金属多孔体及其制造方法、以及熔融盐电池技术

本发明专利技术的目的是提供一种金属多孔体及其制造方法、以及具有该金属多孔体的熔融盐电池，所述金属多孔体具有三维网状结构、含有铝、并且适合用作熔融盐电池的电极。所述金属多孔体包括：形成三维网状结构并具有厚度为1至100μm的铝层的多孔骨架，以及设置在铝层的内表面和外表面上的锡层。这种金属多孔体可由以下步骤制造：内部锡层形成步骤，其中在具有三维网状结构的树脂成形体的表面上形成锡层；铝骨架形成步骤，其中在内部锡层的表面上形成用作铝骨架的铝层；外部锡层形成步骤，其中在铝骨架的表面上形成锡层；以及去除树脂成形体的树脂去除步骤，该树脂去除步骤在铝骨架形成步骤之后或者在外部锡层形成步骤之后进行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有铝骨架的金属多孔体以及制造该金属多孔体的方法，还涉及具有该金属多孔体的熔融盐电池。
技术介绍
具有三维网状结构的金属多孔体被广泛应用于(例如)各种过滤器、催化剂载体和电池电极。例如，由镍构成的Celmet (注册 商标，由Sumitomo Electric Industries, Ltd.制造)被用作电池(包括镍氢电池和镍镉电池)用电极材料。Celmet是具有连通的孔的金属多孔体，并且比其它多孔体(包括金属无纺布)具有更高的孔隙率(90%以上)。Celmet由以下方式制造:在具有连通的孔的树脂多孔体(如聚氨酯泡沫等)的骨架表面上形成镍层，通过热处理使该发泡树脂成形体分解，并进一歩对镍层进行还原处理。镍层由以下方式形成:通过将(例如)碳粉涂布到发泡树脂成形体的骨架表面上而对其进行导电处理，然后通过镀覆使镍沉积在表面上。在电池应用中，铝被用于(例如)锂离子电池的正极:将表面涂布有锂钴氧化物等活性材料的铝箔用作正扱。为了增加正极的容量，可以采用铝多孔体以提供大的表面积，井以活性材料填充铝多孔体。在这种情况下，即使电极厚也能够利用其中的活性材料，并且能够提高每单位面积的活性材料利用率。铝多孔体的例子包括由铝纤维缠绕而成的铝无纺布以及通过使铝发泡而形成的铝泡沫。专利文献I公开了通过搅拌添加有发泡剂和增稠剂的熔融金属而制造含有大量闭孔的金属泡沫的方法。专利文献2描述了ー种制造金属多孔体的方法,其中,将制造CeImet的方法应用于铝: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(如铜等)构成的膜，所述金属在等于或小于铝的熔点的温度下能够与铝形成共晶合金；然后将铝糊施加到膜上；在550°C以上且750°C以下的温度下，在非氧化气氛中对所得物进行加热处理，以蒸发有机成分(树脂泡沫)并烧结铝粉末，从而得到金属多孔体。引用列表专利文献专利文献1:日本专利N0.4176975专利文献2:日本未审查专利申请公开N0.8-17012
技术实现思路
技术问题铝无纺布和铝泡沫上倾向于具有氧化膜，这是因为在制造エ艺中，铝被加热至等于或高于其熔点的温度后，直至其被冷却为止氧化都容易进行。铝容易氧化，并且在等于或小于熔点的温度下难以还原被氧化的铝。因此，无法得到具有薄的氧化膜的铝无纺布和铝泡沫。另外，尽管含有闭孔的铝泡沫由于发泡而具有大的表面积，但是也无法实现对闭孔的整个表面的有效利用。因此，当这种铝泡沫用作电池电极材料(集电体)吋，难以增加活性材料的利用效率。采用根据专利文献2的方法导致形成了铝的共晶合金层，因此不能形成高纯度的铝层。另外，由于热处理需要在大约为铝的熔点的温度下进行以烧结铝，因此，即使在非氧化气氛中也可能在铝表面上形成氧化膜。本专利技术人正在开发ー种含有熔融盐的熔融盐电池，该熔融盐主要含有作为阳离子的钠(Na)离子并且在90°C以下熔化。该熔融盐电池可以使用金属Na作为负极的活性材料。然而，在这种情况下，由于Na的枝晶生长，导致充放电循环的效率降低，并且Na随着温度的升高而软化。为了解决这些问题，可以使用Na-锡合金以实现高硬度:具体而言，首先在集电体上形成锡层，通过充电向其供应Na由此形成Na-锡合金。集电体优选由铝形成，这是因为提供了轻量且具有高集电性的集电体。因此，本专利技术的目的是提供ー种金属多孔体和制造该金属多孔体的方法、以及具有该金属多孔体的熔融盐电池 ，其中所述金属多孔体具有三维网状结构、含有铝、并且适合用作熔融盐电池的电极。解决问题的方法本专利技术提供ー种金属多孔体，包括:形成三维网状结构并且具有厚度为I Pm至IOOym的铝层的多孔骨架；以及设置在铝层的内表面和外表面上的锡层(权利要求1)。