BR112012012049B1 - Coletor de corrente para bateria secundária bipolar, eletrodo para bateria secundária bipolar e 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
[001] Esse pedido é um Pedido de Estágio Nacional dos Estados Unidos do Pedido Internacional N° PCT/JP2010/06910, depositado em 4 de novembro de 2010, o qual reivindica prioridade em conformidade com o Pedido de Patente Japonesa N° 2009-265181, depositado no Japão em 20 de novembro de 2009 cujo conteúdo inte-gral é aqui incorporado mediante referência.
[002] A presente invenção se refere geralmente a um coletor de corrente para uma bateria secundária bipolar. Particularmente, a presente invenção se refere a um aperfeiçoamento para suprimir um aumento de temperatura de uma bateria secundá-ria bipolar.
[003] 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 veículos de acionamento elétrico, o uso de um dispositivo de fonte de energia que pode ser carregado e descarregado é indispensável. Tais bate-rias 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 elé-trico e diversas possibilidades de desenvolvimento estão sendo diligentemente se-guidas. Para empregar uma bateria secundária como a fonte de energia para acionar um motor em quaisquer dos veículos acionados por eletricidade anteriormente mencionados, é necessário utilizar uma pluralidade de baterias secundárias conec- tadas em conjunto em série para garantir um grande rendimento.
[004] Contudo, quando as baterias são conectadas através de peças de co-nexão, o rendimento declina devido à resistência elétrica das peças de conexão. Além disso, baterias que têm 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 densidade de energia.
[005] Baterias secundárias de lítio-íon bipolares e outras baterias secundárias bipolares foram desenvolvidas como meios para resolver esse problema. As baterias secundárias bipolares têm um elemento gerador de energia elétrica compreendendo vários eletrodos bipolares empilhados com camadas de eletrólito entre os mesmos, os eletrodos bipolares compreendendo individualmente uma camada de material ativo de eletrodo positivo formado em uma superfície de um coletor de corrente e uma camada de material ativo de eletrodo negativo 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 eletrólito, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo formam uma camada de célula única camada e as camadas de célula única são empilhadas em série com os coletores de corrente entre as mesmas.
[006] Em anos recentes, com relação às tais baterias secundárias bipolares, foram desenvolvidas tecnologias que tornam mais leve o peso dos coletores de cor-rente e aperfeiçoam uma densidade de saída por peso unitário da bateria mediante inclusão de um material macromolecular nos coletores de corrente (por exemplo, Publicação de Patente Aberta à Inspeção Pública Japonesa N° 2006-190649).
[007] Contudo, com a bateria secundária bipolar convencional explicado aci-ma, 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.
[008] 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.
[009] Um coletor de corrente para bateria secundária bipolar tem condutivi- dade 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.
[010] 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 temperatura prescrita ou superior. Consequentemente, uma resis-tência elétrica aumenta na direção da espessura do coletor de corrente e uma quan-tidade de corrente elétrica fluindo naquela direção diminui. Como resultado, um au-mento da temperatura da bateria é suprimido.
[011] Com referência agora aos desenhos anexos que formam uma parte desta revelação origina.
[012] Figuras 1A a 1I são vistas em seção transversal expressando de uma forma simples um coletor de corrente para bateria secundária bipolar de acordo com modalidades preferidas.
[013] Figura 2 é uma vista em seção transversal expressando de uma forma simples uma estrutura inteira da bateria secundária bipolar de acordo com uma mo-dalidade.
[014] Figuras 3A a 3Q são vistas em seção transversal expressando de uma forma simples um eletrodo bipolar fabricados nos Exemplos de Trabalho 1 a 17.
[015] Figuras 4A a 4E são vistas em seção transversal expressando de uma forma simples um eletrodo bipolar fabricado nos Exemplos Comparativos 1 a 5.
[016] Uma modalidade preferida da presente invenção será explicada agora. Uma modalidade da presente invenção é um coletor de corrente para bateria secun-dária bipolar tendo condutividade elétrica. O corretor de corrente é caracterizado por ser uma seção de expansão que se expande em uma direção de espessura do cole-tor de corrente em uma temperatura igual ou superior a uma temperatura prescrita.
[017] Ao explicar os desenhos, aos elementos que são idênticos estão atribu-ídos numerais de referência idênticos e explanações duplicatas são omitidas. As proporções dimensionais dos desenhos são exageradas para conveniência de ex-planação e as proporções efetivas podem ser diferentes.
[018] 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 formada para outra superfície na qual uma camada de material ativo de eletrodo negativo é formada. O coletor de corrente de acordo com uma mo-dalidade preferida da presente invenção inclui uma camada de resina que tem con- dutividade elétrica (em seguida, denominada simplesmente "camada de resina") e uma camada de adesivo que tem condutividade elétrica (em seguida chamada sim-plesmente de "camada de adesivo"). Adicionalmente, uma camada de bloqueio de íon e outras camadas são incluídas conforme exigido.
[019] As Figuras 1A a 1I são vistas em seção transversal expressando de uma forma simples um coletor de corrente para bateria secundária bipolar de acordo com uma modalidade preferida. Os coletores de corrente das Figuras 1A a 1I com-preendem uma ou duas ou mais camadas de resina 1 tendo condutividade elétrica e uma ou duas ou mais camadas de adesivo 3 tendo condutividade elétrica que são empilhadas ou dispostas em camadas em relação umas as outras. Mais especifica-mente, 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 camadas de adesivo 3, empilha-das umas nas outras. Entretanto, os coletores de corrente das Figuras 1D a 1I inclu-em uma camada de bloqueio de íon 5 em adição às camadas de resina 1 e as ca-madas 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 Fi-guras 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 modalida- des das Figuras 1G a 1I a camada(s) de bloqueio de íon 5 é disposta entre uma ca-mada de resina 1 e/ou uma camada de adesivo 3. Adicionalmente, em cada um dos coletores de corrente das Figuras 1A a 1I, um lado de pelo menos uma das camadas de contato 3 é adjacente a um lado de pelo menos uma 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 acor-do com a presente invenção, não é limitado apenas às tais modalidades.
