DE102022129851A1 - Batterie - Google Patents

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Abstract

Um eine Batterie mit hervorragender Verbindung von Streifen und Stromsammelanschlüssen zur Verfügung zu stellen, weist eine Batterie (100) eine Vielzahl von Stromerzeugungselementen (10a, 10b) auf, wobei: das Stromerzeugungselement (10a, 10b) eine erste Aktivmaterialschicht (1), eine zweite Aktivmaterialschicht (2), eine zwischen der ersten Aktivmaterialschicht (1) und der zweiten Aktivmaterialschicht (2) angeordnete Elektrolytschicht (3), einen ersten Stromkollektor (4), der Ströme der ersten Aktivmaterialschicht (1) sammelt, und einen zweiten Stromkollektor (5) aufweist, der Ströme der zweiten Aktivmaterialschicht (2) sammelt; der erste Stromkollektor (4) einen ersten Streifen (4t) aufweist, der zumindest einen Fußteil (41) aufweist; eine Vielzahl der ersten Streifen (4t) so angeordnet ist, dass sie sich in einer Dickenrichtung (DT) des Stromerzeugungselements (10a, 10b) miteinander überlappen; die Batterie (100) einen ersten Stromsammelanschluss (20a) aufweist, der elektrisch mit der Vielzahl der ersten Streifen (4t) verbunden ist; und in der Vielzahl der Stromerzeugungselemente (10a, 10b) zwischen den benachbarten ersten Streifen (4t) eine Harzschicht (6) angeordnet ist, die den Fußteil (41) verstärkt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Batterie.
  • Stand der Technik
  • Eine Batterie wie eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie umfasst gewöhnlich ein Stromerzeugungselement, das eine Kathode, eine Anode und eine zwischen der Kathode und der Anode angeordnete Elektrolytschicht aufweist. Die JP 2002 - 170 547 A offenbart eine abgedichtete Batterie, bei der in mindestens einer von der Kathode und der Anode ein gekrümmter Teil angeordnet ist und der gekrümmte Teil an einer Oberfläche mit einer Stromsammelplatte in Kontakt gebracht ist.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Die Kathode weist gewöhnlich eine Kathodenaktivmaterialschicht und einen Kathodenstromkollektor auf. Die Anode weist gewöhnlich eine Anodenaktivmaterialschicht und einen Anodenstromkollektor auf. Diese Stromkollektoren weisen Streifen zur elektrischen Verbindung mit Stromsammelanschlüssen auf. Die Dicke des Streifens ist im Allgemeinen dünn, weswegen leicht eine ungewollte Verformung auftritt. Tritt die Verformung des Streifens auf, gibt es den Fall, dass die Verbindung des Streifens und des Stromsammelanschlusses unzureichend ist.
  • Die Erfindung erfolgte angesichts der obigen Umstände und eine Hauptaufgabe von ihr ist, eine Batterie mit hervorragender Verbindung von Streifen und Stromsammelanschlüssen zur Verfügung zu stellen.
  • Lösung des Problems
  • Die Erfindung stellt eine Batterie zur Verfügung, die eine Vielzahl von Stromerzeugungselementen aufweist, wobei: das Stromerzeugungselement eine erste Aktivmaterialschicht, eine zweite Aktivmaterialschicht, eine zwischen der ersten Aktivmaterialschicht und der zweiten Aktivmaterialschicht angeordnete Elektrolytschicht, einen ersten Stromkollektor, der Ströme der ersten Aktivmaterialschicht sammelt, und einen zweiten Stromkollektor aufweist, der Ströme der zweiten Aktivmaterialschicht sammelt; der erste Stromkollektor einen ersten Streifen aufweist, der zumindest einen Fußteil aufweist; eine Vielzahl der ersten Streifen so angeordnet ist, dass sie sich in einer Dickenrichtung des Stromerzeugungselements miteinander überlappen; die Batterie einen ersten Stromsammelanschluss aufweist, der elektrisch mit der Vielzahl der ersten Streifen verbunden ist; und in der Vielzahl der Stromerzeugungselemente zwischen den benachbarten ersten Streifen eine Harzschicht angeordnet ist, die den Fußteil verstärkt.
  • Gemäß der Erfindung ist die Harzschicht angeordnet, die den Fußteil des Streifens verstärkt, weswegen eine Batterie mit hervorragender Verbindung von Streifen und Stromsammelanschlüssen erzielt werden kann.
  • Bei der Erfindung kann der erste Streifen einen gekrümmten Teil aufweisen, der in einer Spitze des Fußteils angeordnet ist und sich in einer Richtung erstreckt, die eine Richtung kreuzt, in die sich der Fußteil erstreckt.
  • Bei der Erfindung kann ein Winkel, der durch die Richtung, in die sich der gekrümmte Teil erstreckt, und die Dickenrichtung des Stromerzeugungselements gebildet wird, 0° oder mehr und 30° oder weniger betragen.
  • Wenn bei der Erfindung HT eine Höhe des ersten Streifens bezeichnet und HR eine Höhe der Harzschicht bezeichnet, dann können HT und HR 0,5 ≤ HR/HT ≤ 1 erfüllen.
  • Bei der Erfindung können HT und HR 0,5 ≤ HR/HT ≤ 0,95 erfüllen.
