure and continuous air holes is prepared.
  • Arbitrary resin can be selected as a raw material of a porous resin molding.
  • the material include foamed resin moldings such as polyurethane, melamine resin, polypropylene, and polyethylene.
  • foamed resin moldings such as polyurethane, melamine resin, polypropylene, and polyethylene.
  • a resin molded article having an arbitrary shape can be selected as long as it has continuous pores (continuous vent holes). For example, what has a shape like a nonwoven fabric entangled with a fibrous resin can be used instead of the foamed resin molded article.
  • the foamed resin molded article preferably has a porosity of 80% to 98% and a cell diameter of 50 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • Foamed polyurethane and foamed melamine resin have high porosity, and have excellent porosity and thermal decomposability, so that they can be preferably used as foamed resin moldings.
  • Foamed polyurethane is preferred in terms of pore uniformity and availability, and a foamed melamine resin is preferred in that a cell having a small cell diameter can be obtained.
  • the porous resin molded body often has residues such as foaming agents and unreacted monomers in the foam production process, and it is preferable to perform a washing treatment for the subsequent steps.
  • Foamed polyurethane forms continuous pores as a whole by forming a three-dimensional network of resin molded bodies as a skeleton.
  • the skeleton of the polyurethane foam has a substantially triangular shape in a cross section perpendicular to the extending direction.
  • the porosity is defined by the following equation.
  • Porosity (1 ⁇ (weight of porous material [g] / (volume of porous material [cm 3 ] ⁇ material density))) ⁇ 100 [%]
  • the surface of the foamed resin is subjected to a conductive treatment in advance.
  • a conductive treatment there is no particular limitation as long as it is a treatment that can provide a conductive layer on the surface of the foamed resin, electroless plating of a conductive metal such as nickel, vapor deposition and sputtering of aluminum, or conductive particles such as carbon. Any method such as application of the contained conductive paint can be selected.
  • the conductive treatment a method of conducting the conductive treatment by sputtering of aluminum and a method of conducting the conductive treatment of the surface of the foamed resin using carbon as conductive particles will be described below.
  • the sputtering treatment using aluminum is not limited as long as aluminum is the target, and may be performed according to a conventional method. For example, after attaching a foamed resin to the substrate holder, while introducing an inert gas, by applying a DC voltage between the holder and the target (aluminum), the ionized inert gas collides with aluminum, The aluminum particles sputtered off are deposited on the surface of the foamed resin to form a sputtered aluminum film.
  • the sputtering process is preferably performed at a temperature at which the foamed resin does not dissolve. Specifically, the sputtering process may be performed at about 100 to 200 ° C., preferably about 120 to 180 ° C.
  • the suspension as the conductive paint preferably contains carbon particles, a binder, a dispersant and a dispersion medium.
  • the suspension In order to uniformly apply the conductive particles, the suspension needs to maintain a uniform suspension state. For this reason, the suspension is preferably maintained at 20 ° C. to 40 ° C. The reason for this is that when the temperature of the suspension is below 20 ° C., the uniform suspension state collapses, and only the binder forms a layer on the surface of the skeleton that forms the network structure of the synthetic resin molding. Because it does. In this case, the applied carbon particle layer is easy to peel off, and it is difficult to form a metal plating that is firmly adhered.
  • the particle size of the carbon particles is 0.01 to 5 ⁇ m, preferably 0.01 to 0.5 ⁇ m. If the particle size is large, the pores of the porous resin molded body may be clogged or smooth plating may be hindered. If it is too small, it is difficult to ensure sufficient conductivity.
  • the carbon particles can be applied to the porous resin molded body by immersing the target resin molded body in the suspension and then squeezing and drying.
  • a long sheet-like strip-shaped resin having a three-dimensional network structure is continuously drawn out from a supply bobbin and immersed in a suspension in a tank.
  • the strip-shaped resin immersed in the suspension is squeezed with a squeeze roll, and excess suspension is squeezed out.
  • the belt-shaped resin is wound on a winding bobbin after the dispersion medium of the suspension is removed by hot air injection or the like from a hot air nozzle and sufficiently dried.
  • the temperature of the hot air is preferably in the range of 40 ° C to 80 ° C.
  • Formation of aluminum layer molten salt plating
  • electrolytic plating is performed in a molten salt to form an aluminum plating layer on the surface of the resin molded body.
  • a uniformly thick aluminum layer can be formed on the surface of a complicated skeleton structure, particularly a foamed resin molded article having a three-dimensional network structure.
  • a direct current is applied in a molten salt using a resin molded body having a conductive surface as a cathode and aluminum having a purity of 99.0% as an anode.
  • an organic molten salt that is a eutectic salt of an organic halide and an aluminum halide, or an inorganic molten salt that is a eutectic salt of an alkali metal halide and an aluminum halide can be used.
  • Use of an organic molten salt bath that melts at a relatively low temperature is preferable because plating can be performed without decomposing the resin molded body as a base material.
  • the organic halide imidazolium salt, pyridinium salt and the like can be used, and specifically, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMIC) and butylpyridinium chloride (BPC) are preferable. Since the molten salt deteriorates when moisture or oxygen is mixed in the molten salt, the plating is preferably performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon and in a sealed environment.
  • an inert gas such as nitrogen or argon
  • a molten salt bath containing nitrogen is preferable, and among them, an imidazolium salt bath is preferably used.
  • an imidazolium salt bath is preferably used.
  • a salt that melts at a high temperature is used as the molten salt, the resin is dissolved or decomposed in the molten salt faster than the growth of the plating layer, and the plating layer cannot be formed on the surface of the resin molded body.
  • the imidazolium salt bath can be used without affecting the resin even at a relatively low temperature.
  • a salt containing an imidazolium cation having an alkyl group at the 1,3-position is preferably used.
  • an aluminum chloride + 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (AlCl 3 + EMIC) molten salt is stable. Is most preferably used because it is high and difficult to decompose. Plating onto foamed polyurethane or foamed melamine resin is possible, and the temperature of the molten salt bath is 10 ° C to 65 ° C, preferably 25 ° C to 60 ° C. The lower the temperature, the narrower the current density range that can be plated, and the more difficult it is to plate on the entire surface of the resin molded body. At a high temperature exceeding 65 ° C., a problem that the shape of the resin molded body is impaired tends to occur.
  • the smoothness of the plating film is improved, the first feature that the aluminum skeleton forming the porous body is not easily broken, and uniform plating with a small difference in plating thickness between the surface portion and the inside of the porous body is possible.
  • the second feature is obtained.
  • an organic solvent to the molten salt bath, and 1,10-phenanthroline is particularly preferably used.
  • the amount added to the plating bath is preferably 0.2 to 7 g / L. If it is 0.2 g / L or less, it is brittle with plating having poor smoothness, and it is difficult to obtain the effect of reducing the difference in thickness between the surface layer and the inside. On the other hand, if it is 7 g / L or more, the plating efficiency is lowered and it is difficult to obtain a predetermined plating thickness.
  • an inorganic salt bath can be used as the molten salt as long as the resin is not dissolved.
  • the inorganic salt bath is typically a binary or multicomponent salt of AlCl 3 —XCl (X: alkali metal).
  • Such an inorganic salt bath generally has a higher melting temperature than an organic salt bath such as an imidazolium salt bath, but is less restricted by environmental conditions such as moisture and oxygen, and can be put into practical use at a low cost overall.
  • the resin is a foamed melamine resin, it can be used at a higher temperature than foamed polyurethane, and an inorganic salt bath at 60 ° C. to 150 ° C. is used.
  • the aluminum porous body which has a resin molding as a frame
  • the resin and metal composite may be used as they are, but the resin is removed when used as a porous metal body without resin due to restrictions on the use environment.
  • the resin is removed by decomposition in a molten salt described below so that oxidation of aluminum does not occur.
  • Decomposition in the molten salt is carried out by the following method.
  • a resin molded body having an aluminum plating layer formed on the surface is immersed in a molten salt, and the foamed resin molded body is removed by heating while applying a negative potential (potential lower than the standard electrode potential of aluminum) to the aluminum layer.
  • a negative potential potential lower than the standard electrode potential of aluminum
  • the heating temperature can be appropriately selected according to the type of the foamed resin molded body.
  • the temperature of the molten salt bath needs to be 380 ° C. or higher.
  • the melting point of the aluminum 660 ° C. or lower is required. It is necessary to process at temperature.
  • a preferable temperature range is 500 ° C. or more and 600 ° C. or less.
  • the amount of negative potential to be applied is on the minus side of the reduction potential of aluminum and on the plus side of the reduction potential of cations in the molten salt.
  • an alkali metal or alkaline earth metal halide salt in which the electrode potential of aluminum is low can be used.
  • a current collector for a battery electrode by stacking a plurality of porous aluminum bodies thus obtained (hereinafter, a single aluminum porous body before lamination may be referred to as a single-layer aluminum porous body). And It is preferable to laminate each single-layer aluminum porous body after filling it with an active material because it is easy to fill the interior and continuously with the production of the porous body. It can also be filled after being laminated. In that case, there is an advantage that it is easy to obtain electrical conduction and mechanical coupling between the porous bodies. Since the number of stacked layers can be arbitrarily designed depending on the desired battery capacity, it can be selected according to the ease of stacking and the structural design of the entire battery.
  • the porous material after the porous material is filled with the active material or after the porous material is laminated, it may be compression molded in the thickness direction of the porous material sheet.
  • the packing density can be increased, and the battery performance can be improved by shortening the distance between the active material and the current collector.
  • Lithium batteries including lithium secondary batteries and lithium ion secondary batteries
  • a battery electrode material and a battery using an aluminum porous body will be described.
  • a positive electrode of a lithium battery lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), or the like is used as an active material.
  • the active material is used in combination with a conductive additive and a binder.
  • a conventional positive electrode material for a lithium battery an electrode in which an active material is applied to the surface of an aluminum foil is used.
  • Lithium batteries have a higher capacity than nickel metal hydride batteries and capacitors, but there is a need for higher capacities in applications such as automobiles.
  • the active material coating thickness must be increased.
  • the aluminum foil as the current collector and the active material are in electrical contact with each other. It is used.
  • the porous aluminum body of the present invention has a high porosity and a large surface area per unit area. Therefore, since the contact area between the current collector and the active material is increased, the active material can be used effectively, the capacity of the battery can be improved, and the mixing amount of the conductive additive can be reduced.
  • the above positive electrode material is used as a positive electrode, and a copper or nickel foil, a punching metal, a porous body, or the like is used as a current collector for the negative electrode.
  • An alloy system such as Si or Si, or a negative electrode active material such as lithium metal is used.
  • a negative electrode active material is also used in combination with a conductive additive and a binder.
  • the energy density of the battery can be made higher than that of a lithium ion secondary battery using a conventional aluminum foil.
  • the effect on the secondary battery has been mainly described above.
  • the effect of increasing the contact area when the porous aluminum body is filled with the active material is the same as that of the secondary battery in the primary battery. Can be improved.
  • the electrolyte used for the lithium battery includes a non-aqueous electrolyte and a solid electrolyte.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an all-solid lithium battery using a solid electrolyte.