[020] As camadas de resina 1 são feitas, por exemplo, de uma resina que é obtida mediante adição de negro de ketjen ao polietileno como uma carga eletrica-mente condutiva. As camadas de adesivo 3 são feitas, por exemplo, de um adesivo contendo partículas de carbono servindo como uma carga eletricamente condutiva e microcápsulas termicamente expansíveis compreendendo um gel de cloreto de poli- vinil encerrando hexano como um material de expansão. As microcápsulas termica- mente expansíveis anteriormente mencionadas da modalidade correspondem à se-ção de expansão na presente invenção. Assim, se pode dizer que a camada de ade-sivo 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 corrente 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.
[021] 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 temperatura aumenta, o material de expansão encerrado no gel vaporiza e se expande. Consequentemente, quando a temperatura do coletor de corrente au-menta 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, aumenta uma resistência elétrica na direção da espessura do coletor de corrente e diminui uma quantidade de corrente elétrica fluindo naquela direção.
[022] 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 resistência elétrica na direção da espessura do coletor de corrente pode ser levada a aumentar de tal modo que a quantidade de corrente elétrica fluindo na-quela direção diminui. Posteriormente, se a temperatura aumentar ainda mais, as camadas de resina 1 também derreterão. Quando isso ocorre, uma superfície das camadas de material ativo formadas nas superfícies 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 dielétrico, pode ser supri-mida.
[023] Partes constituintes do coletor de corrente dessa modalidade serão ex-plicadas agora em detalhe.
[024] 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 coletor de corrente. A camada de resina 1 é feita de um material de base macromolecular e pode incluir uma carga eletricamente condutiva e outros materiais conforme necessário.
[025] Para a resina usada como o material de base, qualquer material ma-cromolecular não condutivo conhecido ou material macromolecular eletricamente condutivo pode ser usado sem limitação. Materiais macromoleculares não conduti- vos preferidos incluem, por exemplo, polietileno (PE; polietileno de alta densidade (HDPE), polietileno de baixa densidade (LDPE)) polipropileno (PP), tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT), poliéter nitrila (PEN), poli-imida (PI), poliamida-imida (PAI), poliamida (PA), politetrafluoroetileno (PTFE), borracha de estireno-butadieno (SBR), poliacrilonitrila (PAN), polimetilacrilato (PMA), po- li(metilmetacrilato) (PMMA), cloreto de polivinil (PVC), difluoreto de polivinilideno (PVdF), poliestireno (PS), resina de silicone, celulose e resina de epóxi. Tal material macromolecular não condutivo pode ter resistência superior à voltagem e resistência superior ao solvente. Exemplos de materiais macromoleculares eletricamente condu- tivos, preferidos incluem, por exemplo, polianilina, polipirrol, politiofeno, poliacetileno, poliparafenileno, polifenileno venileno, poliacrilonitrila, e polioxadiazol. Como tal ma terial macromolecular condutivo tem condutividade elétrica suficiente não adicionar uma carga eletricamente condutiva é vantajoso do ponto de vista de simplificar um processo de fabricação e reduzir o peso do coletor de corrente.
[026] 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 pre-ferivelmente um material macromolecular termoplástico que derrete quando aqueci-do. Se ao menos uma das camadas de resina 1 contiver um material macromolecular termoplástico, então quando aumenta a temperatura do interior da bateria, aquela camada de resina 1 derreterá e as camadas 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 ativo e o eletrólito pode ser supri-mida e um aumento da temperatura da bateria pode ser impedido, o que é preferível.
[027] O material macromolecular não condutivo ou o material condutivo pode ser selecionado 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 material macromolecular, combinados. Adicional-mente, quando o coletor de corrente inclui duas ou mais camadas de resina 1, é aceitável utilizar um material macromolecular diferente em cada uma das camadas de resina 1.
[028] Uma carga eletricamente condutiva pode ser adicionada ao material macromolecular eletricamente condutivo ou ao material macromolecular não condu- tivo conforme necessário. Particularmente, se a resina servindo como o material de base do coletor for feita apenas de uma macromolécula não condutiva, então será inerentemente necessário adicionar uma carga eletricamente condutiva para trans-mitir uma qualidade eletricamente condutiva à resina. Qualquer carga eletricamente condutiva pode ser usada sem restrições específicas desde que ela seja uma subs-tância que tem uma qualidade eletricamente condutiva. Por exemplo, um metal ou um carbono eletricamente condutivo podem ser citados como materiais que têm ex- celente condutividade elétrica, resistência à voltagem, e desempenho de bloqueio de íon-lítio.
[029] Não há restrições específicas em relação ao metal, mas é preferível uti-lizar um metal, 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 potencial 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 con-sistindo em Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe e Cr.
[030] Mais especificamente, ligas tais como aço inoxidável (SUS), Inconel (marca comercial 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 voltagem superior.
[031] Não há restrições específicas em relação a um carbono eletricamente condutivo, porém é preferível selecionar ao menos um do grupo consistindo em ne-gro de acetileno, Vulcan, pérola negra, nanofibras de carbono, negro de Ketjen, na- notubos de carbono, nanotrompas de carbono, nanobalões de carbono, e fulereno. Esses carbonos eletricamente condutivos têm uma janela de potencial elétrico muito ampla, são estáveis por uma ampla faixa com relação ao potencial de eletrodo posi-tivo 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 eletricamente condutivas feitas de um metal ou de um carbono eletricamente condutivo, é possível utilizar apenas 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.
[032] Não há restrições específicas em relação ao tamanho da carga eletri-camente condutiva; diversos tamanhos de carga podem ser usados dependendo da espessura e tamanho da camada de resina 1 e do formato da carga eletricamente condutiva. Como um exemplo, se a carga eletricamente condutiva tiver uma forma particulada, então o diâmetro médio das partículas preferivelmente é de 0,1 a 10 μm do ponto de vista de tornar mais fácil formar 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 observadas em 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 posteri-ormente podem ser definidos da mesma maneira.
[033] Não há restrições específicas sobre a quantidade de carga eletricamente condutiva contida na camada de resina 1. Se a resina contiver um material ma-cromolecular eletricamente 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 condu- tivo, então a adição de uma carga eletricamente condutiva é necessária para trans-mitir uma qualidade de condução elétrica. Em tal caso, a quantidade 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 sufi-ciente pode ser transmitida ao material macromolecular não condutivo.
[034] Não há restrições específicas em relação à forma da carga eletricamente condutiva e tais formas conhecidas são em partículas, fibrosas, semelhante à chapa, aglomerada, semelhante 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 direção específica dentro da resina, então é preferível utilizar uma carga eletricamente condutiva que seja fibrosa ou que tenha outra forma que tenha uma direcionalidade fixa.
