BR112012012049A2 - coletor de corrente para bateria secundária bipolar. - Google Patents

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Abstract

COLETOR DE CORRENTE PARA BATERIA SECUNDÁRIA BIPOLAR. Um coletor de corrente de bateria secundária bipolar é um coletor de corrente de bateria secundária bipolar tendo condutividade elétrica. O coletor de corrente tem uma seção de expansão que se expande em uma direção da espessura do coletor de corrente em uma temperatura igual ou superior a uma temperatura prescrita.

Description

' “COLETOR DE CORRENTE PARA BATERIA SECUNDÁRIA BIPOLAR” Referência remissiva a pedidos correlatos Esse pedido é um Pedido de Estágio Nacional dos Estados Unidos do Pedido Inter- nacional Nº POT/JP2010/06910, depositado em 4 de novembro de 2010, o qual reivindica prioridade em conformidade com o Pedido de Patente Japonesa Nº 2009-265181, deposita- do no Japão em 20 de novembro de 2009 cujo conteúdo integral é aqui incorporado median- te referência.
Antecedentes da invenção Campo da Invenção A presente invenção se refere geralmente a um coletor de corrente para uma bate- ria secundária bipolar.
Particularmente, a presente invenção se refere a um aperfeiçoamento para suprimir um aumento de temperatura de uma bateria secundária bipolar.
Informação de antecedentes Em anos recentes, da perspectiva do meio ambiente e consumo de combustível, veículos híbridos (HEV), veículos elétricos (EV), e veículos de célula de combustível estão sendo fabricados e vendidos, e novas pesquisas continuam.
Nos tais assim chamados veí- . culos de acionamento elétrico, o uso de um dispositivo de fonte de energia que pode ser carregado e descarregado é indispensável.
Tais baterias secundárias como baterias de lítio- . íon e baterias de níquel-cloreto e capacitores elétricos de camada dupla são usados como esse dispositivo de fonte de energia.
Particularmente, devido à sua elevada densidade de energia e elevada durabilidade com relação ao carregamento e descarregamento repetidos, as baterias secundárias de lítio-íon são consideradas bem adequadas para os veículos de acionamento elétrico e diversas possibilidades de desenvolvimento estão sendo diligente- mente seguidas.
Para empregar uma bateria secundária como a fonte de energia para acio- narum motor em quaisquer dos veículos acionados por eletricidade anteriormente mencio- nados, é necessário utilizar uma pluralidade de baterias secundárias conectadas em conjun- to em série para garantir um grande rendimento.
Contudo, quando as baterias são conectadas através de peças de conexão, o ren- dimento declina devido à resistência elétrica das peças de conexão.
Além disso, baterias quetêm peças de conexão são desvantajosas em termos são espacialmente desvantajosos.
Isto é, devido às peças de conexão, incorre-se em diminuição da densidade de saída e den- sidade de energia.
Baterias secundárias de lítio-íon bipolares e outras baterias secundárias bipolares foram desenvolvidas como meios para resolver esse problema.
As baterias secundárias bi- polarestêm um elemento gerador de energia elétrica compreendendo vários eletrodos bipo- lares empilhados com camadas de eletrólito entre os mesmos, os eletrodos bipolares com- preendendo individualmente uma camada de material ativo de eletrodo positivo formado em ——— — gencento PPUamente UMe Camara O MEO E E SO OI uma superfície de um coletor de corrente e uma camada de material ativo de eletrodo nega- ' tivo formada na outra superfície. Em outras palavras, a bateria secundária bipolar tem uma estrutura na qual uma camada de material ativo de eletrodo positivo, uma camada de eletró- lito, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo formam uma camada de célula únicacamadaeas camadas de célula única são empilhadas em série com os coletores de corrente entre as mesmas. Em anos recentes, com relação às tais baterias secundárias bipolares, foram de- . senvolvidas tecnologias que tornam mais leve o peso dos coletores de corrente e aperfeiço- am uma densidade de saída por peso unitário da bateria mediante inclusão de um material . 10 —macromolecular nos coletores de corrente (por exemplo, Publicação de Patente Aberta à Inspeção Pública Japonesa Nº 2006-190649). Sumário Contudo, com a bateria secundária bipolar convencional explicado acima, quando aumenta uma temperatura do interior da bateria, uma reação exotérmica entre o eletrólito e os eletrodos avança e há uma possibilidade de que a temperatura da bateria aumentará ainda mais. Portanto, um objetivo da presente revelação é o de prover um coletor de corrente para bateria secundária bipolar que possa suprimir um aumento da temperatura da bateria. Um coletor de corrente para bateria secundária bipolar tem condutividade elétrica. O coletor de corrente tem uma seção de expansão que se expande em uma direção da es- pessura do coletor de corrente em uma temperatura igual ou superior a uma temperatura prescrita. Com o presente coletor, a seção de expansão se expande na direção da espessura do coletor de corrente quando a temperatura do interior da bateria aumenta até uma tempe- —ratura prescrita ou superior. Consequentemente, uma resistência elétrica aumenta na dire- ção da espessura do coletor de corrente e uma quantidade de corrente elétrica fluindo na- quela direção diminui. Como resultado, um aumento da temperatura da bateria é suprimido. Breve descrição dos desenhos Com referência agora aos desenhos anexos que formam uma parte desta revela- ' 30 çcãoorigina.
' Figuras 1A a 11 são vistas em seção transversal expressando de uma forma sim- ples um coletor de corrente para bateria secundária bipolar de acordo com modalidades pre- feridas.
Figura 2 é uma vista em seção transversal expressando de uma forma simples uma estrutura inteira da bateria secundária bipolar de acordo com uma modalidade. Figuras 3A a 3Q são vistas em seção transversal expressando de uma forma sim- ples um eletrodo bipolar fabricados nos Exemplos de Trabalho 1 a 17.
Figuras 4A a 4E são vistas em seção transversal expressando de uma forma sim- . ples um eletrodo bipolar fabricado nos Exemplos Comparativos 1 a 5. Descrição detalhada das modalidades Uma modalidade preferida da presente invenção será explicada agora. Uma moda- " lidade da presente invenção é um coletor de corrente para bateria secundária bipolar tendo condutividade elétrica. O corretor de corrente é caracterizado por ser uma seção de expan- são que se expande em uma direção de espessura do coletor de corrente em uma tempera- : tura igual ou superior a uma temperatura prescrita. Embora a modalidade seja explicada com referência aos desenhos, o escopo técni- . 10 coda presente invenção não é limitado à modalidade explicada abaixo e deve ser definido com base no que é escrito nas reivindicações. Ao explicar os desenhos, aos elementos que são idênticos estão atribuídos numerais de referência idênticos e explanações duplicatas são omitidas. As proporções dimensionais dos desenhos são exageradas para conveniência de explanação e as proporções efetivas podem ser diferentes. O coletor de corrente tem uma função de um meio através do qual os eletrodos se movem de uma superfície na qual uma camada de material ativo de eletrodo positivo é for- mada para outra superfície na qual uma camada de material ativo de eletrodo negativo é formada. O coletor de corrente de acordo com uma modalidade preferida da presente inven- ção inclui uma camada de resina que tem condutividade elétrica (em seguida, denominada simplesmente "camada de resina") e uma camada de adesivo que tem condutividade elétri- ca (em seguida chamada simplesmente de "camada de adesivo"). Adicionalmente, uma ca- mada de bloqueio de íon e outras camadas são incluídas conforme exigido. O escopo da presente invenção não é limitado a uma tal modalidade e todas as modalidades que satisfa- zem às exigências apresentadas nas reivindicações são incluídas no escopo da presente —invençãomesmo se elas não incluírem essas camadas.
As Figuras 1A a 11 são vistas em seção transversal expressando de uma forma simples um coletor de corrente para bateria secundária bipolar de acordo com uma modali- dade preferida. Os coletores de corrente das Figuras 1A a 11 compreendem uma ou duas ou mais camadas de resina 1 tendo condutividade elétrica e uma ou duas ou mais camadas de : 30 adesivo 3 tendo condutividade elétrica que são empilhadas ou dispostas em camadas em . relação umas as outras. Mais especificamente, os coletores de corrente das Figuras 1A a 1C compreendem uma ou duas ou mais camadas de resina 1 e uma ou duas ou mais ca- madas de adesivo 3, empilhadas umas nas outras. Entretanto, os coletores de corrente das Figuras 1D a 11 incluem uma camada de bloqueio de íon 5 em adição às camadas de resina 1eascamadas de adesivo 3 e tem uma estrutura na qual elas são empilhadas ou dispostas em camadas em relação umas as outras. Particularmente, nas modalidades das Figuras 1D a 1F, a camada(s) de bloqueio de íon 5 é posicionada sobre uma camada mais externa de
' um lado e/ou do outro lado do corretor de corrente, e nas modalidades das Figuras 1Ga1la camada(s) de bloqueio de íon 5 é disposta entre uma camada de resina 1 e/ou uma camada de adesivo 3. Adicionalmente, em cada um dos coletores de corrente das Figuras 1A a 11, um lado de pelo menos uma das camadas de contato 3 é adjacente a um lado de pelo me- nosuma das camadas de resina 1. Nas modalidades mostradas na Figura 1, as camadas de adesivo 3 têm um ponto de fusão inferior ao das camadas de resina 1. Contudo, um coletor de corrente de acordo com a presente invenção, não é limitado apenas às tais modalidades.
As camadas de resina 1 são feitas, por exemplo, de uma resina que é obtida medi- ante adição de negro de ketjen ao polietileno como uma carga eletricamente condutiva. As camadas de adesivo 3 são feitas, por exemplo, de um adesivo contendo partículas de car- bono servindo como uma carga eletricamente condutiva e microcápsulas termicamente ex- pansíveis compreendendo um gel de cloreto de polivinil encerrando hexano como um mate- rial de expansão. As microcápsulas termicamente expansíveis anteriormente mencionadas da modalidade correspondem à seção de expansão na presente invenção. Assim, se pode dizer que a camada de adesivo 3 é uma seção de expansão do coletor de corrente. Além disso, se pode dizer que a camada de resina 1 é uma seção de expansão do coletor de cor- . rente uma vez que a camada de adesivo 3 é eletricamente condutiva. A camada de bloqueio de íon 5 é feita, por exemplo, de folha de cobre. . Nas microcápsulas termicamente expansíveis contidas na camada de adesivo 3 do coletor de corrente, de acordo com a modalidade mostrada na Figura 1, quando a tempera- tura aumenta, o material de expansão encerrado no gel vaporiza e se expande. Consequen- temente, quando a temperatura do coletor de corrente aumenta até uma temperatura pres- crita ou superior, a camada de adesivo 3 se expande na direção da espessura (direção de empilhamento) do coletor de corrente. Como resultado, aumenta uma resistência elétrica na direçãoda espessura do coletor de corrente e diminui uma quantidade de corrente elétrica fluindo naquela direção.
