JP5338533B2 - ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITOR ELECTRODE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents

ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITOR ELECTRODE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode that achieves high reliability, high output, and high energy density of an electric double-layer capacitor. <P>SOLUTION: An electrode for an electric double-layer capacitor contains an aluminum porous sintered body, while a polarizable electrode material, an electrically-conductive auxiliary agent, and a binder are contained in voids of the aluminum porous sintered body. The aluminum porous sintered body has a metal skeleton of a three-dimensional network structure; there are voids between the metal skeletons; an Al-Ti compound is dispersed in the metal skeleton; and unevenness formed by a level difference between grain boundaries of the aluminum porous sintered body exists on the surface of the metal skeleton. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、特に、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンポリマー二次電池に適したアルミニウム多孔質焼結体を用いた電極およびその製造方法に関するものである。   The present invention particularly relates to an electrode using an aluminum porous sintered body suitable for a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery, and a method for producing the same.

近年、電気二重層型キャパシタやリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池等の非水電解質二次電池が、電気自動車、ハイブリッド型自動車等にも用いられるようになり、そのような用途拡大に伴って、電池における電極集電体に、高信頼性、高出力化、高エネルギー密度化への対応が要求されている。現在、これらの電池の電極集電体として一般的にアルミニウム箔が用いられているが、電極集電体として三次元網目構造の開気孔を有するアルミニウム多孔質体が知られるようになりつつある(特許文献1および2)。   In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as electric double layer capacitors, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries have come to be used in electric vehicles, hybrid vehicles, etc. Electrode current collectors in batteries are required to support high reliability, high output, and high energy density. Currently, an aluminum foil is generally used as an electrode current collector of these batteries, but an aluminum porous body having open pores having a three-dimensional network structure is becoming known as an electrode current collector ( Patent Documents 1 and 2).

このようなアルミニウム多孔質体の製造方法としては、例えば、溶融アルミニウムを増粘剤により増粘させた後に、発泡剤として水素化チタンを添加し、水素化チタンの熱分解反応で生じる水素ガスにより、溶融アルミニウムを発泡させつつ固化させる発泡溶融法が知られている(特許文献3)。しかしながら、同方法によって得られる発泡アルミニウムは、数mmの大きな閉気孔を有するものであった。   As a method for producing such an aluminum porous body, for example, after thickening molten aluminum with a thickener, titanium hydride is added as a foaming agent, and hydrogen gas generated by a thermal decomposition reaction of titanium hydride is used. There is known a foam melting method in which molten aluminum is solidified while being foamed (Patent Document 3). However, the foamed aluminum obtained by this method had large closed pores of several mm.

その他、第2の方法として、スポンジウレタンを中子にした鋳型にアルミニウムを圧入し、ウレタンが焼失して形成される空洞にアルミニウムを充填することにより、スポンジ骨格の発泡アルミニウムを得る方法がある。同方法によれば、40PPI以下の孔径、すなわち、1インチ当たり40セル以下の孔径(孔径:約600μm以上)の開気孔を有する発泡アルミニウムが得られる。   In addition, as a second method, there is a method of obtaining foamed aluminum having a sponge skeleton by press-fitting aluminum into a mold having sponge urethane as a core and filling aluminum into a cavity formed by burning out urethane. According to this method, a foamed aluminum having a pore diameter of 40 PPI or less, that is, a pore diameter of 40 cells or less per inch (pore diameter: about 600 μm or more) is obtained.

また、第3の方法として、AlSi合金粉末とTiH粉末との混合粉末をアルミニウム板材に挟んで加熱圧延することによって、TiH粉末の分解によりアルミニウムを発泡させる方法があるものの、同方法によって得られる発泡アルミニウムは、数mm単位の大きな孔径を有するものである(特許文献4)。 Further, as a third method, there is a method in which aluminum is foamed by decomposition of TiH 2 powder by heating and rolling a mixed powder of AlSi alloy powder and TiH 2 powder between aluminum plate materials. The foamed aluminum to be obtained has a large pore diameter of several mm (Patent Document 4).

さらには、第4の方法として、アルミニウムとの共晶温度がアルミニウムの融点よりも低い金属をアルミニウムに混合し、共晶温度よりも高くアルミニウムの融点よりも低い温度に加熱焼成する方法があるものの(特許文献5)、同方法によって得られる発泡アルミニウムは、孔径を小さくすることができても気孔率が40%前後と小さい。このため、集電体としての発泡アルミニウムの気孔に浸透する分極性電極材料の量が少なく、所望の高出力化、高エネルギー密度化が図れない。   Furthermore, as a fourth method, there is a method in which a metal having a eutectic temperature with aluminum lower than the melting point of aluminum is mixed with aluminum and heated and fired at a temperature higher than the eutectic temperature and lower than the melting point of aluminum. (Patent Document 5) The foamed aluminum obtained by the same method has a porosity as small as about 40% even if the pore diameter can be reduced. For this reason, the amount of the polarizable electrode material penetrating into the pores of the foamed aluminum as the current collector is small, and the desired high output and high energy density cannot be achieved.

したがって、上述の方法の中では、高信頼性、高出力化、高エネルギー密度化の目的を達成し得る微小の開気孔を有する発泡アルミニウムを製造する方法として、第2の方法の採用が考えられる。   Therefore, among the above-described methods, the second method can be adopted as a method for producing foamed aluminum having minute open pores that can achieve the objectives of high reliability, high output, and high energy density. .

しかしながら、この第2の方法であっても、さらに開気孔の孔径を小さくするためには、目の細かいスポンジウレタンを用いざるを得ず、アルミニウムの流れが悪くなって圧入不能となったり、鋳造圧力が高くなりすぎたりすることから、40PPIよりも小孔径の発泡アルミニウムを製造することは困難である。   However, even in this second method, in order to further reduce the pore diameter of the open pores, it is necessary to use fine sponge urethane, and the flow of aluminum becomes worse, making it impossible to press-fit or casting. Since the pressure becomes too high, it is difficult to produce foamed aluminum having a pore diameter smaller than 40 PPI.

これに対して、多数の微小の開気孔が均等に配置された小孔径・整寸の開気孔を有する高気孔率の発泡金属を製造する方法として、金属粉および発泡剤を含有する発泡性スラリーを発泡させ、乾燥させた後に焼結させるスラリー発泡法がある(特許文献6)。同方法によれば、焼結可能な原料粉末が入手できれば、約10PPI〜約500PPI、すなわち、孔径2.5mm〜50μmの範囲の任意の孔径の整寸な開気孔を有する高気孔率の発泡金属を容易に製造することができる。なお、スラリー発泡法は、金属粉末を含むスラリーに発泡剤を含有させることによって発泡させる、あるいは気体の注入や攪拌によって発泡させて、乾燥させて、焼結させて発泡金属を得る方法を意味する。   On the other hand, a foaming slurry containing metal powder and a foaming agent is used as a method for producing a high-porosity foam metal having small pore sizes and sized open pores in which a large number of minute open pores are evenly arranged. There is a slurry foaming method in which the material is foamed, dried and then sintered (Patent Document 6). According to this method, if a raw material powder that can be sintered is available, it is a high-porosity foam metal having dimensionally open pores having an arbitrary pore size ranging from about 10 PPI to about 500 PPI, that is, a pore size ranging from 2.5 mm to 50 μm. Can be easily manufactured. The slurry foaming method means a method in which a foamed metal is obtained by foaming by adding a foaming agent to a slurry containing metal powder, or by foaming by gas injection or stirring, drying, and sintering. .

しかし、従来、スラリー発泡法では、アルミニウム粉末表面の酸化被膜の存在により、アルミニウムの非加圧焼結ができなかったため、発泡アルミニウムを製造することは困難であった。また、仮に発泡アルミニウムを製造することができたとしても、純アルミニウムは柔らかいため、空孔内に分極性電極材料を充填した後、エネルギー密度を高めるための圧延をするときに、発泡アルミニウムが破断してしまうことが懸念される。   However, conventionally, in the slurry foaming method, it was difficult to produce foamed aluminum because non-pressure sintering of aluminum could not be performed due to the presence of an oxide film on the surface of the aluminum powder. Even if foamed aluminum can be manufactured, pure aluminum is soft, so the foamed aluminum breaks when rolling to increase the energy density after filling the pores with a polarizable electrode material. I am worried about it.

特許第3591055号公報Japanese Patent No. 3591055 特許第3689948号公報Japanese Patent No. 3689948 特開平08−209265号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-209265 特表2003−520292号公報Special table 2003-520292 gazette 特公昭61−48566号公報Japanese Examined Patent Publication No. 61-48566 特許第3535282号公報Japanese Patent No. 3535282

本発明者らは、チタンを含む焼結助剤を用いることにより、非加圧焼結で、高強度のアルミニウム多孔質焼結体を製造することができることを見出した。本発明は、このアルミニウム多孔質焼結体を電気二重層型キャパシタ用電極の集電体として用いることにより、電気二重層型キャパシタの高信頼性、高出力化、高エネルギー密度化を可能とする電極を提供することを課題とする。   The present inventors have found that by using a sintering aid containing titanium, a high-strength aluminum porous sintered body can be produced by non-pressure sintering. The present invention makes it possible to achieve high reliability, high output, and high energy density of an electric double layer capacitor by using the porous aluminum sintered body as a current collector for an electrode for an electric double layer capacitor. It is an object to provide an electrode.

本発明は、以下に示す構成によって上記課題を解決した電気二重層型キャパシタ用電極とその製造方法に関する。
(1)アルミニウム多孔質焼結体と、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に分極性電極材料、導電助剤および結合剤を含む電気二重層型キャパシタ用電極であって、前記アルミニウム多孔質焼結体が、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、前記金属骨格にはAl−Ti化合物が分散しており、かつ前記金属骨格の表面には、アルミニウム多孔質焼結体の粒界段差によって形成される凹凸が存在することを特徴とする、電気二重層型キャパシタ用電極。
(2)アルミニウム多孔質焼結体の平均の結晶粒径が、10〜100μmであることを特徴とする、上記(1)記載の電気二重層型キャパシタ用電極。
(3)アルミニウム多孔質焼結体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、上記(1)または(2)記載の電気二重層型キャパシタ用電極。
(4)アルミニウム多孔質焼結100質量部に対して、分極性電極材料を100〜800質量部含む、上記(1)〜(3)のいずれか記載の電気二重層型キャパシタ用電極。
(5)アルミニウム多孔質焼結100質量部に対して、導電助剤を1〜100質量部含む、上記(1)〜(4)のいずれか記載の電気二重層型キャパシタ用電極。
(6)三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、かつ前記金属骨格にAl−Ti化合物が分散しており、かつ前記金属骨格の表面には、アルミニウム多孔質焼結体の粒界段差によって形成される凹凸が存在するアルミニウム多孔質焼結体の空孔に、分極性電極材料、導電助剤および結合剤を含むスラリーを充填し、乾燥した後、圧延をすることを特徴とする、電気二重層型キャパシタ用電極の製造方法。
(7)アルミニウム多孔質焼結体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、上記(6)記載の電気二重層型キャパシタ用電極の製造方法。
(8)空孔が直線長さ1cm当たりに20個以上形成されることにより、アルミニウム多孔質焼結体の全体気孔率が70〜99%である、上記(6)または(7)記載の電気二重層型キャパシタ用電極の製造方法。
(9)上記(1)〜(5)のいずれか記載の電気二重層型キャパシタ用電極を含む、電気二重層型キャパシタ。
The present invention relates to an electric double layer capacitor electrode and a method of manufacturing the same, which have solved the above problems with the following configuration.
(1) An aluminum porous sintered body, and an electrode for an electric double layer capacitor comprising a polarizable electrode material, a conductive additive and a binder in the pores of the aluminum porous sintered body, wherein the aluminum porous The sintered compact has a metal skeleton with a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, an Al-Ti compound is dispersed in the metal skeleton, and on the surface of the metal skeleton. Is an electrode for an electric double layer capacitor, characterized in that there are irregularities formed by a grain boundary step of the aluminum porous sintered body.
(2) The electrode for an electric double layer capacitor according to (1) above, wherein the average crystal grain size of the aluminum porous sintered body is 10 to 100 μm.
(3) The electric double layer capacitor according to (1) or (2), wherein the aluminum porous sintered body contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass of aluminum and titanium in total. electrode.
(4) The electrode for an electric double layer capacitor according to any one of (1) to (3) above, comprising 100 to 800 parts by mass of a polarizable electrode material with respect to 100 parts by mass of aluminum porous sintered.
(5) The electrode for an electric double layer capacitor according to any one of the above (1) to (4), comprising 1 to 100 parts by mass of a conductive additive with respect to 100 parts by mass of aluminum porous sintered.
(6) A metal skeleton having a three-dimensional network structure, vacancies between the metal skeletons, an Al—Ti compound dispersed in the metal skeleton, and aluminum on the surface of the metal skeleton After filling the pores of the aluminum porous sintered body having irregularities formed by the grain boundary steps of the porous sintered body with a slurry containing a polarizable electrode material, a conductive additive and a binder, and drying, A method for producing an electrode for an electric double layer capacitor, comprising rolling.
(7) The method for producing an electrode for an electric double layer capacitor according to (6), wherein the porous aluminum sintered body contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass of aluminum and titanium in total. .
(8) The electricity described in (6) or (7) above, wherein the total porosity of the aluminum porous sintered body is 70 to 99% by forming 20 or more holes per 1 cm of linear length. A method of manufacturing an electrode for a double layer capacitor.
(9) An electric double layer capacitor including the electrode for an electric double layer capacitor according to any one of (1) to (5).