[035] A espessura da camada de resina eletricamente condutiva 1 é preferi-velmente fina para reduzir o peso e, assim, aumentar uma densidade de potência da bateria. Mais especificamente, a espessura de um equivalente de uma camada de resina eletricamente condutiva 1 é preferivelmente de 0,1 a 200 μm, mais preferi-velmente de 5 a 150 μm, e ainda mais preferivelmente de 10 a 100 μm.
[036] 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 conjunto. Adicionalmente, a camada de adesivo 3 de acordo com essa modalidade funciona para expandir na direção de empilhamento do coletor de corrente em uma temperatura inferior ao ponto de fusão da própria camada de adesivo. Além disso, nesse relatório descritivo, "expandir" significa que uma espes-sura da camada de adesivo em uma direção da espessura (direção de empilhamen-to) se torna mais grossa em 1,05 vezes ou mais em 25°C.
[037] Não há restrições específicas sobre o material compondo a camada de adesivo desde que os materiais funcionem como um adesivo e se expandam na di-reção da espessura (direção de empilhamento) à medida que aumenta a temperatu-ra; materiais conhecidos podem ser usados conforme apropriado. Por exemplo, para transmitir uma função de expansão, é preferível que a camada de adesivo 3 conte-nha 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 expansão das microcápsulas ter- micamente expansíveis vaporiza e expande o gel. Consequentemente, a camada de adesivo 3 pode ser expandida na direção da espessura (direção de empilhamento).
[038] Não há restrições específicas em relação ao material macromolecular termoplástico contido no gel das microcápsulas termicamente expansíveis, porém é necessário que o material 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 temperatura da bateria secundária bipolar. O material macromolecular termoplástico constituindo o gel da microcápsula termi- camente expansível pode ser selecionado considerando essa necessidade. Por exemplo, polietileno, polipropileno, polivinil álcool, polivinil acetal, polivinil acetato, cloreto de polivinil, resina acrílica, borracha de cloropreno, borracha de nitrila, borra-cha de estireno-butadieno (SBR), borracha de butila e borracha de silício e outros elastômeros podem ser citados. Entre esses materiais macromoleculares termoplás-ticos, preferivelmente, é preferível incluir polietileno ou polipropileno.
[039] Não há restrições específicas em relação ao material de expansão con-finado dentro do gel das microcápsulas termicamente expansíveis desde que ele possa vaporizar à medida que aumenta a temperatura e faz com que o gel se ex-panda; o material de expansão pode ser selecionado conforme apropriado por aque-les 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 ex-pandida na direção da espessura (direção de empilhamento) conforme explicado previamente. Consequentemente, nessa modalidade, é necessário que o ponto de ebulição do material de expansão seja inferior ao ponto de ebulição do material ma-cromolecular termoplástico compondo o gel. Assim, o tipo de material de expansão pode ser selecionado considerando-se o tipo de material usado no gel (particular-mente o ponto de fusão do material). Como um exemplo de um material de expansão, um hidrocarboneto líquido anular ou semelhante à corrente (por exemplo, hexano) pode ser citado, mas a invenção não é limitada a um tal material. Conhecimento existente pode ser consultado conforme apropriado.
[040] Em adição às microcápsulas termicamente expansíveis, anteriormente mencionadas, é possível adicionar outro material macromolecular termoplástico ou uma carga eletricamente condutiva à camada de adesivo 3. Os materiais macromo- leculares termoplásticos previamente mencionados que podem ser incluídos na ca-mada de resina 1 ou no gel das microcápsulas termicamente expansíveis podem ser usados conforme apropriado como outro material macromolecular termoplástico. Além disso, as cargas eletricamente condutivas previamente mencionadas que po-dem ser incluídas na camada de resina 1 podem ser usados conforme apropriado como uma carga eletricamente condutiva. Portanto, uma explanação detalhada des-ses materiais específicos é omitida.
[041] 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 própria camada de adesivo. Consequentemente, quando a tempe-ratura do coletor de corrente aumenta até uma temperatura prescrita ou superior, a camada de adesivo 3 se expande na direção da espessura (direção de empilhamen-to) do coletor de corrente. Como resultado, a resistência elétrica na direção de es-pessura do coletor de corrente aumenta e uma quantidade da corrente elétrica fluin-do 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 temperatura mais baixa entre os pontos de fusão dos materiais é tratada como o ponto de fusão da camada de adesivo 3.
[042] 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 10°C inferior ao ponto de fusão da camada de adesivo 3, ainda mais preferivelmente de pelo menos 20°C infe-rior, ainda mais preferivelmente de ao menos 30°C inferior, particularmente preferi-velmente de ao menos 40°C inferior, e mais preferivelmente de ao menos 50°C infe-rior. Quando a temperatura na qual se expande a camada de adesivo 3 é tal tempe- ratura, a camada de adesivo derreterá após se expandir suficientemente na direção de espessura (direção de empilhamento) e, assim, a resistência elétrica do coletor de corrente pode ser aumentada de forma mais segura.
[043] Além disso, o ponto de fusão da camada de adesivo 3 nessa modalidade é preferivelmente inferior ao ponto de fusão da camada de resina 1 previamente explicada. Consequentemente, a fusão da camada de resina 1 ocorre após a camada de adesivo 3 ter se expandido na direção da espessura (direção de empilhamento) e derretido. Como resultado, a resina derretida pode ser movida em direção às superfícies do coletor de corrente e as camadas de material ativo formada nas su-perfícies do coletor de corrente podem ser cobertas 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 ponto de fusão da camada de resina 1.
[044] 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 μm, mais preferivelmente de 1 a 5 μm, e ainda mais preferivelmente de 1 a 3 μm. Quando a camada de adesivo 3 tem tal espessura, o efeito de supressão de aumento de temperatura, anteriormente mencionado, da bateria pode ser suficientemente exibi-do.
[045] 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 partes 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.
[046] Outra vantagem é que cada uma das camadas do coletor de corrente aderidas com a camada de adesivo 3 pode ser facilmente reciclada mediante remo- ção da camada de adesivo 3.
[047] A camada de bloqueio de íons 5 tem uma qualidade eletricamente con- dutiva e uma função de impedir a transmissão de íon dentro do coletor de corrente (uma função de parede divisória (barreira)). Consequentemente, a degradação do coletor de corrente pode ser prevenida e a durabilidade da bateria pode ser aperfei-çoada.
