铝结构体的制造方法和铝结构体技术

本发明专利技术提供了一种使用具有三维网状结构的多孔树脂成形体来制造铝结构体的方法，其中可以形成在铝的表面上具有少量氧化物（即，具有薄的氧化膜）的铝结构体，本发明专利技术还提供了特别是可以获得具有大的表面积的铝多孔体的方法。该制造方法包括：制备铝包覆的树脂成形体的步骤，其中在由聚氨酯构成的树脂成形体的表面上直接形成或隔着其他层而形成铝层；以及通过使所述铝包覆的树脂成形体与浓度大于或等于62%的浓硝酸接触而分解所述树脂成形体的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适宜用作各种过滤器和电池电极等中的多孔金属体的铝结构体以及制造该铝结构体的方法。
技术介绍
具有三维网状结构的多孔金属体已被用于各种过滤器、催化剂载体和电池电极等中。例如，由镍构成的Celmet (由住友电气工业株式会社制造，注册商标)已被用作电池(如镍-氢电池和镍-镉电池)的电极材料。Celmet是具有开孔的多孔金属体，其特征在于具有比其它多孔体(如金属非织造布)更高的孔隙率(90%或更大)。Celmet可以这样获得:在具有开孔的多孔树脂(如聚氨酯泡沫)的骨架的表面上形成镍层，进行热处理以使该树脂发泡成形体分解，然后对镍进行还原处理。通过向树脂发泡成形体的骨架表面涂布碳粉末以进赋予导电性，然后通过电沉积的方式将镍沉积，从而形成镍层。铝在导电性、耐腐蚀性和重量轻方面具有优异的特性。关于铝在电池中的应用，例如，已将表面涂布有活性材料(如钴酸锂)的铝箔用作锂离子电池的正极。为了增加正极的容量，想到形成铝多孔体以增加表面积，从而使铝多孔体的内部被活性材料填充。在这种情况下，即使电极的厚度增加，活性材料也能够得到利用，并且提高了每单位面积的活性材料利用率。多孔铝的例子包括其中铝纤维间相互缠绕的铝无纺布以及使铝发泡而制备的铝泡沫。专利文献I公开了制造含有大量封闭的空孔的发泡金属的方法，该方法包括:向熔融状态的金属中添加有发泡剂和增稠剂，然后进行搅拌。专利文献2描述了一种制造金属多孔体的方法,其中，将制造Celmet的方法应用于铝，该方法包括:在具有三维网状结构的树脂发泡成形体的骨架上形成由金属(如铜等)制成的膜，所述金属能够在铝的熔点以下温度下形成共晶合金；将铝糊状物涂布至所述膜上，并且在非氧化性气氛中在550°C至750°C的温度下进行热处理，由此除去有机组分(树脂泡沫)并烧结所述铝粉末。另外，专利文献3描述了一种制造铝多孔体的方法，该方法包括:使用弧离子镀法，对具有内部连通空间的三维网状塑性基材进行铝气相沉积，从而形成厚度在2μπι至20μπι范围内的金属铝层。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N0.8-170126专利文献3:日本专利N0.341366
技术实现思路
技术问题对于铝无纺布和铝泡沫，由于在制造工艺中，铝被加热至等于或高于其熔点的温度，因此趋于发生氧化，且直至对其进行冷却氧化才会停止，并且趋于在铝的表面上形成氧化膜。铝容易氧化，并且一旦氧化便难以在等于或低于熔点的温度下还原。因此，不可能得到氧含量低的铝无纺布或铝泡沫。另外，在含有封闭的空孔(非连通的空孔)的铝泡沫中，即使由于发泡而使表面积增加，但也不是所有的表面都能得到有效利用。因此，当将这种铝泡沫用作电池的电极材料(集电体)时，难以增加活性材料的利用效率。在专利文献2的方法中，制备了与铝形成共晶合金的层，因此不可能形成高纯度的铝层。另外，尽管是在非氧化性气氛中，也有必要在接近铝的熔点的温度下进行热处理以烧结铝，因此可能会在铝的表面上形成氧化膜。在专利文献3的方法中，可以获得厚度为2μηι至20μηι的铝多孔体。然而，因为使用了气相法，因此难以制造具有大面积的铝多孔体，并且取决于基材的厚度或孔隙率，难以形成即使在多孔体的内部仍均匀的层。另外，关于三维网状塑料基材的去除，描述了“可以根据塑料的类型来适当地选择方法，例如，可以采用通过熔化或热分解而去除塑料基材的方法、或者使塑料溶解于合适的有机溶剂的方法等”。然而，没有对具体的去除方法进行说明。特别是对于去除适合用作具有三维网状结构的树脂多孔体的聚氨酯(聚氨基甲酸酯)而不使铝氧化的这种方法是未知的。