本発明(1)によれば、アルミニウム多孔質焼結体の金属骨格の表面に粒界段差によって形成される凹凸が存在することから、前記金属骨格と、分極性電極材料、導電助剤および結合剤との密着性が優れ、折り曲げても分極性電極材料の保持に優れた高信頼性の電気二重層型キャパシタ用電極が得られる。さらに、Al−Ti化合物の分散によるアルミニウム多孔質焼結体は、高強度であるため、アルミニウム多孔質焼結体の空孔に分極性電極材料を含有させた後、圧延をすることにより、高出力密度で、高エネルギー密度の電気二重層型キャパシタ用電極を提供することができる。   According to the present invention (1), since there are irregularities formed by grain boundary steps on the surface of the metal skeleton of the aluminum porous sintered body, the metal skeleton, the polarizable electrode material, the conductive auxiliary agent, and the bonding A highly reliable electric double layer capacitor electrode having excellent adhesion to the agent and excellent in holding the polarizable electrode material even when bent can be obtained. Furthermore, since the aluminum porous sintered body by the dispersion of the Al—Ti compound is high in strength, by adding a polarizable electrode material to the pores of the aluminum porous sintered body and rolling it, It is possible to provide an electrode for an electric double layer type capacitor having a high energy density at a power density.

本発明(6)によれば、高信頼性の電気二重層型キャパシタ用電極を容易に得られ、さらに、高強度のAl−Ti化合物が分散しているアルミニウム多孔質焼結体を用いることにより圧延が可能となり、高出力密度で、高エネルギー密度の電気二重層型キャパシタ用電極を容易に製造することが可能となる。   According to the present invention (6), a highly reliable electric double layer capacitor electrode can be easily obtained, and furthermore, by using an aluminum porous sintered body in which a high-strength Al—Ti compound is dispersed. It becomes possible to roll, and it is possible to easily manufacture an electrode for an electric double layer capacitor having a high output density and a high energy density.

実施例のアルミニウム多孔質焼結体の走査電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the aluminum porous sintered compact of an Example. 図1の一部拡大走査電子顕微鏡写真である。2 is a partially enlarged scanning electron micrograph of FIG. 図2の一部拡大走査電子顕微鏡写真である。3 is a partially enlarged scanning electron micrograph of FIG. 本発明の電気二重層型キャパシタ用電極の断面のイメージ図である。It is an image figure of the section of the electrode for electric double layer type capacitors of the present invention. アルミニウム多孔質焼結体の二次電子像の一例である。It is an example of the secondary electron image of an aluminum porous sintered compact. アルミニウム多孔質焼結体のEPMAのTiマッピングの一例である。It is an example of Ti mapping of EPMA of an aluminum porous sintered body. 実施例、従来例で作製したコインセルの断面図である。It is sectional drawing of the coin cell produced by the Example and the prior art example.

以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。なお、%は特に示さない限り、また数値固有の場合を除いて質量基準の%である。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on embodiments. Unless otherwise indicated,% is% based on mass unless otherwise specified.

〔電気二重層型キャパシタ用電極〕
本発明の電気二重層型キャパシタ用電極は、アルミニウム多孔質焼結体と、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に分極性電極材料、導電助剤および結合剤を含む電気二重層型キャパシタ用電極であって、前記アルミニウム多孔質焼結体が、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、前記金属骨格にAl−Ti化合物が分散しており、かつ前記金属骨格の表面には、アルミニウム多孔質焼結体の粒界段差によって形成される凹凸が存在することを特徴とする。
[Electric double layer capacitor electrode]
An electrode for an electric double layer capacitor of the present invention includes an aluminum porous sintered body, and an electric double layer capacitor including a polarizable electrode material, a conductive additive and a binder in the pores of the aluminum porous sintered body The porous aluminum sintered body has a metal skeleton having a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, and an Al-Ti compound is dispersed in the metal skeleton. And the surface of the said metal frame | skeleton has the unevenness | corrugation formed by the grain boundary level | step difference of an aluminum porous sintered compact, It is characterized by the above-mentioned.

本発明のアルミニウム多孔質焼結体は、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、前記金属骨格にAl−Ti化合物が分散して、かつ前記金属骨格の表面には、アルミニウム多孔質焼結体の粒界段差によって形成される凹凸が存在している。   The porous aluminum sintered body of the present invention has a metal skeleton having a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, an Al-Ti compound is dispersed in the metal skeleton, and the metal skeleton. There are irregularities formed by the grain boundary steps of the porous aluminum sintered body.

図1に、実施例で作製した圧延をする前のアルミニウム多孔質焼結体の走査電子顕微鏡写真を、図2に、図1の一部拡大走査電子顕微鏡写真を、図3に、図2の一部拡大走査電子顕微鏡写真を示す。図1、図2および図3から明らかなように、アルミニウム多孔質焼結体は、三次元網目構造の金属骨格により、空孔を形成する。また、前記金属骨格の表面には、アルミニウム多孔質焼結体の粒界段差によって形成される凹凸が存在しており、さらに、金属骨格自体も、高気孔率であるという特徴を有する。   FIG. 1 is a scanning electron micrograph of the porous aluminum sintered body before rolling produced in the example, FIG. 2 is a partially enlarged scanning electron micrograph of FIG. 1, FIG. A partially enlarged scanning electron micrograph is shown. As apparent from FIGS. 1, 2, and 3, the porous aluminum sintered body forms pores by a metal skeleton having a three-dimensional network structure. In addition, the surface of the metal skeleton has irregularities formed by grain boundary steps of the aluminum porous sintered body, and the metal skeleton itself has a high porosity.

また、金属骨格は、平均の結晶粒径が、10〜100μmのアルミニウム結晶粒で形成されると好ましく、15〜60μmで形成されるとより好ましい。この結晶粒に起因する粒界段差によって形成される凹凸が存在することにより、アンカー効果が働いて、分極性電極材料、導電助剤および結合剤との密着性が優れ、折り曲げても分極性電極材料の保持に優れた高信頼性の電気二重層型キャパシタ用電極が得られるが、その凹凸の数量および寸法はアルミニウム結晶粒径の影響を受け、アルミニウム結晶粒径が小さすぎると、凹凸の寸法が小さくなって十分なアンカー効果が発現しなくなる。他方、金属骨格のアルミニウム結晶粒の結晶粒径が、100μmより大きいと、分極性電極材料の保持性が低下し、かつアルミニウム多孔質焼結体の強度が低下してしまう。ここで、結晶粒径は、光学顕微鏡写真または走査型電子顕微鏡写真から線インターセプト法で測定する。なお、アルミニウム結晶粒は、個数で70%以上の結晶粒径が15〜60μmの範囲内にあることが、さらに好ましい。   The metal skeleton is preferably formed of aluminum crystal grains having an average crystal grain size of 10 to 100 μm, and more preferably 15 to 60 μm. Due to the presence of irregularities formed by the grain boundary steps due to the crystal grains, the anchor effect works, and the adhesion with the polarizable electrode material, the conductive additive and the binder is excellent, and the polarizable electrode even when bent A highly reliable electric double layer capacitor electrode with excellent material retention can be obtained, but the number and size of the irregularities are affected by the aluminum crystal grain size. Becomes smaller and a sufficient anchoring effect is not exhibited. On the other hand, when the crystal grain size of the aluminum crystal grains of the metal skeleton is larger than 100 μm, the retainability of the polarizable electrode material is lowered and the strength of the aluminum porous sintered body is lowered. Here, the crystal grain size is measured by a line intercept method from an optical micrograph or a scanning electron micrograph. The aluminum crystal grains more preferably have a crystal grain size of 70% or more in the range of 15 to 60 μm.

アルミニウム多孔質焼結体の金属骨格は、所望のアルミニウム多孔質焼結体強度、空孔径および空孔率を得るために、金属骨格径(金属骨格を形成する各金属骨の最も細い部分の太さ)が5〜100μmであることが好ましい。また、この金属骨格は、孔径0.1〜3μmの骨格内空孔を有するものが好ましい。ここで、金属骨格径および骨格内空孔の空孔径は、骨格表面および骨格断面の走査電子顕微鏡写真により測定する。   In order to obtain the desired aluminum porous sintered body strength, pore diameter, and porosity, the metal skeleton of the aluminum porous sintered body has a metal skeleton diameter (the thickness of the thinnest part of each metal bone forming the metal skeleton). Is preferably 5 to 100 μm. The metal skeleton preferably has skeleton vacancies having a pore diameter of 0.1 to 3 μm. Here, the metal skeleton diameter and the pore diameter of the skeleton vacancies are measured by scanning electron micrographs of the skeleton surface and the skeleton cross section.

また、金属骨格間の空孔(以下、骨格間空孔という)は、分極性電極材料、結合剤等を含ませやすくする観点、および電解液との良好な導電性確保の観点から、連通していることが好ましい。   In addition, the vacancies between the metal skeletons (hereinafter referred to as interframe vacancies) are communicated from the viewpoint of easily including a polarizable electrode material, a binder, and the like, and ensuring good conductivity with the electrolytic solution. It is preferable.