  • the all solid lithium battery 60 includes a positive electrode 61, a negative electrode 62, and a solid electrolyte layer (SE layer) 63 disposed between both electrodes.
  • the positive electrode 61 includes a positive electrode layer (positive electrode body) 64 and a positive electrode current collector 65
  • the negative electrode 62 includes a negative electrode layer 66 and a negative electrode current collector 67.
  • a non-aqueous electrolyte described later is used as the electrolyte.
  • a separator a porous polymer film, a nonwoven fabric, paper, or the like
  • the non-aqueous electrolyte is impregnated in both electrodes and the separator.
  • an aluminum porous body When an aluminum porous body is used for a positive electrode of a lithium battery, a material capable of inserting and removing lithium can be used as an active material, and an electrode suitable for a lithium battery can be obtained by filling the aluminum porous body with such a material. Obtainable.
  • the material for the positive electrode active material include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium nickel cobaltate (LiCo 0.3 Ni 0.7 O 2 ), and lithium manganate (LiMn 2 O 4).
  • Lithium titanate Li 4 Ti 5 O 12
  • lithium manganate compound LiM y Mn 2-y O 4
  • M Cr, Co, Ni
  • lithium-containing oxides and the like are used.
  • the active material is used in combination with a conductive additive and a binder.
  • transition metal oxides such as olivine compounds which are conventional lithium iron phosphate and its compounds (LiFePO 4 , LiFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 ). Further, the transition metal element contained in these materials may be partially substituted with another transition metal element.
  • Still other positive electrode active materials include, for example, TiS 2 , V 2 S 3 , FeS, FeS 2 , LiMSx (M is a transition metal element such as Mo, Ti, Cu, Ni, Fe, or Sb, Sn, Pb) ) And the like, and lithium metal having a skeleton of a metal oxide such as TiO 2 , Cr 3 O 8 , V 2 O 5 , and MnO 2 .
  • the above-described lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ) can also be used as a negative electrode active material.
  • Non-aqueous electrolyte a polar aprotic organic solvent is used, and specifically, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, ⁇ -butyrolactone, sulfolane and the like are used.
  • the supporting salt lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, and an imide salt are used.
  • concentration of the supporting salt serving as an electrolyte is high, a concentration around 1 mol / L is generally used because there is a limit to dissolution.
  • Solid electrolyte filled in aluminum porous body In addition to the active material, a solid electrolyte may be added and filled.
  • a solid electrolyte By filling an aluminum porous body with an active material and a solid electrolyte, it can be made suitable for an electrode of an all-solid-state lithium ion secondary battery.
  • the proportion of the active material in the material filled in the aluminum porous body is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, from the viewpoint of securing the discharge capacity.
  • a sulfide-based solid electrolyte having high lithium ion conductivity is preferably used.
  • a sulfide-based solid electrolyte having high lithium ion conductivity examples include a sulfide-based solid electrolyte containing lithium, phosphorus, and sulfur. It is done.
  • the sulfide solid electrolyte may further contain an element such as O, Al, B, Si, and Ge.
  • Such a sulfide-based solid electrolyte can be obtained by a known method.
  • lithium sulfide (Li 2 S) and diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) are prepared as starting materials, and the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is about 50:50 to 80:20 in molar ratio.
  • a method of melting and quenching the mixture melting quenching method
  • a method of mechanically milling the mixture mechanical milling method.
  • the sulfide-based solid electrolyte obtained by the above method is amorphous. Although it can be used in this amorphous state, it may be heat-treated to obtain a crystalline sulfide solid electrolyte. Crystallization can be expected to improve lithium ion conductivity.
  • the active material for filling the active material (the active material and the solid electrolyte)
  • a known method such as an immersion filling method or a coating method
  • the coating method include roll coating method, applicator coating method, electrostatic coating method, powder coating method, spray coating method, spray coater coating method, bar coater coating method, roll coater coating method, dip coater coating method, doctor Examples thereof include a blade coating method, a wire bar coating method, a knife coater coating method, a blade coating method, and a screen printing method.
  • a conductive additive or a binder is added as necessary, and an organic solvent or water is mixed therewith to produce a positive electrode mixture slurry.
  • This slurry is filled into an aluminum porous body using the above method.
  • carbon black such as acetylene black (AB) and ketjen black (KB) and carbon fiber such as carbon nanotube (CNT)
  • AB acetylene black
  • KB ketjen black
  • CNT carbon nanotube
  • polyfluoride can be used as the binder, for example.
  • Vinylidene (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like can be used.
  • the organic solvent used for preparing the positive electrode mixture slurry has an adverse effect on the material (ie, the active material, the conductive additive, the binder, and, if necessary, the solid electrolyte) filled in the aluminum porous body. If not, it can be selected as appropriate.
  • organic solvents include n-hexane, cyclohexane, heptane, toluene, xylene, trimethylbenzene, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate.
  • the conventional positive electrode material for lithium batteries has apply
  • the coating thickness of the active material is increased, and in order to effectively use the active material, the aluminum foil and the active material must be in electrical contact. For this reason, the active material is used in combination with a conductive aid.
  • the porous aluminum body of the present invention has a high porosity and a large surface area per unit area. Therefore, since the contact area between the current collector and the active material is increased, the active material can be used effectively, the capacity of the battery can be improved, and the mixing amount of the conductive additive can be reduced.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a capacitor using a capacitor electrode material.
  • an electrode material in which an electrode active material is supported on a porous aluminum body is disposed as a polarizable electrode 141.
  • the polarizable electrode 141 is connected to the lead wire 144 and is entirely housed in the case 145.
  • the aluminum porous body as a current collector, the surface area of the current collector is increased and the contact area with the activated carbon as the active material is increased, so that a capacitor capable of high output and high capacity can be obtained.
  • activated carbon is filled as an active material in an aluminum porous body current collector.
  • Activated carbon is used in combination with a conductive aid and a binder.
  • the activated carbon is preferably 90% by mass or more in terms of the composition ratio after drying (after solvent removal).
  • a conductive assistant is preferably 10% by mass or less
  • the binder is preferably 10% by mass or less.
  • the activated carbon has a specific surface area of 1000 m 2 / g or more because the larger the surface area, the larger the capacity of the capacitor.
  • Activated carbon can use plant-derived coconut shells, petroleum-based materials, and the like. In order to improve the surface area of the activated carbon, it is preferable to perform activation treatment using water vapor or alkali.
  • a positive electrode mixture slurry is obtained by mixing and stirring the electrode material mainly composed of the activated carbon.
  • the positive electrode mixture slurry is filled in the current collector, dried, and compressed by a roller press or the like as necessary, thereby improving the density and obtaining a capacitor electrode. (Filling of activated carbon in porous aluminum)
  • the activated carbon can be filled using a known method such as a dip filling method or a coating method.
  • Examples of the coating method include roll coating method, applicator coating method, electrostatic coating method, powder coating method, spray coating method, spray coater coating method, bar coater coating method, roll coater coating method, dip coater coating method, doctor Examples thereof include a blade coating method, a wire bar coating method, a knife coater coating method, a blade coating method, and a screen printing method.
  • a conductive additive and a binder are added as necessary, and an organic solvent and water are mixed therewith to prepare a positive electrode mixture slurry.
  • This slurry is filled into an aluminum porous body using the above method.
  • carbon black such as acetylene black (AB) and ketjen black (KB) and carbon fiber such as carbon nanotube (CNT)
  • AB acetylene black
  • KB ketjen black
  • CNT carbon nanotube
  • polyfluoride can be used as the binder, for example.
  • Vinylidene (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like can be used.
  • the organic solvent used for preparing the positive electrode mixture slurry has an adverse effect on the material (ie, the active material, the conductive additive, the binder, and, if necessary, the solid electrolyte) filled in the aluminum porous body. If not, it can be selected as appropriate.
  • organic solvents include n-hexane, cyclohexane, heptane, toluene, xylene, trimethylbenzene, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate.
  • Capacitor production Two of the electrodes obtained as described above are punched out to a suitable size, and are opposed to each other with a separator interposed therebetween.
  • the separator it is preferable to use a porous film or non-woven fabric made of cellulose, polyolefin resin, or the like. And it accommodates in a cell case using a required spacer, and impregnates electrolyte solution.
  • the electric double layer capacitor can be manufactured by sealing the case with an insulating gasket.
  • a non-aqueous material it is preferable to sufficiently dry materials such as electrodes in order to reduce the moisture in the capacitor as much as possible.
  • the capacitor may be manufactured in an environment with little moisture, and the sealing may be performed in a reduced pressure environment.
  • the capacitor is not particularly limited as long as the current collector and electrode of the present invention are used, and the capacitor may be manufactured by other methods.
  • Electrolyte can be used for both aqueous and non-aqueous, but non-aqueous is preferable because the voltage can be set higher.
  • potassium hydroxide or the like can be used as an electrolyte.
  • non-aqueous systems there are many ionic liquids in combination of cations and anions.
  • cation lower aliphatic quaternary ammonium, lower aliphatic quaternary phosphonium, imidazolinium and the like are used, and as the anion, imide compounds such as metal chloride ion, metal fluoride ion, and bis (fluorosulfonyl) imide Etc. are known.
  • electrolyte solution there are polar aprotic organic solvents as the electrolyte solution, and specifically, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, ⁇ -butyrolactone, sulfolane, and the like are used.
  • polar aprotic organic solvents ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, ⁇ -butyrolactone, sulfolane, and the like are used.
  • the supporting salt in the non-aqueous electrolyte lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, or the like is used.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a lithium ion capacitor using a lithium ion capacitor electrode material.
  • an electrode material having a positive electrode active material supported on an aluminum porous body is disposed as a positive electrode 146
  • an electrode material having a negative electrode active material supported on a current collector is disposed as a negative electrode 147.
  • the positive electrode 146 and the negative electrode 147 are connected to lead wires 148 and 149, respectively, and are entirely housed in the case 145.
  • the aluminum porous body as a current collector, the surface area of the current collector is increased, and a lithium ion capacitor capable of increasing the output and capacity can be obtained even when activated carbon as an active material is thinly applied.
  • activated carbon is filled as an active material in an aluminum porous body current collector.
  • Activated carbon is used in combination with a conductive aid and a binder.
  • the activated carbon is preferably 90% by mass or more in terms of the composition ratio after drying (after solvent removal).
  • a conductive assistant is preferably 10% by mass or less, and the binder is preferably 10% by mass or less.
  • the specific surface area is preferably 1000 m 2 / g or more.
  • Activated carbon can use plant-derived coconut shells, petroleum-based materials, and the like. In order to improve the surface area of the activated carbon, it is preferable to perform activation treatment using water vapor or alkali.
  • a positive electrode mixture slurry is obtained by mixing and stirring the electrode material mainly composed of the activated carbon.
  • the positive electrode mixture slurry is filled in the current collector, dried, and compressed by a roller press or the like as necessary, thereby improving the density and obtaining a capacitor electrode. (Filling of activated carbon in porous aluminum)
  • the activated carbon can be filled using a known method such as a dip filling method or a coating method.
