[发明专利]金属多孔体、及其制造方法、以及使用了该金属多孔体的电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属多孔体，以及将该金属多孔体用作电极的电池，其中所述金属多孔体的表面上具有通过镀铝而形成的铝覆层，本发明尤其涉及适合用作电池电极的铝多孔体及其制造方法。

背景技术

具有三维网状结构的金属多孔体被用于各种用途，如过滤器、催化剂载体和电池电极。例如，由镍构成的Celmet（注册商标，由住友电气工业株式会社制造，下面将具有该结构的金属多孔体简称为“Celmet”）被用作诸如镍氢电池或镍镉电池等电池的电极材料。Celmet是具有连通的孔的金属多孔体，其特征在于具有比其它多孔体（如金属无纺布）更高的孔隙率（90%以上）。Celmet是通过以下方式获得的：在具有连通的孔的树脂多孔体（如聚氨酯泡沫）的骨架表面上形成镍层，然后通过热处理使树脂多孔体分解，并对镍进行还原处理。可以通过用碳粉等涂布树脂多孔体的骨架表面以进行导电处理，然后进行电镀以使镍沉积而形成镍层。

铝被用作某些类型的电池中的电极材料。例如，表面涂布有钴酸锂等活性材料的铝箔被用作锂离子电池的正极。可以通过将铝加工为多孔体以增加表面积并将活性材料填充至铝的内部，从而提高每单位面积的活性材料利用率。然而，能够被实际使用的铝多孔体还不为人知。

作为制造铝多孔体的方法，专利文献1描述了这样的方法：通过电弧离子镀法，对具有彼此连通的内部空间的三维网状塑料基材进行铝气相沉积处理，从而形成厚度为2μm至20μm的金属铝层。专利文献2描述了一种获得金属多孔体的方法：在具有三维网状结构的树脂发泡成形体的骨架上形成金属（例如铜）涂膜，然后向其上涂布铝糊状物，并且在非氧化气氛中在550℃以上且750℃以下的温度下进行热处理以消除有机组分（树脂泡沫）并烧结铝粉末，所述金属涂膜将在铝的熔点以下的温度下形成共晶合金。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利No.3413662

专利文献2：日本未审查专利申请公开No.8-170126

发明内容

技术问题

专利文献1描述了通过其中公开的方法获得了厚度为2μm至20μm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，难以形成直至多孔体的内部仍为均匀的层。另外，该方法的问题在于：（例如）铝层的形成速度慢，并且因为设备昂贵，制造成本增加。根据专利文献2公开的方法，形成了这样的层，该层与铝结合而形成共晶合金，从而不能形成高纯度的铝层。

本申请的发明人开发了一种用于制造可以用作电池电极的铝多孔体的方法。在此过程中，本发明的发明人发现了将由镍等构成的Celmet的现有制造方法应用于铝时的问题。在制造Celmet的现有方法中，通过镀覆在树脂多孔体的表面形成金属层，然后在高温下进行焙烧以去除树脂多孔体，由此制造了具有仅由金属构成的骨架的金属多孔体。尽管金属的表面在此过程中被氧化，但是在焙烧后通过对被氧化表面进行还原处理从而形成了金属表面。然而，在将铝用作金属并进行类似步骤的情况下，由于铝表面一旦被氧化则不易于被还原，因此所得的多孔体不能用作电池的电极材料等。作为实施该焙烧步骤所造成的问题的解决方法，构思了本申请的发明。

作为应用了这种电极的电池，本发明的发明人对含有钠作为活性材料的熔融盐电池进行了开发。在该电池中，已知的由镍或铜构成的Celmet不能用作负极。这是因为诸如镍之类的金属会与钠形成合金或溶解于熔融盐中，从而降低了电池性能。为了解决该问题，期望一种表面具有高铝纯度的金属多孔体。

因此，本发明的主要目的是提供一种可以用作电池电极的金属多孔体，尤其是，适合用作使用钠的熔融盐电池的负极的金属多孔体。

解决问题的方法

根据本发明的第一实施方案，金属多孔体包括：由金属层构成的中空金属骨架，该金属层含有镍或铜作为主要成分，并且该金属层的厚度为4.0μm；以及铝覆层，该铝覆层至少包覆所述金属骨架的外表面（权利要求1）。金属多孔体由于具有三维网状骨架而具有连通的孔，并且孔隙率为90%以上（权利要求2）。另外，在所述中空金属骨架的内表面上也优选设置铝覆层（权利要求3）。

该金属多孔体具有这样的特有结构：其包括由镍或铜构成的相对牢固的骨架结构，并且该骨架结构的表面被铝包覆。因此，金属多孔体可以用于利用了铝的特有性质（例如，通过在表面上形成氧化膜而抑制劣化的性质以及表面导电性高的性质）的应用中。另外，该金属多孔体也可用于不优选露出镍或铜的应用中。当骨架中含有镍时，可以利用镍作为磁性材料的特性。当骨架中含有铜时，可获得导电率很高的多孔体。