当将具有这种网状结构并且表面积大的金属多孔体用作电池电极时，活性材料可有效地被担载在集电体的表面上，有助于电池容量和充放电效率的増加。尤其是，根据本专利技术，起到活性材料作用的锡层不仅被设置在用作集电体的铝骨架的外表面上，还被设置在铝骨架的内表面上。因此，具有骨架内部空间中也担载有活性材料的集电体的电池可以运行。因此，活性材料的量和电极面积增加，从而可以增大容量。锡层的厚度优选为0.5 ii m以上且小于10 ii m (权利要求2)。在将金属多孔体用作电池电极的情况下，当厚度小于0.5 iim吋，活性材料的量不足。当厚度为IOiim以上吋，Na与锡形成合金直至锡层深处，导致充放电性能的劣化。这种金属多孔体可以通过下述制造金属多孔体的方法来制造，该方法包括:内部锡层形成步骤，其中，在具有三维网状结构的树脂成形体的表面上形成锡层；铝骨架形成步骤，其中，在内部锡层的表面上形成用作铝骨架的铝层；外部锡层形成步骤，其中，在铝骨架的表面上形成锡层；以及去除树脂成形体的树脂去除步骤，该树脂去除步骤在铝骨架形成步骤之后或在外部锡层形成步骤之后进行(权利要求3)。在本专利技术人对如何开发ー种适合于电池电极的铝多孔体进行深入研究时，他们认为不仅多孔体的外表面、而且多孔体的内表面(即多孔骨架)也对电池运行做出贡献。然后专利技术人想到在形成铝骨架之前，在树脂成形体的表面上可形成用作活性材料的金属层，井且该金属层也可用作镀铝用导电层。由此，专利技术人完成了本专利技术。当使用这种制造方法吋，在铝多孔体的制造エ艺中，树脂体表面上的导电层的形成也用作活性材料层的形成，这使得有效率的制造成为可能。树脂去除步骤优选包括硝酸处理工序，在该硝酸处理工序中，通过使其上形成有金属层的树脂成形体与浓度为62%以上的浓硝酸接触而使该树脂成形体分解(权利要求4)。树脂成形体通常由氨基甲酸こ酯(聚氨酷)形成。本专利技术人发现，尽管聚氨酯难以溶于有机溶剂，然而聚氨酯可以通过在浓硝酸中分解而被去除。铝溶于酸和碱。然而，在作为氧化性酸的浓硝酸中，在铝的表面形成非常薄的氧化膜(钝化膜)，因而铝不会进ー步被溶解。本专利技术人发现了浓硝酸使聚氨酯通过分解而被去除且不使铝溶解的最佳浓度。锡也溶于浓硝酸中。然而，由于聚氨酯的分解比锡的溶解进行得快，通过完成经过了适当处理时间的处理工序，能够完成树脂去除步骤而保留錫。考虑在铝骨架形成步骤之后并且在外部锡层形成步骤之前进行树脂去除步骤的情況。作为树脂去除步骤的结果，具有合适厚度的锡层被保留在内表面上，而外表面由铝形成。在这种状态下，随后进行外部锡层形成步骤以形成锡层。或者，考虑在外部锡层形成步骤之后进行树脂去除步骤的情况。在这种情况下，在树脂去除的过程中，一部分外部锡层也被溶解。然而，通过预先形成具有足够大的厚度的锡层并适当选择树脂去除时间，可以使锡层保留所需的厚度。本专利技术还提供ー种熔融盐电池，其包括作为负极部件的上述金属多孔体(权利要求6和7)。由铝构成的集电体形成为多孔体；并且用作活性材料的锡层不仅设置在由铝构成的多孔骨架的外表面上，还设置在多孔骨架的内表面上。因此，将该金属多孔体用作负极部件并制备具有该部件的电极时，可提供具有高容量的高性能电池。树脂去除步骤优选进一歩包括溶剂处理工序，在该エ序中，通过使树脂成形体的分解物与有机溶剂接触而去除该分解物，该溶剂处理工序在硝酸处理工序之后进行(权利要求5)。这是因为可提高聚氨酯的去除百分率。专利技术的有益效果本专利技术可提供ー种金属多孔体及其制造方法、以及含有该金属多孔体的熔融盐电池，其中所述金属多孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.13 JP 2010-2306561.一种金属多孔体，包括: 形成三维网状结构并具有厚度为I U m至100 y m的铝层的多孔骨架，以及 设置在所述铝层的内表面和外表面上的锡层。2.根据权利要求1所述的金属多孔体，其中，所述锡层的厚度为0.5 y m以上且小于10 u m。3.一种制造金属多孔体的方法，包括: 内部锡层形成步骤，其中，在具有三维网状结构的树脂成形体的表面上形成锡层； 铝骨架形成步骤，其中，在所述内部锡层的表面上形成用作铝骨架的铝层； 外部锡层形成步骤，其中，在所述铝骨架的表面上形成锡层；以及 去除所述树脂成形体的树脂去除步骤，该树脂去除步骤在所述铝骨架形成步骤之后或所述外部锡层形成步...

【专利技术属性】
技术研发人员：福永笃史，稻泽信二，真岛正利，山口笃，新田耕司，酒井将一郎，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：
国别省市：