  • Wenn bei der Erfindung WT eine Breite des ersten Streifens bezeichnet und WR eine Breite der Harzschicht bezeichnet, dann können WT und WR 0,5 ≤ WR/WT erfüllen.
  • Wenn bei der Erfindung LC eine Mittellinie des ersten Streifens in einer Breitenrichtung bezeichnet, dann kann die Harzschicht so vorhanden sein, dass sie LC überlappt.
  • Bei der Erfindung kann die Harzschicht mindestens eines von einem thermoplastischen Harz und einem härtbaren Harz enthalten.
  • Bei der Erfindung kann die Harzschicht ein Elastomerharz enthalten.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Batterie zeigt die Wirkung einer hervorragenden Verbindung der Streifen und der Stromsammelanschlüsse.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Vorderansicht, die die erfindungsgemäße Batterie veranschaulicht.
    • 2A ist eine Schnittansicht von A-A in 1, und 2B ist eine Schnittansicht von B-B in 1.
    • 3A bis 3C sind schematische Schnittansichten, die bei der Erfindung das Verfahren zur Ausbildung des gekrümmten Teils veranschaulichen.
    • 4A und 4B sind schematische Schnittansichten, die bei der Erfindung das Stromerzeugungselement veranschaulichen.
    • 5 ist eine schematische Schnittansicht, die bei der Erfindung das Stromerzeugungselement veranschaulicht.
    • 6 ist eine schematische Schnittansicht, die bei der Erfindung das Stromerzeugungselement veranschaulicht.
    • 7 ist eine schematische Vorderansicht, die bei der Erfindung das Stromerzeugungselement veranschaulicht.
    • 8A bis 8E sind schematische Schnittansichten, die bei der Erfindung das Verfahren zur Ausbildung des Stromerzeugungselements veranschaulichen.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Die erfindungsgemäße Batterie wird im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Jede der unten beschriebenen Zeichnungen ist eine schematische Ansicht, wobei die Größe und die Form von jedem Abschnitt übertrieben sind, um das Verständnis zu erleichtern. Wenn zudem in dieser Beschreibung bei der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels, in dem ein Element bezüglich des anderen Elements angeordnet ist, einfach von „auf“ oder „unter“ die Rede ist, kann, solange nichts Anderes beschrieben wird, sowohl gemeint sein, dass das andere Element direkt auf oder unter dem einen Element angeordnet ist, sodass sie sich untereinander berühren, als auch, dass das andere Element unter Zwischensetzung eines zusätzlichen Elements oberhalb oder unterhalb des einen Elements angeordnet ist.
  • 1 ist eine schematische Vorderansicht, die die erfindungsgemäße Batterie veranschaulicht. 2 ist eine Schnittansicht von A-A in 1, und 2B ist eine Schnittansicht von B-B in 1. Wie in 2A und 2B gezeigt ist, umfasst die Batterie 100 eine Vielzahl von Stromerzeugungselementen 10. Das Stromerzeugungselement 10 weist eine erste Aktivmaterialschicht 1, eine zweite Aktivmaterialschicht 2, eine zwischen der ersten Aktivmaterialschicht 1 und der zweiten Aktivmaterialschicht 2 angeordnete Elektrolytschicht 3, einen ersten Stromkollektor 4, der Ströme der ersten Aktivmaterialschicht 1 sammelt, und einen zweiten Stromkollektor 5 auf, der Ströme der zweiten Aktivmaterialschicht 2 sammelt.
  • Wie in 2A gezeigt ist, bezeichnet DT eine Dickenrichtung des Stromerzeugungselements 10. In 2A entspricht die Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 der x-Achsenrichtung. Der in 2A gezeigte erste Stromkollektor 4 weist einen Fußteil 41, der sich in eine Richtung erstreckt, der die Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 kreuzt, und einen gekrümmten Teil 42 auf, der in einer Spitze des Fußteils 41 angeordnet ist und sich in eine Richtung erstreckt, die die Richtung kreuzt, in der sich der Fußteil 41 erstreckt. In 2 ist die Richtung, in der sich der Fußteil 41 erstreckt, die z-Achsenrichtung, während die Richtung, in der sich der gekrümmter Teil 42 erstreckt, die x-Achsenrichtung ist. Außerdem ist in der Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 eine Vielzahl der ersten Streifen 4t (insbesondere der Fußteile 41) so angeordnet, dass sie sich miteinander überlappen.
  • Wie in 1 und 2A gezeigt ist, weist die Batterie 100 einen ersten Stromsammelanschluss 20a auf, der mit einer Vielzahl der ersten Streifen 4t elektrisch verbunden ist. In 1 und 2A berührt der gekrümmte Teil 42 im ersten Streifen 4t an einer Oberfläche den ersten Stromsammelanschluss 20a. Der gekrümmte Teil 42 und der erste Stromsammelanschluss 20a sind durch zum Beispiel Laserverschweißung verbunden. Außerdem ist zwischen den benachbarten ersten Streifen 4t eine Harzschicht 6 angeordnet, die den Fußteil 41 verstärkt.