Em uma modalidade preferida, à medida que aumenta a temperatura, a camada de adesivo 3 derrete e o coletor de corrente se torna dividido. Desse modo, também, a resis- tência elétrica na direção da espessura do coletor de corrente pode ser levada a aumentar de talmodo que a quantidade de corrente elétrica fluindo naquela direção diminui. Posteri- ormente, se a temperatura aumentar ainda mais, as camadas de resina 1 também derrete- rão. Quando isso ocorre, uma superfície das camadas de material ativo formadas nas super- fícies do coletor de corrente é coberta pela resina compondo as camadas de resina derretida
1. Como o resultado, uma reação exotérmica entre as camadas de material ativo e o dielé- trico, pode ser suprimida.
Partes constituintes do coletor de corrente dessa modalidade serão explicadas ago-
EM EI
' Enquanto a camada de resina eletricamente condutiva 1 certamente funciona como um meio de movimento de elétron, ela também pode contribuir para reduzir o peso do cole- tor de corrente. A camada de resina 1 é feita de um material de base macromolecular e po- de incluir uma carga eletricamente condutiva e outros materiais conforme necessário.
Para a resina usada como o material de base, qualquer material macromolecular não condutivo conhecido ou material macromolecular eletricamente condutivo pode ser usa- do sem limitação. Materiais macromoleculares não condutivos preferidos incluem, por exemplo, polietileno (PE; polietileno de alta densidade (HDPE), polietileno de baixa densida- de (LDPE)) polipropileno (PP), tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT), poliéter nitrila (PEN), poli-imida (PI), poliamida-imida (PAI), poliamida (PA), politetra- fluoroetileno (PTFE), borracha de estireno-butadieno (SBR), poliacrilonitrila (PAN), polimeti- lacrilato (PMA), poliémetilmetacrilato) (PMMA), cloreto de polivinil (PVC), difluoreto de polivi- nilideno (PVdF), poliestireno (PS), resina de silicone, celulose e resina de epóxi. Tal material macromolecular não condutivo pode ter resistência superior à voltagem e resistência superi- orao solvente. Exemplos de materiais macromoleculares eletricamente condutivos, preferi- dos incluem, por exemplo, polianilina, polipirrol, politiofeno, poliacetileno, poliparafenileno, . polifenileno venileno, poliacrilonitrila, e polioxadiazol. Como tal material macromolecular condutivo tem condutividade elétrica suficiente não adicionar uma carga eletricamente con- . dutiva é vantajoso do ponto de vista de simplificar um processo de fabricação e reduzir o pesodo coletor de corrente.
O coletor de corrente dessa modalidade pode incluir uma ou duas ou mais camadas de resina 1, e pelo menos uma das camadas de resina 1 contém preferivelmente um materi- al macromolecular termoplástico que derrete quando aquecido. Se ao menos uma das ca- madas de resina 1 contiver um material macromolecular termoplástico, então quando au- mentaa temperatura do interior da bateria, aquela camada de resina 1 derreterá e as cama- das de material ativo formadas na superfície do coletor de corrente serão cobertas com a resina derretida. Como resultado, uma reação exotérmica entre as camadas de material ati- vo e o eletrólito pode ser suprimida e um aumento da temperatura da bateria pode ser impe- dido, o que é preferível.
O material macromolecular não condutivo ou o material condutivo pode ser selecio- nado por aqueles versados na técnica conforme apropriado em virtude de uma temperatura na qual a bateria secundária bipolar será usada. Além disso, é aceitável utilizar um tipo de material macromolecular isoladamente ou utilizar uma mistura de dois ou mais tipos de ma- terial macromolecular, combinados. Adicionalmente, quando o coletor de corrente inclui du- asoumaiscamadas de resina 1, é aceitável utilizar um material macromolecular diferente em cada uma das camadas de resina 1.
' lar eletricamente condutivo ou ao material macromolecular não condutivo conforme neces- sário. Particularmente, se a resina servindo como o material de base do coletor for feita apenas de uma macromolécula não condutiva, então será inerentemente necessário adicio- nar uma carga eletricamente condutiva para transmitir uma qualidade eletricamente conduti- vaàresina. Qualquer carga eletricamente condutiva pode ser usada sem restrições especí- ficas desde que ela seja uma substância que tem uma qualidade eletricamente condutiva. Por exemplo, um metal ou um carbono eletricamente condutivo podem ser citados como materiais que têm excelente condutividade elétrica, resistência à voltagem, e desempenho de bloqueio de íon-lítio.
Não há restrições específicas em relação ao metal, mas é preferível utilizar um me- tal, uma liga de metais, ou um óxido de um metal selecionado dentre o grupo consistindo em Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb e K. Esses metais tendo uma resistência a um po- tencial elétrico no eletrodo positivo ou no eletrodo negativo, formados em uma superfície do coletor de corrente. Dentre esses, é preferível selecionar uma liga contendo ao menos um metal selecionado dentre o grupo consistindo em Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe e Cr.
Mais especificamente, ligas tais como aço inoxidável (SUS), Inconel (marca comer- . cial registrada), Hastelloy (marca comercial registrada) e outras ligas baseadas em Fe-Cr e Ni-Cr podem ser citadas. Mediante uso dessas ligas, se pode obter uma resistência à volta- . gem superior.
Não há restrições específicas em relação a um carbono eletricamente condutivo, porém é preferível selecionar ao menos um do grupo consistindo em negro de acetileno, : Vulcan, pérola negra, nanofibras de carbono, negro de Ketjen, nanotubos de carbono, nano- trompas de carbono, nanobalões de carbono, e fulereno. Esses carbonos eletricamente condutivos têm uma janela de potencial elétrico muito ampla, são estáveis por uma ampla faixacom relação ao potencial de eletrodo positivo e potencial de eletrodo negativo, e tem uma excelente condutividade elétrica. Além disso, como a densidade é menor do que uma carga eletricamente condutiva contendo os metais anteriormente mencionados, o peso do coletor de corrente pode ser reduzido. Além disso, com relação a essas cargas eletricamen- te condutivas feitas de um metal ou de um carbono eletricamente condutivo, é possível utili- zarapenas um tipo ou utilizar uma combinação de dois ou mais tipos. Além disso, quando o coletor de corrente inclui duas ou mais camadas de resina 1, é aceitável utilizar uma carga eletricamente condutiva diferente em cada uma das camadas de resina 1.
Não há restrições específicas em relação ao tamanho da carga eletricamente con- dutiva; diversos tamanhos de carga podem ser usados dependendo da espessura e tama- —nhoda camada de resina 1 e do formato da carga eletricamente condutiva. Como um exem- plo, se a carga eletricamente condutiva tiver uma forma particulada, então o diâmetro médio
Ú a camada de resina 1. Nesse relatório descritivo de patente, "diâmetro de partícula" significa a maior distância L entre as distâncias mais curtas entre quaisquer dos pontos em um perfil de contorno da carga eletricamente condutiva.
O valor do "tamanho médio de partícula" usado é calculado como um valor médio de um diâmetro de partícula das partículas obser- vadasem várias dezenas de campos de visualização utilizando um microscópio eletrônico de varredura (SEM) ou um microscópio eletrônico de transmissão (TEM). O diâmetro de partícula e o diâmetro médio de partícula das substâncias ativas explicadas posteriormente podem ser definidos da mesma maneira.
Não há restrições específicas sobre a quantidade de carga eletricamente condutiva —contidana camada de resina 1. Se a resina contiver um material macromolecular eletrica- mente condutivo e uma condutividade elétrica suficiente puder ser garantida, então pode não ser necessário acrescentar uma carga eletricamente condutiva.
Contudo, se a resina for feita de um material macromolecular não condutivo, então a adição de uma carga eletrica- mente condutiva é necessária para transmitir uma qualidade de condução elétrica.
Em tal caso, aquantidade de conteúdo da carga eletricamente condutiva com relação à massa total do material macromolecular não condutivo é preferivelmente de 5 a 35% em massa, mais - preferivelmente de 5 a 25% em massa, e ainda mais preferivelmente de 4 a 15% em massa.
Mediante adição de tal quantidade de carga eletricamente condutiva à resina, um aumento . de massa da camada de resina 1 pode ser suprimido e uma condutividade elétrica suficiente pode sertransmitida ao material macromolecular não condutivo.
Não há restrições específicas em relação à forma da carga eletricamente condutiva e tais formas conhecidas são em partículas, fibrosas, semelhante à chapa, aglomerada, se- melhante a pano, e semelhante à malha podem ser selecionadas conforme apropriado.
Por exemplo, se for desejado transmitir uma qualidade eletricamente condutiva através de uma ampla região na resina, então é preferível utilizar uma carga eletricamente condutiva que seja particulada.
Entretanto, se for desejado aumentar a condutividade elétrica em uma dire- ção específica dentro da resina, então é preferível utilizar uma carga eletricamente conduti- va que seja fibrosa ou que tenha outra forma que tenha uma direcionalidade fixa.
A espessura da camada de resina eletricamente condutiva 1 é preferivelmente fina parareduziro peso e, assim, aumentar uma densidade de potência da bateria.
Mais especi- ficamente, a espessura de um equivalente de uma camada de resina eletricamente conduti- va 1 é preferivelmente de 0,1 a 200 um, mais preferivelmente de 5 a 150 um, e ainda mais preferivelmente de 10 a 100 um.
A camada de adesivo eletricamente condutiva 3 funciona para aderir às partes constituintes (camadas) contidas no coletor de corrente em conjunto ou aderir o coletor de corrente e as camadas de material ativo formadas nas superfícies do coletor de corrente em
: para expandir na direção de empilhamento do coletor de corrente em uma temperatura infe- rior ao ponto de fusão da própria camada de adesivo. Além disso, nesse relatório descritivo, "expandir" significa que uma espessura da camada de adesivo em uma direção da espessu- ra (direção de empilhamento) se torna mais grossa em 1,05 vezes ou mais em 25ºC.
Não há restrições específicas sobre o material compondo a camada de adesivo desde que os materiais funcionem como um adesivo e se expandam na direção da espessu- ra (direção de empilhamento) à medida que aumenta a temperatura; materiais conhecidos podem ser usados conforme apropriado. Por exemplo, para transmitir uma função de ex- pansão, é preferível que a camada de adesivo 3 contenha uma microcápsula termicamente expansível compreendendo um material de expansão encerrado em um gel contendo um material macromolecular termoplástico. Quando a temperatura aumenta, o material de ex- pansão das microcápsulas termicamente expansíveis vaporiza e expande o gel. Consequen- temente, a camada de adesivo 3 pode ser expandida na direção da espessura (direção de empilhamento).