骨格間空孔の空孔径は、所望量の分極性電極材料を充填させる観点から、20〜500μmであることが好ましい。なお、圧延後には、骨格間空孔の空孔径は、アルミニウム多孔質焼結体の長手方向が長い楕円形状となり、長手方向の空孔径は、30〜600μmであると好ましく、厚さ方向の空孔径は、10〜200μmであると好ましい。ここで、空孔径は、試料の表面および断面の走査電子顕微鏡写真により測定する。   From the viewpoint of filling a desired amount of polarizable electrode material, the pore diameter of the inter-framework holes is preferably 20 to 500 μm. After rolling, the pore diameter of the interstitial pores becomes an elliptical shape having a long longitudinal direction of the aluminum porous sintered body. The pore diameter in the longitudinal direction is preferably 30 to 600 μm, and the voids in the thickness direction are preferred. The pore diameter is preferably 10 to 200 μm. Here, the pore diameter is measured by scanning electron micrographs of the surface and cross section of the sample.

アルミニウム多孔質焼結体の全体気孔率は、所望量の分極性電極材料を充填させる観点から、70〜99%であることが好ましく、80〜97%であると、より好ましい。なお、圧延後の空孔率は、10〜60%であると好ましく、15〜40%であると、より好ましい。ここで、気孔率は、アルミニウム多孔質焼結体の寸法、質量、および密度から算出する。   The total porosity of the aluminum porous sintered body is preferably 70 to 99%, more preferably 80 to 97%, from the viewpoint of filling a desired amount of polarizable electrode material. In addition, the porosity after rolling is preferably 10 to 60%, and more preferably 15 to 40%. Here, the porosity is calculated from the dimensions, mass, and density of the porous aluminum sintered body.

金属骨格のAl−Ti化合物は、アルミニウム多孔質焼結体を製造するときに使用される焼結助剤に含まれるチタンに由来する。チタンは、アルミニウム多孔質焼結体を常圧焼結で製造することを可能にするだけではなく、Al−Ti化合物を形成することにより、アルミニウム多孔質焼結体を高強度、特に高引張り強度にする。   The Al—Ti compound having a metal skeleton is derived from titanium contained in a sintering aid used when producing an aluminum porous sintered body. Titanium not only makes it possible to produce an aluminum porous sintered body by atmospheric pressure sintering, but also forms an Al-Ti compound to make the aluminum porous sintered body high strength, especially high tensile strength. To.

アルミニウム多孔質体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含むことが好ましい。チタンが、0.1質量部未満では、良好なアルミニウム多孔質焼結体が得られず、20質量部を超えると、焼結時に、アルミニウム混合原料粉末中で、チタンを含む焼結助剤粉末同士が接点を持つようになり、アルミニウムとチタンの反応熱を制御できなくなるとともに所望の多孔質焼結体が得られないようになる。ここで、アルミニウムとチタンの定量分析は、ICP法で行う。   It is preferable that an aluminum porous body contains 0.1-20 mass parts of titanium with respect to a total of 100 mass parts of aluminum and titanium. If titanium is less than 0.1 part by mass, a good aluminum porous sintered body cannot be obtained. If it exceeds 20 parts by mass, sintering aid powder containing titanium in the aluminum mixed raw material powder at the time of sintering. They come to have contacts, making it impossible to control the reaction heat between aluminum and titanium, and making it impossible to obtain a desired porous sintered body. Here, the quantitative analysis of aluminum and titanium is performed by the ICP method.

アルミニウム多孔質焼結体の厚さは、電気二重層型キャパシタのエネルギー密度向上の観点から、圧延前で0.05〜5mmであると好ましく、0.1〜3mmであると、より好ましい。アルミニウム多孔質焼結体の厚さは、圧延後では0.03〜3mmであると好ましく、0.8〜2.5mmであると、より好ましい。   The thickness of the aluminum porous sintered body is preferably 0.05 to 5 mm and more preferably 0.1 to 3 mm before rolling, from the viewpoint of improving the energy density of the electric double layer capacitor. The thickness of the aluminum porous sintered body is preferably 0.03 to 3 mm after rolling, and more preferably 0.8 to 2.5 mm.

アルミニウム多孔質焼結体の幅は、一般的には、電気二重層型キャパシタの形状から決定されるが、複数個分の幅でアルミニウム多孔質焼結体を作製した後、分極性電極材料を含有し、圧延した後、スリット等により1個分の幅とすることもできる。   The width of the aluminum porous sintered body is generally determined from the shape of the electric double layer capacitor, but after preparing the aluminum porous sintered body with a width corresponding to a plurality of widths, the polarizable electrode material is used. After containing and rolling, it can also be made into one width by a slit or the like.

アルミニウム多孔質焼結体は、通常、ロール状で作製されるので、アルミニウム多孔質焼結体の長さは、通常、多数個分の長さで作製され、分極性電極材料を含有し、圧延した後、カット等により1個分の長さとされる。   Since the aluminum porous sintered body is usually produced in a roll shape, the length of the aluminum porous sintered body is usually produced by a length corresponding to many pieces, contains a polarizable electrode material, and is rolled. After that, the length is reduced to one by cutting or the like.

アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含有される分極性電極材料としては、電気二重層型キャパシタ用分極性電極材料として使用されるものが挙げられ、電解液中で分極が可能なものであれば、特に限定されるものではない。従来、一般的に用いられているものであればよく、具体的には、ナノサイズの空孔を有する活性炭が好ましい。この分極性電極材料は、平均粒子径が2〜20μmの粉末であると、電気二重層型キャパシタの高出力化の観点から好ましい。ここで、平均粒子径は、レーザー回折法によって測定する。   Examples of the polarizable electrode material contained in the pores of the porous aluminum sintered body include those used as polarizable electrode materials for electric double layer type capacitors, which can be polarized in an electrolyte. If there is, it will not be specifically limited. Conventionally, it is sufficient if it is generally used, and specifically, activated carbon having nano-sized pores is preferable. The polarizable electrode material is preferably a powder having an average particle size of 2 to 20 μm from the viewpoint of increasing the output of the electric double layer capacitor. Here, the average particle diameter is measured by a laser diffraction method.

また、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含有される導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等を挙げることができるが、これらに限定されない。   Examples of the conductive additive contained in the pores of the porous aluminum sintered body include carbon black, acetylene black, ketjen black, natural graphite, and artificial graphite, but are not limited thereto. Not.

アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に分極性電極材料、導電助剤とともに含有される結合剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、SBR、ポリイミド等が挙げられるが、これらに限定されない。   Examples of the binder contained in the pores of the porous aluminum sintered body together with the polarizable electrode material and the conductive additive include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), SBR, and polyimide. However, it is not limited to these.

アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、分極性電極材料を100〜800質量部含むと、電気二重層型キャパシタのエネルギー密度向上の観点から好ましく、250〜750質量部含むとより好ましい。ここで、分極性電極材料の定量分析は、ICP法で行う。   When 100 to 800 parts by mass of the polarizable electrode material is contained with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body, it is preferable from the viewpoint of improving the energy density of the electric double layer capacitor, and more preferably 250 to 750 parts by mass. Here, the quantitative analysis of the polarizable electrode material is performed by the ICP method.

アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、導電助剤を1〜100質量部含むと、電気二重層型キャパシタの高出力化、および分極性電極材料の欠落を防止する観点から好ましい。   When 1 to 100 parts by mass of a conductive additive is contained with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body, it is preferable from the viewpoint of increasing the output of the electric double layer capacitor and preventing loss of polarizable electrode material.

アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、結合剤を2〜80質量部含むと、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に分極性電極材料を適切に保持し、分極性電極材料の欠落を防止する観点から好ましい。   When the binder is included in an amount of 2 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body, the polarizable electrode material is appropriately retained in the pores of the aluminum porous sintered body, It is preferable from the viewpoint of preventing omission.

図4に、本発明の電気二重層型キャパシタ用電極の断面のイメージ図を示す。分極性電極材料、導電助剤および結合剤層2は、アルミニウム多孔質焼結体1の空孔3で、金属骨格を被覆し、空孔体積を減少させていると考えられる。   FIG. 4 shows an image view of a cross section of the electric double layer capacitor electrode of the present invention. It is considered that the polarizable electrode material, the conductive additive and the binder layer 2 cover the metal skeleton with the pores 3 of the aluminum porous sintered body 1 and reduce the pore volume.

なお、本発明においては、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に、分極性電極材料、導電助剤および結合剤が含まれているが、集電体であるアルミニウム多孔質焼結体とセパレーター間にも、分極性電極材料、導電助剤および結合剤が含まれ得る。本発明においては、電気二重層型キャパシタ内の分極性電極材料、導電助剤および結合剤の合計100質量部に対して、アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に含まれる分極性電極材料、導電助剤および結合剤が60〜95質量部であると、電気二重層型キャパシタの信頼性およびエネルギー密度の向上、高出力化の観点から好ましい。   In the present invention, the pores of the aluminum porous sintered body contain a polarizable electrode material, a conductive additive, and a binder, but the aluminum porous sintered body that is a current collector and the separator There may also be included polarizable electrode materials, conductive aids and binders. In the present invention, the polarizable electrode material contained in the pores of the aluminum porous sintered body with respect to the total of 100 parts by mass of the polarizable electrode material, the conductive additive and the binder in the electric double layer capacitor, It is preferable that the conductive assistant and the binder are 60 to 95 parts by mass from the viewpoint of improving the reliability and energy density of the electric double layer capacitor and increasing the output.

本発明の電気二重層型キャパシタ用電極を使用するときの電解質としては、水系電解質、非水系電解質が挙げられるが、電解質の耐電圧、およびアルミニウム多孔質焼結体を溶解しない観点から、非水系が好ましい。非水系電解質としては、液状電解質(電解液)、高分子ゲル電解質のいずれであってもよい。非水電解質は、好ましい一例を以下に示すが、通常の二次電池で用いられるものであればよく、特に限定されない。   Examples of the electrolyte when using the electric double layer capacitor electrode of the present invention include an aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte. From the viewpoint of withstanding voltage of the electrolyte and not dissolving the aluminum porous sintered body, the non-aqueous electrolyte is used. Is preferred. The non-aqueous electrolyte may be either a liquid electrolyte (electrolytic solution) or a polymer gel electrolyte. The nonaqueous electrolyte is not particularly limited as long as it is used in a normal secondary battery, although a preferred example is shown below.

電解液としては、LiBOB(リチウムビスオキサイドボレート)、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、Li10Cl10等の無機酸陰イオン塩、(CNBF、(CCHNBF、(CNPF、(CCHNPF、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種の電解質塩を含み、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)等の環状カーボネート類;
ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチル;スルホランの中から選ばれる少なくともから少なくとも1種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒(可塑剤)を用いたもの等が使用できる。
As an electrolytic solution, LiBOB (lithium bis oxide borate), LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 inorganic acid anion salts such as, (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 3 CH 3 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 NPF 6 , (C 2 H 5 ) 3 CH 3 NPF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, including at least one electrolyte salt selected from organic acid anion salts such as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, such as propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC) Cyclic carbonates;
Chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate; ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; γ- Lactones such as butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; esters such as methyl propionate; amides such as dimethylformamide; methyl acetate, methyl formate; at least one selected from at least one selected from sulfolane, The thing using organic solvents (plasticizer), such as a protic solvent, can be used.

高分子ゲル電解質としては、特に限定されないが、イオン伝導性を有する電解質用高分子に電解液を含んだもの、イオン伝導性を持たない電解質用高分子の骨格中に同様の電解液を保持させたもの等が挙げられる。   The polymer gel electrolyte is not particularly limited, but the same electrolyte solution is held in the skeleton of the electrolyte polymer having an ionic conductivity or the electrolyte polymer having no ionic conductivity. And the like.