  • Examples of the coating method include roll coating method, applicator coating method, electrostatic coating method, powder coating method, spray coating method, spray coater coating method, bar coater coating method, roll coater coating method, dip coater coating method, doctor Examples thereof include a blade coating method, a wire bar coating method, a knife coater coating method, a blade coating method, and a screen printing method.
  • a conductive additive and a binder are added as necessary, and an organic solvent and water are mixed therewith to prepare a positive electrode mixture slurry.
  • This slurry is filled into an aluminum porous body using the above method.
  • carbon black such as acetylene black (AB) and ketjen black (KB) and carbon fiber such as carbon nanotube (CNT)
  • AB acetylene black
  • KB ketjen black
  • CNT carbon nanotube
  • polyfluoride can be used as the binder, for example.
  • Vinylidene (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum and the like can be used.
  • the organic solvent used for preparing the positive electrode mixture slurry has an adverse effect on the material (ie, the active material, the conductive additive, the binder, and, if necessary, the solid electrolyte) filled in the aluminum porous body. If not, it can be selected as appropriate.
  • organic solvents include n-hexane, cyclohexane, heptane, toluene, xylene, trimethylbenzene, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate.
  • the negative electrode is not particularly limited, and a conventional negative electrode for a lithium battery can be used.
  • the conventional electrode using a copper foil as a current collector has a small capacity, it is made of copper or nickel such as the aforementioned foamed nickel.
  • An electrode in which a porous material is filled with an active material is preferable.
  • the negative electrode is doped with lithium ions in advance. A known method can be used as the doping method.
  • any method it is better to increase the amount of lithium doping in order to sufficiently lower the potential of the negative electrode.
  • the remaining capacity of the negative electrode is smaller than the positive electrode capacity, the capacity of the lithium ion capacitor is reduced, so the positive electrode capacity is not doped. It is preferable to leave it in
  • Electrolytic solution used for lithium ion capacitors The same electrolyte as the nonaqueous electrolyte used for the lithium battery is used.
  • a polar aprotic organic solvent is used, and specifically, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, ⁇ -butyrolactone, sulfolane and the like are used.
  • the supporting salt lithium tetrafluoroborate, lithium hexafluorophosphate, and an imide salt are used.
  • the electrode obtained as described above is punched out to an appropriate size, and is opposed to the negative electrode with a separator interposed therebetween.
  • the negative electrode may be doped with lithium ions by the above-described method, and when a method of doping after assembling the cell is taken, an electrode connected with lithium metal may be arranged in the cell.
  • the separator it is preferable to use a porous film or non-woven fabric made of cellulose, polyolefin resin, or the like. And it accommodates in a cell case using a required spacer, and impregnates electrolyte solution. Finally, the case is covered and sealed with an insulating gasket, so that a lithium ion capacitor can be produced.
  • the material such as the electrode is sufficiently dried.
  • the lithium ion capacitor may be manufactured in an environment with little moisture, and the sealing may be performed in a reduced pressure environment. Note that the lithium capacitor is not particularly limited as long as the current collector and electrode of the present invention are used, and the lithium capacitor may be manufactured by other methods.
  • the aluminum porous body can also be used as an electrode material for a molten salt battery.
  • a metal compound capable of intercalating cations of a molten salt serving as an electrolyte such as sodium chromite (NaCrO 2 ) and titanium disulfide (TiS 2 ) as an active material Is used.
  • the active material is used in combination with a conductive additive and a binder.
  • a conductive assistant acetylene black or the like can be used.
  • the binder polytetrafluoroethylene (PTFE) or the like can be used.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the aluminum porous body can also be used as a negative electrode material for a molten salt battery.
  • an aluminum porous body is used as a negative electrode material
  • sodium alone, an alloy of sodium and another metal, carbon, or the like can be used as an active material.
  • the melting point of sodium is about 98 ° C., and the metal softens as the temperature rises. Therefore, it is preferable to alloy sodium with other metals (Si, Sn, In, etc.). Of these, an alloy of sodium and Sn is particularly preferable because it is easy to handle.
  • Sodium or a sodium alloy can be supported on the surface of the porous aluminum body by a method such as electrolytic plating or hot dipping.
  • a metal (such as Si) that is alloyed with sodium is attached to the aluminum porous body by a method such as plating, a sodium alloy can be obtained by charging in a molten salt battery.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view showing an example of a molten salt battery using the battery electrode material.
  • the molten salt battery includes a positive electrode 121 carrying a positive electrode active material on the surface of an aluminum skeleton part of an aluminum porous body, a negative electrode 122 carrying a negative electrode active material on the surface of the aluminum skeleton part of an aluminum porous body, and an electrolyte.
  • a separator 123 impregnated with molten salt is housed in a case 127. Between the upper surface of the case 127 and the negative electrode, a pressing member 126 including a pressing plate 124 and a spring 125 that presses the pressing plate is disposed.
  • the current collector (aluminum porous body) of the positive electrode 121 and the current collector (aluminum porous body) of the negative electrode 122 are connected to the positive electrode terminal 128 and the negative electrode terminal 129 by lead wires 130, respectively.
  • molten salt As the electrolyte, various inorganic salts or organic salts that melt at the operating temperature can be used.
  • alkali metals such as lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb) and cesium (Cs), beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca)
  • strontium (Sr) and barium (Ba) can be used.
  • the operating temperature can be 90 ° C. or lower.
  • a separator is for preventing a positive electrode and a negative electrode from contacting, and a glass nonwoven fabric, a porous resin molding, etc. can be used.
  • the above positive electrode, negative electrode, and separator impregnated with molten salt are stacked and housed in a case to be used as a battery.
  • a foamed polyurethane having a thickness of 1 mm, a porosity of 95%, and a number of pores (number of cells) per inch of about 50 was prepared and cut into 100 mm ⁇ 30 mm squares.
  • the foamed polyurethane was immersed in a carbon suspension and dried to form a conductive layer having carbon particles attached to the entire surface.
  • the components of the suspension contain 25% by mass of graphite and carbon black, and additionally contain a resin binder, a penetrating agent, and an antifoaming agent.
  • the particle size of carbon black was 0.5 ⁇ m.
  • a foamed polyurethane with a conductive layer formed on the surface is set as a work piece in a jig with a power feeding function, and then placed in a glove box with an argon atmosphere and low moisture (dew point -30 ° C or less), and a molten salt at a temperature of 40 ° C. It was immersed in an aluminum plating bath (33 mol% EMIC-67 mol% AlCl 3 ). The jig on which the workpiece was set was connected to the cathode side of the rectifier, and a counter electrode aluminum plate (purity 99.99%) was connected to the anode side.
  • the sample of the skeleton portion of the obtained aluminum structure was sampled, and was cut and observed at a cross section perpendicular to the extending direction of the skeleton.
  • the cross section has a substantially triangular shape, which reflects the structure of polyurethane foam as a core material.
  • the aluminum structure was immersed in a LiCl—KCl eutectic molten salt at a temperature of 500 ° C., and a negative potential of ⁇ 1 V was applied for 30 minutes. Bubbles were generated in the molten salt due to the decomposition reaction of the polyurethane. Then, after cooling to room temperature in the atmosphere, the molten salt was removed by washing with water to obtain a porous aluminum body from which the resin was removed. An enlarged photograph of the resulting aluminum porous body is shown in FIG. The porous aluminum body had continuous air holes, and the porosity was as high as the foamed polyurethane used as the core material.
  • the obtained aluminum porous body was dissolved in aqua regia and measured with an ICP (inductively coupled plasma) emission spectrometer.
  • the aluminum purity was 98.5% by mass.
  • the carbon content was measured by JIS-G1211 high frequency induction furnace combustion-infrared absorption method and found to be 1.4% by mass. Furthermore, as a result of EDX analysis of the surface with an acceleration voltage of 15 kV, almost no oxygen peak was observed, and it was confirmed that the oxygen content of the aluminum porous body was below the EDX detection limit (3.1 mass%).
  • a paste was prepared. The paste was filled in a porous aluminum body having a three-dimensional network structure and having a porosity of about 95%, and then vacuum-dried at 150 ° C., and further roll-pressed until the thickness became 70% of the initial thickness. Positive electrode) was prepared. This battery electrode material was punched out to 10 mm ⁇ , and fixed to a SUS304 coin battery container by spot welding. The positive electrode charging capacity is 2.4 mAh.
  • EC ethylene carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • a lithium aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m and 11 mm ⁇ is used as the negative electrode.
  • the battery electrode material (positive electrode), separator, and negative electrode are laminated in this order, and a Viton O-ring is sandwiched between the upper and lower lids to produce a battery.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining an electrode cross section according to the present invention.
  • Three single-layer aluminum porous bodies 4a, 4b, and 4c are laminated to form one electrode 5 as a whole.
  • utilization rate is the theoretical capacity determined by the composition of the active material, by the actual charge / discharge
  • utilization rate (%) actual discharge capacity (mAh) ⁇ theoretical capacity (mAh) ⁇ 100) is improved.
  • basis weight of the two outer single-layer aluminum bodies 4a and 4c is small (for example, 1/2), the outside tends to deform and the outside is preferentially compressed when the electrode is compressed. Since the outer cell diameter is reduced and the active material can be prevented from falling off, the life of the battery is improved.
  • the basis weight of the three sheets may be laminated in order of, for example, 1/2 times, 1 time, and 2 times with the middle as a reference. This is because when the electrode is wound so that the layer with a large basis weight is on the outside, the outside strength at which the tensile strain increases can be increased.
  • the average cell diameter of the two outer single-layer aluminum porous bodies 4a and 4c is made larger (for example, twice) than that of the inner single-layer aluminum porous body 4b, the inner current collecting distance where ion diffusion is disadvantageous can be shortened. Therefore, the utilization rate can be improved. Conversely, by reducing the average cell diameter of the two outer single-layer aluminum porous bodies 4a and 4c from the inner side (for example, 1/2 times), the retention of the active material becomes better due to the smaller cell diameter. The life can be improved.
  • operativity of a winding electrode improves by laminating
  • Electrode by press In the above, the electrode by lamination was explained, but the effect can be further obtained by pressing after lamination. Compared with the case where a porous aluminum body with a thickness of 1 mm is filled with an active material and pressed to a thickness of 0.6 mm to produce a 12V-100 Ah battery using the electrode as an electrode and an aluminum foil as the electrode. did. When the area per sheet was 10 cm ⁇ 10 cm, the number of laminated electrodes was 332 for the aluminum foil, but it could be 50 for the thick compressed electrode made of porous aluminum. Moreover, in the electrode pressed to 3 mm using the aluminum porous body of thickness 5mm, it can reduce to 20 sheets. Thus, by using a current collecting structure with a three-dimensional network structure, the distance between the current collector and the active material can be reduced, and a thick electrode can be obtained.
  • (Appendix 3) The electrode for an electrochemical device according to appendix 1 or appendix 2, wherein the porous metal body is compression-molded in a direction in which the thickness is reduced after the active material is filled.
  • (Appendix 4) An electrode for an electrochemical device in which at least two single-layer metal porous bodies having different basis weights are laminated.
  • (Appendix 5) An electrode for an electrochemical device in which at least two single layer metal porous bodies having different cell diameters are laminated.
