[发明专利]高耐腐蚀性金属多孔体

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于集电体的金属多孔体，所述集电体用于诸如锂离子电池之类的电池、电容器、或燃料电池。

背景技术

通常，在锂离子电池中采用诸如铝箔之类的金属箔作为集电体(支持体)，其中使正极材料和负极材料附着在所述集电体上。然而，在活性材料的携带和堆积密度方面，具有二维结构的金属箔次于多孔体。具体地说，当金属箔包含活性材料时其不能保持活性材料。因而，金属箔不能抑制活性材料的膨胀或收缩，所以保持在金属箔上的活性材料的量有限，使得集电体实际上只能在一段时间内起作用。另外，集电体与活性材料间的距离长，并且相对远离集电体的活性材料不容易被利用。因此，这类电池的容量密度低。为了解决这个问题，以多孔体(如，金属多孔体、筛或金属网)形式使用金属箔。然而，所述金属箔实质上具有二维结构，因此不能期望其使电池容量密度大幅增加。

为了提供一种具有高输出、大容量、长使用寿命等特性的电池，提出了许多三维多孔体(如，泡沫或无纺布)形式的集电体(参见日本未审查的专利申请公开No.11-233151、2000-195522、2005-078991以及2006-032144)。

例如，日本未审查的专利申请公开No.11-233151公开了作为正极集电体的三维网状多孔体，该三维网状多孔体的表面由铝、铝合金或不锈钢构成。

日本未审查的专利申请公开No.2000-195522公开了这样一种方法：将电极合剂(其中多孔聚合物均匀地分布在活性材料层之间和活性材料表面上)与集电体一体化，从而形成电极，其中所述集电体为由金属(如铝、铜、锌、或铁)、导电性聚合物(如聚吡咯或聚苯胺)或它们的混合物构成的三维多孔体。

日本未审查的专利申请公开No.2005-078991公开了一种电极，其中在多孔集电体上形成有电极活性材料薄层，所述多孔集电体由铝、钽、铌、钛、铪、锆、锌、钨、铋、或锑等元素金属、上述元素金属的合金、或不锈钢合金构成。日本未审查的专利申请公开No.2006-032144公开了这样一种方法：将发泡铝、发泡镍等用作正极集电体。

通常，为了提供具有更高输出和更大容量的二次电池，需要孔隙率比二维结构的孔隙率更高的三维结构的集电体。另外，由于正极集电体在高充放电电压下容易被电解质氧化，需要具有足够高的抗氧化性和抗电解质的正极集电体。

通常通过以下方法制造具有高孔隙率的三维金属结构(下文称之为“金属多孔体”)：使非导电性的树脂多孔体导电化，在该树脂多孔体上电镀预定量的金属，并且如果需要的话，烧掉所获得的元件内部的树脂部分。例如，日本未审查的专利申请公开No.11-154517描述了通过在聚氨酯泡沫的结构表面镀镍然后去除聚氨酯泡沫来制备金属多孔体。

然而，由于下述原因，并没有为锂非水电解质二次电池提供具有足够高抗氧化性和抗电解质性、具有高孔隙率、并且适合工业生产的正极集电体。

一般而言，为了制备具有高孔隙率的集电体，例如以镍多孔体作为典型例子，在有机树脂多孔体表面进行镀敷，并且如果需要的话通过焚烧去除有机树脂部分。然而，锂非水电解质二次电池中，镍多孔体容易被氧化并溶解在电解质溶液中。因此，此类电池不能在长期重复充放电后充分地被充电。

铝是正极集电体的主要材料，为了镀铝，需要采用温度非常高的熔融铝盐。因此，有机树脂体的表面不能镀铝。从而不能提供铝多孔集电体。

不锈钢也是广泛用于正极集电体的材料。然而，与铝的原因相同，很难通过在有机树脂体表面镀不锈钢来提供高孔隙率的集电体。

有这样的方法：通过将不锈钢粉末施加于有机树脂多孔体上并烧结所施加的粉末从而制备不锈钢多孔体。

然而不锈钢粉末非常昂贵。另外，还存在这样的问题：施加有不锈钢粉末的有机树脂多孔体被焚烧去除，所得到的不锈钢多孔体的强度低且不能实际使用。

因此，需要具有高抗氧化性和抗电解质性、高孔隙率并适合工业生产的集电体，以及包括这样集电体的正极。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种金属多孔体，其具有优异的抗电解质性、耐腐蚀性以及耐热性，并且适用于诸如锂离子电池之类的电池、电容器或燃料电池的集电体。

(1)根据本发明的一个方面，提供一种金属多孔体，其由至少含有镍和钨的合金构成。

(2)根据(1)所述的金属多孔体，其中所述合金含有50重量％至80重量％的镍和20重量％至50重量％的钨。

(3)根据(2)所述的金属多孔体，其中所述合金还含有小于或等于10重量％的磷和/或小于或等于10重量％的硼作为组分。