高分子ゲル電解質に含まれる電解液としては、上述したものと同様である。また、イオン伝導性を有する電解質用高分子としては、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、これらの共重合体等が挙げられる。ポリアルキレンオキシド系高分子は、上述した電解質塩をよく溶解し、また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。   The electrolyte solution contained in the polymer gel electrolyte is the same as described above. Examples of the electrolyte polymer having ion conductivity include polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and copolymers thereof. A polyalkylene oxide polymer exhibits excellent mechanical strength by dissolving the above-described electrolyte salt well and forming a crosslinked structure.

イオン伝導性を持たない電解質用高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVDF−HFP)共重合体、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のゲル化ポリマーを形成するモノマーが使用できる。ただし、これらに限定されるわけではない。なお、PAN、PMMA等は、どちらかといえばイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する電解質用高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるイオン伝導性を持たない電解質用高分子として例示した。   Examples of the electrolyte polymer having no ionic conductivity include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) copolymer, polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), Monomers that form gelling polymers such as polymethyl methacrylate (PMMA) can be used. However, it is not necessarily limited to these. Note that PAN, PMMA, etc. are in a class that has almost no ionic conductivity, and therefore can be used as an electrolyte polymer having the above ionic conductivity. It was exemplified as a polymer for electrolyte that does not have ionic conductivity.

高分子ゲル電解質中の電解質用高分子(ホストポリマー)と電解液との比率(質量比)は、使用目的等に応じて決定すればよいが、2:98〜90:10の範囲である。これにより、電極分極性電極材料層の外周部からの電解質の染み出しについても、絶縁層や絶縁処理部を設けることで効果的にシールすることができる。   The ratio (mass ratio) between the electrolyte polymer (host polymer) and the electrolyte solution in the polymer gel electrolyte may be determined according to the purpose of use, but is in the range of 2:98 to 90:10. Thereby, it can seal effectively also about the oozing-out of the electrolyte from the outer peripheral part of an electrode polarizable electrode material layer by providing an insulating layer and an insulation process part.

〔電気二重層型キャパシタ用電極の製造方法〕
本発明の電気二重層型キャパシタ用電極の製造方法は、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、かつ前記金属骨格にAl−Ti化合物が分散しており、かつ前記金属骨格の表面には、アルミニウム多孔質焼結体の粒界段差によって形成される凹凸が存在するアルミニウム多孔質焼結体の空孔に、分極性電極材料、導電助剤および結合剤を含むスラリーを充填し、乾燥した後、圧延をすることを特徴とする。
[Method for producing electrode for electric double layer capacitor]
The method for producing an electrode for an electric double layer capacitor according to the present invention comprises a metal skeleton having a three-dimensional network structure, pores between the metal skeletons, and an Al—Ti compound dispersed in the metal skeleton. In addition, a polarizable electrode material, a conductive additive, and a bond are formed in the pores of the aluminum porous sintered body in which irregularities formed by grain boundary steps of the aluminum porous sintered body exist on the surface of the metal skeleton. The slurry containing the agent is filled, dried and then rolled.

アルミニウム多孔質焼結体は、以下により、製造することができる。   The aluminum porous sintered body can be manufactured as follows.

まず、アルミニウム粉末に、チタンおよび/または水素化チタンを混合して、アルミニウム混合原料粉末とするアルミニウム混合原料粉末を調製する(アルミニウム混合原料粉末調製工程)。このアルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂結合剤と水と可塑剤とを混合して、粘性組成物を調製する(粘性組成物調製工程)。この粘性組成物に気泡を混合させた状態で乾燥させて、焼結前成形体とし(焼結前工程)、焼結前成形体を非酸化性雰囲気下、Tm−10(℃)≦加熱焼成温度(T)≦685(℃)で、加熱焼成する(焼結工程)。ここで、Tm(℃)は、アルミニウム混合原料粉末が溶解を開始する温度である。   First, aluminum mixed raw material powder is prepared by mixing titanium powder and / or titanium hydride with aluminum powder to obtain an aluminum mixed raw material powder (aluminum mixed raw material powder preparation step). The aluminum mixed raw material powder is mixed with a water-soluble resin binder, water, and a plasticizer to prepare a viscous composition (viscous composition preparation step). This viscous composition is dried in a state where air bubbles are mixed to form a pre-sintered molded body (pre-sintering process), and the pre-sintered molded body is Tm-10 (° C.) ≦ heat-fired in a non-oxidizing atmosphere. It is heated and fired at a temperature (T) ≦ 685 (° C.) (sintering step). Here, Tm (° C.) is a temperature at which the aluminum mixed raw material powder starts to melt.

このアルミニウム混合原料粉末調製工程では、アルミニウム粉末として平均粒子径2〜200μmのものを用いる。ここで、平均粒子径が小さくなると、粘性組成物が所望の形状に成形可能な程度に粘性を有し、かつ焼結前成形体がハンドリング強度を有するようにするために、アルミニウム粉末に対して水溶性樹脂バインダーを多量に加えなければならなくなる。しかしながら、水溶性樹脂バインダーを多量に加えると、焼結前成形体を加熱焼成する際に、アルミニウム中に残存する炭素量が増加し、焼結反応が阻害されてしまう。他方、アルミニウム粉末の粒子径が大きすぎると、アルミニウム多孔質焼結体の強度が低下してしまう。したがって、アルミニウム粉末としては、上述のように平均粒子径2〜200μmの範囲内、より好ましくは2〜100μm、さらに好ましくは7μm〜40μmの範囲内のものが用いられる。ここで、平均粒子径は、レーザー回折法で測定される。   In this aluminum mixed raw material powder preparation step, aluminum powder having an average particle size of 2 to 200 μm is used. Here, when the average particle size is reduced, the aluminum powder is used in order that the viscous composition is so viscous that it can be formed into a desired shape, and that the pre-sintered compact has handling strength. A large amount of water-soluble resin binder must be added. However, if a large amount of the water-soluble resin binder is added, the amount of carbon remaining in the aluminum increases when the pre-sintered molded body is heated and fired, and the sintering reaction is hindered. On the other hand, when the particle diameter of the aluminum powder is too large, the strength of the aluminum porous sintered body is lowered. Therefore, as the aluminum powder, those having an average particle diameter in the range of 2 to 200 μm, more preferably in the range of 2 to 100 μm, and still more preferably in the range of 7 to 40 μm are used as described above. Here, the average particle diameter is measured by a laser diffraction method.

このアルミニウム粉末に、チタンを含む焼結助剤、具体的には、チタンおよび/または水素化チタンを混合する。これにより、アルミニウム粉末にチタンを混合して、焼結前成形体をTm−10(℃)≦加熱焼成温度T≦685(℃)で加熱焼成するときに、液滴の塊を生成させることのないアルミニウムの非加圧焼結が可能となる。また、水素化チタン(TiH)は、そのチタン含有量が47.88(チタンの分子量)/(47.88+1(水素の分子量)×2)で95質量%以上であり、470〜530℃にて脱水素化するため、上述の加熱焼成のときに熱分解してチタンとなる。よって、水素化チタンを混合した場合にも液滴の塊を生成させることのないアルミニウムの常圧焼結が可能となる。なお、焼結助剤には、チタンや水素化チタン以外の焼結助剤粉末を用いてもよく、チタンを含む焼結助剤粉末を用いればよい。 This aluminum powder is mixed with a sintering aid containing titanium, specifically, titanium and / or titanium hydride. Thereby, titanium is mixed with aluminum powder, and when the pre-sintered compact is heated and fired at Tm-10 (° C.) ≦ heating and firing temperature T ≦ 685 (° C.), a lump of droplets is generated. No pressureless sintering of aluminum is possible. Further, titanium hydride (TiH 2 ) has a titanium content of 47.88 (molecular weight of titanium) / (47.88 + 1 (molecular weight of hydrogen) × 2) and is 95% by mass or more, and is 470 to 530 ° C. In order to dehydrogenate, it is thermally decomposed into titanium during the above-mentioned heating and firing. Therefore, even when titanium hydride is mixed, pressureless sintering of aluminum is possible without generating droplets. As the sintering aid, a sintering aid powder other than titanium or titanium hydride may be used, or a sintering aid powder containing titanium may be used.

チタンを含む焼結助剤は、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含むことが好ましい。   The sintering aid containing titanium preferably contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to a total of 100 parts by mass of aluminum and titanium.

ここで、チタンおよび/または水素化チタンの平均粒子径をr(μm)、チタンおよび/または水素化チタンの配合比をW(質量%)としたときに、1(μm)≦r≦30(μm)、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)とし、かつ0.1≦W/r≦2であると、好ましい。すなわち、平均粒子径:4μmの水素化チタン粉の場合には、0.1≦W/4≦2であることから、配合比:Wは0.4〜8質量%が好ましい。また、平均粒子径:20μmのチタン粉の場合には、0.1≦W/20≦2の条件からは、配合比:Wは2〜40質量%となるが、配合比:Wは、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)の条件を付加して、2〜20質量%が好ましい。   Here, when the average particle diameter of titanium and / or titanium hydride is r (μm) and the blending ratio of titanium and / or titanium hydride is W (mass%), 1 (μm) ≦ r ≦ 30 ( μm), 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%), and preferably 0.1 ≦ W / r ≦ 2. That is, in the case of titanium hydride powder having an average particle size of 4 μm, since 0.1 ≦ W / 4 ≦ 2, the compounding ratio W is preferably 0.4 to 8% by mass. In the case of titanium powder having an average particle diameter of 20 μm, the blending ratio: W is 2 to 40% by mass from the condition of 0.1 ≦ W / 20 ≦ 2, but the blending ratio: W is 0. .1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%) is added, and 2 to 20 mass% is preferable.

水素化チタンの平均粒子径は、0.1(μm)≦r≦30(μm)が好ましいが、より好ましくは4(μm)≦r≦20(μm)である。水素化チタンの平均粒径が、0.1μmより小さいと、自然発火する恐れがあり、30μmを超えると、焼結により生成されるAl−Ti化合物が被覆されたチタン粒子から、Al−Ti化合物相が剥離しやすくなり、焼結体に所望の強さが得られなくなるためである。   The average particle size of titanium hydride is preferably 0.1 (μm) ≦ r ≦ 30 (μm), more preferably 4 (μm) ≦ r ≦ 20 (μm). If the average particle size of titanium hydride is smaller than 0.1 μm, there is a risk of spontaneous ignition, and if it exceeds 30 μm, the Al—Ti compound is formed from the titanium particles coated with the Al—Ti compound produced by sintering. This is because the phases are easily separated and desired strength cannot be obtained in the sintered body.

また、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)が好ましいのは、焼結助剤粉末の配合比Wが20質量%を超えると、アルミニウム混合原料粉末中で焼結助剤粉末同士が接点を持つようになり、アルミニウムとチタンの反応熱を制御できなくなるとともに、所望の多孔質焼結体が得られないようになるからである。   Further, 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%) is preferable because when the mixing ratio W of the sintering aid powder exceeds 20 mass%, the sintering aid powder in the aluminum mixed raw material powder. This is because they have contact points, making it impossible to control the reaction heat between aluminum and titanium, and making it impossible to obtain a desired porous sintered body.

しかし、種々の条件で試験を行ったところ、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)の範囲内でも、焼結助剤粉末の粒子径によってはアルミニウムとチタンの反応熱が大きくなりすぎる場合があり、反応熱により溶解したアルミニウムの温度がさらに上昇して粘性が下がり、液滴を生じてしまう場合があった。   However, when tested under various conditions, the reaction heat between aluminum and titanium is large depending on the particle size of the sintering aid powder even within the range of 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%). In some cases, the temperature of the aluminum melted by the reaction heat rises further, the viscosity decreases, and droplets may be generated.