  • (Appendix 6) The electrode for an electrochemical device according to any one of appendices 1 to 5, wherein the metal porous body is an aluminum porous body having a three-dimensional network structure.
  • a battery electrode that takes advantage of the characteristics of an aluminum porous body can be obtained. Therefore, the present invention can be widely applied to various electrodes such as lithium secondary batteries, molten salt batteries, capacitors, and lithium ion capacitors. Can do.

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Abstract

アルミニウムなど金属多孔体を集電体として分厚い電極を形成することにより、放電特性等に優れる非水電解質電池等の電気化学デバイスを提供する。 金属多孔体に活物質が充填された電気化学デバイス用電極であって、前記金属多孔体がシート状であり、複数の単層金属多孔体が積層され、互いに電気的に接続されてなる積層多孔体であることを特徴とする電気化学デバイス用電極とした。金属多孔体が、三次元網目構造を有するアルミニウム多孔体であるとよい。

Description

電気化学デバイス用電極およびその製造方法
　本発明は、アルミニウムなどの金属多孔体を用いた電気化学デバイス用電極およびその製造方法に関する。ここで、電気化学デバイスとは、リチウム二次電池等の非水電解質電池、並びに非水電解質を用いたキャパシタ（以下、単に「キャパシタ」と言う）及びリチウムイオンキャパシタ（以下、単に「リチウムイオンキャパシタ」と言う）等を指す。
　近年、携帯情報端末、電動車両及び家庭用電力貯蔵装置に用いられるリチウム二次電池等のリチウム電池やキャパシタ及びリチウムイオンキャパシタ等の電気化学デバイスが活発に研究されている。電気化学デバイスは第一の電極、第二の電極及び電解質から構成される。電気化学デバイスがリチウム二次電池の場合、リチウム二次電池は、第一の電極である正極、第二の電極である負極及び電解質から構成され、その充電又は放電は、正極と負極との間をリチウムイオンが輸送されることによりおこなわれる。
　また、キャパシタ及びリチウムイオンキャパシタは、第一の電極、第二の電極及び電解質から構成され、その充電又は放電は、第一及び第二の電極でのリチウムイオンの吸脱着によりおこなわれる。なお、リチウムイオンキャパシタの場合、第一の電極は正極、第二の電極は負極となる。
　一般的に、第一の電極あるいは第二の電極は、集電体と合剤から構成される。
　正極（第一の電極）集電体としては、アルミニウム箔を用いる場合が知られているほか、三次元的に多孔を有するアルミニウムからなる多孔質金属体を用いる場合が知られている。そのアルミニウムからなる多孔質金属体として、アルミニウムを発泡させることにより作られたアルミニウム発泡体が知られる。たとえば、特許文献１には、アルミニウム金属を溶融させた状態で発泡剤及び増粘剤を加えて攪拌するというアルミニウム発泡体の製造方法が開示されている。このアルミニウム発泡体は、その製造方法の特質上、多数の独立気泡（閉気孔）を含んでいる。
　ところで、多孔質金属体としては、連通孔を持ち、気孔率の高い（９０％以上）ニッケル多孔体が広く知られている。このニッケル多孔体は、発泡ポリウレタン等の連通孔を有する発泡樹脂の骨格表面にニッケル層を形成した後、発泡樹脂を熱分解し、さらにニッケルを還元処理することによって製造される。しかし、有機電解液の中で正極（第一の電極）集電体であるニッケル多孔体の電位が貴になった際に、ニッケル多孔体の耐電解液性が劣るという問題が指摘されている。一方、多孔体を構成する材質がアルミニウムであれば、このような問題を生じない。
　そこで、ニッケル多孔体の製造方法を応用したアルミニウム多孔体の製造方法も開発されている。たとえば、特許文献２にその製造方法が開示されている。すなわち、「三次元網目状構造を有する発泡樹脂の骨格に、メッキ法もしくは蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの気相法により、Ａｌの融点以下で共晶合金を形成する金属による皮膜を形成した後、Ａｌ粉末と結着剤及び有機溶剤を主成分としたペーストで上記皮膜を形成した発泡樹脂に含浸塗着し、次いで非酸化性雰囲気において５５０℃以上７５０℃以下の温度で熱処理をする金属多孔体の製造方法」が開示されている。
特開２００２－３７１３２７号公報 特開平８－１７０１２６号公報
　電池容量を大きくするには正極活物質の量を極力多くする必要がある。従来用いられているアルミニウム箔を集電体とする電極では、活物質量を増やす方法として箔表面に活物質を分厚く塗ることが考えられる。しかし、塗布できる厚さは１００μｍ程度が限界であり、何度も重ねる必要がある。また、厚く塗布した電極が出来たとしても、活物質と集電体との距離が遠くなることで電池性能の多くを犠牲にすることになる。
　キャパシタおよびリチウムイオンキャパシタにおいても、電池と同様の課題を有している。キャパシタの容量向上には、電極単位面積当りの活物質量を多くすることが必要となっている。
　また、上記に加えて、リチウムイオンキャパシタでは、通常、負極の単位面積当りの容量密度が正極と比して高くなる傾向にあり、その事がリチウムイオンキャパシタ全体の容量向上を妨げる問題がある。リチウムイオンキャパシタの容量には、正極の単位面積当りの活物質量を極力多くして、容量密度の均衡を図ることが必要となっている。
　そこで、アルミニウム箔に代えてアルミニウム多孔体を利用する案が検討されるが、従来のアルミニウム多孔体は、いずれも、電気化学デバイス用電極の集電体として採用するには適しないという問題があった。すなわち、アルミニウム多孔体のうちアルミニウム発泡体は、その製造方法の特質上、閉気孔を有するので、発泡によって表面積が大きくなってもその表面全てを有効に利用することができない。次に、ニッケル多孔体の製造方法をアルミニウムに応用させたアルミニウム多孔体については、アルミニウムのほかに、アルミニウムと共晶合金を形成する金属が含まれざるを得ないという問題もあった。
　本発明はこのような問題に鑑みなされたものである。本発明は、アルミニウム多孔体を電池用電極に利用するに際して、アルミニウム多孔体を集電体として分厚い電極を形成することにより、放電特性に優れる電気化学デバイスを提供することを目的とする。
　本願発明者らは、かかる問題のない、電気化学デバイスにも広く利用可能な三次元網目構造を有するアルミニウム多孔体を鋭意開発している。アルミニウム多孔体の製造工程は、三次元網目構造を有するポリウレタンやメラミン樹脂等のシート状発泡体の表面を導電化し、その表面にアルミニウムめっきを行った後にポリウレタンやメラミン樹脂の除去を行うものである。そこで上記課題解決のため、本願発明者らは、金属多孔体の電極の厚さを厚くすることで電気化学デバイス容量を大きくできることに想到した。すなわちシート状の金属多孔体として既知のものよりも厚さの厚いものを用いることで効果を発揮する。その手段として、金属多孔体に活物質が充填された電気化学デバイス用電極であって、前記金属多孔体がシート状であり、複数の単層金属多孔体が積層され、互いに電気的に接続されてなる積層多孔体であることを特徴とする電気化学デバイス用電極とした。
　このようなアルミニウム多孔体の製造において、基材となる発泡体はポリウレタン等のシートで供給される。厚さの厚いアルミニウム多孔体を製造するにはシート状発泡体の厚さを厚くすることになる。しかし、シート状発泡体の厚さが厚いと、アルミニウムめっき工程において、シートの内部まで十分にめっき析出がされないという問題が確認された。すなわち、完成したアルミニウム多孔体のシート状の両面にはアルミニウムの骨格が十分に形成されるが、中心部には十分な骨格が形成されないことで、薄い２枚のシートに中心から剥がれるかのような構造になりやすいことが判明した。本願発明のように積層された多孔体として電極に用いることにより、製造可能な厚さのアルミニウム多孔体を複数用いて所望の容量を実現する電気化学デバイス用電極とすることができるのである。
　ここで、前記単層金属多孔体は、活物質が充填された後に厚さが薄くなる方向に圧縮成形されてなると良い。
　また、前記積層多孔体よりなる金属多孔体は、活物質が充填され積層された後に、厚さが薄くなる方向に圧縮成形されてなると良い。
　前記金属多孔体が、三次元網目構造を有するアルミニウム多孔体であると好ましい。
　また、シート状の単層金属多孔体を準備する多孔体準備工程と、前記単層金属多孔体に活物質を充填する充填工程と、前記単層金属多孔体を圧縮して厚さを薄くする圧縮行程と、複数の前記単層金属多孔体を積層する積層工程とを備える、電気化学デバイス用電極の製造方法とすると良い。
　以上のように電極の容量を大きくすることにより、電気化学デバイスの構造としては、第一の電極と第二の電極からなる電極対の積層数を減らすことができ、面容量密度を高めることができるため、電気化学デバイス全体の薄型化が可能になる。電極面積と積層数の低減により、コストの高いセパレータや電極の集電体の使用量低減に加え、タブの数や使用量、溶接の回数も低減し、製造コストを大きく抑制することができる。
　本発明によれば、アルミニウムなど金属多孔体を集電体として分厚い電極を形成することにより、放電特性等に優れる電気化学デバイスを提供することができる。
本発明によるアルミニウム構造体の製造工程を示すフロー図である。 本発明によるアルミニウム構造体の製造工程を説明する断面模式図である。 本発明によるアルミニウム多孔体をリチウム電池に適用した構造例を示す模式図である。 本発明によるアルミニウム多孔体をキャパシタに適用した構造例を示す模式図である。 本発明によるアルミニウム多孔体をリチウムイオンキャパシタに適用した構造例を示す模式図である。 本発明によるアルミニウム多孔体を溶融塩電池に適用した構造例を示す断面模式図である。 実施例にかかるアルミニウム多孔体のＳＥＭ写真である。 本発明にかかる電極断面を説明するための模式断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を金属多孔体の具体例としてアルミニウム多孔体を製造するプロセスを代表例として適宜図を参照して説明する。アルミニウム多孔体としては、ニッケルセルメット（セルメットは登録商標）と同様の骨格構造をもつものとして、三次元網目構造を有するアルミニウム構造体を具体的に示す。以下で参照する図面で同じ番号が付されている部分は同一またはそれに相当する部分である。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、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。
（アルミニウム多孔体）
（アルミニウム構造体の製造工程）