  • Erfindungsgemäß ist die Harzschicht angeordnet, die den Fußteil des Streifens verstärkt, weswegen eine Batterie mit hervorragender Verbindung von Streifen und Stromsammelanschlüssen erzielt werden kann. Wie oben beschrieben wurde, ist die Dicke des Streifens dünn, weswegen leicht eine unbeabsichtigte Verformung auftritt. Tritt die Verformung des Streifens auf, gibt es den Fall, dass die Verbindung des Streifens und des Stromsammelanschlusses unzureichend ist. Im Gegensatz dazu ist bei der Erfindung eine Harzschicht angeordnet, die den Fußteil des Streifens verstärkt. Aus diesem Grund kann das Auftreten der unbeabsichtigten Verformung verhindert werden und die Verbindung der Streifen und der Stromsammelanschlüsse gut sein. Dadurch können Wirkungen wie eine Reduzierung des Innenwiderstands und eine Verbesserung der Zykluseigenschaften erzielt werden. Wenn die Harzschicht angeordnet ist, die den Fußteil des Streifens verstärkt, berühren die Teile auf der Kathodenseite außerdem nicht leicht die Teile auf der Anodenseite, weswegen das Auftreten eines internen Kurzschlusses verhindert werden kann. Wenn die Harzschicht angeordnet ist, die den Fußteil des Streifens verstärkt, kann außerdem ein Verrutschen der Teile verhindert werden, die das Stromerzeugungselement bilden. Wenn die Harzschicht angeordnet ist, die den Fußteil des Streifens verstärkt, kann außerdem eine Verschiebung der Position der Teile verhindert werden, die das Stromerzeugungselement bilden.
  • 1. Stromerzeugungselement
  • Das Stromerzeugungselement weist bei der Erfindung eine erste Aktivmaterialschicht, eine zweite Aktivmaterialschicht, eine zwischen der ersten Aktivmaterialschicht und der zweiten Aktivmaterialschicht angeordnete Elektrolytschicht, einen ersten Stromkollektor, der Ströme der ersten Aktivmaterialschicht sammelt, und einen zweiten Stromkollektor auf, der Ströme der zweiten Aktivmaterialschicht sammelt. Außerdem teilen sich zum Beispiel das Stromerzeugungselement 10a und das Stromerzeugungselement 10b, die in 2A gezeigt sind, den zweiten Stromkollektor 5, wobei beide parallelgeschaltet sind.
  • Wenn die erste Aktivmaterialschicht bei der Erfindung eine Kathodenaktivmaterialschicht ist, ist der erste Stromkollektor ein Kathodenstromkollektor, die zweite Aktivmaterialschicht ist eine Anodenaktivmaterialschicht und der zweite Stromkollektor ist ein Anodenstromkollektor. Wenn die erste Aktivmaterialschicht dagegen eine Anodenaktivmaterialschicht ist, ist der erste Stromkollektor ein Anodenstromkollektor, die zweite Aktivmaterialschicht ist eine Kathodenaktivmaterialschicht und der zweite Stromkollektor ist ein Kathodenstromkollektor.
  • (1) Erster Stromkollektor
  • Der erste Stromkollektor ist bei der Erfindung mit der ersten Aktivmaterialschicht elektrisch verbunden und sammelt Ströme der ersten Aktivmaterialschicht. Der erste Stromkollektor ist zum Beispiel auf der Oberfläche der ersten Aktivmaterialschicht angeordnet, die zur Elektrolytschicht entgegengesetzt ist. Wie in 1 gezeigt ist, weist der erste Stromkollektor 4 außerdem einen ersten Streifen 4t auf. Wie in 2A gezeigt ist, ist der erste Streifen 4t in einem Bereich angeordnet, der sich in der Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 nicht mit der ersten Aktivmaterialschicht 1 überlappt. Wenn die erste Aktivmaterialschicht 1 zum Beispiel durch ein Beschichtungsverfahren ausgebildet ist, ist der erste Streifen 4t ein unbeschichteter Teil, in dem die erste Aktivmaterialschicht nicht ausgebildet ist.
  • Wie in 2A gezeigt ist, weist der erste Streifen 4t den Fußteil 41 auf. Der Fußteil 41 ist ein Teil, der sich von der Grenze B der ersten Aktivmaterialschicht 1 und des ersten Stromkollektors 4 nach außen erstreckt. In 2A schneidet die Richtung, in der sich der Fußteil 41 erstreckt, die Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 senkrecht. Der Winkel (spitze Winkelseite), der durch die Richtung, in der sich der Fußteil 41 erstreckt, und die Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 gebildet wird, beträgt zum Beispiel 60° oder mehr und 90° oder weniger, er kann 75° oder mehr und 90° oder weniger betragen und er kann 80° oder mehr und 90° oder weniger betragen.
  • Wie in 2A gezeigt ist, kann der erste Streifen 4t den gekrümmten Teil 42 aufweisen, der in einer Spitze des Fußteils 41 angeordnet ist und sich in einer Richtung erstreckt, die die Richtung kreuzt, in die sich der Fußteil 41 erstreckt. Wenn der gekrümmte Teil 42 im ersten Streifen 41 an einer Oberfläche den ersten Stromsammelanschluss 20a berührt, können der erste Streifen 4t und der erste Stromsammelanschluss 20a stabiler verbunden werden. Der gekrümmte Teil 42 ist in einer Spitze des Fußteils 41 angeordnet. Die Spitze des Fußteils 41 bezieht sich auf eine Kante, die sich auf einer gegenüberliegenden Seite von der oben beschriebenen Grenze B befindet. Außerdem ist vorzuziehen, dass der gekrümmte Teil 42 und der Fußteil 41 der gleiche Teil sind und beide durchgehend ausgebildet sind. In diesem Fall entspricht die Spitze des Fußteils 41 einem Krümmungspunkt, an dem der Fußteil 41 den gekrümmten Teil 42 kreuzt.
