アルミニウム｜炭素導電助材

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卒業研究（Ｃ１-電気化学２００４〜） の単元です。

小単元

概要

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 A 〔m²〕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1)。

酸素　負電荷　吸着　空乏層　ｎ型半導体

水素　正電荷　吸着　蓄積層　ｎ型半導体

電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）2)

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Al集電体への炭素材料密着性に及ぼす表面処理の効果3)。

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4)。

かずみアルミニウム集電体への炭素導電助材の塗布圧による充放電性能への影響5)

なり電気化学キャパシタの急速充放電時における有効容量の向上6)

【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2007-01-13 【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

集電体不働態皮膜／炭素導電助剤界面と電極の内部抵抗の関係7)

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8)。

○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9)。

○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10)。

○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電気二重層キャパシタの内部抵抗と集電体表面処理11)。

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12)。

【関連講義】

アルミニウム集電体13)

導電助材導電助材（導電助剤）14)

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15)

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
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
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
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
電気二重層キャパシタの内部抵抗と集電体表面処理
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

関連の展示品

参考文献（ 書籍 ・論文 ・ＵＲＬ）