　図１は、アルミニウム構造体の製造工程を示すフロー図である。また図２は、フロー図に対応して樹脂成形体を芯材としてアルミニウム構造体を形成する様子を模式的に示したものである。両図を参照して製造工程全体の流れを説明する。まず基体樹脂成形体の準備１０１を行う。図２（ａ）は、基体樹脂成形体の例として、連通気孔を有する発泡樹脂成形体の表面を拡大視した拡大模式図である。発泡樹脂成形体１を骨格として気孔が形成されている。次に樹脂成形体表面の導電化１０２を行う。この工程により、図２（ｂ）に示すように樹脂成形体１の表面には薄く導電体による導電層２が形成される。続いて溶融塩中でのアルミニウムめっき１０３を行い、導電層が形成された樹脂成形体の表面にアルミニウムめっき層３を形成する（図２（ｃ））。これで、基体樹脂成形体を基材として表面にアルミニウムめっき層３が形成されたアルミニウム構造体が得られる。さらに、基体樹脂成形体の除去１０４を行っても良い。発泡樹脂成形体１を分解等して消失させることにより金属層のみが残ったアルミニウム構造体（アルミニウム多孔体）を得ることができる（図２（ｄ））。以下各工程について順を追って説明する。
（多孔質樹脂成形体の準備）
　三次元網目構造を有し連通気孔を有する多孔質樹脂成形体を準備する。多孔質樹脂成形体の素材は任意の樹脂を選択できる。ポリウレタン、メラミン樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の発泡樹脂成形体が素材として例示できる。発泡樹脂成形体と表記したが、連続した気孔（連通気孔）を有するものであれば任意の形状の樹脂成形体を選択できる。例えば繊維状の樹脂を絡めて不織布のような形状を有するものも発泡樹脂成形体に代えて使用可能である。発泡樹脂成形体の気孔率は８０％～９８％、セル径は５０μｍ～５００μｍとするのが好ましい。発泡ポリウレタン及び発泡メラミン樹脂は気孔率が高く、また気孔の連通性があるとともに熱分解性にも優れているため発泡樹脂成形体として好ましく使用できる。発泡ポリウレタンは気孔の均一性や入手の容易さ等の点で好ましく、発泡メラミン樹脂はセル径の小さなものが得られる点で好ましい。
　多孔質樹脂成形体には発泡体製造過程での製泡剤や未反応モノマーなどの残留物があることが多く、洗浄処理を行うことが後の工程のために好ましい。発泡ポリウレタンは樹脂成形体が骨格として三次元的に網目を構成することで、全体として連続した気孔を構成している。発泡ポリウレタンの骨格はその延在方向に垂直な断面において略三角形状をなしている。ここで気孔率は、次式で定義される。
　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、セル径は、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、平均セル径＝２５．４　ｍｍ／セル数として平均的な値を求める。
（樹脂成形体表面の導電化）
　電解めっきを行うために、発泡樹脂の表面をあらかじめ導電化処理する。発泡樹脂の表面に導電性を有する層を設けることができる処理である限り特に制限はなく、ニッケル等の導電性金属の無電解めっき、アルミニウム等の蒸着及びスパッタ、又はカーボン等の導電性粒子を含有した導電性塗料の塗布等任意の方法を選択できる。
　導電化処理の例として、アルミニウムのスパッタリング処理によって導電化処理する方法、及び導電性粒子としてカーボンを用いて発泡樹脂の表面を導電化処理する方法について以下述べる。
－アルミニウムのスパッタリング－
　アルミニウムを用いたスパッタリング処理としては、アルミニウムをターゲットとする限り限定的でなく、常法に従って行えばよい。例えば、基板ホルダーに発泡樹脂を取り付けた後、不活性ガスを導入しながら、ホルダーとターゲット（アルミニウム）との間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アルミニウムに衝突させて、はじき飛ばされたアルミニウム粒子を発泡樹脂表面に堆積することによってアルミニウムのスパッタ膜を形成する。なお、スバッタリング処理は発泡樹脂が溶解しない温度下で行うことが好ましく、具体的には、１００～２００℃程度、好ましくは１２０～１８０℃程度で行えばよい。
－カーボン塗布－
　導電性塗料としてのカーボン塗料を準備する。導電性塗料としての懸濁液は、好ましくは、カーボン粒子、粘結剤、分散剤および分散媒を含む。導電性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。このため、懸濁液は、２０℃～４０℃に維持されていることが好ましい。その理由は、懸濁液の温度が２０℃未満になった場合、均一な懸濁状態が崩れ、合成樹脂成形体の網状構造をなす骨格の表面に粘結剤のみが集中して層を形成するからである。この場合、塗布されたカーボン粒子の層は剥離し易く、強固に密着した金属めっきを形成し難い。一方、懸濁液の温度が４０℃を越えた場合は、分散剤の蒸発量が大きく、塗布処理時間の経過とともに懸濁液が濃縮されてカーボンの塗布量が変動しやすい。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。
　多孔質樹脂成形体へのカーボン粒子の塗布は、上記懸濁液に対象となる樹脂成形体を浸漬し、絞りと乾燥を行うことで可能である。実用上の製造工程の一例としては、三次元網状構造を有する長尺シート状の帯状樹脂が、サプライボビンから連続的に繰り出され、槽内の懸濁液内に浸漬される。懸濁液に浸漬された帯状樹脂は、絞りロールで絞られ、過剰な懸濁液が絞り出される。続いて、当該帯状樹脂は熱風ノズルによる熱風の噴射等により懸濁液の分散媒等が除去され、充分に乾燥された上で巻取りボビンに巻き取られる。熱風の温度は４０℃から８０℃の範囲であるとよい。このような装置を用いると、自動的かつ連続的に導電化処理を実施することができ、目詰まりのない網目構造を有し、且つ、均一な導電層を具備した骨格が形成されるので、次工程の金属めっきを円滑に行うことができる。
（アルミニウム層の形成：溶融塩めっき）
　次に溶融塩中で電解めっきを行い、樹脂成形体表面にアルミニウムめっき層を形成する。溶融塩浴中でアルミニウムのめっきを行うことにより特に三次元網目構造を有する発泡樹脂成形体のように複雑な骨格構造の表面に均一に厚いアルミニウム層を形成することができる。表面が導電化された樹脂成形体を陰極、純度９９．０％のアルミニウムを陽極として溶融塩中で直流電流を印加する。溶融塩としては、有機系ハロゲン化物とアルミニウムハロゲン化物の共晶塩である有機溶融塩、アルカリ金属のハロゲン化物とアルミニウムハロゲン化物の共晶塩である無機溶融塩を使用することができる。比較的低温で溶融する有機溶融塩浴を使用すると、基材である樹脂成形体を分解することなくめっきができ好ましい。有機系ハロゲン化物としてはイミダゾリウム塩、ピリジニウム塩等が使用でき、具体的には１－エチル－３－メチルイミダゾリウムクロライド（ＥＭＩＣ）、ブチルピリジニウムクロライド（ＢＰＣ）が好ましい。溶融塩中に水分や酸素が混入すると溶融塩が劣化するため、めっきは窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で、かつ密閉した環境下で行うことが好ましい。
　溶融塩浴としては窒素を含有した溶融塩浴が好ましく、中でもイミダゾリウム塩浴が好ましく用いられる。溶融塩として高温で溶融する塩を使用した場合は、めっき層の成長よりも樹脂が溶融塩中に溶解や分解する方が早くなり、樹脂成形体表面にめっき層を形成することができない。イミダゾリウム塩浴は、比較的低温であっても樹脂に影響を与えず使用可能である。イミダゾリウム塩として、１，３位にアルキル基を持つイミダゾリウムカチオンを含む塩が好ましく用いられ、特に塩化アルミニウム＋１－エチル－３－メチルイミダゾリウムクロライド（ＡｌＣｌ３＋ＥＭＩＣ）系溶融塩が、安定性が高く分解し難いことから最も好ましく用いられる。発泡ポリウレタンや発泡メラミン樹脂などへのめっきが可能であり、溶融塩浴の温度は１０℃から６５℃、好ましくは２５℃から６０℃である。低温になる程めっき可能な電流密度範囲が狭くなり、樹脂成形体表面全体へのめっきが難しくなる。６５℃を超える高温では樹脂成形体の形状が損なわれる不具合が生じやすい。
　金属表面への溶融塩アルミニウムめっきにおいて、めっき表面の平滑性向上の目的でＡｌＣｌ３－ＥＭＩＣにキシレン、ベンゼン、トルエン、１，１０－フェナントロリンなどの添加剤を加えることが報告されている。本発明者らは特に三次元網目構造を備えた多孔質樹脂成形体上にアルミニウムめっきを施す場合に、１，１０－フェナントロリンの添加によりアルミニウム多孔体の形成に特有の効果が得られることを見出した。すなわち、めっき皮膜の平滑性が向上し、多孔体を形成するアルミニウム骨格が折れにくいという第１の特徴と、多孔体の表面部と内部とのめっき厚さの差が小さい均一なめっきが可能であるという第２の特徴が得られるのである。
　以上の、折れにくい、めっき厚が内外で均一という２つの特徴により、完成したアルミニウム多孔体をプレスする場合などに、骨格全体が折れにくく均等にプレスされた多孔体を得ることができる。アルミニウム多孔体を電池等の電極材料として用いる場合に、電極に電極活物質を充填してプレスにより密度を上げることが行われ、活物質の充填工程やプレス時に骨格が折れやすいため、このような用途では極めて有効である。
　上記のことから、溶融塩浴に有機溶媒を添加することが好ましく、特に１，１０－フェナントロリンが好ましく用いられる。めっき浴への添加量は、０．２～７ｇ／Ｌが好ましい。０．２ｇ／Ｌ以下では平滑性に乏しいめっきで脆く、また表層と内部の厚み差を小さくする効果が得られ難い。また７ｇ／Ｌ以上ではめっき効率が低下し所定のめっき厚を得ることが困難になる。
　一方、樹脂が溶解等しない範囲で溶融塩として無機塩浴を用いることもできる。無機塩浴とは、代表的にはＡｌＣｌ３－ＸＣｌ（Ｘ：アルカリ金属）の２成分系あるいは多成分系の塩である。このような無機塩浴はイミダゾリウム塩浴のような有機塩浴に比べて一般に溶融温度は高いが、水分や酸素など環境条件の制約が少なく、全体に低コストでの実用化が可能とできる。樹脂が発泡メラミン樹脂である場合は、発泡ポリウレタンに比べて高温での使用が可能であり、６０℃～１５０℃での無機塩浴が用いられる。
　以上の工程により骨格の芯として樹脂成形体を有するアルミニウム多孔体が得られる。各種フィルタや触媒担体などの用途によっては、このまま樹脂と金属の複合体として使用しても良いが、使用環境の制約などから、樹脂が無い金属多孔体として用いる場合には樹脂を除去する。本発明においては、アルミニウムの酸化が起こらないように、以下に説明する溶融塩中での分解により樹脂を除去する。
（樹脂の除去：溶融塩による処理）
　溶融塩中での分解は以下の方法で行う。表面にアルミニウムめっき層を形成した樹脂成形体を溶融塩に浸漬し、アルミニウム層に負電位（アルミニウムの標準電極電位より卑な電位）を印加しながら加熱して発泡樹脂成形体を除去する。溶融塩に浸漬した状態で負電位を印加すると、アルミニウムを酸化させることなく発泡樹脂成形体を分解することができる。加熱温度は発泡樹脂成形体の種類に合わせて適宜選択できる。樹脂成形体がポリウレタンである場合には分解は約３８０℃で起こるため溶融塩浴の温度は３８０℃以上にする必要があるが、アルミニウムを溶融させないためにはアルミニウムの融点（６６０℃）以下の温度で処理する必要がある。好ましい温度範囲は５００℃以上６００℃以下である。また印加する負電位の量は、アルミニウムの還元電位よりマイナス側で、かつ溶融塩中のカチオンの還元電位よりプラス側とする。このような方法によって、連通気孔を有し、表面の酸化層が薄く酸素量の少ないアルミニウム多孔体を得ることができる。
　樹脂の分解に使用する溶融塩としては、アルミニウムの電極電位が卑となるようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物の塩が使用できる。具体的には塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）からなる群より選択される１種以上を含むと好ましい。このような方法によって連通気孔を有し、表面の酸化層が薄く酸素量の少ないアルミニウム多孔体を得ることができる。
（電池用電極の形成）