  • In 2A ist die Richtung, in die sich der gekrümmte Teil 42 erstreckt, parallel zur Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10. Der Winkel (spitze Winkelseite), der durch die Richtung, in der sich der gekrümmte Teil 42 erstreckt, und die Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 gebildet wird, beträgt zum Beispiel 0° oder mehr und 30° oder weniger, er kann 0° oder mehr und 15° oder weniger betragen und er kann 0° oder mehr und 10° oder weniger betragen. Außerdem beträgt der Winkel (spitze Winkelseite), der durch die Richtung, in der sich der gekrümmte Teil 42 erstreckt, und die Richtung, in der sich der Fußteil 41 erstreckt, gebildet wird, zum Beispiel 60° oder mehr und 90° oder weniger, er kann 75° oder mehr und 90° oder weniger betragen und er kann 80° oder mehr und 90° oder weniger betragen.
  • Der erste Streifen 4t, der den gekrümmten Teil 42 aufweist, wird zum Beispiel durch das folgende Verfahren ausgebildet. Und zwar wird, wie in 3A gezeigt ist, ein Schichtkörper 11 angefertigt, in dem in der Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 eine Vielzahl von Paaren des Stromerzeugungselements 10 (10a und 10b) aufgeschichtet ist. Der in 3A gezeigte Schichtkörper 11 hat einen Aufbau, in dem drei Paare des Stromerzeugungselements 10 (10a und 10b) aufgeschichtet sind. Außerdem erstreckt sich jeder der ersten Streifen 4t so, dass er die Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 senkrecht schneidet. Wie in 3B gezeigt ist, wird als Nächstes zwischen den benachbarten ersten Streifen 4t ein kammförmiges Teil 61 angeordnet. Des Weiteren wird auf einer Oberflächenseite des Schichtkörpers 11 ein Fixierungsteil 62 angeordnet. In diesem Zustand wird der Streifen 4t mittels eines gebogenen Teils 63 gezogen. Auf diese Weise wird, wie in 3C gezeigt ist, zwischen dem kammförmigen Teil 61 und dem gebogenen Teil 63 der gekrümmte Teil 42 ausgebildet.
  • Wie in 4A gezeigt ist, kann bei den benachbarten ersten Streifen 4t der gekrümmte Teil 42 in einem der ersten Streifen 4t den anderen ersten Streifen 4t berühren. Außerdem kann, wie in der oben beschriebenen 2A gezeigt ist, bei den benachbarten ersten Streifen 4t der gekrümmte Teil 42 in einem der ersten Streifen 4t den anderen ersten Streifen 4t nicht berühren. Außerdem kann, wie in 4B gezeigt ist, der erste Streifen 4t den Fußteil 41, nicht aber den gekrümmten Teil 42 aufweisen.
  • Wie in 2A gezeigt ist, ist eine Vielzahl der ersten Streifen 4t so angeordnet, dass sie sich in der Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 miteinander überlappen. In 1 ist zum Beispiel eine Vielzahl der ersten Streifen 4t derart angeordnet, dass sie sich in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Papiers (nicht dargestellte x-Achsenrichtung) miteinander überlappen. Außerdem kann sich in der Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 eine Vielzahl der ersten Streifen 4t teilweise oder vollständig miteinander überlappen.
  • Der erste Stromkollektor ist bei der Erfindung ein Kathodenstromkollektor oder ein Anodenstromkollektor. Ein Beispiel für das Material des Kathodenstromkollektors ist ein Metall wie Aluminium, SUS und Nickel. Ein Beispiel für das Material des Anodenstromkollektors ist ein Metall wie Kupfer, SUS und Nickel. Beispiele für die Form des ersten Stromkollektors sind eine Folienform und eine Gitterform. Die Dicke des ersten Stromkollektors beträgt zum Beispiel 30 µm oder weniger, sie kann 15 µm oder weniger betragen und sie kann 5 µm oder weniger betragen. Die Dicke des ersten Stromkollektors kann indessen zum Beispiel 1 µm oder mehr betragen.
  • (2) Harzschicht
  • Bei der Erfindung ist in der Vielzahl der Stromerzeugungselemente die Harzschicht eine Schicht, die zwischen den benachbarten ersten Streifen angeordnet ist und den Fußteil des ersten Streifens verstärkt. Die Harzschicht enthält eine Art oder zwei oder mehr Arten von Harzen. Das Harz kann ein thermoplastisches Harz sein und es kann ein härtbares Harz (gehärtetes Produkt) wie ein wärmehärtendes Harz oder ein ultravioletthärtendes Harz sein. Wenn die Harzschicht mindestens eines von dem thermoplastischen Harz und dem härtbaren Harz enthält, besteht der Vorteil, dass der Fußteil des ersten Streifens stark verstärkt werden kann. Außerdem kann das Harz ein Elastomerharz sein. Beispiele für das Elastomerharz sind ein Kautschuk und ein thermoplastisches Elastomer. Wenn die Harzschicht das Elastomerharz enthält, besteht der Vorteil, dass auch dann ein Bruch des ersten Streifens verhindert werden kann, wenn aufgrund von Laden und Entladen eine Volumenänderung des Stromerzeugungselements auftritt.
