特開 2024-75547 酸化物層を有するアルミニウム電極シートに適用される除去方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024075547

(43)【公開日】2024-06-04

(54)【発明の名称】酸化物層を有するアルミニウム電極シートに適用される除去方法

(51)【国際特許分類】

   C23G 1/34 20060101AFI20240528BHJP

   H01M 4/38 20060101ALI20240528BHJP

【ＦＩ】

C23G1/34

H01M4/38 Z

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023116769

(22)【出願日】2023-07-18

(31)【優先権主張番号】111144713

(32)【優先日】2022-11-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】522466326

【氏名又は名称】亞福儲能股▲分▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＡＰｈ ｅＰｏｗｅｒ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100204490

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 葉子

(72)【発明者】

【氏名】呉 瑞軒

(72)【発明者】

【氏名】蔡 施柏達

(72)【発明者】

【氏名】楊 竣傑

(72)【発明者】

【氏名】陳 詩閔

【テーマコード（参考）】

4K053

5H050

【Ｆターム（参考）】

4K053PA10

4K053PA13

4K053QA01

4K053RA08

4K053RA25

4K053RA59

4K053RA63

4K053SA08

4K053SA18

4K053YA27

4K053ZA10

5H050AA19

5H050BA08

5H050CB11

5H050GA02

5H050GA10

5H050GA12

5H050GA27

5H050HA00

5H050HA02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】浸漬ステップを含む、酸化物層を有するアルミニウム電極シートに適用される酸化物層を除去方法を提供する。
【解決手段】浸漬ステップは、アルミニウム電極シートをイオン性液体に浸漬して酸化物層を除去し、アルミニウム電極シートにアルミニウム金属の露出部分１２０を有させることを含み、浸漬ステップは窒素雰囲気において実行される。
【選択図】図１Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化物層を有するアルミニウム電極シートに適用される除去方法であって、
浸漬ステップを含み、
前記浸漬ステップは、前記アルミニウム電極シートをイオン性液体に浸漬して前記酸化物層を除去し、前記アルミニウム電極シートにアルミニウム金属の露出部分を有させることを含み、前記浸漬ステップは窒素雰囲気において実行される、
除去方法。

【請求項2】

前記酸化物層は前記アルミニウム金属の前記露出部分を生成するために腐蝕される、
請求項１に記載の除去方法。

【請求項3】

前記窒素雰囲気中の水／酸素含有量は１００ｐｐｍ未満である、
請求項１に記載の除去方法。

【請求項4】

前記酸化物層の除去量は前記浸漬ステップの浸漬時間と正の相関がある、
請求項１に記載の除去方法。

【請求項5】

前記イオン性液体は、ハロゲン化アルミニウムとイミダゾリウムクロリドを含む、
請求項１に記載の除去方法。

【請求項6】

前記ハロゲン化アルミニウムの使用量は前記イミダゾリウムクロリドの使用量以上である、
請求項５に記載の除去方法。

【請求項7】

前記イミダゾリウムクロリドに対する前記ハロゲン化アルミニウムのモル比は１～２の間である、
請求項５に記載の除去方法。

【請求項8】

前記ハロゲン化アルミニウムは塩化アルミニウムを含む、
請求項５に記載の除去方法。

【請求項9】

前記イミダゾリウムクロリドは、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムクロリド又は１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムクロリドを含む、
請求項５に記載の除去方法。

【請求項10】

前記浸漬ステップは、加熱ステップ、攪拌ステップ、振動ステップ、又はそれらの組合せを更に採用する、
請求項１に記載の除去方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は除去方法に関するものであり、具体的には、酸化物層を有するアルミニウム電極シートに適用される除去方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的に、アルミニウム電極シートは酸性溶液（例えば、塩酸、硫酸、硝酸等）で表面処理される。しかし、この種の表面処理は水気が残留しやすく、後続の応用に負の影響を与える可能性がある。更に、上述した表面処理は大気環境において行われることが多い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

アルミニウム電極シートの酸化しやすい特性により、表面処理の後であっても、酸化物層が再び形成されやすく、アルミニウム電極シートから酸化物層を効果的に除去することを困難にする。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明は、後続の応用への負の影響の可能性を低減しつつアルミニウム電極シートから酸化物層を効果的に除去することのできる、酸化物層を有するアルミニウム電極シートに適用される除去方法を提供する。

【0005】

本発明の酸化物層を有するアルミニウム電極シートに適用される除去方法は、浸漬ステップを含む。浸漬ステップは、前記アルミニウム電極シートをイオン性液体に浸漬して酸化物層を除去し、アルミニウム電極シートにアルミニウム金属の露出部分を有させることを含み、浸漬ステップは窒素雰囲気において実行される。

