[发明专利]电极材料、以及均包括该材料的电池、非水电解质电池和电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极材料，该电极材料为用于形成诸如非水电解质电池之类的电池和电容器的部件，其中所述电池和电容器被用作小型电子设备的电源等。

背景技术

铝是一种导电性和耐腐蚀性优异且轻质的材料。在电池应用中，例如，通过在铝箔表面上涂敷活性材料(例如，钴酸锂)而将其用作非水电解质电池(例如，锂离子电池)的正极。更具体而言，通过将导电助剂、粘结剂树脂等与活性材料(例如，钴酸锂)粉末混合而形成的糊状材料涂敷于铝箔的两个表面上并随后进行干燥，从而制得正极(专利文献1)。

另一方面，具有三维网状结构的金属多孔体被用于诸如各种过滤器和电池电极的应用中。例如，由镍制成的CELMET(住友电气工业株式会社的注册商标)被用作诸如镍氢电池和镍镉电池之类的电池中的电极材料。当将这样的金属多孔体用作电极时，将导电助剂、粘结剂树脂等与活性材料混合而形成糊状材料并将该糊状材料填充至该金属多孔体中，从而制得电极。例如，专利文献2描述了一种碱性电池的电极，该电极是通过用活性材料填充由金属多孔体形成的集电极而形成的。

引用列表

专利文献

专利文献1：已公布的日本专利申请特开2001-143702

专利文献2：已公布的日本专利申请特开平8-69802

发明内容

技术问题

在非水电解质电池中，当将用作正极材料的铝箔替换为铝多孔体时，由于铝多孔体内部能够填充活性材料，所以正极的容量会增加。更具体的原因是，即使电极的厚度增加，活性材料也能够被利用，从而提高了每单位体积的活性材料的利用率。

至于包括铝多孔体的电极的制备方法，正如包括镍多孔体的电极那样，可以构想这样的方法，其中用通过将导电助剂、粘结剂树脂等与活性材料混合而形成的糊状材料(活性材料复合物)填充金属多孔体。更具体而言，用活性材料复合物填充片状铝多孔体(填充步骤)，之后将包含在活性材料复合物中的溶剂干燥。随后进行压制，以在片材的厚度方向上压缩铝多孔体(压缩步骤)。压缩步骤减小了电极的体积，使得正极的单位体积的容量得以增加。此外，该步骤能够降低铝和活性材料之间的接触电阻，从而提高活性材料的利用率。

考虑到正极容量和活性材料填充密度的增加，期望的是以更大的压缩率进行所述压缩步骤中的压缩，从而能够将铝多孔体片材的厚度降低至尽可能薄的程度。然而，当将铝多孔体用作诸如非水电解质电池之类的电池中的电极时，如果压缩率过高，则电极中的空隙就会减少，从而使电解液的渗透性降低，结果导致电池的输出下降。考虑到上述情况，本发明的目的是提供能够同时实现高容量和高输出的电极材料，以及均包含该电极材料的电池、非水电解质电池和电容器。

问题的解决方案

本发明提供了一种具有片状铝多孔体的电极材料，该铝多孔体担载有活性材料。在该电极材料中：

上述铝多孔体具有由铝层形成、并且在其内部具有空隙的骨架结构，并且

当沿着与片材的厚度方向平行的方向进行切割并观察时，上述骨架结构中的空隙的平均面积为500μm²以上6,000μm²以下。

图1示出了用于本发明的铝多孔体的例子。如图1所示，该多孔体由具有三维网状形态的骨架结构4形成。图2为示出了铝多孔体的骨架结构4的截面示意图。骨架结构4由铝层5形成，并且在其内部具有空隙6。骨架结构4具有近似三角形的截面，并且骨架结构4的直径为约100μm至250μm，其中该直径由经过该三角形三个顶点的圆的直径“a”表示。骨架结构的截面形状不限于此形状，可以使用各种形状，例如圆形、椭圆形和四边形。

图3为示出了铝多孔体被活性材料填充的状态的截面示意图。活性材料7主要位于骨架结构4的外部。当铝多孔体被活性材料填充以后，在片材的厚度方向上对铝多孔体进行压缩。该操作使得骨架结构4塌陷，从而减小了内部的空隙6的面积。图4为示出了该状态的示意图。在包括铝多孔体的电池(例如，非水电解质电池)的电极中，当空隙6的平均面积被限定为500μm²以上6,000μm²以下时，电解液便渗透至骨架结构的空隙6中。因此，电解液中的离子被输送至电极中的活性材料，从而能够增加输出。此外，由于骨架结构4中的空隙6没有被活性材料填充，所以为了增加正极每单位体积的容量，空隙6的面积最好不要过大。理想的是该面积为6,000μm²以下，更理想地为4,000μm²以下。在以上描述中，将30个空隙的面积取平均值而得到的数值定义为空隙的平均面积。