　このようにして得られたアルミニウム多孔体（以後、これらの積層する前の、単一のアルミニウム多孔体を単層アルミニウム多孔体と称することがある）を複数枚重ねて電池用電極の集電体とする。個々の単層アルミニウム多孔体に活物質を充填した後に積層することが、内部まで充填が容易であること、および多孔体の製造と連続して行えることから好ましい。積層した後に充填することもでき、その場合は多孔体同士の電気的導通や機械的結合を得やすい利点がある。積層する枚数は所望の電池容量により任意に設計できるため、積層製造の容易さや電池全体の構造設計に応じて選択できる。
　また、多孔体に活物質を充填した後に、あるいはそれを積層した後に、多孔体シートの厚み方向に圧縮成形すると良い。充填密度を高めることができ、また活物質と集電体との距離も短くなることで電池性能の向上が可能である。
（リチウム電池（リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池等を含む。））
　次にアルミニウム多孔体を用いた電池用電極材料及び電池について説明する。例えばリチウム電池の正極に使用する場合は、活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）等を使用する。活物質は導電助剤及びバインダーと組み合わせて使用する。従来のリチウム電池用正極材料は、アルミニウム箔の表面に活物質を塗布した電極が用いられている。リチウム電池はニッケル水素電池やキャパシタに比べれば高容量であるが、自動車用途などでは更なる高容量化が求められており、単位面積当たりの電池容量を向上するために、活物質の塗布厚みを厚くしており、また活物質を有効に利用するためには集電体であるアルミニウム箔と活物質とが電気的に接触している必要があるので、活物質は導電助剤と混合して用いられている。これに対し、本発明のアルミニウム多孔体は気孔率が高く単位面積当たりの表面積が大きい。よって集電体と活物質の接触面積が大きくなるため活物質を有効に利用でき、電池の容量を向上できるとともに、導電助剤の混合量を少なくすることができる。リチウム電池は、上記の正極材料を正極とし、負極には銅やニッケルの箔やパンチングメタル、多孔体などが集電体として用いられ、黒鉛、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、ＳｎやＳｉ等の合金系、あるいはリチウム金属等の負極活物質が使用される。負極活物質も導電助剤及びバインダーと組み合わせて使用する。
　このようなリチウム電池は、小さい電極面積でも容量を向上できるため、従来のアルミ箔を用いたリチウムイオン二次電池よりも電池のエネルギー密度を高くすることができる。また、上記では主に二次電池についての効果を説明したが、一次電池についてもアルミニウム多孔体に活物質を充填したときに接触面積が大きくなる効果は二次電池の場合と同じであり、容量の向上が可能である。
（リチウム電池の構成）
　リチウム電池に使用される電解質には、非水電解液と固体電解質がある。図３は、固体電解質を使用した全固体リチウム電池の縦断面図である。この全固体リチウム電池６０は、正極６１、負極６２、および両電極間に配置される固体電解質層（ＳＥ層）６３を備える。正極６１は、正極層（正極体）６４と正極集電体６５とからなり、負極６２は、負極層６６と負極集電体６７とからなる。
　電解質として、固体電解質以外に、後述する非水電解液が用いられる。この場合、両極間には、セパレータ（多孔質ポリマーフィルムや不織布、紙等）が配置され、非水電解液は両極およびセパレータ中に含浸される。
（アルミニウム多孔体に充填する活物質）
　アルミニウム多孔体をリチウム電池の正極に使用する場合は、活物質として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）、リチウム含有酸化物等を使用する。活物質は導電助剤及びバインダーと組み合わせて使用する。従来の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、これらの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。
　更に他の正極活物質の材料としては例えば、ＴｉＳ２、Ｖ２Ｓ３、ＦｅＳ、ＦｅＳ２、ＬｉＭＳｘ（ＭはＭｏ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅなどの遷移金属元素、又はＳｂ、Ｓｎ、Ｐｂ）などの硫化物系等のカルコゲン化物、ＴｉＯ２、Ｃｒ３Ｏ８、Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２などの金属酸化物を骨格としたリチウム金属が挙げられる。ここで、上記したチタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）は負極活物質として使用することも可能である。
（リチウム電池に使用される電解液）
　非水電解液としては、極性非プロトン性有機溶媒で使用され、具体的にはエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、γ－ブチロラクトン及びスルホラン等が使用される。支持塩としては４フッ化ホウ酸リチウム、６フッ化リン酸リチウム、およびイミド塩等が使用されている。電解質となる支持塩の濃度は高い方が好ましいが、溶解に限度があるため１ｍｏｌ／Ｌ付近のものが一般に用いられる。
（アルミニウム多孔体に充填する固体電解質）
　活物質の他に、さらに、固体電解質を加えて充填してもよい。アルミニウム多孔体に活物質と固体電解質とを充填することで、全固体リチウムイオン二次電池の電極に適したものとすることができる。ただし、アルミニウム多孔体に充填する材料のうち活物質の割合は、放電容量を確保する観点から、５０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上とすることが好ましい。
　上記固体電解質には、リチウムイオン伝導度の高い硫化物系固体電解質を使用することが好ましく、このような硫化物系固体電解質としては、リチウム、リン、及び硫黄を含む硫化物系固体電解質が挙げられる。硫化物系固体電解質は、さらに、Ｏ、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅなどの元素を含有してもよい。
　このような硫化物系固体電解質は、公知の方法により得ることができる。例えば、出発原料として硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）及び五硫化二リン（Ｐ２Ｓ５）を用意し、Ｌｉ２ＳとＰ２Ｓ５とをモル比で５０：５０～８０：２０程度の割合で混合し、これを溶融して急冷する方法（溶融急冷法）や、これをメカニカルミリングする方法（メカニカルミリング法）が挙げられる。
　上記方法により得られる硫化物系固体電解質は、非晶質である。この非晶質の状態のまま利用することもできるが、これを加熱処理して結晶性の硫化物系固体電解質としてもよい。結晶化することで、リチウムイオン伝導度の向上が期待できる。
（アルミニウム多孔体への活物質の充填）
　活物質（活物質と固体電解質）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。
　活物質（活物質と固体電解質）を充填するときは、例えば、必要に応じて導電助剤やバインダーを加え、これに有機溶剤や水を混合して正極合剤スラリーを作製する。このスラリーを上記の方法を用いてアルミニウム多孔体に充填する。導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック（ＡＢ）やケッチェンブラック（ＫＢ）といったカーボンブラックや、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）などの炭素繊維を用いることができ、また、バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、キサンタンガムなどが使用できる。
　なお、正極合剤スラリーを作製する際に用いる有機溶剤としては、アルミニウム多孔体に充填する材料（即ち、活物質、導電助剤、バインダー、及び必要に応じて固体電解質）に対して悪影響を及ぼさないものであれば、適宜選択することができる。このような有機溶剤としては、例えば、ｎ－ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、テトラヒドロフラン、１，４－ジオキサン、１，３－ジオキソラン、エチレングリコール、Ｎ－メチル－２－ピロリドンなどが挙げられる。また、溶媒に水を使う場合、充填性を高めるために界面活性剤を使用しても良い。
　なお、従来のリチウム電池用正極材料は、アルミニウム箔の表面に活物質を塗布している。単位面積当たりの電池容量を向上するために、活物質の塗布厚みを厚くしており、また活物質を有効に利用するためにはアルミニウム箔と活物質とが電気的に接触している必要があるので、活物質は導電助剤と混合して用いられている。これに対し、本発明のアルミニウム多孔体は気孔率が高く単位面積当たりの表面積が大きい。よって集電体と活物質の接触面積が大きくなるため活物質を有効に利用でき、電池の容量を向上できるとともに、導電助剤の混合量を少なくすることができる。
（キャパシタ用電極）
　図４はキャパシタ用電極材料を用いたキャパシタの一例を示す断面模式図である。セパレータ１４２で仕切られた有機電解液１４３中に、アルミニウム多孔体に電極活物質を担持した電極材料を分極性電極１４１として配置している。分極性電極１４１はリード線１４４に接続しており、これら全体がケース１４５中に収納されている。アルミニウム多孔体を集電体として使用することで、集電体の表面積が大きくなり、活物質としての活性炭との接触面積が大きくなるため高出力、高容量化可能なキャパシタを得ることができる。
　キャパシタ用の電極を製造するには、アルミニウム多孔体集電体に活物質として活性炭を充填する。活性炭は導電助剤やバインダーと組み合わせて使用する。
　キャパシタの容量を大きくするためには主成分である活性炭の量が多い方が良く、乾燥後（溶媒除去後）の組成比で活性炭が９０質量％以上あることが好ましい。また導電助剤やバインダーは必要ではあるが容量低下の要因であり、バインダーは更に内部抵抗を増大させる要因となるためできる限り少ない方がよい。導電助剤は１０質量％以下、バインダーは１０質量％以下が好ましい。
　活性炭は表面積が大きい方がキャパシタの容量が大きくなるため、比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上あることが好ましい。活性炭は植物由来のヤシ殻などや石油系の材料などを用いることができる。活性炭の表面積を向上させるため、水蒸気やアルカリを用いて賦活処理しておくことが好ましい。
　上記活性炭を主成分とする電極材料を混合して攪拌することにより正極合剤スラリーが得られる。かかる正極合剤スラリーを上記集電体に充填して乾燥させ、必要に応じてローラープレス等により圧縮することにより密度を向上させ、キャパシタ用電極が得られる。
（アルミニウム多孔体への活性炭の充填）
　活性炭の充填は、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。
　活性炭を充填するときは、例えば、必要に応じて導電助剤やバインダーを加え、これに有機溶剤や水を混合して正極合剤スラリーを作製する。このスラリーを上記の方法を用いてアルミニウム多孔体に充填する。導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック（ＡＢ）やケッチェンブラック（ＫＢ）といったカーボンブラックや、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）などの炭素繊維を用いることができ、また、バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、キサンタンガムなどが使用できる。
