CN102458725A - 具有铝多孔质烧结体的铝复合体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的该铝复合体的制造方法具有以下工序:在铝粉末中混合含有钛和/或氢化钛的烧结助剂粉末来制备铝混合原料粉末的工序;向铝混合原料粉末中混合水溶性树脂粘合剂,水,含有多元醇、醚以及酯中的至少一种的增塑剂和碳原子数为5~8的非水溶性烃类有机溶剂来制备粘性组合物的工序;将粘性组合物在铝箔或者铝板上成型并发泡来制备烧结前成型体的工序;通过将烧结前成型体在非氧化性气氛中加热煅烧,得到在铝箔或者铝板上使铝的多孔质烧结体接合为一体的具有铝多孔质烧结体的铝复合体的工序;在使铝混合原料粉末开始熔融的温度为Tm(℃)时,加热煅烧的温度T(℃)满足Tm-10(℃)≤T≤685(℃)。

Description

具有铝多孔质烧结体的铝复合体的制造方法
技术领域
本发明涉及特别适用于锂离子二次电池或双电层型电容器集电体、LED散热板散热片、散热器等的在铝的箔或者板上使铝多孔质烧结体一体化的铝复合体的制造方法。
本申请要求于2009年6月4日在日本提交的申请特愿2009-135021号的优先权,将其内容引入本文。
背景技术
目前,作为锂离子电池或双电层型的电容器的正极集电体通常使用铝箔。于是,近年来,这些电池或电容器也逐渐用于电动汽车,随着其用途的扩大,要求电池或电容器中的电极集电体的高输出化、高能量密度化。如专利文献1以及2所公开,作为电极集电体还已知有具有立体网眼结构的开气孔的铝多孔质体。
作为这样的铝多孔质体的制造方法,例如如专利文献3所公开,已知有发泡熔融法。在该发泡熔融法中,向熔融铝中添加增粘剂而使其增粘之后,添加作为发泡剂的氢化钛,一边利用通过氢化钛的热分解反应生成的氢气使熔融铝发泡一边使其固化。然而,利用该方法得到的发泡铝具有数mm的大的闭气孔。
另外,作为第二方法,有通过向以海绵氨基甲酸酯为中心的铸模中压入铝、向烧去氨基甲酸酯而形成的空洞填充铝,从而得到海绵骨架的发泡铝的方法。根据该方法,能够得到具有40PPI以下孔径即每英寸40单元(セル)以下的孔径(孔径约600μm以上)的开气孔的发泡铝。
并且,作为第三方法,如专利文献4所公开,还有使铝合金向由中空陶瓷构成的强化材料加压浸透、得到具有与强化材料的尺寸相对应的500μm以下孔径的闭气孔的发泡铝的方法。
另外,作为第四方法,如专利文献5所公开,有通过将AlSi合金粉末与TiH2粉末的混合粉末夹入铝板材而加热轧制、通过TiH2粉末的分解使铝发泡的方法。通过该方法得到的发泡铝具有数mm单位的大孔径。
并且,作为第五方法,如专利文献6所公开,有将与铝的共晶温度低于铝的熔点的金属混合于铝、在高于共晶温度而低于铝的熔点的温度下加热煅烧的方法。通过该方法得到的发泡铝即使孔径能够缩小,气孔率也小到40%左右。因此,浸透于作为集电体的发泡铝的气孔的正极活性物质或负极活性物质的量少,不能实现希望的高输出化、高能量密度化。
然而,在上述的发泡熔融法以及第二~第五方法中,作为制造能够达成高输出化、高能量密度化的目的的具有微小的开气孔的发泡铝的方法可以采用向以海绵氨基甲酸酯为中心的铸模压入铝的第二方法。
然而,即使是上述第二方法,为了进一步缩小开气孔的孔径,也不能使用网眼细的海绵氨基甲酸酯,或者铝的流动变得不良而不能够压入,或者铸造压力过高。因此,制造比40PPI小的孔径的发泡铝是困难的。
对此,作为制造均等配置多个微小的开气孔的具有小孔径·均匀尺寸(整寸uniform dimention)的开气孔的高气孔率的发泡金属的方法,如专利文献7所示,有在使含有金属粉以及发泡剂的发泡性浆料发泡、干燥之后使其烧结的浆料发泡法。根据该方法,如果能够得到烧结的原料粉末,则能够容易地制造具有约10PPI~约500PPI即孔径2.5mm~50μm范围的任意孔径的均匀尺寸的开气孔的高气孔率的发泡金属。需要说明的是,浆料发泡法是指通过如上所述地通过含有发泡剂而发泡或者通过气体的注入或搅拌而发泡,从而保持该发泡状态而使发泡性浆料等如上所述地烧结而得到发泡金属的方法。
但是,目前,采用浆料发泡法来制造发泡铝是困难的。
如果对其理由进行阐述,则在该浆料发泡法中,通过不向金属粉末施加压缩等应力而进行烧结的自由烧结(フリ一シンタリングfree sintering),进行烧结从而得到发泡金属。但是,铝粉末在表面上被数nm~数10nm的致密的氧化铝覆膜包覆,其无论是固相还是液相都阻碍烧结。因此在无压烧结下进行烧结是困难的,因此采用浆料发泡法不能够得到均质的发泡铝。
另外,作为上述将铝粉末进行自由烧结的方法,可以列举采用在上述第五方法基础上组合浆料发泡法的手法的方法。采用该方法,与发泡材料一起向铝中混合与铝的共晶温度低于铝熔点的金属即铜粉末,在高于共晶温度而低于铝熔点的温度下进行加热煅烧,得到发泡铝。但是在其表面上铝的液滴渗出,该液滴凝固,形成多个半球状的铝块。如果特别地以发泡铝为薄板状,则如图9所示,铝块的形成是显著的,不能够制造所希望的均质的发泡铝。
因此,本发明人首先提出能够得到具有孔径在40PPI以上即600μm以下的微小·均匀尺寸的开气孔的高气孔率的均质发泡铝的铝多孔质烧结体制造方法作为日本专利申请2009-82498号。
另一方面,对于通过上述制造方法得到的铝多孔质烧结体本身,如厚度尺寸变薄,则在机械强度差的同时在两面形成开口。因此,在用作锂离子二次电池或双电层型电容器的集电体、LED散热板散热片、散热器等的情况或者在主要用于在面方向上需要流动流体的用途的情况下,为了担保机械强度,或者覆盖一个面,有必要将金属箔或金属板接合而一体化。该结果在增加了制造工序的同时,特别是该种类的铝材在接合方法上有限制,产生在该加工上费事的问题点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第3591055号公报
专利文献2:日本特开2009-43536号公报
专利文献3:日本特开平08-209265号公报
专利文献4:日本特开2007-238971号公报
专利文献5:日本特表2003-520292号公报
专利文献6:日本特公昭61-48566号公报
专利文献7:日本专利第3535282号公报
发明内容
发明所需解决的课题
本发明是鉴于上述事实而完成的,以提供铝复合体的制造方法为课题,所述方法能够容易且廉价地得到使具有600μm以下的微小·均匀尺寸的开气孔的高气孔率的均质铝多孔质烧结体与铝箔或者铝板一体化的复合体。
解决课题的手段
本发明人发现以下条件:若向铝粉末中混合包含钛的烧结助剂粉末,在规定范围的温度下进行加热煅烧,即使自由烧结也能够无液滴块生成地进行烧结,从而完成了铝多孔质烧结体的发明。于是,在制造上述铝多孔质烧结体时,向铝粉末中混合包含钛和/或氢化钛的烧结助剂粉末等,制作发泡前的粘性组合物,将该粘性组合物在铝箔或者铝板上成型并发泡,接着,在规定温度范围内进行加热烧结。通过该方法,得到能够制造在上述铝箔等上使铝多孔质烧结体一体化的铝复合体的发现。
本发明是根据上述发现而完成的。
具有本发明的铝多孔质烧结体的铝复合体的制造方法具有如下工序:在铝粉末中混合包含钛以及氢化钛中任意一种或者两种的烧结助剂粉末来制备铝混合原料粉末的工序;接着,在所述铝混合原料粉末中添加·混合水溶性树脂结合剂,水,含有多元醇、醚以及酯中的至少一种的增塑剂和碳原子数为5~8非水溶性烃类有机溶剂来制备粘性组合物的工序;通过将所述粘性组合物在铝箔或者铝板上成型并发泡来制备烧结前成型体的工序;接着,通过将所述烧结前成型体在非氧化性气氛下进行加热煅烧,得到在所述铝箔或者铝板上使铝的多孔质烧结体接合为一体的具有铝多孔质烧结体的铝复合体的工序;在使所述铝混合原料粉末开始熔融的温度为Tm(℃)时,所述加热煅烧的温度T(℃)满足Tm-10(℃)≤T≤685(℃)。
在此,非氧化性气氛是指包含惰性气氛或者还原性气氛,不使铝混合原料粉末氧化的气氛。另外,上述加热煅烧温度不是铝混合原料粉末的温度,即不是测定铝混合原料粉末的反应温度等而获得的温度,而是指铝混合原料粉末的周围的保持温度。
在具有本发明的铝多孔质烧结体的铝复合体的制造方法中,上述铝粉末的平均粒径可以为2~200μm。
在使上述烧结助剂粉末的平均粒径为r(μm)、上述烧结助剂粉末的掺混比为W质量%时,所述r以及所述W还可以满足1(μm)≤r≤30(μm)、1≤W≤20(质量%)且0.1≤W/r≤2。
还可以在上述铝混合原料粉末的质量的0.5%~7%的范围内包含上述水溶性树脂结合剂。
在上述铝混合原料粉末中,还可以添加上述铝混合原料粉末的质量的0.02~3%的范围内的表面活性剂。
发明效果
根据具有本发明的铝多孔质烧结体的铝复合体的制造方法,向铝粉末中混合包含钛和/或氢化钛的烧结助剂粉末来制备铝混合原料粉末,向该铝混合原料粉末中添加·混合水溶性树脂结合剂、水、增塑剂以及非水溶性烃类有机溶剂,在铝箔或者铝板上成型并使其发泡来制备烧结前成型体,接着,在非氧化性气氛下在规定的温度范围内将该烧结前成型体加热煅烧。由此,能够得到具有在上述铝箔或者铝板上使铝的多孔质烧结体接合为一体的铝多孔质烧结体的铝复合体。
在此,将加热煅烧温度限定为Tm-10(℃)以上的理由是因为铝混合原料粉末中所含的铝粉末与包含钛的烧结助剂粉末开始反应的温度是Tm-10(℃)。铝的熔点记载为Tm是是因为纯的铝熔点为660℃,但利用于工业上的铝作为杂质含有铁或硅,熔点低于660℃。另一方面加热煅烧温度限定于685℃以下的理由是因为如加热保持在高于该温度的温度,则在烧结体上发生铝的液滴状的块。
此时,在上述铝混合原料粉末中混合水溶性树脂结合剂、水和增塑剂来制备粘性组合物,在以该粘性组合物中混合有气泡的状态下使其干燥来制备烧结前成型体,接着,在上述温度范围内将该烧结前成型体进行加热煅烧。因此,上述烧结前成型体成为海绵骨架结构体(立体骨架结构体、开气孔的发泡骨架结构体),所以得到的烧结体成为具有被海绵骨架包围的气孔与海绵骨架本身形成的气孔的两种形态的不同的气孔的铝多孔质体。
另外,配制上述铝粉末,使上述粘性组合物具有铝箔或者铝板上能够成型为所希望的形状的程度的粘性,并且在发泡之后的烧结前成型体具有所希望的操作强度。即,若其平均粒径缩小,则相对于铝粉末的质量的水溶性树脂结合剂的质量增多,有确保上述粘性或操作强度的必要。但是,水溶性树脂结合剂的质量如果过多,则在加热煅烧烧结前成型体时,铝中残留的炭量增加,烧结反应受到阻碍。另一方面,铝粉末的粒径如果过大,则多孔质烧结体的强度降低。
因而,铝粉末的平均粒径优选为2μm以上,由此来防止水溶性树脂结合剂的质量增多引起的烧结反应的阻碍。进一步优选200μm以下,由此来确保多孔质烧结体的强度。进一步优选铝粉末的平均粒径为7μm~40μm。
并且,对于烧结助剂粉末,优选为平均粒径r(μm)、掺混比W(质量%)满足1(μm)≤r≤30(μm)、0.1(质量%)≤W≤20(质量%)且0.1≤W/r≤2。
这些是因为以下理由。烧结助剂粉末的掺混比W如果超过20质量%,则在铝混合原料粉末中烧结助剂粉末之间具有接点,从而在不能控制铝与钛的反应热的同时,不能得到所希望的多孔质烧结体。因此,设定为0.1(质量%)≤W≤20(质量%)。进一步优选为1(质量%)≤W≤20(质量%)。
另外,即使在0.1(质量%)≤W≤20(质量%)的范围内,根据烧结助剂粉末的粒径,有时铝与钛的反应热过大,由于反应热而熔融的铝的温度进一步上升而粘性下降,有时产生液滴。
因此,由在种种条件下制作的试验片在电子显微镜下观察的结果可知:在以钛的掺混量以及粒径能够控制发热量的范围内,仅仅从钛粒子的露出表面侧大致一定厚度的表层部起铝反应。由此,为了防止液滴的发生,经实验导出1(μm)≤r≤30(μm)、且0.1≤W/r≤2是理想的。
需要说明的是,对于0.1≤W/r≤2的意义,通过在烧结助剂粉末中利用钛的情况在以下进行说明。若使钛的平均粒径为r、钛的粒子数为N、钛的添加质量为w、钛的比重为D、与铝的反应导致的钛粒径的减少量为d,则反应热量Q因为与反应了的钛的体积成比例,所以Q∝4πr2dN。并且,钛粒子的添加量由于是根据一个钛粒子的平均体积与钛粒子的数量的积算出的,所以w=4/3πr2DN。因此,若将后者的式子带入前者的式子中,则为Q∝3wd/rD。在此,根据3/D为常数以及d与烧结条件无关而大体固定的观察结果,可知Q∝w/r。因而,通过经实验求出不发生液滴的W/r的范围而限定为如上所述的那样,从而防止铝与钛的反应热过大的液滴的发生。
另外,作为烧结助剂粉末的氢化钛由于其钛含量为95质量%以上,且在470~530℃下脱氢为钛,因此通过上述加热煅烧而热分解为钛。因此,通过使用钛和/或氢化钛作为烧结助剂粉末,能够提高与铝粉末的反应效率。
另外,如果含有上述水溶性结合剂超过铝混合原料粉末的质量的7%,则在加热煅烧时,烧结前成型体等中残留的炭量增加,烧结反应容易受到阻碍。另一方面,如果小于0.5%,则难以确保烧结前成型体的操作强度。因此,优选在铝混合原料粉末质量的0.5%~7%的范围内含有。
此外,通过在铝混合原料粉末中添加表面活性剂,能够使气泡有效地生成。通过该表面活性剂的添加量为铝混合原料粉末的质量的0.02%以上,能够得到上述表面活性剂的添加的效果。通过为3%以下,能够防止烧结前成型体等中残留的炭量增加导致的烧结反应的阻碍。
附图说明
[图1]是表示用于实施具有本发明的铝多孔质烧结体的铝复合体的制造方法的装置的一个实例的概略结构图。
[图2]是表示根据本发明的一个实施方式制造的具有铝多孔质烧结体的铝复合体的形状的立体图。
[图3]是图2的铝箔的表面的SEM照片。
[图4]是图2的发泡铝(铝多孔质烧结体)的表面的SEM照片。
[图5]是图2的复合体的截面的SEM照片,(a)为50倍,(b)为100倍,(c)为400倍。
[图6]是实施例1的发泡铝的SEM照片。
[图7]是图6的一部分扩大SEM照片图。
[图8]是比较例1的发泡铝的SEM照片。
[图9]是采用在作为将铝粉末进行自由烧结的方法的现有技术中的第五方法的基础上组合浆料发泡法的手法而得到的发泡铝的照片。
具体实施方式
以下,对本发明的具有铝多孔质烧结体的铝复合体的制造方法的一个实施方式进行说明。
概略说明本实施方式的制造方法,首先,向铝粉末中混合钛和/或氢化钛,配制铝混合原料粉末(铝混合原料粉末配制工序)。然后,在该铝混合原料粉末中添加水溶性树脂结合剂,水,含有多元醇、醚以及酯中的至少一种的增塑剂和碳原子数为5~8的非水溶性烃类有机溶剂,混合,配制粘性组合物(粘性组合物配制工序)。
接着,将该粘性组合物的浆料利用刮刀法等在铝箔上以均匀的规定厚度拉长,然后使其干燥,得到烧结前成型体(烧结前工序)。
然后,在非氧化性气氛下、在满足Tm-10(℃)≤加热煅烧温度T≤685(℃)的加热煅烧温度T下,将该烧结前成型体进行加热煅烧(烧结工序)。在此,Tm(℃)是铝混合原料粉末开始熔融的温度。
接着,对上述制造方法的各工序详细地进行说明。
在上述铝混合原料粉末配制工序中,作为铝粉末,使用平均粒径2~200μm的铝粉末。即,平均粒径小的时候,为了粘性组合物具有能够成型为所希望的形状的程度的粘性,且烧结前成型体具有操作强度,产生对铝粉末大量添加水溶性树脂结合剂的必要。然而,如果大量添加水溶性树脂结合剂,在加热煅烧烧结前成型体时,铝中残留的炭量增加,烧结反应受到阻碍。另一方面,铝粉末的粒径如果过大,则发泡铝的强度降低。因此,作为铝粉末,使用如上所述的在平均粒径2~200μm的范围内、更优选7μm~40μm的范围内的铝粉末。需要说明的是,上述平均粒径能够利用激光折射法进行测定。
然后,向该铝粉末中混合含有钛和/或氢化钛的烧结助剂粉末。由此,在将烧结前成型体使用满足Tm-10(℃)≤加热煅烧温度T≤685(℃)的加热煅烧温度T加热煅烧时,能够不使液滴块生成地进行铝的常压烧结。另外,对于氢化钛(TiH2),在其钛含量以47.88(钛的分子量)/(47.88+1(氢的分子量)×2)计为95质量%以上的基础上,在470~530℃下脱氢为钛,因此,通过上述加热煅烧而热分解为钛。因而,在混合氢化钛的时候,也能够不生成液滴块地进行铝的常压烧结。需要说明的是,上述烧结助剂只要含有钛和/或氢化钛,就还可以添加其他的烧结助剂粉末。
此时,在含有钛的烧结助剂中,相对于铝和钛的合计100质量%优选含有钛0.1~20质量%。
在此,钛和/或氢化钛的平均粒径为r(μm)、钛和/或氢化钛的掺混比为W(质量%)时,优选为1(μm)≤r≤30(μm)、0.1(质量%)≤W≤20(质量%)且0.1≤W/r≤2。进一步优选为1(质量%)≤W≤20(质量%)。
即,在平均粒径为4μm的氢化钛粉的情况下,由于0.1≤W/4≤2,所以上述掺混比W优选为0.4~8质量%。另外,平均粒径20μm的钛粉的情况下,根据0.1≤W/20≤2的条件,掺混比W为2~40质量%。但是通过附加0.1(质量%)≤W≤20(质量%)的条件,而优选2~20质量%。
另外,氢化钛的平均粒径为0.1(μm)≤r≤30(μm),优选为1(μm)≤r≤30(μm),更优选为4(μm)≤r≤20(μm)。即,如果氢化钛的平均粒径小于1μm,则有自燃之虞,另一方面如果超过30μm,则Al-Ti化合物相变得易于从被通过烧结生成的Al-Ti化合物包覆的钛粒子上剥离,在烧结体上不能得到所希望的强度。
另外,0.1(质量%)≤W≤20(质量%)为优选的理由如下所示。烧结助剂粉末的掺混比W如果超过20质量%,则在铝混合原料粉末中烧结助剂粉末之间具有接点,在不能够控制铝与钛的反应热的同时,不能够得到希望的多孔质烧结体。
然而,在根据各种条件进行试验的时候,即使在0.1(质量%)≤W≤20(质量%)的范围内,根据烧结助剂粉末的粒径,有时铝与钛的反应热过大,由于反应热而熔融的铝的温度进一步上升而粘性下降,有时产生液滴。
因此,由在电子显微镜下观察上述各种条件下制作的试验片的结果可知:在用钛的掺混量以及粒径能够控制发热量的范围内,仅仅从钛粒子的露出表面侧大致一定厚度的表层部发生与铝的反应。由此,为了防止液滴的发生,经实验导出1(μm)≤r≤30(μm)且0.1≤W/r≤2是理想的。
接着,在上述粘性组合物配制工序中,在上述铝混合原料粉末中,添加选自聚乙烯醇、甲基纤维素以及乙基纤维素的至少一种作为水溶性树脂结合剂,另外添加选自聚乙二醇、甘油以及邻苯二甲酸二丁酯(フタル酸ジ-N-ブチルdi-N-buthyl phthalate)的至少一种作为增塑剂,同时分别添加蒸馏水、作为表面活性剂的烷基甜菜碱。
这样,若作为水溶性树脂结合剂使用聚乙烯醇、甲基纤维素或乙基纤维素,则其添加量比较少量就足够。因此,上述水溶性树脂结合剂的添加量对于铝混合原料粉末的100质量份为0.5~7质量%的范围内。如果相对于铝混合原料粉末的100质量超过7质量%,则在加热煅烧时,烧结前成型体等中残留的炭量增加而使烧结反应受到阻碍。另一方面,如果小于0.5质量%,则不能确保烧结前成型体的操作强度。
另外,相对于铝混合原料粉末的100质量%添加0.02~3质量%烷基甜菜碱。如果相对于铝混合原料粉末的100质量%超过0.02质量%,则在后述的非水溶性烃类有机溶剂的混合时有效地生成气泡。另一方面,通过设定为3质量%以下,能够防止烧结前成型体等中残留的炭量增加导致的烧结反应的阻碍。
然后,在将它们捏合之后,进一步通过混合碳原子数为5~8的非水溶性烃类有机溶剂而使其发泡,调整混合有气泡的粘性组合物。作为该碳原子数为5~8的非水溶性烃类有机溶剂,可以使用戊烷、己烷、庚烷以及辛烷的至少一种以上。
接着,在本实施方式中,上述烧结前工序使用如图1所示的成型装置来进行。
该成型装置1包括刮刀2、粘性组合物3的贮槽4、预备干燥室5、恒温·高湿度槽6、干燥槽7、铝箔8的送出卷盘9、铝箔8的支撑辊10、11以及铝箔8上引导·支撑涂布有烧结前的铝多孔质体的烧结前成型体14的辊13。
然后,在上述烧结前工序中,从送出卷盘9连续地不断送出厚度20μm的带状的99.9%铝箔8,将投入到贮槽4的粘性组合物3利用刮刀2在铝箔8的上面(涂布面)涂布,以形成0.05~5mm的厚度。然后,从预备干燥室5在恒温·高湿度槽6中使其发泡,将该气泡均匀尺寸化。接着,在干燥槽7中、温度70℃下使其干燥。接着,将从辊13送出的烧结前成型体14根据需要切割为直径100mm的圆形等规定形状。
接着,在上述烧结工序中,在敷有氧化锆敷粉的氧化铝承烧板的上面载置上述烧结前成型体14,在露点为-20℃以下的氩气氛中、在520℃下进行1小时加热保持的预煅烧(仮焼成)。由此,在进行使烧结前成型体14的水溶性树脂结合剂成分、增塑剂成分、蒸馏水以及烷基甜菜碱的粘合剂溶液挥发和/或分解的脱粘合剂的同时,在使用氢化钛作为烧结助剂粉末的时候进行脱氢。
然后,将预煅烧后的烧结前成型体在露点为-40℃以下的氩气氛中,在满足Tm-10(℃)≤加热煅烧温度T≤685(℃)的加热煅烧温度T下进行加热煅烧。由此,如图2所示的铝箔8的单面上得到使铝多孔质烧结体15接合为一体的铝复合体16。
此时,若将上述烧结前成型体加热至铝的熔融温度即Tm(=660)℃,则认为作为烧结助剂的钛成分是开始铝粉末与铝箔的反应的成分。但是铝粉末以及铝箔含有作为杂质的Fe或Si等的共晶合金元素,熔点降低。因此,实际上通过加热至Tm-10(℃),开始铝与钛的反应,在形成铝多孔质烧结体的同时,也使铝箔牢固地接合。
具体而言,在相对于铝的熔点为660℃、作为纯铝粉流通的纯度为98%~99.7%左右的细粉(アトマイズ粉atomized powder)中,650℃左右为熔融开始温度。另一方面,若在高于685℃的温度下进行加热煅烧,则在烧结体上发生铝的液滴状的块。
需要说明的是,对于烧结工序中的加热煅烧,为了抑制铝粒子表面以及钛粒子表面的氧化覆膜的成长,有在非氧化性气氛中进行的必要。但是,作为预备加热,在保持400℃以下的加热温度下进行30分钟左右保持的时候,即使在空气中加热,铝粒子表面以及钛粒子表面的氧化覆膜也并不成长。因此,例如,在将烧结前成型体如果在空气中300℃~400℃下进行10分钟左右加热保持进行脱粘合剂之后,还可以在氩气氛中规定温度下进行加热、煅烧。
如图3~图5所见,如上所述地得到的铝复合体在一个面上具有致密的铝箔层,同时在另一面上具有立体网眼结构的金属骨架,且具有Al-Ti化合物大致均匀地分散的铝多孔质烧结体。
而且,对于上述铝多孔质烧结体,每直线长度1cm形成空孔20个以上,具有70%~90%的整体气孔率。
并且,如图5(c)的扩大的SEM照片所见,在铝多孔质烧结体与铝箔之间,无明显界面,多孔质烧结体完全地与铝箔一体化。
因此,上述铝复合体能够适用于锂离子二次电池或双电层型电容器的集电体。
实施例
(实施例1~16)
接着,准备平均粒径为2.1μm、9.4μm、24μm、87μm以及175μm的Al粉,平均粒径为9.8μm、24μm以及42μm的Ti粉,和平均粒径为4.2μm、9.1μm以及21μm的TiH2粉。然后,根据上述实施方式,以表1所示的比例,在Al粉中混合Ti粉和/或TiH2粉,配制铝混合原料粉末1~10,以表2所示的掺混组成配制粘合剂溶液1~5。将非水溶性烃类有机溶剂与这些以表3所示的比例捏合,制造实施例1~16的粘性组合物。
表2
Figure BPA00001499602600161
MC:甲基纤维素
EC:乙基纤维素
PVA:聚乙烯醇
Gr:甘油
PEG:聚乙二醇
AB:烷基甜菜碱
Figure BPA00001499602600171
接着,将这些实施例1~16的粘性组合物采用刮刀法在铝箔上拉伸涂布,保持温度以及湿度一定时间进行管理,将气泡均匀尺寸化。然后,用空气干燥机在温度70℃下使其干燥。此时的粘性组合物的涂布厚度以及上述温度、湿度以及保持时间示于表3。然后,将干燥后的粘性组合物与铝箔一起切割为直径为100mm的圆形,得到实施例1~16的烧结前成型体。
然后,在敷有氧化锆敷粉的氧化铝承烧板的上面载置这些实施例1~16的烧结前成型体,在氩气流气氛中或者空气中进行脱粘合剂之后,进行加热煅烧,得到发泡铝。此时的加热煅烧温度与加热煅烧保持时间也示于表3。
接着,算出由此得到的实施例1~16的发泡铝的收缩率和气孔率。另外,根据实体显微镜照片测量立体空孔数,根据扫描型电子显微镜(SEM)照片测量骨架的孔数。在得到的SEM照片中确认液滴凝固的有无。并且,根据电子探针显微分析仪(EPMA)的面分析,确认在发泡铝的骨架表面上Al-Ti化合物的有无。这些结果示于表5的同时,实施例1的发泡铝的SEM照片示于图6,其一部分扩大照片示于图7。
接着,对实施例1~16的发泡铝分别以压下率20%进行辊轧制测试,用目视确认破裂的有无。然后,切割为20mm×50mm的矩形状,测定对向角之间的电阻。接着,将这些矩形状的发泡铝分别缠绕在直径5mm的圆柱体的外周,用目视确认破裂的有无。这些结果示于表5。
(比较例1~9)
接着,使用准备与实施例同样的Al粉、Ti粉以及TiH2粉而配制得到的比较铝混合原料粉末31~35或者本发明铝混合原料粉末1,除了以表4所示的比例捏合表2所示的粘合剂溶液1~5和非水溶性烃类有机溶剂之外,与实施例同样,制造比较例1~9的发泡铝。然后,用与实施例同样的方法评价比较例1~9的发泡铝的结果示于表5,同时,将比较例1的发泡铝的SEM照片示于图8。
Figure BPA00001499602600191
Figure BPA00001499602600201
由表5可知:对于实施例1~16的发泡铝为有孔金属烧结体,每骨架长度100μm的孔数为2~4,同时,每1英寸具有52个以上的位于金属骨架之间的立体空孔,即,每1cm具有20个以上。而且,在发泡铝中无液滴状的块产生,电阻也低,也没有缠绕试验导致的破裂。因而,适于要求高输出化、高能量密度化的电池电容器的正极集电体。
接着,将钴酸锂(LiCoO2)粉末作为活性物质、聚偏二氟乙烯(PVdE)作为粘结剂、人造石墨粉作为导电材料,以重量比为86∶6∶8混合,配制正极剂。在该正极剂中,混合N-甲基-2-吡咯烷酮作为溶剂,配制正极活性物质浆料。
接着,在该正极活性物质浆料中,将实施例1~16的发泡铝以及现有例1的发泡铝浸渍10分钟,取出,使其干燥。然后,轧制,制作厚度0.5mm的实施例1~16的锂离子电池的正极。
需要说明的是,作为现有例1的发泡铝,使用采用作为现有技术的第二方法的在以海绵氨基甲酸酯为中心的铸模中压入铝的方法制造的30PPI的发泡铝。另外,这些实施例1~16的发泡铝以及现有例1的发泡铝的正极活性物质的填充密度示于表5。
接着,分别准备直径1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm的圆柱体,缠绕实施例1~16以及现有例1的锂离子电池的正极。然后,目视观察活性物质是否剥离,不能确认剥离的最小直径示于表5。
其结果,由表5所示:实施例1~16的锂离子电池的正极即使缠绕在直径为1.5mm~2.5mm的圆柱体上,活性物质也不剥离。与此相对,现有例1的正极在缠绕于直径为3mm的圆柱体上的程度就剥离活性物质。并且,实施例1~16的锂离子电池的正极的活性物质的填充密度为4.1g/cm3以上,与此相对,现有例1的正极的活性物质的填充密度小,为3.841g/cm3
产业实用性
本发明的方法能够作为用作锂离子二次电池或双电层型电容器的集电体等而优选的在铝箔或者板上使铝多孔质烧结体一体化的铝复合体的制造方法而加以利用。
符号说明
1成型装置
3粘性组合物
8铝箔
14烧结前成型体
15铝多孔质烧结体
16铝复合体

Claims (5)

1.具有铝多孔质烧结体的铝复合体的制造方法,其特征在于:具有:
向铝粉末中混合包含钛以及氢化钛中任意一种或两种的烧结助剂粉末来制备铝混合原料粉末的工序;
接着,在所述铝混合原料粉末中添加·混合水溶性树脂结合剂,水,含有多元醇、醚以及酯中的至少一种的增塑剂和碳原子数为5~8的非水溶性烃类有机溶剂来制备粘性组合物的工序;
通过将所述粘性组合物在铝箔或者铝板上成型并发泡来制备烧结前成型体的工序;
接着,通过将所述烧结前成型体在非氧化性气氛中加热煅烧,得到在所述铝箔或者铝板上使铝的多孔质烧结体接合为一体的具有铝多孔质烧结体的铝复合体的工序;
在使所述铝混合原料粉末开始熔融的温度为Tm(℃)时,所述加热煅烧的温度T(℃)满足Tm-10(℃)≤T≤685(℃)。
2.权利要求1的具有铝多孔质烧结体的铝复合体的制造方法,其特征在于:所述铝粉末的平均粒径为2~200μm。
3.权利要求1的具有铝多孔质烧结体的铝复合体的制造方法,其特征在于:在使所述烧结助剂粉末的平均粒径为r(μm)、所述烧结助剂粉末的掺混比为W质量%时,所述r以及所述W满足1(μm)≤r≤30(μm)、1≤W≤20(质量%)且0.1≤W/r≤2。
4.权利要求1的具有铝多孔质烧结体的铝复合体的制造方法,其特征在于:在所述铝混合原料粉末质量的0.5%~7%的范围内含有所述水溶性树脂结合剂。
5.权利要求1的具有铝多孔质烧结体的铝复合体的制造方法,其特征在于:在所述铝混合原料粉末中添加所述铝混合原料粉末的质量的0.02~3%的范围内的表面活性剂。
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