Não há restrições específicas em relação ao material macromolecular termoplástico contido no ge! das microcápsulas termicamente expansíveis, porém é necessário que o ma- . terial macromolecular termoplástico derreta antes (isto é, em uma temperatura inferior a uma temperatura na qual) outras partes constituintes da bateria (materiais de base da camada de . resina 1 e camada de adesivo 3) sofram decomposição térmica quando aumenta a tempera- turada bateria secundária bipolar. O material macromolecular termoplástico constituindo o gel da microcápsula termicamente expansível pode ser selecionado considerando essa ne- cessidade. Por exemplo, polietileno, polipropileno, polivinil álcool, polivinil acetal, polivinil acetato, cloreto de polivinil, resina acrílica, borracha de cloropreno, borracha de nitrila, bor- racha de estireno-butadieno (SBR), borracha de butila e borracha de silício e outros elastô- meros podem ser citados. Entre esses materiais macromoleculares termoplásticos, preferi- velmente, é preferível incluir polietileno ou polipropileno.
Não há restrições específicas em relação ao material de expansão confinado dentro do gel das microcápsulas termicamente expansíveis desde que ele possa vaporizar à medi- da que aumenta a temperatura e faz com que o gel se expanda; o material de expansão pode ser selecionado conforme apropriado por aqueles versados na técnica com base em uma temperatura na qual a bateria será usada. Nessa modalidade, uma vez que o material de expansão vaporiza e expande o gel antes de o gel das microcápsulas derreter, a camada de adesivo 3 pode ser expandida na direção da espessura (direção de empilhamento) con- forme explicado previamente. Consequentemente, nessa modalidade, é necessário que o ponto de ebuliçãodo material de expansão seja inferior ao ponto de ebulição do material macromolecular termoplástico compondo o gel. Assim, o tipo de material de expansão pode
' fusão do material). Como um exemplo de um material de expansão, um hidrocarboneto lí- quido anular ou semelhante à corrente (por exemplo, hexano) pode ser citado, mas a inven- ção não é limitada a um tal material. Conhecimento existente pode ser consultado conforme apropriado.
Em adição às microcápsulas termicamente expansíveis, anteriormente menciona- das, é possível adicionar outro material macromolecular termoplástico ou uma carga eletri- camente condutiva à camada de adesivo 3. Os materiais macromoleculares termoplásticos previamente mencionados que podem ser incluídos na camada de resina 1 ou no gel das microcápsulas termicamente expansíveis podem ser usados conforme apropriado como ou- tro material macromolecular termoplástico. Além disso, as cargas eletricamente condutivas previamente mencionadas que podem ser incluídas na camada de resina 1 podem ser usa- dos conforme apropriado como uma carga eletricamente condutiva. Portanto, uma explana- ção detalhada desses materiais específicos é omitida.
Conforme explicado previamente, a camada de adesivo 3 se expande na direção de empilhamento do coletor de corrente em uma temperatura inferior ao ponto de fusão da pró- pria camada de adesivo. Consequentemente, quando a temperatura do coletor de corrente . aumenta até uma temperatura prescrita ou superior, a camada de adesivo 3 se expande na direção da espessura (direção de empilhamento) do coletor de corrente. Como resultado, a . resistência elétrica na direção de espessura do coletor de corrente aumenta e uma quanti- dadeda corrente elétrica fluindo naquela direção diminui. Nesse relatório descritivo, "ponto de fusão da camada de adesivo" significa o ponto de fusão do material compondo a camada de adesivo 3. Se a camada de adesivo 3 contiver dois ou mais materiais, então a temperatu- ra mais baixa entre os pontos de fusão dos materiais é tratada como o ponto de fusão da camada de adesivo 3.
Embora a temperatura na qual se expande a camada de adesivo 3 na direção de empilhamento seja preferivelmente inferior à temperatura de fusão da camada de adesivo, é mais preferivelmente de ao menos 10ºC inferior ao ponto de fusão da camada de adesivo 3, ainda mais preferivelmente de pelo menos 20ºC inferior, ainda mais preferivelmente de ao menos 30ºC inferior, particularmente preferivelmente de ao menos 40ºC inferior, e mais pre- ferivelmente de ao menos 50ºC inferior. Quando a temperatura na qual se expande a cama- da de adesivo 3 é tal temperatura, a camada de adesivo derreterá após se expandir suficien- temente na direção de espessura (direção de empilhamento) e, assim, a resistência elétrica do coletor de corrente pode ser aumentada de forma mais segura.
Além disso, o ponto de fusão da camada de adesivo 3 nessa modalidade é preferi- velmente inferior ao ponto de fusão da camada de resina 1 previamente explicada. Conse- quentemente, a fusão da camada de resina | ocorre após a camada de adesivo 3 ter se
: a resina derretida pode ser movida em direção às superfícies do coletor de corrente e as camadas de material ativo formada nas superfícies do coletor de corrente podem ser cober- tas com a resina derretida. Nesse relatório descritivo, "ponto de fusão da camada de resina" significa ponto de fusão do material macromolecular compondo a camada de resina 1. Se a camada de resina 1 contém dois ou mais materiais macromoleculares, então a temperatura mais baixa entre os pontos de fusão dos materiais macromoleculares é tratada como o pon- to de fusão da camada de resina 1.
Não há limitações sobre a espessura da camada de adesivo 3, porém a espessura de um equivalente de uma camada é preferivelmente de 0,5 a 10 um, mais preferivelmente deia5um, e ainda mais preferivelmente de 1 a 3 um. Quando a camada de adesivo 3 tem tal espessura, o efeito de supressão de aumento de temperatura, anteriormente menciona- do, da bateria pode ser suficientemente exibido.
Não há restrições específicas em relação ao método de fazer a camada de adesivo 3; conhecimento existente pode ser usado conforme apropriado. Como um exemplo, as par- tes constituintes contidas na camada de adesivo 3 explicadas até aqui podem ser dispersas em um solvente para fabricar uma pasta fluida e a pasta fluida pode ser revestida em uma . superfície da camada de resina 1 e seca para fazer a camada de adesivo. Outra vantagem é que cada uma das camadas do coletor de corrente aderidas com - a camada de adesivo 3 pode ser facilmente reciclada mediante remoção da camada de adesivo3.
A camada de bloqueio de íons 5 tem uma qualidade eletricamente condutiva e uma função de impedir a transmissão de íon dentro do coletor de corrente (uma função de pare- de divisória (barreira)). Consequentemente, a degradação do coletor de corrente pode ser prevenida e a durabilidade da bateria pode ser aperfeiçoada.
Como um exemplo de um material usado na camada de bloqueio de íon 5, pode ser citado ao menos um selecionado do grupo consistindo em cobre; alumínio; ferro; cromo; níquel; titânio; vanádio; molibdênio; nióbio; ligas, carbonetos de metal, nitretos de metal e óxidos de metal desses metais; carbono tipo diamante (DLC); e carbono vítreo. Dentre es- ses, é preferível utilizar ao menos um selecionado do grupo consistindo em cobre, alumínio, carbono tipo diamante do ponto de vista de estabilidade contra potencial elétrico, peso leve, e baixo custo.
A espessura da camada de bloqueio de íon 5 deve ser ajustada de modo que uma função de prevenir a transmissão de íon dentro do coletor de corrente é revelada. Especifi- camente, a espessura da camada de bloqueio de íon 5 é preferivelmente de 0,001 a 50 um.
Se houver várias das camadas de bloqueio de íon 5, então é preferível que ao menos uma das espessuras esteja na faixa anteriormente mencionada e mais preferivelmente que as Try espessuras de lodas as camadas de bloqueio de fon 5 estejam na faixa anteriormente men
' cionada.
É aceitável que o número de camadas de bloqueio de íon 5 dispostas no coletor de corrente seja uma camada ou duas ou mais camadas. Não há restrições específicas em relação à posição na qual a camada de bloqueio de íon 5 é disposta; prover a mesma como umacamada mais externa do coletor de corrente é aceitável, e prover a mesma em um lado interno da camada de resina 1 ou da camada de adesivo 3 também é aceitável.
Em uma modalidade preferida, uma superfície da camada de adesivo 3 e uma su- perfície da camada de bloqueio de íon 5 são arranjadas adjacentes entre si como nas moda- lidades das Figuras 1D a 11. Em uma modalidade mais preferida, como nas modalidades das Figuras 1G a 11,0 coletor de corrente inclui duas camadas de resina 1 e as duas cama- das de resina 1 são arranjadas de modo a ter entre elas um corpo de camada de bloqueio de íon/camada de adesivo no qual uma superfície da camada de adesivo 3 e uma superfície de uma camada de bloqueio de íon 5 são adjacentes. Em outras palavras, com relação ao corpo de camada de bloqueio de íon/camada de adesivo, uma das duas camadas de resina 16é disposta na outra superfície da camada de bloqueio de íon 5 e uma das camadas é ar- ranjada na outra superfície da camada de adesivo 3. Com tal arranjo, uma vez que a cama- . da de bloqueio de íon 5 e a superfície de divisão do coletor de corrente que se desenvolve devido à expansão e fusão da camada de adesivo 3 impede o movimento da resina a partir . das camadas de resina fundidas 1, a resina fundida pode se mover mais facilmente em dire- çãoãàs superfícies do coletor de corrente. Assim, a resina da camada de resina fundida 1 cobre as camadas de material ativo mais facilmente. Como resultado, a área de superfície das camadas de material ativo onde ocorrem as reações exotérmicas com o eletrólito é feita menor e um aumento de temperatura da bateria pode ser suprimido de uma maneira efetiva.
Um coletor de corrente convencional incluindo uma camada de bloqueio de fon tem o problema de que quando ocorre um curto-circuito interno, a corrente elétrica se torna con- centrada facilmente devido à camada de bloqueio de íon e a bateria desprende uma grande quantidade de calor. Contudo, com um coletor de corrente de acordo com essa modalidade, mesmo se o coletor de corrente incluir uma camada de bloqueio de íon é possível suprimir um aumento de temperatura da bateria de uma maneira eficaz.
A Figura 2 é uma vista em seção transversal expressando de uma forma simples uma estrutura inteira de uma bateria secundária bipolar de acordo com uma modalidade da presente invenção. A bateria secundária bipolar 10 de acordo com essa modalidade mostra- da na Figura 2 tem uma estrutura na qual um elemento gerador de energia elétrica substan- cialmente retangular 21 no qual uma reação de carregamento/descarregamento atualmente em andamento é assentado dentro de uma película de laminado 29 servindo como um ma- terial de embalagem exterior de bateria.