　なお、正極合剤スラリーを作製する際に用いる有機溶剤としては、アルミニウム多孔体に充填する材料（即ち、活物質、導電助剤、バインダー、及び必要に応じて固体電解質）に対して悪影響を及ぼさないものであれば、適宜選択することができる。このような有機溶剤としては、例えば、ｎ－ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、テトラヒドロフラン、１，４－ジオキサン、１，３－ジオキソラン、エチレングリコール、Ｎ－メチル－２－ピロリドンなどが挙げられる。また、溶媒に水を使う場合、充填性を高めるために界面活性剤を使用しても良い。
（キャパシタの作製）
　上記のようにして得られた電極を適当な大きさに打ち抜いて２枚用意し、セパレータを挟んで対向させる。セパレータはセルロースやポリオレフィン樹脂などで構成された多孔膜や不織布を用いるのが好ましい。そして、必要なスペーサを用いてセルケースに収納し、電解液を含浸させる。最後に絶縁ガスケットを介してケースに蓋をして封口することにより電気二重層キャパシタを作製することができる。非水系の材料を使用する場合は、キャパシタ内の水分を限りなく少なくするため、電極などの材料を十分乾燥することが好ましい。キャパシタの作製は水分の少ない環境下で行い、封止は減圧環境下で行ってもよい。なお、本発明の集電体、電極を用いていればキャパシタとしては特に限定されず、これ以外の方法により作製されるものでも構わない。
　電解液は水系・非水系ともに使用できるが、非水系の方が電圧を高く設定できるため好ましい。水系では電解質として水酸化カリウムなどが使用できる。非水系としては、イオン液体がカチオンとアニオンの組み合わせで多数有る。カチオンとしては低級脂肪族４級アンモニウム、低級脂肪族４級ホスホニウム及びイミダゾリニウム等が使用され、アニオンとしては、金属塩化物イオン、金属フッ化物イオン、及びビス（フルオロスルフォニル）イミド等のイミド化合物などが知られている。また、電解液溶媒として極性非プロトン性有機溶媒があり、具体的にはエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、γ－ブチロラクトン及びスルホラン等が使用される。非水電解液中の支持塩としては４フッ化ホウ酸リチウム及び６フッ化リン酸リチウム等が使用されている。
（リチウムイオンキャパシタ）
　図５はリチウムイオンキャパシタ用電極材料を用いたリチウムイオンキャパシタの一例を示す断面模式図である。セパレータ１４２で仕切られた有機電解液１４３中に、アルミニウム多孔体に正極活物質を担持した電極材料を正極１４６として配置し、集電体に負極活物質を担持した電極材料を負極１４７として配置している。正極１４６及び負極１４７はそれぞれリード線１４８、１４９に接続しており、これら全体がケース１４５中に収納されている。アルミニウム多孔体を集電体として使用することで、集電体の表面積が大きくなり、活物質としての活性炭を薄く塗布しても高出力、高容量化可能なリチウムイオンキャパシタを得ることができる。
（正極）
　リチウムイオンキャパシタ用の電極を製造するには、アルミニウム多孔体集電体に活物質として活性炭を充填する。活性炭は導電助剤やバインダーと組み合わせて使用する。
　リチウムイオンキャパシタの容量を大きくするためには主成分である活性炭の量が多い方が良く、乾燥後（溶媒除去後）の組成比で活性炭が９０質量％以上あることが好ましい。また導電助剤やバインダーは必要ではあるが容量低下の要因であり、バインダーは更に内部抵抗を増大させる要因となるためできる限り少ない方がよい。導電助剤は１０質量％以下、バインダーは１０質量％以下が好ましい。
　活性炭は表面積が大きい方がリチウムイオンキャパシタの容量が大きくなるため、比表面積が１０００ｍ２／ｇ以上あることが好ましい。活性炭は植物由来のヤシ殻などや石油系の材料などを用いることができる。活性炭の表面積を向上させるため、水蒸気やアルカリを用いて賦活処理しておくことが好ましい。
　上記活性炭を主成分とする電極材料を混合して攪拌することにより正極合剤スラリーが得られる。かかる正極合剤スラリーを上記集電体に充填して乾燥させ、必要に応じてローラープレス等により圧縮することにより密度を向上させ、キャパシタ用電極が得られる。
（アルミニウム多孔体への活性炭の充填）
　活性炭の充填は、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。
　活性炭を充填するときは、例えば、必要に応じて導電助剤やバインダーを加え、これに有機溶剤や水を混合して正極合剤スラリーを作製する。このスラリーを上記の方法を用いてアルミニウム多孔体に充填する。導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック（ＡＢ）やケッチェンブラック（ＫＢ）といったカーボンブラックや、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）などの炭素繊維を用いることができ、また、バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、キサンタンガムなどが使用できる。
　なお、正極合剤スラリーを作製する際に用いる有機溶剤としては、アルミニウム多孔体に充填する材料（即ち、活物質、導電助剤、バインダー、及び必要に応じて固体電解質）に対して悪影響を及ぼさないものであれば、適宜選択することができる。このような有機溶剤としては、例えば、ｎ－ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、テトラヒドロフラン、１，４－ジオキサン、１，３－ジオキソラン、エチレングリコール、Ｎ－メチル－２－ピロリドンなどが挙げられる。また、溶媒に水を使う場合、充填性を高めるために界面活性剤を使用しても良い。
（負極）
　負極は特に限定されず従来のリチウム電池用負極を使用可能であるが、銅箔を集電体に用いた従来の電極では容量が小さいため、前述の発泡状ニッケルのような銅やニッケル製の多孔体に活物質を充填した電極が好ましい。また、リチウムイオンキャパシタとして動作させるために、あらかじめ負極にリチウムイオンをドープしておくことが好ましい。ドープ方法としては公知の方法を用いることができる。たとえば、負極表面にリチウム金属箔を貼り付けて電解液中に浸してドープする方法や、リチウムイオンキャパシタ内にリチウム金属を取り付けた電極を配置し、セルを組み立ててから負極とリチウム金属電極の間で電流を流して電気的にドープする方法、あるいは負極とリチウム金属で電気化学セルを組み立て、電気的にリチウムをドープした負極を取り出して使用する方法などが挙げられる。
　いずれの方法でも、負極の電位を十分に下げるためにリチウムドープ量は多いほうがよいが、負極の残容量が正極容量より小さくなるとリチウムイオンキャパシタの容量が小さくなるため、正極容量分はドープせずに残しておく方が好ましい。
（リチウムイオンキャパシタに使用される電解液）
　電解液はリチウム電池に使用する非水電解液と同じものが用いられる。非水電解液としては、極性非プロトン性有機溶媒で使用され、具体的にはエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、γ－ブチロラクトン及びスルホラン等が使用される。支持塩としては４フッ化ホウ酸リチウム、６フッ化リン酸リチウム、およびイミド塩等が使用されている。
（リチウムイオンキャパシタの作製）
　上記のようにして得られた電極を適当な大きさに打ち抜き、セパレータを挟んで負極と対向させる。負極は、前述の方法でリチウムイオンをドープしたものを用いても構わないし、セルを組み立て後にドープする方法をとる場合は、リチウム金属を接続した電極をセル内に配置すればよい。セパレータはセルロースやポリオレフィン樹脂などで構成された多孔膜や不織布を用いるのが好ましい。そして、必要なスペーサを用いてセルケースに収納し、電解液を含浸させる。最後に絶縁ガスケットを介してケースに蓋をして封口することによりリチウムイオンキャパシタを作製することができる。リチウムイオンキャパシタ内の水分を限りなく少なくするため、電極などの材料は十分乾燥することが好ましい。また、リチウムイオンキャパシタの作製は水分の少ない環境下で行い、封止は減圧環境下で行ってもよい。なお、本発明の集電体、電極を用いていればリチウムキャパシタとしては特に限定されず、これ以外の方法により作製されるものでも構わない。
（溶融塩電池用電極）
　アルミニウム多孔体は、溶融塩電池用の電極材料として使用することもできる。アルミニウム多孔体を正極材料として使用する場合は、活物質として亜クロム酸ナトリウム（ＮａＣｒＯ２）、二硫化チタン（ＴｉＳ２）等、電解質となる溶融塩のカチオンをインターカレーションすることができる金属化合物を使用する。活物質は導電助剤及びバインダーと組み合わせて使用する。導電助剤としてはアセチレンブラック等が使用できる。またバインダーとしてはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を使用できる。活物質として亜クロム酸ナトリウムを使用し、導電助剤としてアセチレンブラックを使用する場合には、ＰＴＦＥはこの両者をより強固に固着することができ好ましい。
　アルミニウム多孔体は、溶融塩電池用の負極材料として用いることもできる。アルミニウム多孔体を負極材料として使用する場合は、活物質としてナトリウム単体やナトリウムと他の金属との合金、カーボン等を使用できる。ナトリウムの融点は約９８℃であり、また温度が上がるにつれて金属が軟化するため、ナトリウムと他の金属（Ｓｉ、Ｓｎ、Ｉｎ等）とを合金化すると好ましい。このなかでも特にナトリウムとＳｎとを合金化したものは扱いやすいため好ましい。ナトリウム又はナトリウム合金は、アルミニウム多孔体の表面に電解メッキ、溶融メッキ等の方法で担持させることができる。また、アルミニウム多孔体にナトリウムと合金化させる金属（Ｓｉ等）をメッキ等の方法で付着させた後、溶融塩電池中で充電することでナトリウム合金とすることもできる。
　図６は上記の電池用電極材料を用いた溶融塩電池の一例を示す断面模式図である。溶融塩電池は、アルミニウム多孔体のアルミ骨格部の表面に正極用活物質を担持した正極１２１と、アルミニウム多孔体のアルミ骨格部の表面に負極用活物質を担持した負極１２２と、電解質である溶融塩を含浸させたセパレータ１２３とをケース１２７内に収納したものである。ケース１２７の上面と負極との間には、押え板１２４と押え板を押圧するバネ１２５とからなる押圧部材１２６が配置されている。押圧部材を設けることで、正極１２１、負極１２２、セパレータ１２３の体積変化があった場合でも均等押圧してそれぞれの部材を接触させることができる。正極１２１の集電体（アルミニウム多孔体）、負極１２２の集電体（アルミニウム多孔体）はそれぞれ、正極端子１２８、負極端子１２９に、リード線１３０で接続されている。
　電解質としての溶融塩としては、動作温度で溶融する各種の無機塩又は有機塩を使用することができる。溶融塩のカチオンとしては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）及びセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）及びバリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属から選択した１種以上を用いることができる。
　溶融塩の融点を低下させるために、２種以上の塩を混合して使用することが好ましい。例えばカリウムビス（フルオロスルフォニル）アミド＜Ｋ－Ｎ（ＳＯ２Ｆ）２；ＫＦＳＡ＞とナトリウムビス（フルオロスルフォニル）アミド＜Ｎａ－Ｎ（ＳＯ２Ｆ）２；ＮａＦＳＡ＞とを組み合わせて使用すると、電池の動作温度を９０℃以下とすることができる。