  • Beispiele für das Harz sind ein Polyolefinharz (etwa ein Polyethylenharz und ein Polypropylenharz), ein Polyurethanharz, ein Polyimidharz, ein Polyesterharz und ein Silikonharz. Beispiele für den Kautschuk sind ein Silikonkautschuk, ein Fluorkautschuk, ein Epichlorhydrinkautschuk, ein Acrylkautschuk, ein Ethylenacrylkautschuk, ein Urethankautschuk, ein Nitrilkautschuk, ein hydrierter Nitrilkautschuk, ein Chloroprenkautschuk, EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), ein Ethylenkautschuk, ein Propylenkautschuk, ein Butylkautschuk, ein Butadienkautschuk, ein Styrol-Butadien-Kautschuk, ein Naturkautschuk, Polyisobutylen und ein Isoprenkautschuk. Beispiele für das thermoplastische Elastomer sind ein auf Olefin basierendes thermoplastisches Elastomer, ein auf Styrol-Butadien basierendes thermoplastisches Elastomer, ein auf Polybutadien basierendes thermoplastisches Elastomer und ein auf Styrol-Isopren basierendes thermoplastisches Elastomer.
  • Der Anteil des Harzes in der Harzschicht beträgt zum Beispiel 50 Gew.-% oder mehr, er kann 70 Gew.-% oder mehr betragen und er kann 90 Gew.-% oder mehr betragen. Außerdem kann die Harzschicht nur das Harz enthalten. Der Elastizitätsmodul der Harzschicht ist nicht besonders beschränkt, aber er beträgt zum Beispiel 1 × 104 MPa oder weniger, er kann 1 × 103 MPa oder weniger betragen, er kann 1 × 102 MPa oder weniger betragen und er kann 10 MPa oder weniger betragen. Wenn der Elastizitätsmodul der Harzschicht gering ist, hat die Harzschicht gewöhnlich hervorragende Elastizität.
  • Wie in 5 gezeigt ist, bezeichnet HT die Höhe des ersten Streifens 4t, während HR die Höhe der Harzschicht 6 bezeichnet. HT und HR beziehen sich auf die Maximallänge in der Richtung (z-Achsenrichtung), die die Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 senkrecht schneidet. Außerdem ist der Bezugspunkt der Bodenseite (Unterseite in der Zeichnung) von HT und von HR die Position der Grenze B der ersten Aktivmaterialschicht 1 und des ersten Stromkollektors 4. Das Verhältnis von HR zu HT, also HR/HT, beträgt zum Beispiel 0,1 oder mehr, es kann 0,3 oder mehr betragen und es kann 0,5 oder mehr betragen. Falls HR/HT zu klein ist, besteht die Möglichkeit, dass der Fußabschnitt des erstens Streifens nicht ausreichend verstärkt wird. HR/HT beträgt indessen vorzugsweise 1 oder weniger. Falls HR/HT mehr als 1 beträgt, kann die Harzschicht zwischen dem ersten Streifen und dem ersten Stromsammelanschluss vorhanden sein. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, dass aufgrund der Harzschicht eine Widerstandserhöhung auftritt. Außerdem kann HR/HT 0,95 oder weniger und 0,9 oder weniger betragen. Außerdem beträgt die Differenz zwischen HT und HR, also HT - HR, zum Beispiel 5 mm oder weniger, sie kann 3 mm oder weniger betragen und sie kann 1 mm oder weniger betragen.
  • Wie in 6 gezeigt ist, kann die Höhe der Harzschicht 6, die in der Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 an mindestens einem Ende des Schichtkörpers 11 (des Aufbaus der Vielzahl von Stromerzeugungselementen 10) positioniert ist, größer als die Höhe der Harzschicht 6 sein, die in der Mitte des Schichtkörpers 11 positioniert ist. Die Mitte des Schichtkörpers 11 bezieht sich auf einen Mittelpunkt einer Geraden, die beide Enden des Schichtkörpers 11 verbindet. Wenn aufgrund von Laden und Entladen eine Volumenänderung des Stromerzeugungselements auftritt, konzentriert sich die Spannung zum Beispiel tendenziell am Ende des Schichtkörpers 11. Wenn die Höhe der Harzschicht 6, die am Ende des Schichtkörpers 11 positioniert ist, erhöht ist, kann aus diesem Grund ein Bruch des ersten Streifens aufgrund der Volumenänderung verhindert werden. H1 bezeichnet die Höhe der Harzschicht 6, die am Ende des Schichtkörpers 11 positioniert ist, während H2 die Höhe der Harzschicht 6 bezeichnet, die in der Mitte des Schichtkörpers 11 positioniert ist. Das Verhältnis von H1 zu H2, also H1/Hz, beträgt zum Beispiel 1,1 oder mehr, es kann 1,2 oder mehr betragen und es kann 1,5 oder mehr betragen. H1/Hz beträgt indessen zum Beispiel 2,0 oder weniger.