因此，本专利技术的目的是提供一种通过使用由聚氨酯构成的树脂成形体、特别是具有三维网状结构的多孔树脂成形体来制造铝结构体的方法，利用该方法可以形成这样的铝结构体，在该铝结构体中，铝的表面中的氧化物含量较低(即，氧化膜厚度较小)，并且可以获得面积大且尤其适用于电池中的铝多孔体。解决问题的手段根据本专利技术的一个实施方案，提供了一种用于制造铝结构体的方法，其包括:制备铝包覆的树脂成形体的步骤，其中在由聚氨酯构成的树脂成形体的表面上直接形成或隔着其它层而形成铝层；以及通过使所述铝包覆的树脂成形体与浓度大于或等于62%的浓硝酸接触而分解所述树脂成形体的步骤。(第一专利技术)。本专利技术的专利技术人发现，尽管聚氨酯(聚氨基甲酸酯)难以溶于有机溶剂，然而它可以溶解于浓硝酸中从而可被去除。铝具有溶于酸和碱的性质。然而，在氧化性的浓硝酸中，铝的表面上会形成非常薄的氧化膜(钝化膜)，因此铝不再溶解。本专利技术的特性在于:发现了硝酸的最佳浓度，从而同时实现了通过使聚氨酯分解而将其去除以及使铝不溶解。根据本专利技术，可以得到铝表面中的氧化物含量低(即氧化膜的厚度小)的铝结构体(第八专利技术)。特别是当使用了其中在复杂骨架结构(如具有三维网状结构的树脂多孔体)的表面上形成有铝层的铝包覆的树脂成形体时，可以得到孔隙率高的铝结构体，而这种铝结构体可适用于电池等。(第二专利技术)。当使铝包覆的树脂成形体与浓度为62%以上的浓硝酸接触时，聚氨酯被分解为低分子量的聚氨酯，并溶解进入浓硝酸中。然后进行清洗而去除聚氨酯。在通过使聚氨酯与浓硝酸接触而使聚氨酯分解后，当在惰性气氛中与小于660°C的温度下进一步进行热处理时，聚氨酯的去除率增加，因而可以获得杂质更少的铝结构体。为了更加稳定地抑制铝的氧化，热处理优选在200 V至400 V的温度范围内进行(第三专利技术)。此外，在通过使聚氨酯与浓硝酸接触而将聚氨酯分解之后，通过使铝结构体与有机溶剂接触而去除树脂成形体的分解物，可提高聚氨酯的去除率(第四专利技术)。可通过任意方法在由聚氨酯构成的树脂成形体的表面上形成铝层从而获得铝包覆的树脂成形体，其中所述任意方法为(例如)气相法(如气相沉积、溅射或等离子体CVD)、施加铝糊状物、或者镀覆等。对于铝镀覆，由于铝对氧具有高亲和力、且电势比氢低，因此难以在水溶液类的镀浴中进行电镀。因此优选进行在熔融盐中进行镀覆的熔融盐电镀。根据优选的实施方案，制备铝包覆的树脂成形体的步骤包括:赋予树脂成形体的表面以导电性的导电性赋予步骤；以及通过在熔融盐中进行镀铝而形成铝层的步骤。(第五专利技术)。赋予树脂成形体的表面以导电性使得可在熔融盐中进行铝镀覆。导电性赋予步骤优选为通过气相法使铝附着的步骤(第六专利技术)。通过使铝附着以赋予树脂成形体的表面以导电性，可以得到基本上不含铝以外的其他金属的铝结构体。导电性赋予步骤可以是通过无电镀覆使选自由镍、铜、钴和铁构成的组中的一种或多种金属附着于树脂成形体表面的步骤(第七专利技术)。通过使用无电镀覆，即使在(例如)具有复杂结构(包括微细的三维网状结构)的树脂成形体上也可以形成均匀的导电层，并因而容易均匀地进行随后的镀铝。此外，由于镍、铜、钴和铁溶于浓硝酸，因此由这些金属构成的导电层在分解树脂成形体的步骤中被去除，从而可以获得铝纯度高的铝结构体。专利技术的有益效果根据本专利技术，可以提供一种使用由聚氨酯构成的树脂成形体(特别是具有三维网状结构的多孔树脂成形体)来制造铝结构体的方法以及一种铝结构体，利用所述方法可以在铝的表面形成氧化物含量低(即氧化膜厚度小)的铝结构体。附图简要说明附图说明图1为示出根据本专利技术的铝结构体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造铝结构体的方法，包括：制备铝包覆的树脂成形体的步骤，其中在由聚氨酯构成的树脂成形体的表面上直接形成或隔着其它层而形成铝层；以及通过使所述铝包覆的树脂成形体与浓度大于或等于62%的浓硝酸接触而分解所述树脂成形体的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：细江晃久，木村弘太郎，杉原崇康，大滨理，奥野一树，粟津知之，新田耕司，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP