アルミニウム｜炭素導電助材

アルミニウムは不働化してバリア型の絶縁性皮膜を生成するが、電解液の自己修復機能によってその絶縁性を維持していると考えられている。諸説があるもののアルミニウムの酸化物にはアニオン空孔があり、このアニオン空孔が表面に露出している表面欠陥サイトに電解液のアニオンが吸着して見かけ上の絶縁体となっていると言われている。ここでいう表面欠陥サイトとは電子的な欠陥であって、花びら上の形状欠陥とは異なる。このような表面欠陥サイトに電池活物質や炭素導電助材が接触することでオーミック接触が成立し、集電体の本来の機能が発現する。

アルミニウム集電体に接触する物質によってオーミック接触が成立するかしないかが異なる。電池の正極活物質に使われる金属酸化物は概ねオーミック接触が成立するかしない。したがってオーミック接触を成立させるのに炭素導電助材が使われる。炭素導電助材の歴史は古く、乾電池の発明の際には既に用いられている。

エッチング処理を施したアルミニウムやウィスカー処理を施したアルミニウムについて比較検討しました。エッチング処理を施すことで電極面積は大きくなります。しかし接触面積¹⁾が必ずしも大きくなるとは限りません。無駄に電極面積を増やしてもだめです。有効な接触面積をいかに増やすか、です。

佐藤和美,及…らは、2005年に名古屋国際会議場（名古屋市熱田区熱田西町１-1）で開催された第46回電池討論会においてリチウムイオン二次電池正極集電体アルミニウムの表面処理が合材との界面接触抵抗に及ぼす影響について報告している²⁾。

電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）³⁾

めぐは、2011年に、それまでの研究をAl集電体への炭素材料密着性に及ぼす表面処理の効果というテーマで卒業論文としてまとめ、山形大学を卒業した⁴⁾。

かずみは、2006年に、それまでの研究をリチウムイオン二次電池の急速充放電化と高容量密度化というテーマで修士論文としてまとめ、山形大学を卒業した⁵⁾。

かずみ⁶⁾
なり⁷⁾

【論文】かずみ：ＥＤＬＣおよびリチウムイオン二次電池の集電体における炭素担持電極の接触抵抗低減の効果⁸⁾

⁹⁾

武田浩幸,及…らは、2011年にタワーホール船堀（〒134-0091　東京都江戸川区船堀4-1-1）で開催された第52回電池討論会においてリチウムイオン二次電池過充電時のアルミニウム集電体からの炭素導電助材の剥離現象について報告している¹⁰⁾。

○佐藤幸裕･…らは、2001年に兵庫県神戸市で開催された電気化学会第68回大会において炭素導電助材を圧着したアルミニウム電極を用いたリチウム二次電池駆動用電解液の分解挙動について報告している¹¹⁾。

○西川幸秀,…らは、2007年に東京工業大学大岡山キャンパスで開催された2007年電気化学秋季大会においてＥＤＬＣモデル電極におけるアルミニウム集電体と炭素合材の接触抵抗の算出とその電流依存性について報告している¹²⁾。

○佐藤和美,…らは、2005年に熊本で開催された電気化学会第72回大会において電気二重層キャパシタの内部抵抗と集電体表面処理について報告している¹³⁾。

立花和宏,○…らは、1999年に石巻で開催された平成11年度化学系7学協連合東北地方大会においてリチウム二次電池集電体としてのアルミニウムに含まれる不純物金属元素と酸化皮膜生成反応の電気化学的検討について報告している¹⁴⁾。

【関連講義】
アルミニウム集電体 ¹⁵⁾
導電助材 ¹⁶⁾
有機エレクトロデバイスの電流リークと分子電線モデル¹⁷⁾