  • Wie in 7 gezeigt ist, bezeichnet WT die Breite des ersten Streifens 4t, während WR die Breite der Harzschicht 6 bezeichnet. WT und WR beziehen sich auf die Maximallänge in der Richtung (y-Achsenrichtung), die die Dickenrichtung des Stromerzeugungselements senkrecht schneidet. Wie in 7 gezeigt ist, ist die Breite WT des ersten Streifens 4t außerdem strenggenommen die Breite eines vorstehenden Teils des ersten Streifens 4t. Wenn es einen vorstehenden Teil gibt, kann die Breite des vorstehenden Teils als die Breite WT des ersten Streifens 4t genommen werden. Das Verhältnis von WR zu WT, also WR/WT, beträgt zum Beispiel 0,1 oder mehr, es kann 0,3 oder mehr betragen und es kann 0,5 oder mehr betragen. Falls WR/WT zu klein ist, besteht die Möglichkeit, dass der Fußteil des ersten Streifens nicht ausreichend verstärkt wird. WR/WT kann indessen 1 oder weniger betragen und WR/WT kann größer als 1 sein. Im letzteren Fall beträgt WR/WT zum Beispiel 1,5 oder weniger. Im ersteren Fall kann WR/WT 0,95 oder weniger betragen oder WR/WT kann 0,9 oder weniger betragen. Wie in 7 gezeigt ist, bezeichnet außerdem LC eine Mittellinie des ersten Streifens 4t in der Breitenrichtung (y-Achsenrichtung). Die Mittellinie LC ist eine Linie, die parallel zur z-Achsenrichtung verläuft, und sie ist, wie in 7 gezeigt ist, strenggenommen eine Mittellinie im vorstehenden Teil des ersten Streifens 4t. Bei der Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Harzschicht 6 so vorhanden ist, dass sie LC überlappt.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich des Verfahrens zur Ausbildung der Harzschicht, und ein Beispiel dafür ist ein Verfahren, bei dem zwischen den benachbarten ersten Streifen eine kleine Düse angeordnet wird und aus dieser Düse ein Harz eingespritzt wird. Abhängig von der Art des eingespritzten Harzes kann zum Beispiel eine Aushärtungsbehandlung wie Erhitzen und UV-Bestrahlung erfolgen.
  • (3) Zweiter Stromkollektor
  • Der zweite Stromkollektor ist bei der Erfindung mit der zweiten Aktivmaterialschicht elektrisch verbunden und sammelt Ströme der zweiten Aktivmaterialschicht. Der zweite Stromkollektor ist zum Beispiel auf der Oberfläche der zweiten Aktivmaterialschicht angeordnet, die zur Elektrolytschicht entgegengesetzt ist. Wie in 1 gezeigt ist, kann der zweite Stromkollektor 5 außerdem einen zweiten Streifen 5t aufweisen. Wie in 2B gezeigt ist, ist der zweite Streifen 5t in einem Bereich angeordnet, der in der Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 die zweite Aktivmaterialschicht 2 nicht überlappt.
  • Wie in 2B gezeigt ist, kann der zweite Streifen 5t einen Fußteil 51 aufweisen. Entsprechend kann der zweite Streifen 5t einen gekrümmten Teil 52 aufweisen, der in einer Spitze des Fußteils 51 angeordnet ist und sich in einer Richtung erstreckt, die eine Richtung kreuzt, in der sich der Fußteil 51 erstreckt. Entsprechend kann eine Vielzahl der zweiten Streifen 5t so angeordnet sein, dass sie sich in der Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 miteinander überlappen. Die Einzelheiten des zweiten Streifens sind die gleichen wie die des oben beschriebenen ersten Streifens, weswegen die Beschreibung hier weggelassen wird.
  • Wie in 1 gezeigt ist, können der zweite Streifen 5t und der erste Streifen 4t auf der gleichen Seite des Stromerzeugungselements angeordnet sein. Ein solcher Aufbau wird ein Einzelstreifenaufbau genannt. Auch wenn dies nicht gesondert dargestellt ist, können der zweite Streifen 5t und der erste Streifen 4t indessen jeweils auf den Seiten des Stromerzeugungselements angeordnet sein, die einander zugewandt sind. Ein solcher Aufbau wird Doppelstreifenaufbau genannt.
  • (4) Erste Aktivmaterialschicht, zweite Aktivmaterialschicht und Elektrolytschicht
  • Die erste Aktivmaterialschicht ist bei der Erfindung eine Kathodenaktivmaterialschicht oder eine Anodenaktivmaterialschicht. Die zweite Aktivmaterialschicht hat bei der Erfindung die entgegengesetzte Polarität wie die erste Aktivmaterialschicht.
  • Die Kathodenaktivmaterialschicht enthält zumindest ein Kathodenaktivmaterial. Die Kathodenaktivmaterialschicht kann außerdem zumindest eines von einem leitenden Material, einem Elektrolyt und einem Bindemittel enthalten. Ein Beispiel für das Kathodenaktivmaterial kann ein Oxidaktivmaterial sein. Beispiele für das Oxidaktivmaterial sind ein steinsalzlagerartiges Aktivmaterial wie LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, ein spinellartiges Aktivmaterial wie LiMn2O4 und ein olivinartiges Aktivmaterial wie LiFePO4. Als Kathodenaktivmaterial kann außerdem Schwefel (S) verwendet werden. Ein Beispiel für die Form des Kathodenaktivmaterials ist eine körnige Form.