' bateria secundária bipolar 10 de acordo com essa modalidade tem uma pluralidade de ele- trodos bipolares 23 cada um dos quais tem uma camada de material ativo de eletrodo positi- vo 13 unida eletricamente a uma superfície de um coletor de corrente 11 e uma camada de material ativo de eletrodo negativo 15 eletricamente unida à superfície do lado oposto do coletorde corrente 11. Os eletrodos bipolares 23 são empilhados com camadas de eletrólito 17 entre os mesmos para formar o elemento de geração de energia elétrica 21. As camadas de eletrólito 17 compreendem individualmente um eletrólito contido em uma porção central na direção planar de um servidor servindo como um substrato. Os eletrodos bipolares 23 e as camadas de eletrólito 17 são empilhados alternadamente de tal modo que a camada de material ativo de eletrodo positivo 13 de um eletrodo bipolar 23 está voltada para a camada de material ativo de eletrodo negativo 15 de outro eletrodo bipolar 23 adjacente àquele ele- trodo bipolar 23 através de uma camada de eletrólito 17. Isto é, cada uma das camadas de eletrólito 17 está disposta entre a camada de material ativo de eletrodo positivo 13 do ele- trodo bipolar 23 e a camada de material ativo de eletrodo negativo 15 de outro eletrodo bipo- lar 23 adjacente àquele eletrodo bipolar 23. Além disso, a bateria secundária bipolar 10 des- sa modalidade inclui coletores de corrente de acordo com a modalidade previamente expli- BR cada como os coletores de corrente 11. Desse modo, o aumento de uma temperatura da bateria secundária bipolar pode ser suprimido de uma maneira efetiva. . A camada de material ativo positivo 13, a camada de eletrólito 17, e a camada de material ativo negativo 15 adjacentes entre si constitui uma camada de célula única 19. A bateria secundária bipolar 10 pode ser dita como tendo uma estrutura compreendendo vá- rias camadas de célula única 19 empilhadas umas nas outras. Uma camada de material ativo de eletrodo positivo 13 é formada apenas em um lado de um coletor de corrente de camada mais externa pelo lado de eletrodo positivo 11a posicionado em uma camada mais externado elemento de geração de energia elétrica 21. Além disso, uma camada de materi- al ativo de eletrodo negativo 15 é formada apenas em um lado de um coletor de corrente de camada mais externa pelo lado de eletrodo negativo 11b posicionado em uma camada mais externa do elemento de geração de energia elétrica 21. Contudo, também é aceitável que as camadas de material ativo de eletrodo positivo 13 sejam formadas em ambos os lados do coletorde corrente de camada mais externa pelo lado de eletrodo positivo 11a. Similarmen- te, é aceitável que as camadas de material ativo de eletrodo negativo 15 sejam formadas em ambos os lados do coletor de corrente de camada mais externa pelo lado de eletrodo nega- tivo 11b.
Adicionalmente, na bateria secundária bipolar 10 mostrada na Figura 2, uma chapa de coletade corrente de eletrodo positivo 25 é arranjada estreitamente adjacente ao coletor de corrente de camada mais externa pelo lado de eletrodo positivo 11a e se estende de mo-
' gem exterior de bateria. Entretanto, uma chapa de coleta de corrente de eletrodo negativo 27 é disposta estreitamente adjacente ao coletor de corrente de camada mais externa pelo lado de eletrodo negativo 11b e, similarmente, se estende de modo a conduzir para fora da película de laminado 29 servindo como um pacote exterior da bateria.
Na bateria secundária bipolar 10 mostrada na Figura 2, uma porção periférica ex- terna de cada uma das camadas de célula única 19 é vedada pelo fato de ser fundida com uma porção de borda periférica dos coletores de corrente 11 e uma porção de borda perifé- rica dos separadores nas camadas de eletrólito 17. Com tal meio de vedação, é possível impedir uma união de líquido na qual a solução eletrolítica vaze para fora de uma camada de célula única 19 e contate a solução eletrolítica de outra camada de célula única 19. Tam- bém é possível impedir o contato entre coletores de corrente adjacentes 11 dentro da bate- ria e curtos-circuitos causados pelos ligeiros desalinhamentos das porções de extremidade das camadas de célula única 19 nos elementos de geração de energia elétrica 21. Assim, com o meio de vedação dessa modalidade, é possível prover uma bateria secundária bipolar dealtaqualidade 10 que garante confiabilidade de longo prazo e segurança.
O número de camadas de célula única, empilhadas 19 é ajustado de acordo com a . voltagem desejada. Com a bateria secundária bipolar 10, também é aceitável diminuir o nú- mero de camadas de célula única, empilhadas 19 desde que uma produção suficiente possa . ser garantida embora a espessura da bateria tenha sido a mais fina possível. Com a bateria secundária bipolar 10, para impedir a degradação ambiental e choque físico a partir de uma fonte externa durante uso, é adequado adotar uma estrutura na qual o elemento de geração de energia elétrica 21 é vedado sob vácuo na película de laminado 29 servindo como o ma- terial de embalagem externa da bateria e a chapa de coleta de corrente de eletrodo positivo e a chapa de coleta de corrente de eletrodo negativo 27 são extraídas para o exterior da 25 —películadelaminado 29.
O eletrodo bipolar tem um coletor de corrente e camadas de material ativo forma- das nas superfícies do coletor de corrente. Mais especificamente, uma substância ativa de eletrodo positivo é formada em uma superfície de um coletor de corrente e uma substância ativa de eletrodo negativo é formada na outra superfície. As camadas de material ativo con- têm uma substância ativa de eletrodo positivo ou uma substância ativa de eletrodo negativo e, se necessário, contém outros aditivos. Mediante uso do coletor de corrente explicado acima, o eletrodo bipolar dessa modalidade pode suprimir um aumento da temperatura de bateria de uma maneira eficaz.
A camada de material ativo de eletrodo positivo contém uma substância ativa de eletrodo positivo. A substância ativa de eletrodo positivo tem tal composição que a mesma oclui os íons durante o descarregamento e libera os íons durante o carregamento. Um óxido Tr — P Pv. complexo de metal de transição de Iio compreendendo um óxido complexo de lítio e um UU
7 metal de transição pode ser citada como um exemplo preferido. Mais especificamente, é possível utilizar tais substâncias como LiCoO, e outros óxidos complexos de Li e Co, LiNiO, e outros óxidos complexos de Li e Ni, espinélio LIMn2O, e outros óxidos complexos de Li e Mn, LiFeO, e outros óxidos complexos de Li e Fe, e quaisquer dessas substâncias com uma porção do metal de transição substituído por outro elemento. Esses óxidos de complexo de metal de transição-lítio são materiais de baixo custo que têm excelente reatividade e propri- edade de realização de ciclos. Consequentemente, uma bateria tendo excelentes caracterís- ticas de produção pode ser feita mediante uso desses materiais no eletrodo. Outras subs- tâncias que podem ser usadas como a substância ativa de eletrodo positivo incluem LiFe- PO4e outros fosfatos e sulfatos de um metal de transição e lítio; VoOs, MrO>, TiS2, MoS,, MoO; e outros óxidos de metal de transição e sulfetos; PDO>, AgO; NIOOH. É aceitável utili zar uma das substâncias ativas de eletrodo positivo explicadas acima, individualmente ou utilizar uma mistura de duas ou mais.
Não há restrições específicas em relação ao diâmetro médio de partícula da subs- tância ativa de eletrodo positivo, porém de 1 a 100 um é preferido e de 1 a 20 um é mais preferido do ponto de vista de durabilidade de ciclo, reatividade, e uma alta capacidade da . substância ativa de eletrodo positivo. Se o diâmetro médio de partículas estiver em tal faixa, então um aumento de resistência interna da bateria secundária pode ser suprimido quando . ocorrer carregamento/descarregamento sob condições de elevada produção e uma corrente suficiente pode ser extraída da bateria. Se a substância ativa positiva for uma partícula se- cundária, então é preferível que o diâmetro médio de partícula das partículas principais compondo as partículas secundárias esteja na faixa de 10 nm a 1 um, porém essa modali- dade não é necessariamente limitada à faixa anteriormente mencionada. Depende do méto- do de fabricação, porém, desnecessário dizer, é aceitável se a substância ativa de eletrodo positivo for submetida à floculação ou agregada e não na forma de uma partícula secundá- ria. O diâmetro de partícula de tal substância ativa positiva e o tamanho de partícula da par- tícula principal podem ser um diâmetro mediano obtido utilizando-se um método de difração a laser. O formato da substância ativa de eletrodo positivo que pode ser obtido diferirá de- pendendo do tipo e método de fabricação. Exemplos incluem formato esférico (pó), seme- lhante à chapa, semelhante à agulha, semelhante à haste e semelhante ao cubo, mas o formato não é limitado aos mesmos. Qualquer formato pode ser usado sem problema. É preferível utilizar um formato ótimo conforme apropriado para aperfeiçoar as características de carregamento e descarregamento e outras características da bateria. A camada de material ativo de eletrodo negativo contém uma substância ativa de eletrodo negativo. A substância ativa de eletrodo negativo tem tal composição que ela pode liberar íon durante descarregamento e ocluir os íons durante o carregamento. Não há restri- Tr —— ——— - ões específicas em relação à substância ativa de eletrodo negativo desde que ela possa UU
' ocluir de forma reversível e liberar o lítio. Exemplos preferidos de substâncias ativas de ele- trodo negativo incluem metais tais como Si e Sn; tais como óxidos de metal, tal como TiO, TizOsz, TiO>2, SIO,, SIO e SnO;; tais óxidos complexos de lítio e um metal de transição como Liga Tis30a E Li7MnN; ligas à base de Li-Pb; ligas à base de LI-Al; Li, e tais materiais de car- bono como grafite natural, grafite artificial, negro de fumo, carvão ativado, fibra de carbono, coque, carbono macio e carbono duro. O material ativo de eletrodo negativo inclui preferi- velmente um elemento que se liga com o lítio. Mediante uso de um elemento que se liga com o lítio, é possível obter uma bateria de elevada capacidade que tem uma excelente ca- racterística de produção e uma densidade de energia superior do que pode ser obtido com um material à base de carbono convencional. É aceitável utilizar um das substâncias ativas de eletrodo negativo explicadas acima, isoladamente ou utilizar uma mistura de duas ou mais.
Embora não limitado a estes, os seguintes exemplos específicos de elementos que se ligam com o lítio podem ser citados: Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, |r, Pd, Pt Ag, Au, Cd, Hg, Ga, TI, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, e Cl. Dentre esses, do ponto de vista de configurar uma bateria com excelente capacidade e densidade de energia, é prefe- . rível incluir pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo em material de car- bono e/ou Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, e Zn e particularmente preferível incluir um material de car- ” bono elementar, Si ou Sn. É aceitável utilizar um desses isoladamente ou usar dois ou mais em conjunto.
Não há restrições específicas em relação ao diâmetro de partícula e formato da substância ativa de eletrodo negativo, e uma explanação detalhada é omitida aqui porque as mesmas formas como anteriormente explicado de substância ativa de eletrodo positivo po- dem ser adotadas.
Se necessário, é aceitável incluir outras substâncias nas camadas de material ativo. Por exemplo, um agente auxiliar de condução ou um aglutinante pode ser incluído. Além disso, se um polímero condutivo de íon for incluído, então é aceitável incluir um iniciador de polimerização para polimerizar o polímero.
O agente auxiliar de condução é um aditivo misturado para aperfeiçoar a condutivi- dade elétrica da camada de material ativo. Negro de acetileno, negro de fumo, negro de ketjen, grafite e outros pós de carbono, fibra de carbono desenvolvida em vapor (VGCF, marca comercial registrada) e vários outras fibras de carbono, e carbono expandido podem ser citados como agentes auxiliares de condução. Contudo, desnecessário dizer, o agente auxiliar de condução não é limitado a estes.