【0006】

本発明の１つの実施形態において、酸化物層はアルミニウム金属の露出部分を生成するために腐蝕される。

【0007】

本発明の１つの実施形態において、窒素雰囲気中の水／酸素含有量は１００ｐｐｍ未満である。

【0008】

本発明の１つの実施形態において、酸化物層の除去量は浸漬ステップの浸漬時間と正の相関がある。

【0009】

本発明の１つの実施形態において、イオン性液体はハロゲン化アルミニウムとイミダゾリウムクロリドを含む。

【0010】

本発明の１つの実施形態において、ハロゲン化アルミニウムの使用量はイミダゾリウムクロリドの使用量以上である。

【0011】

本発明の１つの実施形態において、イミダゾリウムクロリドに対するハロゲン化アルミニウムのモル比は１～２の間である。

【0012】

本発明の１つの実施形態において、ハロゲン化アルミニウムは塩化アルミニウムを含む。

【0013】

本発明の１つの実施形態において、イミダゾリウムクロリドは、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムクロリド（ＥＭＩＣ）又は１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムクロリド（ＢＭＩＣ）を含む。

【0014】

本発明の１つの実施形態において、浸漬ステップは、加熱ステップ、攪拌ステップ、振動ステップ、又はそれらの組合せを更に採用する。

【発明の効果】

【0015】

上記に基づき、窒素雰囲気においてイオン性液体を用いて浸漬ステップを実行することにより、本発明の酸化物層を有するアルミニウム電極シートに適用される除去方法において、アルミニウム電極シートを酸性溶液及び大気環境に置くことが避けられ、これにより、後続の応用への負の影響の可能性を低減しつつアルミニウム電極シートから酸化物層を効果的に除去する。

【0016】

本発明の上述した特徴及び利点を理解しやすくするため、以下に添付図面を参照して実施形態を詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1A】本発明の１つの実施形態における、２４時間の浸漬ステップを行った酸化物層を有するアルミニウム電極シートの概略図である。

【図1B】本発明の１つの実施形態における、４８時間の浸漬ステップを行った酸化物層を有するアルミニウム電極シートの概略図である。

【図1C】本発明のいくつかの実施形態における、浸漬ステップを行っていない酸化物層を有するアルミニウム電極シートの概略図である。

【図1D】ハロゲン化アルミニウムとイミダゾリウムクロリドの異なるモル比において２４時間の浸漬ステップを行った図１Ｃのアルミニウム電極シートの概略図である。

【図1E】ハロゲン化アルミニウムとイミダゾリウムクロリドの異なるモル比において２４時間の浸漬ステップを行った図１Ｃのアルミニウム電極シートの概略図である。

【図2】本発明の１つの実施形態における浸漬時間０時間及び浸漬時間４８時間のアルミニウム電極シートのラマンスペクトルの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、これら実施形態は例示であり、本発明はこれに限定されない。本発明は特許請求の範囲によって定義される。

【0019】

別段の定義がない限り、ここで用いられる全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、当業者によって一般的に理解されものと同じ意味を有する。用語（一般的に使用される辞書で定義されている用語等）は、関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、ここで明示的に定義されない限り、理想化された又は過剰に形式的な意味として解釈されるべきではないことを理解されたい。

【0020】

図１Ａは、本発明の１つの実施形態における、２４時間の浸漬ステップを行った酸化物層を有するアルミニウム電極シートの概略図である。図１Ｂは、本発明の１つの実施形態における、４８時間の浸漬ステップを行った酸化物層を有するアルミニウム電極シートの概略図である。図１Ｃは、本発明のいくつかの実施形態における、浸漬ステップを行っていない酸化物層を有するアルミニウム電極シートの概略図である。図１Ｄと図１Ｅは、ハロゲン化アルミニウムとイミダゾリウムクロリドの異なるモル比において２４時間の浸漬ステップを行った図１Ｃのアルミニウム電極シートの概略図である。図２は、本発明の１つの実施形態における浸漬時間０時間及び浸漬時間４８時間のアルミニウム電極シートのラマンスペクトルの概略図である。図１Ａと図１Ｂは、デジタル顕微鏡（５０倍）を用いて取得した画像である。更に、実験条件は、例えば、１．８：１のイミダゾリウムクロリドに対するハロゲン化アルミニウムのモル比を有するイオン性液体、６０℃の攪拌温度、及び２４時間（図１Ａ）と４８時間（図１Ｂ）の時間を含む。図１Ｄと図１Ｅにおいて、使用されたハロゲン化アルミニウムは塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）であり、イミダゾリウムクロリドは１－エチル－３－メチルイミダゾリウムクロリド（ＥＭＩＣ）であり、イミダゾリウムクロリドに対するハロゲン化アルミニウムのモル比はそれぞれ１．３：１と１．８：１である。なお、他の説明していない内容は、添付の特許請求の範囲によりカバーされる精神及び範囲に含まれる内容に基づいて当業者によって取得及び調整可能なはずである。