そこで、種々の条件で作製した試験片を電子顕微鏡で観察した結果から、発熱量をチタンの配合量および粒子径で制御できる範囲内においては、チタン粒子の露出表面側からほぼ一定の厚さの表層部だけが、アルミニウムと反応していることがわかった。これにより、液滴の発生を防止するためには1(μm)≦r≦30(μm)、かつ0.1≦W/r≦2であることが望ましいことを実験的に見出した。   Therefore, from the results of observing specimens prepared under various conditions with an electron microscope, within a range in which the calorific value can be controlled by the blending amount of titanium and the particle diameter, the thickness of the titanium particles is almost constant from the exposed surface side. Only the surface layer was found to react with aluminum. Thus, it was experimentally found that it is desirable that 1 (μm) ≦ r ≦ 30 (μm) and 0.1 ≦ W / r ≦ 2 in order to prevent the generation of droplets.

次に、粘性組成物調製工程では、上記アルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂バインダーとして、ポリビニルアルコール、メチルセルロースおよびエチルセルロースからなる群から選択される少なくとも一種を、可塑剤として、ポリエチレングリコール、グリセリンおよびフタル酸ジ−n−ブチルからなる群から選択される少なくとも一種を、それぞれ加えるとともに、蒸留水と、界面活性剤としてのアルキルベタインとを、それぞれ加える。   Next, in the viscous composition preparation step, at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, methylcellulose and ethylcellulose as a water-soluble resin binder is added to the aluminum mixed raw material powder as a plasticizer, and polyethylene glycol, glycerin and phthalate as plasticizers. At least one selected from the group consisting of di-n-butyl acid is added, and distilled water and alkylbetaine as a surfactant are added.

このように、水溶性バインダーとして、ポリビニルアルコール、メチルセルロースやエチルセルロースを用いると、その添加量が比較的少量で足りる。よって、水溶性樹脂結合剤の添加量は、アルミニウム混合原料粉末の質量100質量部に対して、0.5〜7質量部である。アルミニウム混合原料粉末の質量100質量部に対して、7質量部より多いと、加熱焼成する前の焼結前成形体に残留する炭素量の増加により焼結反応が阻害され、0.5質量部未満であると、焼結前成形体のハンドリング強度が確保されないためである。   Thus, when polyvinyl alcohol, methylcellulose, or ethylcellulose is used as the water-soluble binder, the amount added is relatively small. Therefore, the addition amount of the water-soluble resin binder is 0.5 to 7 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum mixed raw material powder. When the amount is more than 7 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aluminum mixed raw material powder, the sintering reaction is hindered by an increase in the amount of carbon remaining in the pre-sintered molded body before heating and firing, and 0.5 parts by mass It is because the handling intensity | strength of the molded object before sintering is not ensured that it is less than.

また、アルキルベタインは、アルミニウム混合原料粉末の質量100質量部に対して、0.02〜3質量部が添加される。アルミニウム混合原料粉末の質量100質量部に対して、0.02質量部以上であると、後述の非水溶性炭化水素系有機溶剤の混合の際に気泡が効果的に生成され、3質量部以下であると、焼結前成形体に残存する炭素量の増加による焼結反応の阻害が防止される。   Moreover, 0.02-3 mass parts of alkylbetaines are added with respect to 100 mass parts of mass of aluminum mixed raw material powder. When the amount is 0.02 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the aluminum mixed raw material powder, bubbles are effectively generated when the water-insoluble hydrocarbon organic solvent described later is mixed, and 3 parts by mass or less. In this case, inhibition of the sintering reaction due to an increase in the amount of carbon remaining in the green body before sintering is prevented.

そして、これらを混練した後に、さらに炭素数5〜8の非水溶性炭化水素系有機溶剤を混合することにより発泡させ、気泡の混合した粘性組成物を調整する。この炭素数5〜8の非水溶性炭化水素系有機溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンおよびオクタンからなる群から選択される少なくとも一種が使用可能である。   And after kneading these, it is made to foam by mixing the water-insoluble hydrocarbon type organic solvent of C5-C8, and the viscous composition with which the bubble was mixed is adjusted. As the water-insoluble hydrocarbon organic solvent having 5 to 8 carbon atoms, at least one selected from the group consisting of pentane, hexane, heptane and octane can be used.

次の焼結前工程では、帯状のポリエチレンシートの剥離剤塗布面に、粘性組成物を厚さ0.05mm〜5mmの厚さになるように、ドクターブレード法、スラリー押出し法またはスクリーン印刷法等で塗布した後、周囲の温度および湿度を一定時間管理して、気泡を整寸化した後、大気乾燥機にて温度70℃で乾燥させる。   In the next pre-sintering step, doctor blade method, slurry extrusion method, screen printing method, etc., so that the viscosity composition has a thickness of 0.05 mm to 5 mm on the stripping surface of the strip-shaped polyethylene sheet After the coating, the ambient temperature and humidity are controlled for a certain period of time, the air bubbles are sized, and then dried at a temperature of 70 ° C. with an air dryer.

そして、乾燥後の粘性組成物を、ポリエチレンシートから剥がし、所望の形状に切り出し、焼結前成形体が得られる。   And the viscous composition after drying is peeled off from a polyethylene sheet, it cuts out in a desired shape, and the molded object before sintering is obtained.

次の焼結工程では、上記焼結前成形体を、ジルコニア等の敷粉を敷いたアルミナセッターの上に載置して、露点が−20℃以下のアルゴン雰囲気中、520℃で1時間加熱保持する仮焼成を行う。これにより、焼結前成形体の水溶性樹脂結合剤成分、可塑剤成分、蒸留水およびアルキルベタインのバインダー溶液を揮発および/または分解させる脱バインダーが行われるとともに、焼結助剤粉末として水素化チタンを用いた場合には脱水素化がされる。   In the next sintering step, the above-mentioned pre-sintered compact is placed on an alumina setter coated with a powder such as zirconia and heated at 520 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere with a dew point of −20 ° C. or lower. Pre-baking is performed. This removes the binder that volatilizes and / or decomposes the binder solution of the water-soluble resin binder component, plasticizer component, distilled water and alkylbetaine of the green body before sintering, and also hydrogenates as a sintering aid powder. When titanium is used, dehydrogenation is performed.

この後、仮焼成後の焼結前成形体を、Tm−10(℃)≦加熱焼成温度(T)≦685(℃)で加熱焼成することにより、アルミニウム多孔質焼結体が得られる。   Thereafter, the pre-sintered compact after preliminary firing is fired at Tm-10 (° C.) ≦ heat firing temperature (T) ≦ 685 (° C.) to obtain an aluminum porous sintered body.

ここで、焼結前成形体は、アルミニウムの融解温度であるTm(℃):660℃まで加熱されると、アルミニウムとチタンとの反応が開始するものと考えられるが、アルミニウムに不純物として微量に含まれるFeやSi等の共晶合金元素により融点が低下し、実際には、Tm−10(℃)での加熱により、アルミニウムとチタンとの反応が開始し、アルミニウム多孔質焼結体が形成される。具体的には、アルミニウムの融点が660℃であるのに対して、純アルミニウム粉として流通している純度98%〜99.7%程度のアトマイズ粉では650℃前後が溶解開始温度となる。他方、加熱焼成温度を685℃より高い温度で加熱保持すると、焼結体にアルミニウムの液的状の塊が発生してしまう。   Here, the pre-sintered compact is considered to start the reaction between aluminum and titanium when heated to Tm (° C.): 660 ° C., which is the melting temperature of aluminum. The melting point is lowered by the eutectic alloy elements such as Fe and Si contained, and in fact, the reaction between aluminum and titanium is started by heating at Tm-10 (° C.), and an aluminum porous sintered body is formed. Is done. Specifically, while the melting point of aluminum is 660 ° C., the melting start temperature is around 650 ° C. for atomized powder having a purity of about 98% to 99.7% distributed as pure aluminum powder. On the other hand, if the heating and baking temperature is maintained at a temperature higher than 685 ° C., a liquid lump of aluminum is generated in the sintered body.

なお、焼結工程における加熱焼成は、アルミニウム粒子表面およびチタン粒子表面の酸化被膜の成長を抑制するため、非酸化性雰囲気下で行う必要がある。但し、加熱温度が400℃以下で30分間程度保持の条件であれば、空気中で加熱しても、アルミニウム粒子表面およびチタン粒子表面の酸化被膜はさほど成長しないので、例えば、焼結前成形体を、空気中で300℃〜400℃に10分間程度加熱保持して脱バインダーした後、アルゴン雰囲気中で所定の温度に加熱して焼成してもよい。   In addition, in order to suppress the growth of the oxide film of the aluminum particle surface and the titanium particle surface, it is necessary to perform the heat baking in the sintering process in a non-oxidizing atmosphere. However, if the heating temperature is 400 ° C. or less and maintained for about 30 minutes, the oxide film on the aluminum particle surface and the titanium particle surface does not grow so much even when heated in air. After debinding by heating and holding at 300 ° C. to 400 ° C. for about 10 minutes in air, it may be fired at a predetermined temperature in an argon atmosphere.

ここで、非酸化性雰囲気とは、不活性雰囲気または還元性雰囲気を含み、アルミニウム混合原料粉末を酸化させない雰囲気であることを意味する。また、上述の加熱焼成温度は、アルミニウム混合原料粉末の温度ではなく、すなわち、アルミニウム混合原料粉末の反応温度等を測定したものでなく、アルミニウム混合原料粉末の周囲の保持温度を意味するものである。   Here, the non-oxidizing atmosphere means an atmosphere that includes an inert atmosphere or a reducing atmosphere and does not oxidize the aluminum mixed raw material powder. In addition, the above-described heating and firing temperature is not the temperature of the aluminum mixed raw material powder, that is, the reaction temperature of the aluminum mixed raw material powder or the like, but means the holding temperature around the aluminum mixed raw material powder. .

これにより得られたアルミニウム多孔質焼結体は、三次元網目構造の金属骨格を有し、金属骨格間に空孔を有しており、かつ金属焼結体に、ほぼ均一にAl−Ti化合物が分散している。図5に、アルミニウム多孔質焼結体の二次電子像を、図6に、EPMAのTiマッピングの一例を示す。図6から、明らかなように、ほぼ均一にAl−Ti化合物が分散(200μm角の範囲内に5〜100個)している。   The aluminum porous sintered body thus obtained has a metal skeleton with a three-dimensional network structure, has pores between the metal skeletons, and the Al-Ti compound is almost uniformly formed on the metal sintered body. Are dispersed. FIG. 5 shows a secondary electron image of the porous aluminum sintered body, and FIG. 6 shows an example of Ti mapping of EPMA. As is apparent from FIG. 6, Al—Ti compounds are dispersed almost uniformly (5 to 100 in the range of 200 μm square).

また、アルミニウム多孔質焼結体は、空孔が直線長さ1cm当たりに20個以上形成されることにより、アルミニウム多孔質焼結体の全体気孔率が70〜90%であると、電気二重層型キャパシタ用電極の信頼性およびエネルギー密度の向上、または高出力化の観点から好ましく、電気二重層型キャパシタ用集電体として好適に用いられる。   The aluminum porous sintered body has an electric double layer of 70 to 90% when the total porosity of the aluminum porous sintered body is 70 to 90% by forming 20 or more holes per 1 cm of linear length. It is preferable from the viewpoint of improving the reliability and energy density of the electrode for type capacitor or increasing the output, and is suitably used as a current collector for electric double layer type capacitor.