　溶融塩はセパレータに含浸させて使用する。セパレータは正極と負極とが接触するのを防ぐためのものであり、ガラス不織布や、多孔質樹脂成形体等を使用できる。上記の正極、負極、溶融塩を含浸させたセパレータを積層してケース内に収納し、電池として使用する。
　次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
（導電層の形成）
　以下、アルミニウム多孔体の製造例を具体的に説明する。発泡樹脂成形体として、厚み１ｍｍ、気孔率９５％、１インチ当たりの気孔数（セル数）約５０個の発泡ポリウレタンを準備し、１００ｍｍ×３０ｍｍ角に切断した。発泡ポリウレタンをカーボン懸濁液に浸漬し乾燥することで、表面全体にカーボン粒子が付着した導電層を形成した。懸濁液の成分は、黒鉛とカーボンブラックを２５質量％含み、他に樹脂バインダー、浸透剤、消泡剤を含む。カーボンブラックの粒径は０．５μｍとした。
（溶融塩めっき）
　表面に導電層を形成した発泡ポリウレタンをワークとして、給電機能を有する治具にセットした後、アルゴン雰囲気かつ低水分（露点－３０℃以下）としたグローブボックス内に入れ、温度４０℃の溶融塩アルミめっき浴（３３ｍｏｌ％ＥＭＩＣ－６７ｍｏｌ％ＡｌＣｌ３）に浸漬した。ワークをセットした治具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。電流密度３．６Ａ／ｄｍ２の直流電流を９０分間印加してめっきすることにより、発泡ポリウレタン表面に１５０ｇ／ｍ２の重量のアルミニウムめっき層が形成されたアルミニウム構造体を得た。攪拌はテフロン（登録商標）製の回転子を用いてスターラーにて行った。ここで、電流密度は発泡ポリウレタンの見かけの面積で計算した値である。
　得られたアルミニウム構造体の骨格部分をサンプル抽出し、骨格の延在方向に直角な断面で切断して観察した。断面は略三角形状をなしており、これは芯材とした発泡ポリウレタンの構造を反映したものである。
（発泡樹脂成形体の分解）
　前記アルミニウム構造体を温度５００℃のＬｉＣｌ－ＫＣｌ共晶溶融塩に浸漬し、－１Ｖの負電位を３０分間印加した。溶融塩中にポリウレタンの分解反応による気泡が発生した。その後大気中で室温まで冷却した後、水洗して溶融塩を除去し、樹脂が除去されたアルミニウム多孔体を得た。得られたアルミニウム多孔体の拡大写真を図７に示す。アルミニウム多孔体は連通気孔を有し、気孔率が芯材とした発泡ポリウレタンと同様に高いものであった。
　得られたアルミニウム多孔体を王水に溶解し、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分析装置で測定したところ、アルミニウム純度は９８．５質量％であった。またカーボン含有量をＪＩＳ－Ｇ１２１１の高周波誘導加熱炉燃焼－赤外線吸収法で測定したところ、１．４質量％であった。さらに表面を１５ｋＶの加速電圧でＥＤＸ分析した結果、酸素のピークはほとんど観測されず、アルミニウム多孔体の酸素量はＥＤＸの検出限界（３．１質量％）以下であることが確認された。
（アルミニウム多孔体の電池用電極の形成）
　正極活物質として平均粒径７μｍのＬｉＣｏＯ２、導電助剤としてカーボンブラック、バインダー樹脂としてＰＶｄＦを１０：１：１（質量比）で混合し、さらに溶媒としてＮ－メチル－２－ピロリドンを混合してペーストを作製した。このペーストを三次元網目構造を有する気孔率約９５％のアルミニウム多孔体に充填した後１５０℃で真空乾燥し、さらに厚みが初期厚みの７０％となるまでロールプレスを行って電池用電極材料（正極）を作製した。この電池用電極材料を１０ｍｍφに打ち抜き、ＳＵＳ３０４製のコイン電池容器にスポット溶接して固定した。正極充填容量は２．４ｍＡｈとなる。
　厚さ２５μｍのポリプロピレン製の多孔膜をセパレータとして使用し、１Ｍ濃度のＬｉＰＦ６（六フッ化リン酸リチウム）を溶解したＥＣ（エチレンカーボネート）／ＤＥＣ（ジエチルカーボネート）（体積比１：１）溶液をセパレータに対して０．１ｍｌ／ｃｍ２で滴下し、真空含浸させた。負極として、厚さ２０μｍ、１１ｍｍφのリチウムアルミニウム箔を用いる。上記の電池用電極材料（正極）、セパレータ、負極をこの順で積層し、バイトンＯ－リングを上蓋と下蓋との間に挟んでかしめ電池を作製する。
（積層による電極）
　ここで、正極電極として、積層により厚さを確保するため、上記と同様に厚さ１．４ｍｍの単層アルミニウム多孔体を製造した。このままでも従来の電極に比べて厚さが厚いことから電池容量の増加などの効果が得られる。さらに当該多孔体を積層することで厚さの効果を得ることができ、ここでは構成例として３枚積層した。構成を図８を用いて説明する。図８は本発明にかかる電極断面を説明するための模式断面図である。単層アルミニウム多孔体４ａ、４ｂ、４ｃの３枚が積層されて全体として１枚の電極５を形成している。３枚の単層アルミニウム多孔体は同じ材料で良いが、３枚の目付量（目付量は、面積あたりの重量を指し、次の式で表される。目付け量（ｇ／ｍ２）＝重量（ｇ）÷面積（ｍ２））を異ならせることで特段の効果が得られる。例えば、外側２枚の単層アルミニウム多孔体４ａ、４ｃの目付量を内側に挟み込まれる単層アルミニウム多孔体４ｂよりも大きく（例えば２倍）とすると、イオン拡散が不利な内側に保持される電解液の量が増加し、イオンの供給量が増加することとなり、活物質の利用率（ここでいう利用率とは、活物質の組成から決まる理論的な容量に対して、実際の充放電によってどの程度の容量が取り出せるかを割合で示したもので、次の式で表される。利用率（％）＝実際の放電容量（ｍＡｈ）÷理論容量（ｍＡｈ）×１００）が向上する。逆に、外側２枚の単層アルミニウム多孔体４ａ、４ｃの目付量を小さく（例えば１／２）とすると、外側が変形しやすく、電極の圧縮時に外側が優先的に圧縮されるため、電極外側のセル径が小さくなって活物質の脱落抑制ができるため、電池の寿命が向上する。また、巻電極とする場合には、３枚の目付量を真ん中を基準として例えば１／２倍、１倍、２倍と順に積層すると良い。目付量の大きい層が外側になるように電極を巻いた際に、引っ張り歪みが大きくなる外側の強度が大きくできるからである。
　また、外側２枚の単層アルミニウム多孔体４ａ、４ｃの平均セル径を内側の単層アルミニウム多孔体４ｂより大きく（例えば２倍）することにより、イオン拡散が不利な内側の集電距離を短くすることができるため、利用率が向上できる。逆に、外側２枚の単層アルミニウム多孔体４ａ、４ｃの平均セル径を内側より小さく（例えば１／２倍）することにより、セル径が小さいことで活物質の保持性がより良好になり、寿命の向上を図ることができる。また、セル径を１倍、１．２５倍、１．５倍などセル径の大きい層を巻電極とした際の巻の内側に順に積層することで、巻電極の作業性が向上する。
（プレスによる電極）
　上記では積層による電極を説明したが、積層の後にプレスすることでさらに効果が得られる。圧縮の効果確認のため厚さ１ｍｍのアルミニウム多孔体に活物質を充填し０．６ｍｍ厚にプレス、これを電極に用いて１２Ｖ－１００Ａｈの電池を作製してアルミニウム箔を電極とする場合と比較した。１枚当たりの面積を１０ｃｍ×１０ｃｍとした際、アルミニウム箔では電極積層数が３３２枚必要だったところ、アルミニウム多孔体による厚い圧縮電極では５０枚にすることができる。また、厚さ５ｍｍのアルミニウム多孔体を用いて３ｍｍまでプレスした電極では２０枚まで減らすことができる。このように、三次元網目構造の集電構造とすることで、集電体と活物質との距離を近づけることができ、厚い電極とすることが可能である。
　以上の説明は、以下の特徴を含む。
（付記１）
　金属多孔体に活物質が充填された電気化学デバイス用電極であって、前記金属多孔体がシート状であり、厚さが０．６ｍｍ以上である電気化学デバイス用電極。
（付記２）
　金属多孔体に活物質が充填された電気化学デバイス用電極であって、前記金属多孔体がシート状で、厚さが０．６ｍｍ以上であり、複数の単層金属多孔体が積層され、互いに電気的に接続されてなる積層多孔体であることを特徴とする電気化学デバイス用電極。
（付記３）
　前記金属多孔体は、活物質が充填された後に厚さが薄くなる方向に圧縮成形されてなることを特徴とする、付記１または付記２に記載の電気化学デバイス用電極。
（付記４）
　目付量の異なる少なくとも２枚の単層金属多孔体が積層されてなる電気化学デバイス用電極。
（付記５）
　セル径の異なる少なくとも２枚の単層金属多孔体が積層されてなる電気化学デバイス用電極。
（付記６）
　前記金属多孔体が、三次元網目構造を有するアルミニウム多孔体であることを特徴とする、付記１～５のいずれか１つに記載の電気化学デバイス用電極。
（付記７）
　付記１～６のいずれか１つに記載の電気化学デバイス用電極を用いたリチウム二次電池。
（付記７）
　付記１～６のいずれか１つに記載の電気化学デバイス用電極を用いたキャパシタ。
（付記７）
　付記１～６のいずれか１つに記載の電気化学デバイス用電極を用いたリチウムイオンキャパシタ。
　以上の如く本発明によれば、アルミニウム多孔体の特性を活かした電池用電極を得ることができるので、リチウム二次電池、溶融塩電池、キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどの各種電極に広く適用することができる。
　　１　発泡樹脂成形体
　　２　導電層
　　３　アルミニウムめっき層
　　４ａ，４ｂ，４ｃ　単層アルミニウム多孔体
　　５　電極
　６０　リチウム電池
　６１　正極
　６２　負極
　６３　固体電解質層（ＳＥ層）
　６４　正極層（正極体）
　６５　正極集電体
　６６　負極層
　６７　負極集電体
１２１　正極
１２２　負極
１２３　セパレータ
１２４　押さえ板
１２５　バネ
１２６　押圧部材
１２７　ケース
１２８　正極端子
１２９　負極端子
１３０　リード線
１４１　分極性電極
１４２　セパレータ
１４３　有機電解液
１４４　リード線
１４５　ケース
１４６　正極
１４７　負極
１４８　リード線
１４９　リード線

Claims (8)

  1. 　金属多孔体に活物質が充填された電気化学デバイス用電極であって、
    　前記金属多孔体がシート状であり、複数の単層金属多孔体が積層され、互いに電気的に接続されてなる積層多孔体であることを特徴とする電気化学デバイス用電極。
  2. 　前記単層金属多孔体は、活物質が充填された後に厚さが薄くなる方向に圧縮成形されてなることを特徴とする、請求項１に記載の電気化学デバイス用電極。
  3. 　前記積層多孔体よりなる金属多孔体は、活物質が充填され積層された後に、厚さが薄くなる方向に圧縮成形されてなることを特徴とする、請求項１に記載の電気化学デバイス用電極。
  4. 　前記金属多孔体が、三次元網目構造を有するアルミニウム多孔体であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の電気化学デバイス用電極。
  5. 　前記電気化学デバイスは非水電解質電池であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の電気化学デバイス用電極。
  6. 　前記電気化学デバイスはキャパシタであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の電気化学デバイス用電極。
  7. 　前記電気化学デバイスはリチウムイオンキャパシタであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の電気化学デバイス用電極。
  8. 　シート状の単層金属多孔体を準備する多孔体準備工程と、前記単層金属多孔体に活物質を充填する充填工程と、前記単層金属多孔体を圧縮して厚さを薄くする圧縮行程と、複数の前記単層金属多孔体を積層する積層工程とを備える、電気化学デバイス用電極の製造方法。
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