Difluoreto de polivinilideno (PVdF), poli-imida, PTFE, SBR e aglutinantes à base de borracha sintética podem ser citados como aglutinantes. Contudo, desnecessário dizer, o TT = bgluiinante não é Imilado a estes. Além disso, não é necessário utlizar um aglutinante
' quando o aglutinante e um polímero de matriz usados como um gel dielétrico são os mes- mos.
Não há limitações específicas sobre as proporções de mistura dos componentes contidos nas camadas de material ativo. As proporções de mistura podem ser ajustadas mediante consulta ao conhecimento existente com relação às baterias secundárias de lítio- íon conforme apropriado. Não há limitações específicas sobre a espessura das camadas de material ativo e é possível consultar o conhecimento existente com relação às baterias se- cundárias de lítio-(on conforme apropriado. Para citar um exemplo, a espessura das cama- das de material ativo preferivelmente é de 10 a 100 um e mais preferivelmente de 20 a 50 um. Seacamada de material ativo for de ao menos 10 um, então uma capacidade de bate- ria suficiente pode ser garantida. Entretanto, se a camada de material ativo não for maior do que aproximadamente 100 um, então é possível suprimir uma ocorrência do problema da resistência interna aumentar devido ao fato de se tornar mais difícil para os íons de lítio se difundir em uma porção profunda de eletrodo (lado do coletor de corrente).
Não há restrições específicas em relação ao método de formar a camada de mate- rial ativo de eletrodo positivo (ou camada de material ativo de eletrodo negativo) sobre a . superfície de coletor de corrente e método conhecidos podem ser usados da mesma manei- ra. Por exemplo, conforme explicado anteriormente, uma pasta fluida de substância de ele- . trodo positivo (ou uma pasta fluida de substância de eletrodo negativo) pode ser preparada mediante dispersão ou dissolução da substância ativa de eletrodo positivo (ou substância ativa de eletrodo negativo) - assim como, se necessário, um sal de eletrólito para aumentar a condutividade de íon, um agente auxiliar de condução para aumentar a condutividade de elétron, e um aglutinante - em um solvente apropriado. A camada de material ativo de ele- trodo positivo (ou camada de material ativo de eletrodo negativo) é formada no coletor de corrente mediante revestimento da pasta fluida sobre o coletor de corrente e prensar a pasta fluida após ela ter secado e o solvente ter sido removido. Não há limitações específicas em relação ao solvente e N-metil-2-pirrolidona (NMP), dimetilformamida, dimetilacetamida, metil- formamida, ciclohexano, e hexano podem ser usados. Se difluoreto de polivinilideno (PVdF) for usado como um aglutinante, então é aceitável utilizar NMP como um solvente.
No método explicado acima, a pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo (ou a pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo) é revestida sobre o coletor de corrente e prensada após ela ter secado. Mediante ajuste das condições de pressão, uma relação de espaço vazio da camada de material ativo positivo (ou camada de material ativo o negativo) pode ser controlada.
s5 Não há restrições específicas em relação ao meio específico e condições de pren- sagem do processo de prensagem e esses podem ser ajustados conforme apropriado de tal Tr modo que a relação de espaço vazio da camada de materia! de eletrodo positiva (au cama
' da de material de eletrodo negativo) obtida após o processo de prensagem pode ser ajusta- da em um valor desejado. Uma máquina de prensagem a calor e uma máquina de prensa- gem de rolo de calandra podem ser citadas como exemplo de uma forma concreta do pro- cesso de prensagem. Não há restrições específicas em relação às condições de prensagem (temperatura, pressão, etc.) e o conhecimento existente pode ser consultado conforme apropriado.
As camadas de eletrólito funcionam como um meio através do qual se movem os íons de lítio entre os eletrodos. Não há restrições específicas em relação ao eletrólito a partir do qual a camada de eletrólito é feita; um eletrólito líquido ou tal eletrólito de polímero como um eletrólito de gel macromolecular ou um eletrólito sólido macromolecular podem ser usa- dos conforme apropriado.
Um eletrólito líquido é um solvente no qual um sal de lítio é dissolvido como um ele- trólito de suporte. Os exemplos de solventes a seguir podem ser citados: dimetil carbonato (DMC), dietil carbonato (DEC), dipropil carbonato (DPC), etil metil carbonato (EMC), metil —propionato (MP), metil acetato (MA), metil formiato (MF), 4-metil dioxolano (4AMeDOL), dioxo- lano (DOL), 2-metiltetraidrofurano (2MeTHF), tetraidrofurano (TDH), dimetoxietano (DME), . carbonato de etileno (EC), carbonato de propileno (PC), carbonato de butileno (BC), e y- butirolactona (GBL). É aceitável utilizar um desses solventes isoladamente ou utilizar uma . mistura de dois ou mais combinados.
Além disso, embora não haja restrições específicas sobre o eletrólito de suporte (sal de lítio), eletrólitos de suporte que podem ser citados incluem ânions de sal de ácido inorgânico como LiPF6, LiBFA4, LiCIO,, LiAsFs, LiTaFeg, LISbF6s, LIAICIa, Li2B1oCl1o, Lil, LiBr, LiCI, LiAICI, LiHF2z, e LISCN e tais ânions de sal de ácido orgânico como LICF3;SO;, LI(CF3SO>2)N, LiBOB, (lítio bis óxido borato), LiIBETI (lítio bis (perfluoroalquil etileno sulfonili- —mida), e Li(CXFsSO>)N. É aceitável utilizar um dos sais de eletrólito explicados acima indi- vidualmente ou utilizar uma mistura de dois ou mais.
Entretanto, um eletrólito de gel macromolecular é feito mediante injeção de um ele- trólito líquido como explicado acima em um polímero de matriz tendo uma qualidade condu- tiva de íon de lítio. Exemplos que podem ser citados de polímero de matriz tendo uma quali- dade de condução de íon de lítio incluem polímeros (PEO) tendo óxido de polietileno como uma cadeia principal ou uma cadeia lateral, polímeros (PPO) tendo óxido de polipropileno como uma cadeia principal ou uma cadeia lateral, polietileno glicol (PEG), poliacrilonitrila (PAN), éster de ácido polimetacrílico, polivinilideno de fluoreto (PVdF), copolímero de polivi- nilideno de fluoreto e hexafluoropropileno (PVdf-HFP), poliacrilonitrila (PAN), e po- limetacrilato) (PMA), poli(metilmetacrilato) (PMMA). Também é possível utilizar uma mistu- ra, uma modificação, um derivado, um copolímero aleatório, um copolímero alternativo, um
7 nados. Entre esses, PEO, PPO, e copolímeros dos mesmos; PVdF; e PVdF-HFP são dese- jáveis para utilização. Um sal de lítio ou outro sal de eletrólito pode ser bem dissolvido em um tal polímero de matriz. Além disso, mediante formação de uma estrutura de ponte, o po- límero de matriz pode exibir uma excelente resistência mecânica.
Se a camada de eletrólito for feita de um eletrólito líquido ou de um eletrólito de gel, então é aceitável utilizar um separador na camada de eletrólito. Uma forma concreta de um separador que pode ser citado é, por exemplo, membrana microporosa feita de tais poliolefi- nas como polietileno e polipropileno, tais hidrocarbonetos como polivinilideno fluoreto- hexafluoropropileno (PVdF-HFP), ou fibra de vidro.
Um eletrólito sólido macromolecular é feito mediante dissolução do polímero de ma- triz anteriormente mencionado em um eletrólito de suporte (sal de lítio) e não contém um solvente orgânico. Consequentemente, quando a camada de eletrólito é feita de um eletróli- to sólido macromolecular, não há preocupação sobre o líquido vazando a partir da bateria e a confiabilidade da bateria pode ser aperfeiçoada.
Além disso, mediante formação de uma estrutura de ponte, um polímero de matriz feito de um eletrólito de gel macromolecular ou um eletrólito de sólido macromolecular pode . exibir uma excelente resistência mecânica. Para formar a estrutura de ponte, é aceitável utilizar um iniciador de polimerização apropriado e aplicar tal tratamento de polimerização - como polimerização térmica, polimerização ultravioleta, polimerização de radiação, ou poli- merização de elétron para um polímero polimerizável (por exemplo, PEO ou PPO) destinado a formar um eletrólito macromolecular. É aceitável se o eletrólito anteriormente mencionado estiver incluído nas camadas de material ativo dos eletrodos.
As seções de vedação (camadas de isolamento) funcionam para impedir contato entre os coletores de corrente e curtos-circuitos em porções de extremidade das camadas —decélula única. O material usado para fazer as seções de vedação deve ter uma qualidade de isolamento, uma qualidade de vedação contra deslocamento do eletrólito sólido e uma qualidade de vedação (qualidade de impermeabilidade) contra água e permeação de umi- dade a partir do exterior, e uma qualidade de resistência ao calor sob temperatura de opera- ção da bateria. Por exemplo, resina de uretano, resina de epóxi, resina de polietileno, resina de polipropileno, resina de poli-imida, ou borracha podem ser usadas. Dentre essas, resina de polietileno e resina de polipropileno são materiais constituintes preferidos para a camada de isolamento do ponto de vista de resistência à corrosão, resistência química, facilidade de fabricação (capacidade de formação de película), e eficiência econômica.
Sem considerar utilizar um invólucro semelhante à caixa de metal conhecido como omaterialdeembalagem externa da bateria, também é possível utilizar um invólucro seme- lhante a saco feito de uma película de laminado que contém alumínio e pode cobrir o ele-
7 cula de laminado tendo uma estrutura de três camadas de polipropileno, alumínio, e náilon laminados sucessivamente, pode ser usada, porém a película de laminado não é limitada aos mesmos.
Nessa modalidade, é desejável utilizar uma película de laminado que tenha excelente rendimento e desempenho de resfriamento e possa ser usado adequadamente emuma bateria para máquinas grandes tal como EV e HEV.
Exemplos de Trabalho Os efeitos operacionais da presente invenção serão explicados agora utilizando exemplos de trabalho e exemplos comparativos apresentados abaixo.
Contudo, o escopo técnico da presente invenção não é limitado aos exemplos de trabalho apresentados abaixo.
Eletrodos bipolares quando fabricados utilizando coletores atuais tendo diferentes materiais e estruturas de empilhamento para as camadas de resina, camadas de bloqueio de íon, e camadas de adesivo.
Utilizando esses eletrodos bipolares, baterias secundárias bipolares foram fabricadas e a resistência interna foi avaliada sob condições de baixa temperatura e de alta temperatura.
Além disso, um corpo empilhado dos coletores atuais e camadas de material ativo e o eletrólito foram aquecidos e a quantidade de calor emitida devido a uma reação exotérmica entre as camadas de material ativo e o dielétrico foi avaliada. . Como uma substância ativa de eletrodo positivo, uma pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo foi preparada mediante mistura de LIMn204 em 85% em massa, . negro de acetileno a 5% em massa como um agente auxiliar de condução, difluoreto de po- liviniideno (PVDF) a 10% em massa como um aglutinante com N-metil-2-propileno (NMP) como um solvente de ajuste de viscosidade de pasta fluida.