また、アルミニウム多孔質焼結体は、上記粘性組成物調製工程でのスラリー発泡時の気泡に由来する空孔と、焼結体であることに由来する金属骨格自体に形成される気孔との2種類の形態の異なる孔を有する。ここで、本発明の顕著な効果である分極性電極材料の保持による高信頼性の実現は、アルミニウム多孔質焼結体の骨格間の空孔と、金属骨格自体に形成される骨格内の空孔の相乗効果によるものと考えられる。   In addition, the aluminum porous sintered body is composed of 2 pores derived from bubbles at the time of slurry foaming in the above viscous composition preparation step and pores formed in the metal skeleton itself derived from being a sintered body. Has different types of holes. Here, the realization of high reliability by holding the polarizable electrode material, which is a remarkable effect of the present invention, is that the voids between the skeletons of the aluminum porous sintered body and the vacancies in the skeletons formed in the metal skeleton itself. This is probably due to the synergistic effect of the pores.

分極性電極材料、導電助剤および結合剤を含むスラリーは、例えば、以下のようにして得ることができる。まず結合剤を有機溶媒に溶解、または均一に分散させる。この混合液と分極性電極材料粉末、導電助剤を混合してスラリーとする。あるいは、分極性電極材料、導電助剤と結合剤を均一に混合した後、有機溶媒を加えて、スラリーとする、または、導電助剤を有機溶媒に分散した後、分極性電極材料、結合剤を加える等の方法があるが、特に限定されない。このとき、用いる装置は、プラネタリーミキサー、ボールミル、ヘンシェルミキサー等の当業者が通常使用するものでよい。ここで、有機溶媒は、次のアルミニウム多孔質焼結体を、スラリーに浸漬させる工程で、アルミニウム多孔質焼結体にスラリーが容易に浸漬できる粘度、例えば10〜60Pa・s、となるように加えることが好ましい。   A slurry containing a polarizable electrode material, a conductive additive and a binder can be obtained, for example, as follows. First, the binder is dissolved or uniformly dispersed in an organic solvent. This mixed solution, polarizable electrode material powder, and conductive additive are mixed to form a slurry. Alternatively, after the polarizable electrode material, the conductive additive and the binder are uniformly mixed, an organic solvent is added to form a slurry, or the conductive additive is dispersed in the organic solvent, and then the polarizable electrode material and the binder are mixed. There is a method of adding, but is not particularly limited. At this time, the apparatus to be used may be those normally used by those skilled in the art, such as a planetary mixer, a ball mill, and a Henschel mixer. Here, the organic solvent has a viscosity that allows the slurry to be easily immersed in the aluminum porous sintered body in the step of immersing the next aluminum porous sintered body in the slurry, for example, 10 to 60 Pa · s. It is preferable to add.

上記結合剤を溶解または分散させる有機溶媒としては、テトラヒドロフラン(以下、THFという)、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレン、N−メチルピロリドン、アセトン、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、酢酸エチル、酢酸ブチル等が使用できるが、乾燥により選択的にこの有機溶媒を除去するため、THF、アセトン等の沸点100℃以下の揮発性の有機溶媒、あるいは結合剤の溶解能力が高いN−メチルピロリドンが好ましい。   Examples of the organic solvent for dissolving or dispersing the binder include tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF), methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, xylene, N-methylpyrrolidone, acetone, acetonitrile, dimethyl carbonate, ethyl acetate, butyl acetate, and the like. Although it can be used, in order to selectively remove this organic solvent by drying, a volatile organic solvent having a boiling point of 100 ° C. or lower such as THF or acetone, or N-methylpyrrolidone having a high ability to dissolve a binder is preferable.

次に、アルミニウム多孔質焼結体の空孔に、分極性電極材料のスラリーを充填し、乾燥する。充填させる方法は、アルミニウム多孔質焼結体を分極性電極材料のスラリーにディッピングする方法、アルミニウム多孔質焼結体の上部からスラリーを注ぐ方法等が挙げられ、さらに、2本のロール間を通したり、へらでこすったりして表面に付着した余剰の分極性電極材料のスラリーを内部に押し込むことによって、より効果的にアルミニウム多孔質焼結体の空孔に分極性電極材料を充填することができる。乾燥は、大気中で放置してもよく、乾燥機等を用いてもよい。乾燥後、アルミニウム多孔質焼結体と、分極性電極材料および結合剤との質量比を測定し、分極性電極材料および結合剤の質量比が低い場合には、再度、浸漬・乾燥を繰り返し、所望量とすることができる。他方、分極性電極材料および結合剤の質量比が高い場合には、スラリーの粘性を低くして、浸漬・乾燥をやり直し、所望量とすることができる。   Next, the pores of the aluminum porous sintered body are filled with a slurry of polarizable electrode material and dried. Examples of the filling method include a method of dipping an aluminum porous sintered body into a slurry of a polarizable electrode material, a method of pouring the slurry from the upper part of the aluminum porous sintered body, and a method of passing between two rolls. Or by rubbing with a spatula and surplus polar electrode material slurry adhering to the surface is pushed into the interior to more effectively fill the pores of the porous aluminum sintered body with the polarizable electrode material. it can. Drying may be left in the air, or a dryer or the like may be used. After drying, measure the mass ratio between the porous aluminum sintered body and the polarizable electrode material and the binder. If the polar ratio of the polarizable electrode material and the binder is low, repeat the dipping and drying again. The desired amount can be obtained. On the other hand, when the mass ratio of the polarizable electrode material and the binder is high, the viscosity of the slurry can be lowered, and dipping and drying can be performed again to obtain a desired amount.

次に、分極性電極材料、導電助剤および結合剤を含むアルミニウム多孔質焼結体を圧延し、電気二重層型キャパシタ用電極を得る。本発明のアルミニウム多孔質焼結体は、金属骨格にAl−Ti化合物が分散しており、強度、特に引張り強度が高いので、アルミニウム多孔質焼結体を所望の厚さまで、圧延することができ、電極体の空隙率を減少させ、電極密度を高めることができる。ここで、電極厚さは、0.03〜3mmであると、好ましい。ここで、プレス等によってもアルミニウム多孔質焼結体の密度を高くすることができるが、生産性の観点から圧延が好ましい。   Next, the aluminum porous sintered body containing a polarizable electrode material, a conductive additive and a binder is rolled to obtain an electrode for an electric double layer capacitor. Since the aluminum porous sintered body of the present invention has an Al-Ti compound dispersed in a metal skeleton and has high strength, particularly tensile strength, the aluminum porous sintered body can be rolled to a desired thickness. It is possible to decrease the porosity of the electrode body and increase the electrode density. Here, the electrode thickness is preferably 0.03 to 3 mm. Here, the density of the aluminum porous sintered body can be increased by pressing or the like, but rolling is preferable from the viewpoint of productivity.

本発明の電気二重層型キャパシタ用電極は、高信頼性で、高エネルギー密度、高出力の電気二重層型キャパシタに、非常に有効に利用される。   The electrode for an electric double layer capacitor of the present invention is very effectively used for an electric double layer capacitor with high reliability, high energy density and high output.

以下、実施例により、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.

〔アルミニウム多孔質焼結体の製造〕
上述の実施の形態にしたがって、アルミニウム多孔質焼結体を製造した。まず、平均粒子径:24μmのアルミニウム粉末(不純物として、Fe:0.15質量%、Si:0.05質量%およびNi:0.01質量%を含む)と、平均粒子径9.1μmの水素化チタン粉末を、アルミニウム粉末と水素化チタン粉末の質量比が、99:1となるように合計500gで混合し、アルミニウム混合原料粉末を調製した。
[Production of porous aluminum sintered body]
According to the above-described embodiment, an aluminum porous sintered body was manufactured. First, an aluminum powder having an average particle diameter of 24 μm (containing impurities: Fe: 0.15 mass%, Si: 0.05 mass% and Ni: 0.01 mass%), and hydrogen having an average particle diameter of 9.1 μm The titanium halide powder was mixed at a total of 500 g so that the mass ratio of the aluminum powder and the titanium hydride powder was 99: 1 to prepare an aluminum mixed raw material powder.

バインダー溶液は、バインダー溶液:100質量部に対して、メチルセルロース:0.1質量部、エチルセルロース:2.9質量部、グリセリン:3質量部、ポリエチレングリコール:3質量部、アルキルベタイン:0.5質量部、残部水の比率で、合計500gで調製した。   Binder solution: 100 parts by mass of binder solution: 0.1 parts by mass of methyl cellulose, 2.9 parts by mass of ethyl cellulose, 3 parts by mass of glycerin, 3 parts by mass of polyethylene glycol, 0.5 parts by mass of alkyl betaine It was prepared in a total of 500 g at a ratio of part and remaining water.

アルミニウム混合原料粉末:50質量部と、バインダー溶液:49質量部と、ヘキサン:1質量部を合計500gで混合して、粘性組成物を調製した。   Aluminum mixed raw material powder: 50 parts by mass, binder solution: 49 parts by mass, and hexane: 1 part by mass were mixed in a total of 500 g to prepare a viscous composition.

次に、この粘性組成物を、ドクターブレード法にて剥離剤が塗布されたポリエチレンシート上に引き伸ばして塗布し、温度および湿度を一定時間保持するよう管理して、気泡を整寸化した後、大気乾燥機にて温度70℃で乾燥させた。このときの粘性組成物の塗布厚さは、0.35mmであり、上記温度は35℃、湿度は90分、および保持時間は20分であった。続く乾燥は、70℃で50分間行った。そして、乾燥後の粘性組成物を、ポリエチレンシートから剥がし、直径100mmの円形に切り出して、焼結前成形体を得た。   Next, this viscous composition is stretched and applied onto a polyethylene sheet coated with a release agent by the doctor blade method, and the temperature and humidity are controlled to be maintained for a certain period of time. It dried at the temperature of 70 degreeC with the air dryer. The coating thickness of the viscous composition at this time was 0.35 mm, the temperature was 35 ° C., the humidity was 90 minutes, and the holding time was 20 minutes. Subsequent drying was performed at 70 ° C. for 50 minutes. And the viscous composition after drying was peeled off from the polyethylene sheet, and it cut out to the circular shape of diameter 100mm, and obtained the molded object before sintering.

この焼結前成形体を、ジルコニア敷粉を敷いたアルミナセッターの上に載置して、アルゴン気流雰囲気中で仮焼成(脱バインダー)を行った後に、加熱焼成し発泡アルミニウム多孔質焼結体1を得た。脱バインダーは、520℃で30分間行った。加熱焼成は、アルゴン雰囲気中、663℃で30分間行い、アルミニウム多孔質焼結体1を得た。得られたアルミニウム多孔質焼結体1の厚さは、1.2mmであった。   This pre-sintered compact was placed on an alumina setter with zirconia powder spread, pre-fired (debindered) in an argon air flow atmosphere, then heat-fired and a foamed aluminum porous sintered body 1 was obtained. Debinding was performed at 520 ° C. for 30 minutes. Heating and baking were performed at 663 ° C. for 30 minutes in an argon atmosphere to obtain an aluminum porous sintered body 1. The thickness of the obtained aluminum porous sintered body 1 was 1.2 mm.