  • Ein Beispiel für das leitende Material ist ein Kohlenstoffmaterial. Der Elektrolyt kann ein Festelektrolyt sein und er kann eine Elektrolytlösung sein. Der Festelektrolyt kann ein organischer Festelektrolyt wie ein Gel-Elektrolyt sein und er kann ein anorganischer Festelektrolyt wie ein Oxid-Festelektrolyt und ein Sulfid-Festelektrolyt sein. Außerdem enthält die Elektrolytlösung (der flüssige Elektrolyt) zum Beispiel einen Trägerelektrolyt wie LiPF6 und ein Lösungsmittel wie ein carbonatbasiertes Lösungsmittel. Außerdem können Beispiele für das Bindemittel ein kautschukbasiertes Bindemittel und ein fluoridbasiertes Bindemittel sein.
  • Die Anodenaktivmaterialschicht enthält zumindest ein Anodenaktivmaterial. Die Anodenaktivmaterialschicht kann außerdem mindestens eines von einem leitenden Material, einem Elektrolyt und einem Bindemittel enthalten. Beispiele für das Anodenaktivmaterial sind ein Metallaktivmaterial wie Li und Si, ein Kohlenstoffaktivmaterial wie Graphit und ein Oxidaktivmaterial wie Li4Ti5O12. Beispiele für die Form des Anodenaktivmaterials sind eine körnige Form und eine Folienform. Das leitende Material, der Elektrolyt und das Bindemittel entsprechen dem oben beschriebenen Material, Elektrolyten und Bindemittel.
  • Die Elektrolytschicht ist zwischen der Kathodenaktivmaterialschicht und der Anodenaktivmaterialschicht angeordnet und enthält zumindest einen Elektrolyten. Der Elektrolyt kann ein Festelektrolyt sein und er kann eine Elektrolytlösung sein. Der Elektrolyt entspricht dem oben beschriebenen Elektrolyten. Die Elektrolytschicht kann einen Separator aufweisen.
  • (5) Verfahren zur Ausbildung des Stromerzeugungselements
  • Bei der Erfindung gibt es keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich des Verfahrens zur Ausbildung des Stromerzeugungselements. 8A bis 8E sind schematische Schnittansichten, die bei der Erfindung das Verfahren zur Ausbildung des Stromerzeugungselements veranschaulichen. 8A bis 8E entsprechen auf die gleiche Weise wie die oben beschriebene 2A der Schnittansicht von A-A in 1. Wie in 8A gezeigt ist, wird zunächst der zweite Stromkollektor 5 angefertigt. Wie in 8B gezeigt ist, wird als Nächstes auf beiden Oberflächen des zweiten Stromkollektors 5 jeweils die zweite Aktivmaterialschicht 2 ausgebildet. Ein Beispiel für das Verfahren zur Ausbildung der zweiten Aktivmaterialschicht kann ein Verfahren sein, bei dem auf dem zweiten Stromkollektor eine Schlämme aufgestrichen wird, die das Material der zweiten Aktivmaterialschicht enthält, und diese getrocknet wird.
  • Wie in 8C gezeigt ist, wird als Nächstes auf den zwei zweiten Aktivmaterialschichten 2 jeweils die Elektrolytschicht 3 ausgebildet. Ein Beispiel für das Verfahren zur Ausbildung der Elektrolytschicht kann ein Übertragungsverfahren sein. Bei dem Übertragungsverfahren wird zum Beispiel eine Elektrolytschicht auf einem Grundmaterial platziert, um ein Teil auszubilden, und die Elektrolytschicht in diesem Teil wird so angeordnet, dass sie der zweiten Aktivmaterialschicht zugewandt ist, und gepresst, wobei das Grundmaterial dann abgelöst wird, um die Elektrolytschicht auf die zweite Aktivmaterialschicht zu übertragen. Wie in 8D gezeigt ist, wird als Nächstes auf den zwei Elektrolytschichten 3 jeweils die erste Aktivmaterialschicht 1 ausgebildet. Ein Beispiel für das Verfahren zur Ausbildung der ersten Aktivmaterialschicht kann ein Übertragungsverfahren sein. Das Übertragungsverfahren entspricht dem oben beschrieben Verfahren. Wie in 8E gezeigt ist, wird als Nächstes auf den zwei ersten Aktivmaterialschichten 1 jeweils der erste Stromkollektor 4 angeordnet. Dadurch wird ein Paar Stromerzeugungselemente 10 (10a und 10b) erzielt, die sich den zweiten Stromkollektor 5 teilen.
  • Auch wenn dies nicht gesondert dargestellt ist, kann im Übrigen das eine Stromerzeugungselement 10a den ersten Stromkollektor 4 aufweisen, während das andere Stromerzeugungselement 10b den ersten Stromkollektor 4 nicht aufweisen muss. Wenn in der Dickenrichtung DT des Stromerzeugungselements 10 eine Vielzahl von Paaren des Stromerzeugungselements 10 (10a und 10b) aufgeschichtet wird, kann zum Beispiel, wie in 3A gezeigt ist, eine Verbesserung der Volumenenergiedichte erzielt werden, wenn nicht fortlaufend zwei der ersten Stromkollektoren 4 angeordnet werden.