Como uma substância ativa de eletrodo negativo, uma pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo foi preparada mediante mistura de carbono duro a 90% em massa e PVDF a 10% em massa como um aglutinante com NMP como um solvente de ajuste de viscosidade de pasta fluida.
Exemplos de Trabalho 1 Como uma camada de resina tendo uma qualidade condutiva, uma película tendo uma espessura de 12,5 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa.
Como um adesivo tendo uma qualidade de condução, um adesivo A foi preparado o qual compreende microcápsulas termicamente expansíveis com partículas de carbono servindo como um material eletricamente condutivo a 20% em massa e teve a sua viscosidade ajustada utilizando xileno.
As microcápsulas ter- micamente expansíveis compreendem invólucros de cloreto de polivinil (diâmetro de partícu- la de 200 nm, ponto de fusão de 125ºC) encerrando o hexano como um material de expan- são.
O adesivo A foi revestido em uma superfície da camada de resina anteriormente men- cionada até uma espessa de 2 um e mais uma camada de resina foi colocada sobre a mes- Tre H& 2daída da modo a Inbfcar em estelar de aumente compresntanda ima camadas v resina, uma camada de adesivo, e uma camada de resina.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo, anteriormente mencionada, foi revestida sobre uma superfície do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo espessura de 36 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de ele- trodo negativo, anteriormente mencionada, foi revestida sobre a outra superfície do coletor de corrente, e a camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada mediante prensada da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3A. Exemplo de Trabalho 2 Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 25 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa e negro ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A foi revestido sobre uma superfície da cama- da de resina até uma espessura de 2 um e seco de modo a fabricar um coletor de corrente compreendendo uma camada de resina e uma camada de adesivo. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo, anteriormente mencionado . foi revestido sobre a superfície do lado de camada de adesivo do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 26 um foi for- + mada prensando-se a pasta fluida revestida após a secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo, anteriormente mencionada, foi revestida sobre a su- perfície do lado de camada de resina do coletor de corrente, e uma camada de material ati- vo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3B. Exemplo de Trabalho 3 Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 25 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A foi revestido sobre uma superfície da camada de resina até uma espessura de 2 um e seco de modo a fabricar um coletor de corrente compreendendo uma camada de resina e uma camada de adesivo.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo anteriormente mencionada foi revestida sobre a superfície do lado de camada de resina do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um foi for- mada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta flui- dade substância ativa de eletrodo negativo anteriormente mencionada foi revestida sobre a superfície do lado de camada de adesivo do coletor de corrente, e uma camada de material Tn eiva-de eletrodo negalivo ando uma espessura de 30 um foi formada mediante prensagem
7 da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3C.
Exemplo de Trabalho 4 Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 12 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A anteriormente mencionado foi re- vestido até uma espessura de 1 um em uma superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 um foi sobreposta e aderida à mesma como uma camada de bloqueio de íon. O adesivo A foi revestido na superfície do lado de folha de cobre da ca- mada de resina até uma espessura de 1 um e mais uma camada de resina foi sobreposta à mesma e aderida para fabricar um coletor de corrente compreendendo uma camada de re- sina, uma camada de adesivo, e uma camada de bloqueio de fon, uma camada de adesivo, e uma camada de resina.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo, anteriormente mencionada, foirevestida sobre uma superfície do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um foi formada mediante prensagem . da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteriormente mencionada foi revestida na outra superfície do coletor de . corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foiformada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3D.
Exemplo de trabalho 5 Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 12 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com —negrode ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A anteriormente mencionado foi re- vestido até uma espessura de 1 um em uma superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 um foi sobreposta e aderida à mesma como uma camada de bloqueio de íon. Mais uma camada de resina foi sobreposta à superfície do lado de folha de cobre do corpo empilhado obtido e aderida mediante ligação de termocompressão a — 60ºC, fabricando assim um coletor de corrente compreendendo uma camada de resina, uma camada de adesivo, uma camada de bloqueio de íon, e uma camada de resina.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo anteriormente mencionada foi revestida sobre uma superfície da camada de resina que é adjacente à camada adesiva do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após seca- gem da mesma. Entretanto, a pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteri-
' te à camada de bloqueio de íon do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim o eletrodo bipolar da Figura 3E.
Exemplo de Trabalho 6 Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 7 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com ne- gro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A anteriormente mencionado foi reves- tido até uma espessura de 1 um em uma superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 um foi sobreposta e aderida à mesma como uma camada de bloqueio de íon. O adesivo A anteriormente mencionado foi revestido até uma espessura de 1 um na superfície do lado de folha de cobre desse corpo empilhado e mais uma camada de resina foi sobreposta à mesma e aderida. Utilizando o mesmo método como explicado anteriormente, o adesivo A, a folha de cobre, o adesivo A, e uma camada de resina foram empilhados sucessivamente na superfície do lado de camada de resina do corpo empilhado obtido de modo a fabricar um coletor de corrente compreendendo uma camada de resina, . uma camada de adesivo, uma camada de bloqueio de íon, uma camada de adesivo, uma camada de resina, uma camada de adesivo, uma camada de bloqueio de íon, uma camada . de adesivo e uma camada de resina. ' A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo anteriormente mencionada foi revestida sobre uma superfície do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. Entretanto, a pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteriormente mencionada foi revestida sobre a outra superfície do coletorde corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma es- pessura de 30 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3F.
Exemplo de Trabalho 7 Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 20 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A anteriormente mencionado foi re- vestido até uma espessura de 1 um em uma superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 um foi sobreposta e aderida à mesma como uma camada de bloqueio de íon. Mais uma folha de cobre foi assentada na superfície do lado de camada de resina do corpo empilhado. obtido e aderida mediante ligação de termocompressão a 60ºC, desse modo fabricando um coletor de corrente compreendendo uma camada de blo-
v de fon.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo anteriormente mencionada foi revestida sobre uma superfície da camada de bloqueio de íon que é adjacente à camada de adesivo do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. Entretanto, a pasta fluida de substância ativa de eletrodo negati- vo anteriormente mencionada foi revestida sobre uma superfície da camada de bloqueio de íon que é adjacente à camada de resina do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada mediante prensagem da pastafluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3G.
Exemplo de Trabalho 8 Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 20 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A anteriormente mencionado foi re- vestido até uma espessura de 1 um em uma superfície da camada de resina e uma folha de . cobre tendo uma espessura de 2 um foi sobreposta e aderida à mesma como uma camada de bloqueio de íon. Mais uma folha de cobre foi sobreposta à superfície do lado de camada . de resina do corpo empilhado obtido e aderida mediante ligação de termocompressão a —60ºC, fabricando assim um coletor de corrente compreendendo uma camada de bloqueio de íon, uma camada de adesivo, uma camada de resina, e uma camada de bloqueio de íon.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo, anteriormente mencionada, foi revestida em uma superfície da camada de bloqueio de íon que é adjacente à camada de resina do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. Entretanto, a pasta fluida de substância ativa de eletrodo negati- vo anteriormente mencionada foi revestida sobre uma superfície da camada de bloqueio de íon que é adjacente à camada de adesivo do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada mediante prensagem da pastafluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3H.
Exemplo de Trabalho 9 Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 25 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negrode ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A anteriormente mencionado foi re- vestido com uma espessura de 1 um em uma superfície da camada de resina e uma folha TT ye cobre tando uma espessura de 2 um foi sobreposta e aderída à mesma como uma cam
” mada de bloqueio de fon, fabricando assim um coletor de corrente compreendendo uma camada de bloqueio de íon, uma camada de adesivo e uma camada de resina.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo, anteriormente mencionada, foi revestida sobre a superfície do lado de camada de bloqueio de íon do coletor de corrente obtido, euma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma.
A pas- ta fluida de substância ativa de eletrodo negativo foi revestida sobre uma superfície do lado de camada de resina do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 31. Exemplo de Trabalho 10 Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 25 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa.
O adesivo A anteriormente mencionado foi re- vestido até uma espessura de 1 um em uma superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 um foi sobreposta e aderida à mesma como uma camada . de bloqueio de íon, desse modo fabricando um coletor de corrente compreendendo uma camada de bloqueio de íon, uma camada de adesivo e uma camada de resina. . A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo, anteriormente mencionada, foirevestida sobre a superfície do lado de camada de resina do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um foi for- mada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma.
A pasta flui- da de substância ativa de eletrodo negativo anteriormente mencionada foi revestida sobre a superfície do lado de camada de bloqueio de íon do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um ele- trodo bipolar da Figura 3J.
Exemplo de Trabalho 11 Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 20 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa.
Como um adesivo tendo uma qualidade de condução e separado do adesivo A, um adesivo B foi preparado o qual compreende uma olefina desnaturada (à base de poliolefina, ponto de fusão de 120ºC) com partículas de car- bono servindo como um material eletricamente condutivo adicionado a 20% em massa e quetevea sua viscosidade ajustada utilizando xileno.
O adesivo A anteriormente menciona- do foi revestido até uma espessura de 1 um em uma superfície da camada de resina e uma
' camada de bloqueio de íon. O adesivo anteriormente mencionado B foi revestido até uma espessura de 1 um na outra superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 um foi sobreposta e aderida à mesma como uma camada de bloqueio de íon, desse modo fabricando um coletor de corrente compreendendo uma camada de blo- —queiode íon, uma camada de adesivo (A), uma camada de resina, uma camada de adesivo (B), e uma camada de bloqueio de íon.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo, anteriormente mencionada, foi revestida sobre a superfície da camada de bloqueio de íon que é adjacente à camada de adesivo (B) do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo posi- tivo tendo uma espessura de 36 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida reves- tida após secagem da mesma. Entretanto, a pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteriormente mencionada foi revestida sobre uma superfície da camada de blo- queio de íon que é adjacente à camada de adesivo (A) do coletor de corrente, e uma cama- da de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada medi- ante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3K.
. Exemplo de Trabalho 12 ' Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma . espessura de 20 um foi preparada a qual compreende polietileno em 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A anteriormente mencionado foi re- vestido até uma espessura de 1 um em uma superfície da camada de resina e uma folha de alumínio tendo uma espessura de 2 um foi sobreposta e aderida à mesma como uma cama- da de bloqueio de íon. O adesivo B anteriormente mencionado foi revestido até uma espes- sura de 1 um na outra superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma es- —pessurade2 um foi sobreposta e aderida à mesma como uma camada de bloqueio de íon, desse modo fabricando um coletor de corrente compreendendo uma camada de bloqueio de íon (Al), uma camada de adesivo (A), uma camada de resina, e uma camada de adesivo (B), e uma camada de bloqueio de íon (Cu).