得られたアルミニウム多孔質焼結体1の収縮率と気孔率とを算出した。収縮率は、アルミニウム多孔質焼結体1の加熱焼成前後の厚さの変化から算出し、気孔率は、寸法、重量および密度により算出した。また、実体顕微鏡写真から3次元空孔数、および走査型電子顕微鏡(SEM)写真から金属骨格の長さ100μm当たりの骨格内空孔の数を、それぞれ計測するとともに、同SEM写真にて液滴凝固の有無を確認し、さらには、電子線マイクロアナライザー(EPMA)による面分析によってアルミニウム多孔質焼結体1の骨格表面にAl−Ti化合物の有無を確認した。ここで、金属骨格長さ100μm当たりの骨格内空孔数は、写真中央に金属骨格が写るようにそれぞれ別視野を撮影した倍率300倍の走査電子顕微鏡写真を5枚用意し、それらの写真に対角線を引いて、交点から四隅に向かう対角線上の金属骨格部位に長さ100μm相当の線分を描き、その線分部分の金属骨格にある骨格内空孔の数を数え、平均することにより算出し、骨格間孔数は、それぞれ別視野を撮影した倍率10倍の実体顕微鏡写真を5枚用意し、同様に対角線を引いて、交点から四隅に向かう対角線上に長さ5mm相当の線分を各写真に4本描き、その線分が横切る金属骨格数を数え、平均して25.4/5を乗じることにより算出した。表1に、これらの結果を示す(ここで、骨格間空孔数の単位:「PPI」は、1インチ(25.4mm)当たりの孔数である。)。また、図1に、得られたアルミニウム多孔質焼結体1のSEM写真を、図2および図3に、その一部拡大写真を、それぞれ示す。図1〜3から明らかなように、アルミニウム多孔質焼結体1の金属骨格の表面には、アルミニウム多孔質焼結体の粒界段差によって形成される凹凸が存在し、このアルミニウム多孔質焼結体の結晶粒の平均の結晶粒径は、39μmであった。ここで、アルミニウム多孔質焼結体の結晶粒の平均の結晶粒径は、測定試料を樹脂埋めし、鏡面に研磨し、ケラー試薬(48%ふっ酸:0.5cm、濃塩酸:1.5cm、濃硝酸;2.5cm、蒸留水;95cm)に30秒間浸漬してエッチングし、光学顕微鏡で倍率100倍の写真を撮影し、線インターセプト法(ASTM、E−112、Lineal Intercept Procedure)により測定した。 The shrinkage rate and porosity of the obtained aluminum porous sintered body 1 were calculated. The shrinkage rate was calculated from the change in thickness of the aluminum porous sintered body 1 before and after heating and firing, and the porosity was calculated from the dimensions, weight, and density. In addition, the number of three-dimensional vacancies was measured from the stereomicrograph, and the number of vacancies in the skeleton per 100 μm length of the metal skeleton was measured from the scanning electron microscope (SEM) photograph. The presence or absence of solidification was confirmed, and further, the presence or absence of an Al—Ti compound was confirmed on the skeleton surface of the aluminum porous sintered body 1 by surface analysis using an electron beam microanalyzer (EPMA). Here, the number of vacancies in the skeleton per 100 μm length of the metal skeleton was prepared with five scanning electron micrographs of 300 times magnification, each of which was taken from different fields so that the metal skeleton was shown in the center of the photograph. Draw a diagonal line, draw a line segment equivalent to 100 μm in length on the metal skeleton part on the diagonal line from the intersection to the four corners, count the number of vacancies in the skeleton in the metal skeleton of the line segment, and calculate by averaging For the number of interstitial pores, prepare 5 stereomicrographs with a magnification of 10 times for each different field of view, and draw a diagonal line in the same way to create a line segment corresponding to a length of 5 mm on the diagonal line from the intersection to the four corners. It was calculated by drawing four on each photograph, counting the number of metal skeletons crossed by the line segment, and multiplying by 25.4 / 5 on average. These results are shown in Table 1. (Here, the unit of the number of interstitial holes: “PPI” is the number of holes per inch (25.4 mm)). Moreover, the SEM photograph of the obtained aluminum porous sintered compact 1 is shown in FIG. 1, and the one part enlarged photograph is shown in FIG. 2 and FIG. 3, respectively. As is apparent from FIGS. 1 to 3, the surface of the metal skeleton of the aluminum porous sintered body 1 has irregularities formed by grain boundary steps of the aluminum porous sintered body. The average crystal grain size of the body crystal grains was 39 μm. Here, the average crystal grain size of the porous sintered aluminum crystal grains, a measurement sample was filled resin, polished to a mirror surface, Keller reagent (48% hydrofluoric acid: 0.5 cm 3, concentrated hydrochloric acid: 1. 5 cm 3 , concentrated nitric acid; 2.5 cm 3 , distilled water; 95 cm 3 ) etched by immersion for 30 seconds, photographed with an optical microscope at a magnification of 100 times, line intercept method (ASTM, E-112, Linear Intercept) (Procedure).

次に、アルミニウム多孔質焼結体1を、圧下率20%にてロール圧延を行い、割れの有無を黙視にて確認をした(20%圧下試験)後に、20mm×50mmの矩形状に切り出して対向角部間の電気抵抗率を測定した。次いで、この矩形状のアルミニウム多孔質焼結体1を、直径5mmの円柱体の外周に巻きつけて、割れの有無を黙示にて確認した。表1に、これらの結果を示す。   Next, the aluminum porous sintered body 1 was rolled and rolled at a reduction ratio of 20%, and the presence or absence of cracks was confirmed with sight (20% reduction test), and then cut into a 20 mm × 50 mm rectangular shape. The electrical resistivity between the opposite corners was measured. Next, the rectangular aluminum porous sintered body 1 was wound around the outer periphery of a cylindrical body having a diameter of 5 mm, and the presence or absence of cracks was confirmed implicitly. Table 1 shows these results.

平均粒子径:21μmの水素化チタン粉末を用い、アルミニウム粉末と水素化チタン粉末の質量比が、85:15となるようにした以外は、アルミニウム多孔質焼結体1と同様にして、アルミニウム多孔質焼結体2を作製し、各試験を行った。表1に、これらの結果を示す。なお、得られたアルミニウム多孔質焼結体2の厚さは、1.3mmであった。   The aluminum porous sintered body 1 was used except that a titanium hydride powder having an average particle size of 21 μm was used and the mass ratio of the aluminum powder to the titanium hydride powder was 85:15. A sintered material 2 was prepared and subjected to each test. Table 1 shows these results. In addition, the thickness of the obtained aluminum porous sintered body 2 was 1.3 mm.

表1からわかるように、得られたアルミニウム多孔質焼結体1、2は、有孔金属焼結体の骨格長さ100μm当たりの孔数2〜4であるとともに、金属骨格間にある3次元空孔を1インチ当たり52個、すなわち、1cm当たりに20個以上有している。そして、アルミニウム多孔質焼結体に液滴状の塊が生じることもなく、電気抵抗率も低く、巻き付け試験による割れもなかった。したがって、高エネルギー密度化や高出力化が要求される電気二重層型キャパシタの電極集電体に適している。   As can be seen from Table 1, the obtained aluminum porous sintered bodies 1 and 2 have 3 to 4 pores per 100 μm of the skeleton length of the porous metal sintered body and between the metal skeletons. 52 holes per inch, that is, 20 or more holes per cm. And the droplet-shaped lump did not arise in an aluminum porous sintered compact, the electrical resistivity was low, and there was no crack by a winding test. Therefore, it is suitable for an electrode current collector of an electric double layer capacitor that requires high energy density and high output.

〔電気二重層型キャパシタ用電極の製造〕
(実施例1)
[Manufacture of electrodes for electric double layer capacitors]
Example 1

分極性電極材料として椰子殻活性炭粉末と、導電材としてケッチェンブラック(KB)と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、質量比80:10:10で、合計200g混合して電極剤を調製し、この電極剤に溶剤としてN−メチル−2ピロリドン162gを混合して分極性電極材料スラリー1を調製した。   The electrode is obtained by mixing coconut shell activated carbon powder as a polarizable electrode material, ketjen black (KB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder at a mass ratio of 80:10:10, and a total of 200 g. A polarizable electrode material slurry 1 was prepared by mixing 162 g of N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent with this electrode agent.

次に、この分極性電極材料スラリー1に、作製したアルミニウム多孔質焼結体1を10分間浸漬し、取り出して乾燥させた後に、圧延して厚さ0.5mmの実施例1の電気二重層型キャパシタの電極を作製した。ここで、分極性電極材料スラリー1に、アルミニウム多孔質焼結体1を浸漬し、乾燥した後、圧延前に、アルミニウム多孔質焼結体1表面に付着した分極性電極材料スラリー1を拭き取り、ほぼ全量の分極性電極材料、導電助剤および結合剤が、アルミニウム多孔質焼結体1の空孔内に含まれるようにした。   Next, the produced aluminum porous sintered body 1 is immersed in this polarizable electrode material slurry 1 for 10 minutes, taken out and dried, and then rolled and rolled into an electric double layer of Example 1 having a thickness of 0.5 mm. Type capacitor electrodes were fabricated. Here, after the porous aluminum sintered body 1 is immersed in the polarizable electrode material slurry 1 and dried, before the rolling, the polarizable electrode material slurry 1 adhered to the surface of the porous aluminum sintered body 1 is wiped off. Almost all of the polarizable electrode material, the conductive aid and the binder were contained in the pores of the aluminum porous sintered body 1.

(従来例1)
従来例1の発泡アルミニウムとしては、従来技術の第2の方法であるスポンジウレタンを中子にした鋳型にアルミニウムを圧入する方法で製造した30PPIの発泡アルミニウムを用いた。
(Conventional example 1)
As the foamed aluminum of Conventional Example 1, 30 PPI foamed aluminum produced by press-fitting aluminum into a mold having sponge urethane as a core, which is the second method of the prior art, was used.

実施例1で作製した分極性電極材料スラリー1に、従来例1の発泡アルミニウムを10分間浸漬し、取り出して乾燥させた後に、圧延して厚さ0.5mmの従来例1の電気二重層型キャパシタイオン電池の電極を作製した。   The electric double layer type of Conventional Example 1 having a thickness of 0.5 mm is rolled after the foamed aluminum of Conventional Example 1 is immersed in the polarizable electrode material slurry 1 produced in Example 1 for 10 minutes, taken out and dried. An electrode of a capacitor ion battery was produced.

(実施例2〜10)
表2に示す組成で、分極性電極材料スラリー1と同様にして、分極性電極材料スラリー2、3を作製した。次に、表3に示す組合せで、実施例2〜10の電気二重層型キャパシタ電池の電極を作製した。
(Examples 2 to 10)
Polarizable electrode material slurries 2 and 3 having the compositions shown in Table 2 were produced in the same manner as polarizable electrode material slurry 1. Next, the electrodes of the electric double layer type capacitor batteries of Examples 2 to 10 were produced in the combinations shown in Table 3.

〔電気二重層型キャパシタ用電極の性能試験〕
(分極性電極材料充填密度)
実施例1〜6、従来例1、2の各電極について、電極を作製するときのアルミニウム多孔質焼結体の質量変化から、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対する分極性電極材料の含有量(質量部)、および分極性電極材料充填密度を算出した。ここで、分極性電極材料、導電助剤と結合剤の比は、分極性電極材料スラリー作製時のままであるとして、算出した。同様にして、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対する導電助剤の含有量(質量部)を算出した。表4に、これらの結果を示す。
[Performance test of electrode for electric double layer type capacitor]
(Polarized electrode material packing density)
About each electrode of Examples 1-6 and the prior art examples 1 and 2, From the mass change of the aluminum porous sintered compact when producing an electrode, content of the polarizable electrode material with respect to 100 mass parts of aluminum porous sintered bodies The (part by mass) and the polarizable electrode material filling density were calculated. Here, the ratio of the polarizable electrode material, the conductive additive and the binder was calculated on the assumption that the polarizable electrode material slurry was still produced. Similarly, the content (parts by mass) of the conductive additive with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body was calculated. Table 4 shows these results.