[048] 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; alumí-nio; 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 esses, 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.
[049] 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. Especificamente, a espessura da camada de bloqueio de íon 5 é preferi-velmente de 0,001 a 50 μm. 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 espessuras de todas as camadas de bloqueio de íon 5 estejam na faixa anteriormente mencionada.
[050] 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 uma camada 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.
[051] Em uma modalidade preferida, uma superfície da camada de adesivo 3 e uma superfície da camada de bloqueio de íon 5 são arranjadas adjacentes entre si como nas modalidades das Figuras 1D a 1I. Em uma modalidade mais preferida, como nas modalidades das Figuras 1G a 1I, o coletor de corrente inclui duas cama-das de resina 1 e as duas camadas 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 su-perfície 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 1 é disposta na outra superfície da camada de bloqueio de íon 5 e uma das camadas é arranjada na outra superfície da camada de adesivo 3. Com tal arranjo, uma vez que a camada 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 fa-cilmente em direção às 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 rea-ções exotérmicas com o eletrólito é feita menor e um aumento de temperatura da bateria pode ser suprimido de uma maneira efetiva.
[052] Um coletor de corrente convencional incluindo uma camada de bloqueio de íon tem o problema de que quando ocorre um curto-circuito interno, a corrente elétrica se torna concentrada 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.
[053] 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 mostrada na Figura 2 tem uma estrutura na qual um elemento gerador de energia elétrica substancialmente retangular 21 no qual uma reação de carregamento/descarregamento atualmente em andamento é assentado dentro de uma película de laminado 29 servindo como um material de embalagem exterior de bateria.
[054] Conforme mostrado na Figura 2, o elemento de geração de energia elé-trica 21 da bateria secundária bipolar 10 de acordo com essa modalidade tem uma pluralidade de eletrodos bipolares 23 cada um dos quais tem uma camada de mate-rial ativo de eletrodo positivo 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 coletor de corrente 11. Os eletrodos bipola- res 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 compreen-dem 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 adja-cente àquele eletrodo 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 eletrodo bipolar 23 e a camada de material ativo de eletrodo negativo 15 de outro eletrodo bipolar 23 adjacente àquele eletrodo bipolar 23. Além disso, a bateria secundária bipolar 10 dessa modalidade inclui coletores de corrente de acordo com a modalidade previamente explicada como os coletores de corrente 11. Desse modo, o aumento de uma temperatura da bateria secundária bipolar pode ser suprimido de uma maneira efetiva.
[055] 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 estru-tura compreendendo várias camadas de célula única 19 empilhadas umas nas ou-tras. 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 positi- vo 11a posicionado em uma camada mais externa do elemento de geração de ener-gia elétrica 21. Além disso, uma camada de material 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 ele-mento de geração de energia elétrica 21. Contudo, também é aceitável que as ca-madas de material ativo de eletrodo positivo 13 sejam formadas em ambos os lados do coletor de corrente de camada mais externa pelo lado de eletrodo positivo 11a. Similarmente, 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 negativo 11b.
[056] Adicionalmente, na bateria secundária bipolar 10 mostrada na Figura 2, uma chapa de coleta de corrente de eletrodo positivo 25 é arranjada estreitamente adjacente ao coletor de corrente de camada mais externa pelo lado de eletrodo posi-tivo 11a e se estende de modo a conduzir para fora da película de laminado 29 ser-vindo como um material de embalagem 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.
[057] Na bateria secundária bipolar 10 mostrada na Figura 2, uma porção pe-riférica externa 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 periférica dos separadores nas camadas de eletrólito 17. Com tal meio de vedação, é possível impedir uma união de líquido na qual a solução eletrolí- tica vaze para fora de uma camada de célula única 19 e contate a solução eletrolíti- ca de outra camada de célula única 19. Também é possível impedir o contato entre coletores de corrente adjacentes 11 dentro da bateria 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 de alta qualidade 10 que garante confiabilidade de longo prazo e segurança.
[058] 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 número 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 de-gradação 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 material de em-balagem externa da bateria e a chapa de coleta de corrente de eletrodo positivo 25 e a chapa de coleta de corrente de eletrodo negativo 27 são extraídas para o exterior da película de laminado 29.
[059] O eletrodo bipolar tem um coletor de corrente e camadas de material ativo formadas 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 contêm 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 moda-lidade pode suprimir um aumento da temperatura de bateria de uma maneira eficaz.
[060] 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 de complexo de metal de transição de lítio compreendendo um óxido complexo de lítio e um metal de transição pode ser citada como um exem-plo preferido. Mais especificamente, é possível utilizar tais substâncias como LiCoO2 e outros óxidos complexos de Li e Co, LiNiO2 e outros óxidos complexos de Li e Ni, espinélio LiMn2O4 e outros óxidos complexos de Li e Mn, LiFeO2 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 proprie-dade de realização de ciclos. Consequentemente, uma bateria tendo excelentes ca-racterísticas de produção pode ser feita mediante uso desses materiais no eletrodo. Outras substâncias que podem ser usadas como a substância ativa de eletrodo posi-tivo incluem LiFePO4 e outros fosfatos e sulfatos de um metal de transição e lítio; V2O5, MnO2, TiS2, MoS2, MoO3 e outros óxidos de metal de transição e sulfetos; PbO2, AgO; NiOOH. É aceitável utilizar uma das substâncias ativas de eletrodo positivo explicadas acima, individualmente ou utilizar uma mistura de duas ou mais.
[061] Não há restrições específicas em relação ao diâmetro médio de partícula da substância ativa de eletrodo positivo, porém de 1 a 100 μm é preferido e de 1 a 20 μm 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 bate-ria. Se a substância ativa positiva for uma partícula secundária, então é preferível que o diâmetro médio de partícula das partículas principais compondo as partículas secundárias esteja na faixa de 10 nm a 1 μm, porém essa modalidade não é neces-sariamente limitada à faixa anteriormente mencionada. Depende do método de fabri-cação, porém, desnecessário dizer, é aceitável se a substância ativa de eletrodo po-sitivo for submetida à floculação ou agregada e não na forma de uma partícula se-cundária. O diâmetro de partícula de tal substância ativa positiva e o tamanho de partícula da partícula 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 dependendo do tipo e método de fabricação. Exemplos incluem formato esférico (pó), semelhante à chapa, semelhante à agulha, semelhan-te à haste e semelhante ao cubo, mas o formato não é limitado aos mesmos. Qual- quer formato pode ser usado sem problema. É preferível utilizar um formato ótimo conforme apropriado para aperfeiçoar as características de carregamento e descar-regamento e outras características da bateria.
[062] A camada de material ativo de eletrodo negativo contém uma substância ativa de eletrodo negativo. A substância ativa de eletrodo negativo tem tal com-posição que ela pode liberar íon durante descarregamento e ocluir os íons durante o carregamento. Não há restrições específicas em relação à substância ativa de ele-trodo negativo desde que ela possa ocluir de forma reversível e liberar o lítio. Exem-plos preferidos de substâncias ativas de eletrodo negativo incluem metais tais como Si e Sn; tais como óxidos de metal, tal como TiO, Ti2O3, TiO2, SiO2, SiO e SnO2; tais óxidos complexos de lítio e um metal de transição como Li4/3Ti5/3O4 e Li7MnN; ligas à base de Li-Pb; ligas à base de Li-Al; Li, e tais materiais de carbono como grafite na-tural, grafite artificial, negro de fumo, carvão ativado, fibra de carbono, coque, carbo-no macio e carbono duro. O material ativo de eletrodo negativo inclui preferivelmente 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 característica de produção e uma densidade de energia superior do que pode ser obtido com um material à base de carbono convencional. É aceitável utilizar uma das substâncias ativas de eletrodo negativo explicadas acima, isoladamente ou utilizar uma mistura de duas ou mais.
[063] 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, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, 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 preferível incluir pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo em material de carbono e/ou Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, e Zn e parti-cularmente preferível incluir um material de carbono elementar, Si ou Sn. É aceitável utilizar um desses isoladamente ou usar dois ou mais em conjunto.
[064] 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 podem ser adotadas.
[065] 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 acei-tável incluir um iniciador de polimerização para polimerizar o polímero.
[066] O agente auxiliar de condução é um aditivo misturado para aperfeiçoar a condutividade 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. Con-tudo, desnecessário dizer, o agente auxiliar de condução não é limitado a estes.
[067] Difluoreto de polivinilideno (PVdF), poli-imida, PTFE, SBR e aglutinantes à base de borracha sintética podem ser citados como aglutinantes. Contudo, desnecessário dizer, o aglutinante não é limitado a estes. Além disso, não é neces-sário utilizar um aglutinante quando o aglutinante e um polímero de matriz usados como um gel dielétrico são os mesmos.
[068] 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 conheci-mento existente com relação às baterias secundárias de lítio-íon conforme apropria-do. Para citar um exemplo, a espessura das camadas de material ativo preferivel-mente é de 10 a 100 μm e mais preferivelmente de 20 a 50 μm. Se a camada de material ativo for de ao menos 10 μm, então uma capacidade de bateria suficiente pode ser garantida. Entretanto, se a camada de material ativo não for maior do que aproximadamente 100 μm, 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).
[069] Não há restrições específicas em relação ao método de formar a camada de material 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 maneira. Por exemplo, conforme explicado anteriormente, uma pasta fluida de substância de eletrodo positivo (ou uma pasta fluida de substância de eletrodo negativo) pode ser preparada mediante dispersão ou dissolução da subs-tância 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 agluti-nante - em um solvente apropriado. A camada de material ativo de eletrodo 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 específi-cas em relação ao solvente e N-metil-2-pirrolidona (NMP), dimetilformamida, dimeti- lacetamida, metilformamida, ciclohexano, e hexano podem ser usados. Se difluoreto de polivinilideno (PVdF) for usado como um aglutinante, então é aceitável utilizar NMP como um solvente.
[070] No método explicado acima, a pasta fluida de substância ativa de ele-trodo 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 negativo) pode ser controlada.
[071] Não há restrições específicas em relação ao meio específico e condições de prensagem do processo de prensagem e esses podem ser ajustados conforme apropriado de tal modo que a relação de espaço vazio da camada de material de eletrodo positivo (ou camada de material de eletrodo negativo) obtida após o pro-cesso de prensagem pode ser ajustada em um valor desejado. Uma máquina de prensagem a calor e uma máquina de prensagem de rolo de calandra podem ser citadas como exemplo de uma forma concreta do processo de prensagem. Não há restrições específicas em relação às condições de prensagem (temperatura, pressão, etc.) e o conhecimento existente pode ser consultado conforme apropriado.
[072] 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 sóli-do macromolecular podem ser usados conforme apropriado.
[073] Um eletrólito líquido é um solvente no qual um sal de lítio é dissolvido como um eletrólito 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 (4MeDOL), dioxolano (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.
[074] 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, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiSbF6, LiAlCl4, Li2B10Cl10, LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF2, e LiSCN e tais ânions de sal de ácido orgâni-co como LiCF3SO3, Li(CF3SO2)N, LiBOB, (lítio bis óxido borato), LiBETI (lítio bis (perfluoroalquil etileno sulfonilimida), e Li(C2F5SO2)2N. É aceitável utilizar um dos sais de eletrólito explicados acima individualmente ou utilizar uma mistura de dois ou mais.
[075] Entretanto, um eletrólito de gel macromolecular é feito mediante injeção de um eletrólito líquido como explicado acima em um polímero de matriz tendo uma qualidade condutiva de íon de lítio. Exemplos que podem ser citados de polímero de matriz tendo uma qualidade de condução de íon de lítio incluem polímeros (PEO) tendo óxido de polietileno como uma cadeia principal ou uma cadeia lateral, políme-ros (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 polivinilideno de fluoreto e hexafluo- ropropileno (PVdf-HFP), poliacrilonitrila (PAN), e poli(metacrilato) (PMA), po- li(metilmetacrilato) (PMMA). Também é possível utilizar uma mistura, uma modifica-ção, um derivado, um copolímero aleatório, um copolímero alternativo, um copolíme- ro de enxerto, ou um copolímero de blocos dos polímeros anteriormente menciona-dos. Entre esses, PEO, PPO, e copolímeros dos mesmos; PVdF; e PVdF-HFP são desejáveis para utilização. Um sal de lítio ou outro sal de eletrólito pode ser bem dis-solvido em um tal polímero de matriz. Além disso, mediante formação de uma estru-tura de ponte, o polímero de matriz pode exibir uma excelente resistência mecânica.
[076] Se a camada de eletrólito for feita de um eletrólito líquido ou de um ele- trólito 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 poliolefinas como polietileno e polipropileno, tais hidrocar- bonetos como polivinilideno fluoreto-hexafluoropropileno (PVdF-HFP), ou fibra de vidro.
[077] Um eletrólito sólido macromolecular é feito mediante dissolução do po-límero de matriz anteriormente mencionado em um eletrólito de suporte (sal de lítio) e não contém um solvente orgânico. Consequentemente, quando a camada de ele- trólito é feita de um eletrólito sólido macromolecular, não há preocupação sobre o líquido vazando a partir da bateria e a confiabilidade da bateria pode ser aperfeiçoa-da.
[078] 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 es-trutura de ponte, é aceitável utilizar um iniciador de polimerização apropriado e apli- car tal tratamento de polimerização como polimerização térmica, polimerização ultra-violeta, polimerização de radiação, ou polimerização de elétron para um polímero polimerizável (por exemplo, PEO ou PPO) destinado a formar um eletrólito macro-molecular. É aceitável se o eletrólito anteriormente mencionado estiver incluído nas camadas de material ativo dos eletrodos.
[079] 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 de célula única. O material usado para fazer as seções de vedação deve ter uma qualidade de isolamento, uma qualidade de vedação contra deslo-camento do eletrólito sólido e uma qualidade de vedação (qualidade de impermeabi-lidade) contra água e permeação de umidade a partir do exterior, e uma qualidade de resistência ao calor sob temperatura de operação 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.
[080] Sem considerar utilizar um invólucro semelhante à caixa de metal co-nhecido como o material de embalagem externa da bateria, também é possível utilizar um invólucro semelhante a saco feito de uma película de laminado que contém alumínio e pode cobrir o elemento de geração de energia elétrica. Como a película de laminado, por exemplo, uma película 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 em uma bateria para máquinas grandes tal como EV e HEV.
[081] 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 ele- trólito foram aquecidos e a quantidade de calor emitida devido a uma reação exo- térmica entre as camadas de material ativo e o dielétrico foi avaliada.
[082] Como uma substância ativa de eletrodo positivo, uma pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo foi preparada mediante mistura de LiMn2O4 em 85% em massa, negro de acetileno a 5% em massa como um agente auxiliar de condução, difluoreto de polivinilideno (PVDF) a 10% em massa como um aglutinante com N-metil-2-propileno (NMP) como um solvente de ajuste de viscosidade de pasta fluida.
[083] 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.
[084] Como uma camada de resina tendo uma qualidade condutiva, uma pe-lícula tendo uma espessura de 12,5 μm foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. Como um ade-sivo tendo uma qualidade de condução, um adesivo A foi preparado o qual compre-ende 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 termicamente expansíveis compre-endem invólucros de cloreto de polivinil (diâmetro de partícula de 200 nm, ponto de fusão de 125°C) encerrando o hexano como um material de expansão. O adesivo A foi revestido em uma superfície da camada de resina anteriormente mencionada até uma espessa de 2 μm e mais uma camada de resina foi colocada sobre a mesma e aderida de modo a fabricar um coletor de corrente compreendendo uma camada de resina, uma camada de adesivo, e uma camada de resina.
[085] 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 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo, anteriormente mencionada, foi reves-tida sobre a outra superfície do coletor de corrente, e a camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 μm foi formada mediante prensada da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3A.
[086] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 25 μm 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 camada de resina até uma espessura de 2 μm e seco de modo a fabricar um coletor de corrente compreendendo uma camada de resina e uma camada de adesivo.
[087] 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 μm foi formada prensando-se a pasta fluida revestida após a secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo, anteri-ormente mencionada, foi revestida sobre a 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 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3B.
[088] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 25 μm 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 μm e seco de modo a fabricar um coletor de corrente compreendendo uma camada de resina e uma camada de adesivo.
[089] 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 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteri-ormente mencionada foi revestida sobre a superfície do lado de camada de adesivo do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3C.
[090] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 12 μm foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A an-teriormente mencionado foi revestido até uma espessura de 1 μm em uma superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 μm foi sobre-posta 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 camada de resina até uma es-pessura de 1 μm e mais uma camada de resina foi sobreposta à mesma e aderida para fabricar um coletor de corrente compreendendo uma camada de resina, uma camada de adesivo, e uma camada de bloqueio de íon, uma camada de adesivo, e uma camada de resina.
[091] 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 μm 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 μm foi formada mediante prensa-gem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um ele-trodo bipolar da Figura 3D.
[092] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 12 μm foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A an-teriormente mencionado foi revestido até uma espessura de 1 μm em uma superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 μm foi sobre-posta 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 60°C, 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.
[093] 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 μm 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 uma superfície da camada de resina que é adjacente à camada de bloqueio de íon do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim o eletrodo bipolar da Figura 3E.
[094] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 7 μm foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A an-teriormente mencionado foi revestido até uma espessura de 1 μm em uma superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 μm foi sobre-posta e aderida à mesma como uma camada de bloqueio de íon. O adesivo A ante-riormente mencionado foi revestido até uma espessura de 1 μm na superfície do lado de folha de cobre desse corpo empilhado e mais uma camada de resina foi so-breposta à mesma e aderida. Utilizando o mesmo método como explicado anterior-mente, 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.
[095] 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 μm 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 coletor de corrente, e uma ca-mada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 μm foi for-mada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3F.
[096] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 20 μm foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A an-teriormente mencionado foi revestido até uma espessura de 1 μm em uma superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 μm foi sobre-posta 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 60°C, desse modo fabri-cando 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.
[097] 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 ma-terial ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 μm 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 reves-tida 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 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figu-ra 3G.
[098] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma película tendo uma espessura de 20 μm foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A an-teriormente mencionado foi revestido até uma espessura de 1 μm em uma superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 μm foi sobre-posta 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 60°C, fabricando assim um coletor de corrente compreendendo uma camada de bloqueio de íon, uma ca- mada de adesivo, uma camada de resina, e uma camada de bloqueio de íon.
[099] 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 ma-terial ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 μm 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 reves-tida 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 nega-tivo tendo uma espessura de 30 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figu-ra 3H.
[0100] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma pelí-cula tendo uma espessura de 25 μm foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A an-teriormente mencionado foi revestido com uma espessura de 1 μm em uma superfí-cie da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 μm foi so-breposta e aderida à mesma como uma camada de bloqueio de íon, fabricando assim um coletor de corrente compreendendo uma camada de bloqueio de íon, uma camada de adesivo e uma camada de resina.
[0101] 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, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta 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 espes-sura de 30 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após se- cagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3I.
[0102] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma pelí-cula tendo uma espessura de 25 μm foi preparada a qual compreende polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A an-teriormente mencionado foi revestido até uma espessura de 1 μm em uma superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 μm foi sobre-posta e aderida à mesma como uma camada de bloqueio de íon, desse modo fabri-cando um coletor de corrente compreendendo uma camada de bloqueio de íon, uma camada de adesivo e uma camada de resina.
[0103] 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 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteri-ormente 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 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figu-ra 3J.
[0104] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma pelí-cula tendo uma espessura de 20 μm 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 120°C) com partículas de carbono servindo como um material eletrica-mente condutivo adicionado a 20% em massa e que teve a sua viscosidade ajustada utilizando xileno. O adesivo A anteriormente mencionado foi revestido até uma es- pessura de 1 μm em uma superfície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 μm foi sobreposta e aderida à mesma como uma camada de bloqueio de íon. O adesivo anteriormente mencionado B foi revestido até uma es-pessura de 1 μm na outra superfície da camada de resina e uma folha de cobre ten-do uma espessura de 2 μm 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 (A), uma camada de resina, uma camada de adesivo (B), e uma camada de bloqueio de íon.
[0105] 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 positivo tendo uma espessura de 36 μm foi formada medi-ante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. Entretanto, a pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteriormente mencionada foi revestida sobre uma superfície da camada de bloqueio de íon que é adjacente à camada de adesivo (A) do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3K.
[0106] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma pelí-cula tendo uma espessura de 20 μm foi preparada a qual compreende polietileno em 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. O adesivo A an-teriormente mencionado foi revestido até uma espessura de 1 μm em uma superfície da camada de resina e uma folha de alumínio tendo uma espessura de 2 μm foi so-breposta e aderida à mesma como uma camada de bloqueio de íon. O adesivo B anteriormente mencionado foi revestido até uma espessura de 1 μm na outra super-fície da camada de resina e uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 μm 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).
[0107] A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo, anteriormente mencionada, foi revestida 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 posi-tivo tendo uma espessura de 36 μm 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 ca-mada de bloqueio de íon (Al) do coletor de corrente, e a camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 3L.
[0108] Sem considerar utilizar uma folha de alumínio de 2 μm de espessura como uma camada de bloqueio de íon, um eletrodo bipolar da Figura 3M foi comple-tado utilizando-se o mesmo método como no Exemplo de Trabalho 4.
[0109] Sem considerar utilizar um carbono semelhante a diamante (DLC) de 2 μm de espessura como uma camada de bloqueio de íon, um eletrodo bipolar da Figura 3N foi completado utilizando-se o mesmo método que o Exemplo de Trabalho 4.
[0110] Sem considerar utilizar uma película de 12 μm 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 utilizando-se o mesmo método como no Exemplo de Trabalho 4.
[0111] Sem considerar utilizar uma película de 25 μm 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 utilizando-se o mesmo método como no Exemplo de Trabalho 9.
[0112] Sem considerar utilizar uma película de 20 μm 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 utilizando-se o mesmo método como no Exemplo de Trabalho 7.
[0113] Um coletor de corrente compreendendo apenas uma película de 20 μm de espessura (camada de resina tendo uma propriedade eletricamente conduti- va) feita de polietileno a 100% em massa com negro de ketjen adicionado a 5% em massa foi utilizado.
[0114] 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 espes-sura de 36 μm é formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após seca-gem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteriormen-te 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 μm foi formada mediante secagem e prensagem da pasta fluida revestida, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 4A.
[0115] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma pelí-cula tendo uma espessura de 25 μm 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 μm foi sobreposta a uma superfície da camada de resina anteriormente mencionada como uma camada de bloqueio de íon e aderida mediante soldagem térmica a 100°C para fabricar um coletor de corrente compreen-dendo a camada de bloqueio de íon e uma camada de resina.
[0116] 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 es-pessura de 36 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo anteri-ormente mencionada foi revestida sobre a 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 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 4B.
[0117] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma pelí-cula tendo uma espessura de 25 μm foi preparada a qual compreende polietileno com negro de ketjen adicionado a 5% em massa. Uma folha de alumínio tendo uma espessura de 2 μm foi sobreposta a uma superfície da camada de resina anterior-mente mencionada como uma camada de bloqueio de íon e aderida mediante sol-dagem térmica a 100°C para fabricar um coletor de corrente compreendendo uma camada de bloqueio de íon e uma camada de resina.
[0118] 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 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma. A pasta fluida de substância ativa de eletrodo negativo foi re-vestida sobre a superfície do lado de camada de bloqueio de íon do coletor de cor-rente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo tendo uma espessura de 30 μm foi formada mediante prensagem da pasta fluida revestida após secagem da mesma, completando assim um eletrodo bipolar da Figura 4C.
[0119] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma pelí-cula tendo uma espessura de 20 μm 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 μm foi sobreposta a uma superfície da camada de resina anteriormente mencionada como uma camada de bloqueio de íon e aderi-da mediante soldagem térmica a 100°C. Uma folha de cobre tendo uma espessura de 2 μm foi sobreposta à outra superfície da camada de resina anteriormente menci-onada como uma camada de bloqueio de íon e aderida mediante soldagem térmica a 100°C para fabricar um coletor de corrente compreendendo uma camada de bloqueio de íon, uma camada de resina e uma camada de bloqueio de íon.
[0120] 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 μm é for-mada 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 μm foi formada mediante secagem e prensagem da pasta fluida revestida, desse modo complementando o eletrodo bi-polar da Figura 4D.
[0121] Como uma camada de resina tendo condutividade elétrica, uma pelí-cula tendo uma espessura de 12,5 μm 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 μm foi sobreposta a uma superfície da camada de resina anteriormente mencionada como uma camada de bloqueio de íon e aderi-da mediante soldagem térmica a 100°C. Mais uma camada de resina foi sobreposta à superfície do lado de folha de alumínio do corpo empilhado obtido e aderida medi- ante soldagem térmica a 100°C, desse modo fabricando um coletor de corrente compreendendo uma camada de resina, uma camada de bloqueio de íon, e uma camada de resina.
[0122] A pasta fluida de substância ativa de eletrodo positivo é revestida sobre uma superfície do coletor de corrente obtido, e uma camada de material ativo de eletrodo positivo tendo uma espessura de 36 μm 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 μm foi formada mediante secagem e prensagem da pasta fluida revestida, desse modo complementando um eletrodo bipolar da Figura 4E.
[0123] Uma solução de eletrólito foi preparada mediante dissolução de sal de lítio LiFE6 em uma concentração de 1,0 M em um solvente misturado PC-EC com-preendendo carbonato 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 hexafluoropro- pileno (HFP) e difluoreto de polivinilideno (PVDF) (HFP: PVDF = 90:10 (proporção em massa)), e a 10% em massa de dimetilcarbonato (DMC) com um solvente de ajuste de viscosidade, desse modo preparando uma quantidade apropriada de um eletrólito de gel.
[0124] O eletrólito de gel anteriormente mencionado foi revestido sobre a ca-mada de material 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 μm) e o DMC foi seco para fabricar uma camada de eletrólito e polímero de gel.
[0125] 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, 160°C, 5 segundos) para soldar e vedar as camadas de célula única (cinco camadas no total).
[0126] O elemento de geração de energia elétrica obtido foi disposto entre abas de alumínio (130 mm x 80 mm, espessura de 100 μm) servindo como conduto-res de corrente e seladas a vácuo utilizando uma película de laminado de alumínio como o material de embalagem externa. Isso foi então prensado utilizando uma má-quina de prensagem térmica em uma pressão de 1 kg/cm2 e uma temperatura de aquecimento de 100°C por 1 hora para curar a seção de vedação não curada e con-cluir a bateria secundária bipolar.
[0127] Agora um teste de resistência interna das baterias secundárias bipola- res será discutido. Cada uma das baterias secundárias bipolares fabricadas como explicado acima foi carregada até 21,0 V sob uma atmosfera ambiente de 25°C utili-zando um método de corrente 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. Posteriormente, as baterias foram descar-regadas em uma capacidade de descarga de 1 C. Após isso, a resistência interna da bateria foi medida em 25°C. A seguir, a bateria foi aquecida até 130°C e a resistência interna medida. Então, a resistência interna a 130°C foi calculada com base na suposição de que a resistência interna a 25°C foi de 1. Os resultados são mostrados na Tabela 1.
[0128] Agora um teste de quantidade de emissão de calor das baterias se-cundárias bipolares será discutido. Cada uma das baterias secundárias bipolares fabricadas como explicado anteriormente foi desmontada em uma caixa de luvas e os eletrodos bipolares compreendendo a camada de material ativo de eletrodo posi-tivo, um coletor de corrente, e uma camada 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 compreendendo a camada de material ativo de eletrodo positivo e um coletor de corrente ou corpos empilhados compreen-dendo uma camada de material ativo de eletrodo negativo e um coletor de corrente foram extraídos em 1 mg de uma vez. A solução eletrolítica foi preparada mediante dissolução do sal de lítio LiPF6 em uma concentração de 1,0 M em um solvente misto de EC-DEC compreendendo EC e dietil carbonato (DEC) misturados em 2:3 (pro-porção volumétrica). Os corpos empilhados extraídos anteriormente mencionados foram colocados em um tacho de aço inoxidável revestido a ouro com a solução ele- trolítica e a quantidade de calor emitida devido a uma reação exotérmica entre a ca-mada de material ativo e a solução eletrolítica foi medida utilizando calorimetria de varredura diferencial (DSC) em uma faixa a partir de uma temperatura ambiente (25°C) a 400°C. Os resultados são mostrados na Tabela 1.
[0129] Os resultados da Tabela 1 demonstram que a resistência interna au- menta 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 vaporizando nas microcápsulas termicamente expansíveis das camadas de adesivo à medida 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 1 a 17 do que nos Exemplos Comparativos 1 a 5. Considera-se que isso se deva à quantidade de corrente fluindo na direção de espessura (direção de empilhamento) do coletor de corrente diminuindo à medida que aumenta a resistência interna.
Claims (5)
1. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar (11) tendo condutivida- de elétrica, tendo uma primeira camada de resina (1) e uma segunda camada de resina (1), cada uma tendo condutividade elétrica, e uma camada de adesivo (3) tendo condutividade elétrica que se expande em uma direção de espessura do coletor de corrente quando aquecida a uma temperatura que é inferior a um ponto de fusão da camada de adesivo (3) e aumenta a resistência interna da bateria (10) durante um período quando aquecida dentro de uma faixa de 25°C a 130°C, a camada de adesivo (3) incluindo uma microcápsula termicamente expansível compreendendo um material de expansão encerrado em um gel contendo um material macromolecular termoplástico, em que a camada de adesivo (3) é empilhada na primeira camada de resina (1), CARACTERIZADO pelo fato de que o coletor de corrente para bateria secundária bipolar (11) compreende ainda uma camada de bloqueio de íon com uma superfície da camada de adesivo (3) e uma superfície da camada de bloqueio de íon sendo unidas uma à outra, em que a primeira camada de resina (1) e a segunda camada de resina (1) são arranjadas na outra superfície da camada de bloqueio de íon e na outra superfície da camada de adesivo (3), respectivamente.
2. Coletor de corrente para bateria secundária bipolar (11), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de adesivo tem um ponto de fusão que é inferior a um ponto de fusão da primeira camada de resina (1) e da segunda camada de resina (1).
3. Eletrodo para bateria secundária bipolar, incluindo o coletor de corrente para bateria secundária bipolar (11), conforme definido na reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO por compreender uma camada de material ativo de eletrodo positivo (13) formada em uma segunda superfície do coletor de corrente (11), e uma camada de material ativo de eletrodo negativo (15) formada em uma segunda superfície do coletor de corrente (11).
4. Bateria secundária bipolar (10), incluindo o eletrodo para bateria secundária bipolar, conforme definido na reivindicação 3, CARACTERIZADA por compreender: um elemento de geração de energia elétrica (21) no qual o eletrodo e um ele- trólito são empilhados um sobre o outro.
5. Bateria secundária bipolar (10) CARACTERIZADA por incluir: um elemento de geração de energia elétrica (21), que por sua vez compreende uma pluralidade de camadas de eletrólito (17) empilhadas entre o eletrodo para bateria secundária, e o eletrodo para bateria secundária bipolar, conforme definido na reivindicação 3.
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