【0021】

図１Ａ、図１Ｂ、図２を参照し、本実施形態において、酸化物層１１０を有するアルミニウム電極シート１００に適用される除去方法は、浸漬ステップを含む。浸漬ステップは、アルミニウム電極シート１００をイオン性液体（未図示）に浸漬して酸化物層１１０（図１Ａと図１Ｂにおける明るい色の領域）を除去し、アルミニウム電極シート１００がアルミニウム金属の露出部分１２０（図１Ａと図１Ｂにおける暗い色の領域）を有するようとすることを含み、浸漬ステップは窒素雰囲気において実行される。アルミニウム電極シート１００は、アルミニウム金属とその表面上に形成された酸化物層１１０により形成されることに注意されたい。よって、酸化物層１１０を除去するとき、下のアルミニウム金属が露出され、これによりアルミニウム金属の露出部分１２０を形成する。

【0022】

従って、窒素雰囲気においてイオン性液体を用いて浸漬ステップを実行することにより、本実施形態の酸化物層１１０を有するアルミニウム電極シート１００に適用される除去方法において、アルミニウム電極シート１００を酸性溶液及び大気環境に置くことが避けられ、これにより、後続の応用（例えば、アルミニウム電池に配置される）への負の影響の可能性を低減しつつアルミニウム電極シート１００から酸化物層１１０を効果的に除去する。この場合、酸化物層１１０は、例えば、アルミニウム金属の露出部分１２０を生成するために腐蝕されるが、本発明はこれに限定されない。

【0023】

更に、本実施形態の除去方法は窒素雰囲気において（例えば、雰囲気を効果的に制御することのできるグローブボックスにおいて）実行される。よって、大気環境におけるアルミニウム金属の再度の酸化を避けることができ、酸化物層１１０をアルミニウム電極シート１００から効果的に除去することができる。更に、表面処理に酸化溶液（例えば、塩酸、硫酸、硝酸等）が用いられないことから、水気が残留せず、これは後続の応用への負の影響の可能性を低減させることができる。

【0024】

いくつかの実施形態において、窒素雰囲気中の水／酸素含有量は１００ｐｐｍ未満（例えば、９０ｐｐｍ、７０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、１ｐｐｍ、又は１００ｐｐｍ未満の任意の値）である。この制御された条件において、アルミニウム金属の再度の酸化の可能性を更に低下させることができるが、本発明はこれに限定されない。

【0025】

いくつかの実施形態において、イオン性液体と酸化物層との間に自発的な反応があることから、浸漬時間が長いほど反応量及び面積が多くなる。即ち、浸漬時間が長いほど、酸化物層の除去量が多くなる。よって、酸化物層の除去量は浸漬ステップの浸漬時間と正の相関がある。例えば、図１Ａと図１Ｂに示すように、４８時間に達する浸漬時間に応じて、アルミニウム電極シート１００の表面上の酸化物層１１０のほとんどが明らかに除去されるが、本発明はこれに限定されない。

【0026】

いくつかの実施形態において、イオン性液体はハロゲン化アルミニウムとイミダゾリウムクロリドを含む。例えば、ハロゲン化アルミニウムは塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）を含み、イミダゾリウムクロリドは１－エチル－３－メチルイミダゾリウムクロリド（ＥＭＩＣ）又は１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムクロリド（ＢＭＩＣ）を含む。上述したイオン性液体はＡｌＣｌ_４ ^－、Ａｌ_２Ｃｌ_７ ^－、ＥＭＩ^＋／ＢＭＩ^＋、Ａｌ_３ ^＋、Ａｌ^＋、及び前記イオンの錯体を生成する。加えて、Ａｌ_２Ｃｌ_７ ^－は酸化物層１１０と反応することから、Ａｌ_２Ｃｌ_７ ^－が多く生成されるほど除去効果は良好となるが、本発明はこれに限定されない。

【0027】

いくつかの実施形態において、ハロゲン化アルミニウムの使用量はイミダゾリウムクロリドの使用量以上であり、イミダゾリウムクロリドに対するハロゲン化アルミニウムのモル比は１～２の間である（例えば、ハロゲン化アルミニウム：イミダゾリウムクロリド＝１：１、ハロゲン化アルミニウム：イミダゾリウムクロリド＝１．２：１、ハロゲン化アルミニウム：イミダゾリウムクロリド＝１．４：１、ハロゲン化アルミニウム：イミダゾリウムクロリド＝１．６：１、ハロゲン化アルミニウム：イミダゾリウムクロリド＝１．８：１、ハロゲン化アルミニウム：イミダゾリウムクロリド＝２：１、又は上述した範囲内の任意のモル比）が、本発明はこれに限定されない。

