金属多孔体、以及均包括该金属多孔体的电极材料和电池制造技术

本发明专利技术提供了一种具有三维网状结构的金属多孔体、制造该金属多孔体的方法、使用该金属多孔体的电极材料以及电池。在制造电极材料的压制步骤和压缩步骤期间，该金属多孔体表现出了最低程度的性能降低，并且其能够用作产生良好的电学性能的电极材料。该金属多孔体的特征在于：由金属层形成的骨架结构具有三维网状结构，并且在该骨架结构的端部处存在近似球状部。所述金属优选为铝，并且所述近似球状部的直径大于所述骨架结构的外径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属多孔体、以及均包括该金属多孔体的电极材料和电池
本专利技术涉及ー种金属多孔体，其能够适用于诸如电池电极和各种过滤器等用途中。
技术介绍
具有三维网状结构的金属多孔体被用于许多用途中，如各种过滤器、催化剂载体和电池电极。例如，由镍制成的CELMET (住友电气エ业株式会社的注册商标)被用作电池的电极材料，如镍氢电池和镍镉电池。CELMET是具有互相连通的孔的金属多孔体，且与金属无纺布和其它多孔体相比，其特征在于具有高孔隙率(90%以上)。所述高孔隙率可以通过以下方式获得。首先，在具有互相连通的孔的发泡树脂成形体(如聚氨酯泡沫)的骨架表面上形成镍层。然后通过热处理以分解前述发泡树脂成形体。最后镍被还原处理。首先通过向发泡树脂成形体的骨架表面上涂布碳粉等以进行赋予导电性的处理，然后通过电镀以使镍沉积，由此形成镍层。铝具有优异的导电性、耐腐蚀性并且是一种轻质材料。关于其在电池中的应用，例如，作为锂离子电池的正极，使用了通过在铝箔表面涂布活性材料(如钴酸锂)形成的电极。为了增加正极的容量，可以想到的是通过将铝变为多孔体増加其表面积，以在铝多孔体内部填充活性材料。其原因是当实现了这一想法吋，即使当电极的厚度增大时，该活性材料仍可有效利用，从而提高了每单位面积的活性材料利用率。作为制造铝多孔体的方法，专利文献I描述了ー种方法，其中通过电弧离子镀法，对具有三维网状结构的在其内部具有彼此连通的空间的塑料基材进行铝气相沉积处理，以形成2 y m至20 y m的金属铝层。专利文献2叙述了一种如下所述的获得金属多孔体的方法。首先，在具有三维网状结构的发泡树脂`成形体的骨架上形成由金属(如铜)制成的膜，所述金属能够在铝的熔点或以下的温度形成共晶合金。然后，铝糊状物被涂布至所述膜上，以在非氧化气氛中在550°C以上750°C以下的温度下进行热处理。该处理除去有机组分(发泡树脂成形体)并进行铝粉末的烧结。从而得到了金属多孔体。另ー方面，至于铝的镀覆，由于铝对氧的亲和カ高且具有比氢的电位低的电位，因此难以在属于水溶液系的镀浴中实施铝的电镀。因而，铝的电镀传统上在属于非水溶液系的镀浴中进行以实施研究。例如，作为ー种为了防止金属表面的氧化或为实现另一目的的镀铝的技术，专利文献3公开了ー种如下所述的铝的电镀方法。该方法的特征在于:其使用了通过将卤化鎗和卤化铝熔融-混合而制备的低熔点复合物作为镀浴，并且在将镀浴中的水含量維持在2重量％或以下的同时将铝沉积于阴极上。引用列表专利文献专利文献1:已公布的日本专利3413662专利文献2:已公布的日本专利申请特开平8-170126专利文献3:已公布的日本专利3202072。
技术实现思路
技术问题上述专利文献I描述了通过该文献中使用的方法能够得到厚度为2 Pm至20 Pm的铝多孔体。然而，因为这种方法采用了气相法，因此难以制造具有大面积的产品，并且取决于基材的厚度和孔隙率，难以在内部形成均匀的层。另外，该方法的问题在于铝层的形成速率低，并且昂贵的设备增加了其制造成本。此外，当形成厚膜时，膜可能出现裂纹或者铝可能脱落。当采用专利文献2所述的方法时，会制得与铝形成共晶合金的层，因而不能形成具有高纯度的铝层。另ー方面，即使铝的电镀方法是已知的，但该方法仅能够用于金属表面的镀覆。树脂成形体的表面上，特别是具有三维网状结构的多孔树脂成形体的表面上的电镀方法是未知的。其原因似乎在于多孔树脂在镀浴中的溶解等问题有一定的影响。本专利技术人已经发现了这样ー种方法，该方法即使在具有三维网状结构的多孔树脂成形体的表面上也能进行铝镀覆，并能够通过均匀地形成厚膜而形成高纯度的铝多孔体。更具体而言，本专利技术人专利技术了通过以下方式制造金属多孔体的方法:首先，向由聚氨酯、蜜胺树脂等制成的具有三维网状结构的树脂成形体的表面赋予导电性，然后，在熔融盐浴中进行铝镀覆。本专利技术人已经应用了这项专利技术。所述熔融盐的种类包括氯化铝和碱金属盐的混合物、氯化铝和咪唑鎗盐的混合物、以及通过向氯化铝和咪唑鎗盐的混合物中加入有机溶剂而制备的盐。