  • 2. Batterie
  • Die Batterie weist bei der Erfindung einen ersten Stromsammelanschluss auf, der mit der Vielzahl der ersten Streifen elektrisch verbunden ist. Außerdem kann die Batterie bei der Erfindung einen zweiten Stromsammelanschluss aufweisen, der mit der Vielzahl der zweiten Streifen elektrisch verbunden ist. Außerdem werden der erste Streifen und der zweite Streifen allgemein als Streifen bezeichnet und der erste Stromsammelanschluss und der zweite Stromsammelanschluss werden allgemein als Stromsammelanschlüsse bezeichnet. Es gibt keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich des Materials der Stromsammelanschlüsse, und ein Beispiel dafür ist ein Metall wie SUS. Die Streifen und die Stromsammelanschlüsse sind verbunden. Beispiele für das Verfahren zur Verbindung der Streifen und der Stromsammelanschlüsse sind ein Verfahren, bei dem eine Verschweißung wie Laserschweißen und Elektrodenstrahlschweißen verwendet wird, ein Verfahren, bei dem eine leitende Paste verwendet wird, und ein Verfahren, bei dem ein Lot verwendet wird.
  • Die Batterie kann bei der Erfindung eine äußere Verpackung zum Speichern der Vielzahl der Stromerzeugungselemente aufweisen. Beispiele für die äußere Verpackung sind eine gehäuseartige äußere Verpackung und eine laminatartige äußere Verpackung. Außerdem ist bei der Erfindung die Art der Batterie nicht besonders beschränkt, aber sie kann typischerweise eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie sein. Außerdem ist bei der Erfindung die Anwendung der Batterie nicht besonders beschränkt, und Beispiele dafür sind eine Stromquelle für Fahrzeuge wie Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV), Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV), Batterie-Elektrofahrzeuge (BEV), benzinbetriebene Automobile und dieselbetriebene Automobile. Insbesondere wird sie bevorzugt als eine Stromquelle für den Antrieb von Hybrid-Elektrofahrzeugen, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen oder Batterie-Elektrofahrzeugen verwendet. Außerdem kann die Batterie bei der Erfindung als eine Stromquelle für andere bewegliche Körper als Fahrzeuge (etwa Schienentransport, Schiff und Flugzeug) sein, und sie kann als eine Stromquelle für elektrische Produkte wie Informationsverarbeitungsgeräte verwendet werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erste Aktivmaterialschicht
    2
    zweite Aktivmaterialschicht
    3
    Elektrolytschicht
    4
    erster Stromkollektor
    4t
    erster Streifen
    5
    zweiter Stromkollektor
    5t
    zweiter Streifen
    6
    Harzschicht
    10
    Stromerzeugungselement
    20a
    erster Stromsammelanschluss
    20b
    zweiter Stromsammelanschluss
    100
    Batterie
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2002 [0002]
    • JP 170547 A [0002]

Claims (9)

  1. Batterie, die eine Vielzahl von Stromerzeugungselementen umfasst, wobei: das Stromerzeugungselement eine erste Aktivmaterialschicht, eine zweite Aktivmaterialschicht, eine zwischen der ersten Aktivmaterialschicht und der zweiten Aktivmaterialschicht angeordnete Elektrolytschicht, einen ersten Stromkollektor, der Ströme der ersten Aktivmaterialschicht sammelt, und einen zweiten Stromkollektor aufweist, der Ströme der zweiten Aktivmaterialschicht sammelt; der erste Stromkollektor einen ersten Streifen aufweist, der zumindest einen Fußteil aufweist; eine Vielzahl der ersten Streifen so angeordnet ist, dass sie sich in einer Dickenrichtung des Stromerzeugungselements miteinander überlappen; die Batterie einen ersten Stromsammelanschluss aufweist, der elektrisch mit der Vielzahl der ersten Streifen verbunden ist; und in der Vielzahl der Stromerzeugungselemente zwischen den benachbarten ersten Streifen eine Harzschicht angeordnet ist, die den Fußteil verstärkt.
  2. Batterie nach Anspruch 1, wobei der erste Streifen einen gekrümmten Teil aufweist, der in einer Spitze des Fußteils angeordnet ist und sich in einer Richtung erstreckt, die eine Richtung kreuzt, in die sich der Fußteil erstreckt.
  3. Batterie nach Anspruch 2, wobei ein Winkel, der durch die Richtung, in die sich der gekrümmte Teil erstreckt, und die Dickenrichtung des Stromerzeugungselements gebildet wird, 0° oder mehr und 30° oder weniger beträgt.
  4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn HT eine Höhe des ersten Streifens bezeichnet und HR eine Höhe der Harzschicht bezeichnet, HT und HR 0,5 ≤ HR/HT ≤ 1 erfüllen.
  5. Batterie nach Anspruch 4, wobei HT und HR 0,5 ≤ HR/HT ≤ 0,95 erfüllen.
  6. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn WT eine Breite des ersten Streifens bezeichnet und WR eine Breite der Harzschicht bezeichnet, WT und WR 0,5 ≤ WR/WT erfüllen.
  7. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn LC eine Mittellinie des ersten Streifens in einer Breitenrichtung bezeichnet, die Harzschicht so vorhanden ist, dass sie LC überlappt.
  8. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Harzschicht mindestens eines von einem thermoplastischen Harz und einem härtbaren Harz enthält.
  9. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Harzschicht ein Elastomerharz enthält.
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