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo, anteriormente mencionada, foirevestida sobre a superfície do lado de camada de bloqueio de íon (Cu) do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteriormente mencionada foi revestida sobre a superfície do lado de camada de bloqueio de íon (Al) do coletor de cor- rente, ea camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, comple- tando assim um eletrodo bipolar da Figura v Exemplo de Trabalho 13 Sem considerar utilizar uma folha de alumínio de 2 um de espessura como uma camada de bloqueio de íon, um eletrodo bipolar da Figura 3M foi completado utilizando-se o mesmo método como no Exemplo de Trabalho 4. Exemplo de Trabalho 14 Sem considerar utilizar um carbono semelhante a diamante (DLC) de 2 um de es- pessura como uma camada de bloqueio de íon, um eletrodo bipolar da Figura 3N foi comple- tado utilizando-se o mesmo método que o Exemplo de Trabalho 4. Exemplo de Trabalho 15 Sem considerar utilizar uma película de 12 um de espessura feita de tereftalato de polietileno (PET) com negro de ketjen adicionado a 5% em massa como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, um eletrodo bipolar da Figura 3O foi completado utili- zando-se o mesmo método como no Exemplo de Trabalho 4. Exemplo de Trabalho 16 Sem considerar utilizar uma película de 25 um de espessura feita de tereftalato de polietileno (PET) com negro de ketjen adicionado a 5% em massa como uma camada de . resina tendo condutividade elétrica, um eletrodo bipolar da Figura 3P foi completado utili- zando-se o mesmo método como no Exemplo de Trabalho 9. . Exemplo de Trabalho 17 Sem considerar utilizar uma película de 20 um de espessura feita de tereftalato de polietileno (PET) com negro de ketjen adicionado a 5% em massa como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, um eletrodo bipolar da Figura 3Q foi completado utili- zando-se o mesmo método como no Exemplo de Trabalho 7. Exemplo Comparativo 1 Um coletor de corrente compreendendo apenas uma película de 20 um de espes- sura (camada de resina tendo uma propriedade eletricamente condutiva) feita de polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa foi utilizado.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo, anteriormente mencionada, foi revestida sobre uma superfície do coletor de corrente anteriormente mencionada, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um é formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteriormente mencionada foi revestida sobre a outra superfície do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo ten- do uma espessura de 30 um foi formada mediante secagem e prensagem da pasta fluida revestida, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 4A.
Exemplo Comparativo 2
” espessura de 25 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. Uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 um foi sobreposta a uma superfície da camada de resina anteriormente mencionada como uma camada de bloqueio de íon e aderida mediante soldagem térmica a 100ºC para fabricar um coletorde corrente compreendendo a camada de bloqueio de íon e uma camada de re- sina.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo anteriormente mencionada foi revestida sobre o lado de camada de bloqueio de íon do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteriormente mencionada foi revestida sobre a super- fície do lado de camada de resina do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 4B. .
Exemplo Comparativo 3 . Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 25 um foi preparada a qual compreende polietileno com negro de ketjen adici- . onado a 5% em massa. Uma folha de alumínio tendo uma espessura de 2 um foi sobreposta a uma superfície da camada de resina anteriormente mencionada como uma camada de bloqueio de íon e aderida mediante soldagem térmica a 100ºC para fabricar um coletor de corrente compreendendo uma camada de bloqueio de íon e uma camada de resina.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo anteriormente mencionada foi revestida sobre a superfície do lado de camada de resina do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um foi for- mada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta flui- da de substância ativa de eletrodo negativo foi revestida sobre a superfície do lado de ca- mada de bloqueio de íon do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 4C.
Exemplo Comparativo 4 Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 20 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. Uma folha de alumínio tendo uma espessura de2umfoisobrepostaa uma superfície da camada de resina anteriormente mencionada como uma camada de bloqueio de íon e aderida mediante soldagem térmica a 100ºC. Uma TT 7 felha-de cobra tendo uma espessura de 2 um foi sobreposta à outra superfície da camada
- de resina anteriormente mencionada como uma camada de bloqueio de íon e aderida medi- ante soldagem térmica a 100ºC para fabricar um coletor de corrente compreendendo uma camada de bloqueio de íon, uma camada de resina e uma camada de bloqueio de íon.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo anteriormente mencionada é revestida sobre uma superfície do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 um é formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteriormente mencionada foi revestida sobre a outra superfície do coletor de corrente, e camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada mediante secagem e prensagem da pasta fluida revestida, desse modo complementando o eletrodo bipolar da Figura 4D.
Exemplo Comparativo 5 Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 12,5 um foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. Uma folha de alumínio tendo uma espessura de 2 um foi sobreposta a uma superfície da camada de resina anteriormente mencionada . como uma camada de bloqueio de íon e aderida mediante soldagem térmica a 100ºC. Mais uma camada de resina foi sobreposta à superfície do lado de folha de alumínio do corpo . empilhado obtido e aderida mediante soldagem térmica a 100ºC, desse modo fabricando um coletor de corrente compreendendo uma camada de resina, uma camada de bloqueio de íon, e uma camada de resina.
A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo é revestida sobre uma super- fície do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo ten- do uma espessura de 36 um é formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteriormente mencionada foi revestida sobre a outra superfície do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 um foi formada mediante secagem e prensagem da pasta fluida revestida, desse modo complementando um eletrodo bipolar da Figura 4E.
Uma solução de eletrólito foi preparada mediante dissolução de sal de lítio LIFEs em uma concentração de 1,0 M em um solvente misturado PC-EC compreendendo carbona- to de propileno (PC) e carbonato de etileno (EC) misturados em 1:1 (proporção volumétrica). A solução eletrolítica obtida foi misturada a 90% em massa com um polímero hospedeiro compreendendo uma mistura de hexafluoropropileno (HFP) e difluoreto de polivinilideno — (PVDF)(HFP: PVDF = 90:10 (proporção em massa)), e a 10% em massa de dimetilcarbona- to (DMC) com um solvente de ajuste de viscosidade, desse modo preparando uma quanti- dade apropriada de um eletrólito de gel.
——— — — piPs apropriada de um eletrálio da Je
O eletrólito de gel anteriormente mencionado foi revestido sobre a camada de mate- rial ativo de eletrodo positivo e a camada de material ativo de eletrodo negativo do eletrodo bipolar anteriormente mencionado e o DMC foi seco para obter um eletrodo bipolar tendo o eletrólito de gel permeado nesse lugar. O eletrólito de gel foi então revestido sobre ambas as superfícies de um separador (espessura: 20 um) e o DMC foi seco para fabricar uma ca- mada de eletrólito e polímero de gel.
A camada de eletrólito e polímero de gel foi colocada sobre a camada de material ativo de eletrodo positivo do eletrodo bipolar anteriormente mencionado e uma seção de vedação (feita de resina de epóxi) tendo uma largura de 12 mm foi arranjada em torno do eletrodo bipolar. Após empilhar seis camadas de tais eletrodos bipolares sucessivamente, uma prensagem foi aplicada a partir de cima e de baixo das seções de vedação (0,2 MPa, 160ºC, 5 segundos) para soldar e vedar as camadas de célula única (cinco camadas no to- tal).
O elemento de geração de energia elétrica obtido foi disposto entre abas de alumi- nio(130mmx80 mm, espessura de 100 um) servindo como condutores de corrente e sela- das a vácuo utilizando uma película de laminado de alumínio como o material de embala- . gem externa. Isso foi então prensado utilizando uma máquina de prensagem térmica em uma pressão de 1 kg/cm? e uma temperatura de aquecimento de 100ºC por 1 hora para cu- . rar a seção de vedação não curada e concluir a bateria secundária bipolar.
Agora um teste de resistência interna das baterias secundárias bipolares será dis- cutido. Cada uma das baterias secundárias bipolares fabricadas como explicado acima foi carregada até 21,0 V sob uma atmosfera ambiente de 25ºC utilizando um método de corren- te constante (CC, corrente: 0,5 mA) e, posteriormente, carregada utilizando um método de voltagem constante (CV, 21 V) por um total combinado de 10 horas de carregamento. Pos- teriormente, as baterias foram descarregadas em uma capacidade de descarga de 1 C. Após isso, a resistência interna da bateria foi medida em 25ºC. A seguir, a bateria foi aque- cida até 130ºC e a resistência interna medida. Então, a resistência interna a 130ºC foi calcu- lada com base na suposição de que a resistência interna a 25ºC foi de 1. Os resultados são mostrados na Tabela 1.
Agora um teste de quantidade de emissão de calor das baterias secundárias bipola- res será discutido.Cada uma das baterias secundárias bipolares fabricadas como explicado anteriormente foi desmontada em uma caixa de luvas e os eletrodos bipolares compreen- dendo a camada de material ativo de eletrodo positivo, um coletor de corrente, e uma cama- da de material ativo de eletrodo negativo foram separados, limpos três vezes com DMC, e secos dentro de uma câmara de vácuo. Posteriormente, os corpos empilhados compreen- dendo a camada de material ativo de eletrodo positivo e um coletor de corrente ou corpos empilhados compreendendo uma camada de material ativo de eletrodo negativo e um cole- WWW Emplihados compreendendo uma camada de materia! ativo de eletrodo megativo e um cole
7 tor de corrente foram extraídos em 1 mg de uma vez.
A solução eletrolítica foi preparada mediante dissolução do sal de lítio LIPFg; em uma concentração de 1,0 M em um solvente misto de EC-DEC compreendendo EC e dietil carbonato (DEC) misturados em 2:3 (propor- ção volumétrica). Os corpos empilhados extraídos anteriormente mencionados foram colo- cadosem um tacho de aço inoxidável revestido a ouro com a solução eletrolítica e a quanti- dade de calor emitida devido a uma reação exotérmica entre a camada de material ativo e a solução eletrolítica foi medida utilizando calorimetria de varredura diferencial (DSC) em uma faixa a partir de uma temperatura ambiente (25ºC) a 400ºC.