在通过使用上述熔融盐浴进行铝镀覆之后，除去树脂成形体。此操作制得了这样的铝多孔体，其中该铝多孔体的由铝层形成的骨架结构具有三维网状结构。在通过上述方法得到的铝多孔体中，如图1所示，骨架结构的端部呈具有边缘部(edge portion)201的形状,其看起来像刚被切断而没有经过进一步处理一祥。因此,骨架结构的端部变脆。当将片状铝多孔体用作电极材料吋，该电极材料通过以下エ序制造。首先进行压制步骤，该步骤通过从片材的上方和下方施加压カ来调节膜厚。然后，通过涂布由混合活性材料、导电助剂、粘结剂树脂等制得的糊状物而使活性材料担载于铝多孔体上。最后进行压缩步骤，其通过从片材的上方和下方施加压カ来压缩该片材。如果骨架结构的端部较脆，那么在 前述压制步骤或压缩步骤中铝多孔体的端部会折断。因而，降低了集电性能和活性材料保持性能。另外，在片状铝多孔体中，如果端部暴露于片材的表面，那么在压制步骤中容易发生强度降低。除前述強度的降低以外，当用作电极材料时，端部的边缘可能会与隔板接触，从而可导致隔板断裂。诸如由镍制成的CELMET之类的常规金属多孔体也呈类似于如图1所示的形状，并且其骨架结构的端部具有边缘部。因此，当将该金属多孔体用作电极材料时，会产生与在铝多孔体的情况下遇到的相似的问题。鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供ー种金属多孔体、制造该金属多孔体的方法、以及均包括上述金属多孔体的电极材料和电池，其中该金属多孔体具有三维网状结构，在制造电极材料时的压制和压缩步骤期间的性能降低较少，并且可用作能够达到良好的电学性能的电极材料。解决问题的手段本专利技术提供了ー种具有由金属层形成的骨架结构的金属多孔体，该骨架结构具有三维网状结构，并且其端部具有近似球状部。图2为示出了本专利技术的铝多孔体的示意图。具有三维网状结构的骨架结构203的端部具有近似球状部202。由于近似球状部202存在于表面，因此在压制步骤和压缩步骤中能够防止端部发生断裂等，从而能够得到具有高強度的铝多孔体。另外，因为骨架结构具有圆形端部而不是边缘部，因此当被用作电极材料吋，即使如果其接触了隔板，也不容易发生隔板的破坏。期望的是金属材料为铝。因为铝是具有低重量和优异导电性的材料，因此当铝多孔体被用作电池的电极材料吋，能够获得良好的性能。期望的是上述近似球状部的直径大于上述骨架结构的外径。当近似球状部近具有大直径吋，当活性材料被担载于金属多孔体时，所担载的活性材料被近似球状部托住，因而该活性材料不易脱落。将骨架结构中心部的截面直径定义为骨架结构的外径。当截面不是圆形时，将截面的近似圆的直径定义为外径。图3为示出了本专利技术金属多孔体的骨架结构的例子的图，并且该图为图2所示的A-A’截面。如图3所示，骨架结构的截面为近似三角形。在这种情况下，将经过该三角形三个顶点的圆的直径“a”定义为该骨架结构的直径。符号“b”表示金属层的厚度。如上所述，当所述骨架结构具有近似三角形的截面时，期望的是该近似三角形的外径为100 i! m以上250 i! m以下，并且金属层的厚度为0.5 y m以上10 y m以下。前述的数值范围能够提高金属多孔体的孔隙率。期望的是所述金属多孔体呈厚度为1，000 y本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属多孔体，包括这样的骨架结构，该骨架结构由金属层形成、具有三维网状结构、并且其端部具有近似球状部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.03 JP 2011-1247061.ー种金属多孔体，包括这样的骨架结构，该骨架结构由金属层形成、具有三维网状结构、并且其端部具有近似球状部。2.由权利要求1所限定的所述金属多孔体，其中，所述金属为铝。3.由权利要求1或2所限定的所述金属多孔体，其中，所述近似球状部的直径大于所述骨架结构的外径。4.由权利要求1至3中任ー项所限定的所述金属多孔体，其中，所述骨架结构具有近似三角形的截面，该三角形的外径为100 y m以上250 y m以下；并且所述金属层的厚度为0.5um以上IOiim以下。5.由权利要求1至4中任ー项所限定的所述金属多孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤健吾，细江晃久，西村淳一，奥野一树，太田肇，木村弘太郎，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：
国别省市：