(電極巻き付け試験)
次いで、直径1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mmの円柱体をそれぞれ用意して、実施例1〜10および従来例1の電極を巻き付けて、分極性電極材料が剥離するか否かを目視観察し、剥離が認められなかった最小径を、表4に示した。
(Electrode winding test)
Next, cylindrical bodies having diameters of 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 2.5 mm, 3 mm, 3.5 mm, 4 mm, 4.5 mm, and 5 mm were prepared, and the electrodes of Examples 1 to 10 and Conventional Example 1 were wound. Whether or not the polarizable electrode material was peeled was visually observed, and the minimum diameter in which no peeling was observed is shown in Table 4.

(エネルギー密度)
エネルギー密度を測定するために、電気二重層型キャパシタのコインセルを作製した。図7に、用いたコインセルの断面図を示す。
(Energy density)
In order to measure the energy density, a coin cell of an electric double layer type capacitor was produced. FIG. 7 shows a cross-sectional view of the used coin cell.

上記電極を15mmφで打ち抜いて、正極10および負極11を得た。非水電解質には、1.5M (CCHNBF/PCを用いた。 The electrode was punched at 15 mmφ to obtain a positive electrode 10 and a negative electrode 11. As the non-aqueous electrolyte, 1.5M (C 2 H 5 ) 3 CH 3 NBF 4 / PC was used.

まず、負極11をステンレスの電池蓋12にはめ込み圧着した。   First, the negative electrode 11 was fitted into the stainless steel battery lid 12 and pressed.

次に、正極10を、ステンレスの外装缶13内に配置し、これにポリプロピレン微多孔膜(厚さ:20μm)のセパレーター14を載置した。これに、非水電解質を注液した後、上記電池蓋12を載せ、スチレンブタジエンゴムとピッチの混合物からなるシーラント15で隙間無く充填することにより封口して、コインセルを作製した。このコインセルの寸法は、直径20mm、高さ3.2mmである。   Next, the positive electrode 10 was placed in a stainless steel outer can 13, and a separator 14 made of a polypropylene microporous film (thickness: 20 μm) was placed thereon. After pouring a nonaqueous electrolyte into this, the said battery cover 12 was mounted, it sealed by filling with the sealant 15 which consists of a mixture of a styrene butadiene rubber and a pitch, and the coin cell was produced. The coin cell has a diameter of 20 mm and a height of 3.2 mm.

上記セルを、充電レート:0.2C、充電電圧:0〜2.5Vで充電を行った。この放電容量の結果から、電極のエネルギー密度を算出した。表5に、これらの結果を示す。ここで、正極の分極性電極材料量を、分極性電極材料充填密度と電極面積から算出し、エネルギー密度の算出に用いた。   The cell was charged at a charge rate of 0.2C and a charge voltage of 0 to 2.5V. From the discharge capacity result, the energy density of the electrode was calculated. Table 5 shows these results. Here, the amount of the polarizable electrode material of the positive electrode was calculated from the packing density of the polarizable electrode material and the electrode area, and used for calculating the energy density.

(出力特性)
上記セルを用いて、充電レート:20C、充電電圧:0〜2.5Vで充電を行った。次に、(20Cでの充電容量)/(0.2Cでの充電容量)を計算し、出力特性を評価した。表5に、これらの結果示す。
(Output characteristics)
Using the cell, charging was performed at a charging rate of 20C and a charging voltage of 0 to 2.5V. Next, (charge capacity at 20 C) / (charge capacity at 0.2 C) was calculated, and output characteristics were evaluated. Table 5 shows these results.

表4からわかるように、実施例1〜10の電極は、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、分極性電極材料を260〜720質量部、導電助剤を14〜160質量部と、高密度で含有させることができた。また、電極巻き付け試験の結果から、実施例1〜10の電極は、分極性電極材料が脱落しにくく、高信頼性であることもわかった。これに対して、従来例1は、アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、分極性電極材料を200質量部しか含有させることができず、電極巻き付け試験でも5mmφより小さい径では分極性電極材料が脱落した。   As can be seen from Table 4, in the electrodes of Examples 1 to 10, with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body, 260 to 720 parts by mass of the polarizable electrode material and 14 to 160 parts by mass of the conductive auxiliary agent , And could be contained at high density. Moreover, it turned out that the electrode of Examples 1-10 is highly reliable from the result of an electrode winding test, and a polarizable electrode material does not fall easily. On the other hand, Conventional Example 1 can contain only 200 parts by mass of the polarizable electrode material with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body, and the polarizability is less than 5 mmφ in the electrode winding test. The electrode material dropped out.

また、表5からわかるように、実施例1〜10の電極は、0.2C放電で47.6mWh/cm以上と高エネルギー密度であり、特に、電極スラリー2を使用した実施例6で、それぞれ87.9mWh/cmと高エネルギー密度であった。また、実施例1〜10の電極は、20C放電でも、0.2C放電時の容量の0.97以上を保持し、極めて高出力であることがわかった。これに対して、従来例1は、41.5Wh/cmとエネルギー密度が低く、20C放電では、0.2C放電時の容量の0.95しか保持できず、出力特性も良好でなかった。 Moreover, as can be seen from Table 5, the electrodes of Examples 1 to 10 have a high energy density of 47.6 mWh / cm 3 or more with 0.2 C discharge, and in Example 6 using the electrode slurry 2 in particular, Each was high energy density of 87.9 mWh / cm 3 . In addition, it was found that the electrodes of Examples 1 to 10 retained 0.97 or more of the capacity at the time of 0.2 C discharge even at 20 C discharge, and were extremely high output. On the other hand, Conventional Example 1 has a low energy density of 41.5 Wh / cm 3, and 20C discharge can only hold 0.95 of the capacity at 0.2C discharge, and the output characteristics are not good.

以上のように、本発明の電気二重層型キャパシタ用電極により、高信頼性、高出力密度、高エネルギー密度の電気二重層型キャパシタを製造することができる。   As described above, the electric double layer capacitor having high reliability, high output density, and high energy density can be manufactured by the electric double layer capacitor electrode of the present invention.

1 アルミニウム多孔質焼結体
2 分極性電極材料、導電助剤および結合剤層
3 空孔
10 正極
11 負極
12 電池蓋
13 外装缶
14 セパレーター
15 シーラント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aluminum porous sintered body 2 Polarization electrode material, conductive support agent, and binder layer 3 Pore 10 Positive electrode 11 Negative electrode 12 Battery cover 13 Exterior can 14 Separator 15 Sealant

Claims (9)

アルミニウム多孔質焼結体と、前記アルミニウム多孔質焼結体の空孔内に分極性電極材料、導電助剤および結合剤を含む電気二重層型キャパシタ用電極であって、前記アルミニウム多孔質焼結体は、平均粒子径が、7〜40μmのアルミニウム粒子と、0.1〜30μmの水素化チタンとを非加圧焼結して得られ、前記アルミニウム多孔質焼結体が、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、前記金属骨格自体に形成された骨格内空孔を有し、前記金属骨格にはAl−Ti化合物が分散しており、かつ前記金属骨格の表面には、アルミニウム多孔質焼結体の粒界段差によって形成される凹凸が存在することを特徴とする、電気二重層型キャパシタ用電極。 A porous sintered aluminum, the polarizable electrode material in the pores of the porous sintered aluminum, an electrode for an electric double layer capacitor including a conductive aid and a binder, wherein the aluminum porous sintered The body is obtained by non-pressure sintering of aluminum particles having an average particle size of 7 to 40 μm and titanium hydride of 0.1 to 30 μm, and the aluminum porous sintered body has a three-dimensional network structure. A metal skeleton, vacancies between the metal skeletons, skeleton vacancies formed in the metal skeleton itself, an Al-Ti compound dispersed in the metal skeleton, and An electrode for an electric double layer capacitor, characterized in that unevenness formed by grain boundary steps of an aluminum porous sintered body exists on the surface of the metal skeleton. アルミニウム多孔質焼結体の結晶粒の平均の結晶粒径が、10〜100μmであることを特徴とする、請求項1記載の電気二重層型キャパシタ用電極。   2. The electrode for an electric double layer capacitor according to claim 1, wherein an average crystal grain size of crystal grains of the aluminum porous sintered body is 10 to 100 [mu] m. アルミニウム多孔質焼結体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、請求項1または2記載の電気二重層型キャパシタ用電極。   The electrode for electric double layer capacitors according to claim 1 or 2, wherein the aluminum porous sintered body contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass of aluminum and titanium in total. アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、分極性電極材料を100〜800質量部含む、請求項1〜3のいずれか1項記載の電気二重層型キャパシタ用電極。   The electrode for an electric double layer capacitor according to any one of claims 1 to 3, comprising 100 to 800 parts by mass of a polarizable electrode material with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body. アルミニウム多孔質焼結体100質量部に対して、導電助剤を1〜100質量部含む、請求項1〜4のいずれか1項記載の電気二重層型キャパシタ用電極。   The electrode for an electric double layer capacitor according to any one of claims 1 to 4, comprising 1 to 100 parts by mass of a conductive additive with respect to 100 parts by mass of the aluminum porous sintered body. 平均粒子径が、7〜40μmのアルミニウム粒子と、0.1〜30μmの水素化チタンとを非加圧焼結して得られ、三次元網目構造の金属骨格を有し、前記金属骨格間に空孔を有し、前記金属骨格自体に形成された骨格内空孔を有し、かつ前記金属骨格にAl−Ti化合物が分散しており、かつ前記金属骨格の表面には、アルミニウム多孔質焼結体の粒界段差によって形成される凹凸が存在するアルミニウム多孔質焼結体の空孔に、分極性電極材料、導電助剤および結合剤を含むスラリーを充填し、乾燥した後、圧延をすることを特徴とする、電気二重層型キャパシタ用電極の製造方法。 Obtained by non-pressure sintering of aluminum particles having an average particle size of 7 to 40 μm and titanium hydride of 0.1 to 30 μm, and having a three-dimensional network structure metal skeleton, between the metal skeletons The metal skeleton itself has vacancies in the skeleton, and an Al-Ti compound is dispersed in the metal skeleton. Fill the pores of the porous aluminum sintered body with unevenness formed by the grain boundary steps of the compact with a slurry containing a polarizable electrode material, a conductive additive and a binder, dry, and then roll A method for producing an electrode for an electric double layer type capacitor, characterized in that アルミニウム多孔質焼結体が、アルミニウムとチタンの合計100質量部に対して、チタンを0.1〜20質量部含む、請求項6記載の電気二重層型キャパシタ用電極の製造方法。   The method for producing an electrode for an electric double layer capacitor according to claim 6, wherein the aluminum porous sintered body contains 0.1 to 20 parts by mass of titanium with respect to 100 parts by mass of aluminum and titanium in total. 空孔が直線長さ1cm当たりに20個以上形成されることにより、アルミニウム多孔質焼結体の全体気孔率が70〜99%である、請求項6または7記載の電気二重層型キャパシタ用電極の製造方法。   The electrode for an electric double layer capacitor according to claim 6 or 7, wherein the total porosity of the aluminum porous sintered body is 70 to 99% by forming 20 or more pores per linear length of 1 cm. Manufacturing method. 請求項1〜5のいずれか1項記載の電気二重層型キャパシタ用電極を含む、電気二重層型キャパシタ。   The electric double layer type capacitor containing the electrode for electric double layer type capacitors of any one of Claims 1-5.
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