Os resultados são mostrados na Tabela 1. Quantidade de Camada] Camada SE Emissão de Calor qe R a na de Adesi- queio de Estrutura Eletrodo | Eletrodo | sistência lon Negativo | Positivo | Interna eletrodo posi- tivo + camada de resina + Exemplo de Adesivo camada de Trabalho 1 A Nenhuma adesivo + ca- 1098 s3 mada de resi- * na + eletrodo negativo . eletrodo posi- tivo + camada Exemplo de Adesivo de adesivo + Trabalho 2 A — |Nenhumal camadade | 108 sa resina + ele- trodo negativo eletrodo posi- tivo + camada Exemplo de Adesivo de resina + Trabalho 3 A Nenhuma camada de fe s2 adesivo + ele- trodo negativo eletrodo posi- tivo + camada de resina + Camada de adesivo + ca- Exemplo de Adesivo mada de blo- Trabalho 4 A Su queio de íon+ 1985 53 camada de adesivo + ca- mada de resi- na + eletrodo negativo eletrodo posi- NR tivo + camada Css Adesivo | cu | deresina+ | 1079 | 963 51 camada de
] mada de blo- queio de íon+ camada de resina + ele- trodo negativo eletrodo posi- tivo + camada de resina + camada de adesivo + ca- mada de blo- queio de íon+ camada de ã, adesivo + ca- BSTAR de Adesivo Cu mada de resi- | 1106 987 5,5 rabalho 6 A ha + Camada de adesivo + camada de bloqueio de Íon+ camada de adesivo + camada de resina + ele- trodo negativo . eletrodo posi- tivo + camada de bloqueio de . Íon+ camada Exemplo de Adesivo Cu de adesivo o 1395 Trabalho 7 A resina + ca- mada de blo- queio de íon+ eletrodo nega- tivo eletrodo posi- tivo + camada de bloqueio de Íon+ camada ina + Exemplo de Adesivo | c, | Câmadade 1125 5,0 Trabalho 8 A adesivo + 05- à mada de blo- queio de íon+ eletrodo nega- tivo eletrodo posi- tivo + camada de bloqueio de Exemplo de Adesivo íÍon+ camada Trabalho 9 PE A Gu de adesivo + 1056 s1 camada de resina + ele- trodo negativo
' layer + cama- da de adesivo + camada de bloqueio de íÍon+ negative electrode eletrodo posi- tivo + camada de bloqueio de O) de adesivo (A) h e adesivo Adesivo + camada & Exemplo de Cu | resina+ca- | 1388 | 1136 5,3 Trabalho 11 (2) mada de ade- Adesivo sivo (B) + ca- mada de blo- queio de fon + eletrodo nega- tivo eletrodo posi- tivo + camada de bloqueio de Ó) Íon(Cu) + Ca- Adesivo ot a sdo- sivo (A) + ca- ' Exemplo de A (Du mada de resi- | 1399 1149 5,3 Trabalho 12 (2) (2) Al na + Camada . Adesivo de adesivo (B) + camada de bloqueio de Íon(AI) + ele- trodo negativo eletrodo posi- tivo + camada de resina + camada de adesivo + ca- Exemplo de Adesivo mada de blo- Trabalho 13 A Al | queiodeíon+| 1990 | 976 s1 camada de adesivo + ca- mada de resi- na + eletrodo negativo eletrodo posi- tivo + camada de resina + camada de adesivo + ca- Exemplo de Adesivo mada de blo- Trabalho 14 A DLC queio de íon+ 1091 982 camada de adesivo + ca- mada de resi- na + eletrodo A negativo [| E
: eletrodo posi- tivo + camada de resina + camada de adesivo + ca- Exemplo de Adesivo mada de blo- Trabalho 15 PET A a queio de íon+ 1986 961 camada de adesivo + ca- mada de resi- na + eletrodo negativo eletrodo posi- tivo + camada de bloqueio de Exemplo de Adesivo Íon+ camada Trabalho 16 PET A eu de adesivo + 1031 camada de resina + ele- trodo negativo eletrodo posi- tivo + camada de bloqueio de íon+ Camada ; de adesivo + Exemplo & PET Adesivo Cu camada de 1388 4,9 resina + ca- + mada de blo- queio de íon+ eletrodo nega- tivo eletrodo posi- Exemplo tivo + camada Comparativo Nenhuma| de resina + 1767 1593 1 eletrodo nega- tivo eletrodo posi- tivo + camada Exemplo de bloqueio de Comparativo Nenhuma Cu Íon+ camada 1745 1736 2,9 2 de resina + eletrodo nega- tivo eletrodo posi- tivo + camada Exemplo de resina + Comparativo Nenhuma Al camada de 1896 1586 2,8 3 bloqueio de íon+ eletrodo negativo eletrodo posi- Exemplo tivo + camada Comparativo Nenhuma| cu [e bloqueio del 1936 | 1691 27 de resina + CA camada de [|
' bloqueio de íon+ eletrodo negativo eletrodo posi- tivo + camada de resina + Exemplo camada de Comparativo Cu bloqueio de 1773 1576 2,6 íÍon+ camada de resina + eletrodo nega- tivo Os resultados da Tabela 1 demonstram que a resistência interna aumenta mais acentuadamente à medida que aumenta a temperatura nos Exemplos de Trabalho 1 a 17 do que nos Exemplos Comparativos. Acredita-se que isso se deva ao material de expansão 5 vaporizando nas microcápsulas termicamente expansíveis das camadas de adesivo à medi- da que a temperatura aumenta e fazendo com que a camada de adesivo se expanda na direção da espessura (direção de empilhamento). Além disso, a quantidade de calor emitida em uma reação exotérmica entre o eletrólito e a substância ativa de eletrodo positivo e/ou a . substância ativa de eletrodo negativo é acentuadamente inferior nos Exemplos de Trabalho 1a417 doque nos Exemplos Comparativos 1 a 5. Considera-se que isso se deva à quanti- . dade de corrente fluindo na direção de espessura (direção de empilhamento) do coletor de corrente diminuindo à medida que aumenta a resistência interna.
CE

Claims (18)

  1. REIVINDICAÇÕES . 1. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar CARACTERIZADO por com- preender: uma seção eletricamente condutiva; e " uma seção de expansão que se expande em uma direção de espessura do coletor de corrente para bateria secundária bipolar e aumenta uma resistência interna da bateria durante um período quando aquecida dentro de uma faixa de 25ºC a 130ºC. .
  2. 2. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar, de acordo com a reivindica- ção 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a seção de expansão inclui uma microcápsula . 10 termicamente expansível compreendendo o material de expansão encerrado em um gel contendo um material macromolecular termoplástico.
  3. 3. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar, de acordo com a reivindica- ção 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a seção eletricamente condutiva é ao menos parcialmente formada por uma cama- daderesina tendo condutividade elétrica, e a seção de expansão é ao menos parcialmente formada por uma camada de adesi- vo tendo condutividade elétrica, a camada de adesivo tendo um ponto de fusão inferior ao da camada de resina, a camada de resina e a camada de adesivo sendo dispostas em ca- madas na direção da espessura do coletor de corrente da bateria secundária bipolar.
  4. 4, Coletor de corrente para bateria secundária bipolar, de acordo com a reivindica- ção 3, CARACTERIZADO por compreender ainda uma camada de bloqueio de íon com uma superfície da camada de adesivo e uma superfície da camada de bloqueio de íon sendo unidas uma à outra.
  5. 5. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar, de acordo com a reivindica- —ção4, CARACTERIZADO por compreender ainda duas camadas de resina que são arranjadas na outra superfície da camada de blo- queio de fon e na outra superfície da camada de adesivo, respectivamente.
  6. 6. Eletrodo para bateria secundária bipolar, incluindo o coletor de corrente para ba- teria secundária bipolar tal como definido na reivindicação 1, o eletrodo para bateria secun- —dáriabipolar CARACTERIZADO por compreender: . uma camada de material ativo de eletrodo positivo formada em uma primeira super- fície do coletor de corrente; e uma camada de material ativo de eletrodo negativo formada em uma segunda su- perfície do coletor de corrente.
  7. 7. Bateria secundária bipolar, incluindo o eletrodo para bateria secundária bipolar tal como definido na reivindicação 6, a bateria secundária bipolar CARACTERIZADA por com- preender:
    ' um elemento de geração de energia elétrica compreendendo uma pluralidade de . camadas de eletrólito empilhadas entre o eletrodo para bateria secundária bipolar e ao me- nos um eletrodo para bateria secundária bipolar adicional.
  8. 8. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar, de acordo com a reivindica- o ção3, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de adesivo tem um ponto de fusão que é inferior ao ponto de fusão da camada de resina.
  9. 9. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar, de acordo com a reivindica- . ção 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a seção eletricamente condutiva é ao menos parcialmente formada por uma cama- . 10 daderesina tendo condutividade elétrica; e a seção de expansão é ao menos parcialmente formada por uma camada de adesi- vo tendo condutividade elétrica, a camada de adesivo tendo um ponto de fusão inferior ao da camada de resina, a camada de resina e a camada de adesivo sendo dispostas em ca- madas na direção da espessura do coletor de corrente para bateria secundária bipolar.
  10. 10. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar, de acordo com a reivindica- ção 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de adesivo tem um ponto de fusão que é inferior ao ponto de fusão da camada de resina.
  11. 11. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar, de acordo com a reivindica- ção10, CARACTERIZADO por compreender ainda uma camada de bloqueio de íon com uma superfície da camada de adesivo e uma superfície da camada de bloqueio de íon sen- do unidas uma à outra.
  12. 12. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar, de acordo com a reivindica- ção 11, CARACTERIZADO por compreender ainda duas camadas de resina que são arranjadas na outra superfície da camada de blo- queio de íon e na outra superfície da camada de adesivo, respectivamente.
  13. 13. Eletrodo para bateria secundária bipolar incluindo o coletor de corrente para ba- teria secundária bipolar tal como definido na reivindicação 12, o eletrodo para bateria se- cundária bipolar CARACTERIZADO por compreender: ' 30 uma camada de material ativo de eletrodo positivo formada na primeira superfície . do coletor de corrente; e uma camada de material ativo de eletrodo negativo formada em uma segunda su- perfície do coletor de corrente.
  14. 14. Bateria secundária bipolar incluindo o eletrodo para bateria secundária bipolar tal como definido na reivindicação 13, a bateria secundária bipolar CARACTERIZADA por compreender: um elemento de geração de energia elétrica compreendendo uma pluralidade de
    ' camadas de eletrólito empilhadas entre o eletrodo para bateria secundária bipolar e pelo . menos um eletrodo para bateria secundária bipolar adicional.
  15. 15. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar, de acordo com a reivindica- ção 9, CARACTERIZADO por compreender ainda o uma camada de bloqueio de íon com uma superfície da camada de adesivo e uma superfície da camada de bloqueio de íon sendo unidas uma à outra.
  16. 16. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar, de acordo com a . reivindicação 15, CARACTERIZADO por compreender ainda: duas camadas de resina que são dispostas na outra superfície da camada de . 10 — bloqueio de íon e na outra superfície da camada de adesivo, respectivamente.
  17. 17. Eletrodo para bateria secundária bipolar incluindo o coletor de corrente para bateria secundária bipolar tal como definido na reivindicação 16, o eletrodo para bateria secundária bipolar CARACTERIZADO por compreender: uma camada de material ativo de eletrodo positivo formada em uma primeira superfície do coletor de corrente; e uma camada de material ativo de eletrodo negativo formada em uma segunda superfície do coletor de corrente.
  18. 18. Bateria secundária bipolar incluindo o eletrodo para bateria secundária bipolar tal como definido na reivindicação 17, a bateria secundária bipolar CARACTERIZADA por compreender: um elemento de geração de energia elétrica compreendendo uma pluralidade de camadas de eletrólito empilhadas entre o eletrodo para bateria secundária bipolar e pelo menos um eletrodo para bateria secundária bipolar adicional.
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Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 04/11/2010, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. PATENTE CONCEDIDA CONFORME ADI 5.529/DF, QUE DETERMINA A ALTERACAO DO PRAZO DE CONCESSAO.