【0028】

いくつかの実施形態において、イミダゾリウムクロリドに対するハロゲン化アルミニウムのモル比が高いほど除去効果は良好となる。例えば、図１Ｃと図１Ｄに示すように、アルミニウム電極シート１００をイミダゾリウムクロリドに対するハロゲン化アルミニウムのモル比が１．３：１である溶液に２４時間浸漬した後、矢印で示した位置にアルミニウム金属の部分的に灰白色の錆状の露出部１２０が出現する。これと比較し、図１Ｃと図１Ｅに示すように、アルミニウム電極シート１００をイミダゾリウムクロリドに対するハロゲン化アルミニウムのモル比が１．８：１である溶液に２４時間浸漬した後、矢印で示した位置にアルミニウム金属の更に顕著な灰白色の錆状の露出部１２０が出現するが、本発明はこれに限定されない。

【0029】

加えて、ラマンスペクトルから、本実施形態の除去方法はアルミニウム電極シート１００上の酸化物層１１０を効果的に除去できることが推測される。例えば、浸漬ステップの間、ハロゲン化アルミニウムが塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）でありイミダゾリウムクロリドが１－エチル－３－メチルイミダゾリウムクロリド（ＥＭＩＣ）であることに応じて、Ａｌ_２Ｃｌ_７ ^－が酸化物層１１０と反応する。よって、浸漬時間が増加すると、ＡｌＣｌ_４ ^－の量が増加してＡｌ_２Ｃｌ_７ ^－が減少する。即ち、ＡｌＣｌ_４ ^－とＡｌ_２Ｃｌ_７ ^－との間の比率が増加し、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムクロリドに対する塩化アルミニウムのモル比（ＡＥ比と称される）が減少する。この傾向は、アルミニウム電極シート１００の表面上の酸化物層１１０が効果的に除去されたことを証明することができる。図２と表１に示すように、初期にはアルミニウム電極シート１００がＡＥ比が１．８（浸漬時間０時間に対応）のイオン性液体に４８時間浸漬されたことに応じて、ＡｌＣｌ_４ ^－とＡｌ_２Ｃｌ_７ ^－との間の比率が増加してＡＥ比が減少するが、本発明はこれに限定されない。

【0030】

【表1】

【0031】

いくつかの実施形態において、浸漬ステップは、除去効率を向上させるため、加熱ステップ、攪拌ステップ、振動ステップ、又はそれらの組合せを更に採用する。例えば、加熱ステップ、攪拌ステップ、及び振動ステップは、浸漬ステップの間の任意の時間（浸漬の開始、浸漬中、又は浸漬の最後）に加えられてよい。更に、加熱ステップ、攪拌ステップ、及び振動ステップのうちの１つ以上が用いられてよく、加熱ステップ、攪拌ステップ、又は振動ステップを単独で用いるか、加熱ステップと攪拌ステップの組合せ、攪拌ステップと振動ステップの組合せ、加熱ステップと振動ステップの組合せ、又は加熱ステップと攪拌ステップと振動ステップの組合せを用いてよい。上述したステップを用いるとき、それぞれが同時に又は異なる時間に浸漬ステップに導入されてよく、本発明により限定されない。

【0032】

いくつかの実施形態において、加熱ステップの温度が高く（例えば、６０℃より高い）、攪拌ステップ又は振動ステップの時間が長いほど（例えば、２４時間より長い）、より効果的な酸化物層１１０の除去を達成することができる。ただし、本発明はこれに限定されない。

【0033】

まとめると、窒素雰囲気においてイオン性液体を用いて浸漬ステップを実行することにより、本発明の酸化物層を有するアルミニウム電極シートに適用される除去方法において、アルミニウム電極シートを酸性溶液及び大気環境に置くことが避けられ、これにより、後続の応用への負の影響の可能性を低減しつつアルミニウム電極シートから酸化物層を効果的に除去する。

【0034】

上記実施形態を参照して本発明を説明したが、これら実施形態は本発明を限定することを意図していない。当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いくつかの変更及び改変を行うことが可能である。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明の除去方法は、アルミニウム電極シートから酸化物層を除去するために適用することができる。

【符号の説明】

【0036】

１００：アルミニウム電極シート
１１０：酸化物層
１２０：アルミニウム金属の露出部分

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2】

【外国語明細書】