JP2003533000A5 - - Google Patents

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【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも良導電性の導電性層（３）とそれと導電的に結合された、格子構造を有する、織り込まれたかまたは編み込まれた導電性にされた縫糸（５）からなる蓄積層（４）とからなる、場合による添加剤と一緒に電気活性材料が堆積されている、電気化学的装置、殊にバッテリまたはキャパシタの本質的に平面状の多層電極において、粒子（１）の導電性が劣悪でありおよび／または局部的な電流密度が高い場合には、本質的に全ての個々の粒子（１）が直接格子縫糸（５）と接触し、これとは異なり、粒子の導電性が良好でありおよび／または局部的な電流密度が低い場合には、粒子（１）も格子縫糸（５）との固有の直接の接触なしに格子ポケット（６）中に存在し、そのために格子ポケット（６）は導電性層（３）および／または導電性層（３）の外側接点から離れるにつれてよりいっそう大きな体積を有するように、蓄積層（４）の格子構造の局部的な幾何学的形状は、埋設された電気活性材料の粒子（１）の寸法および導電性ならびに装置の運転中にそのつど存在する電流密度に一致していることを特徴とする、多層電極。
【請求項２】 蓄積層（４）の格子ポケット（６）が本質的に平行六面体である、請求項１記載の電極。
【請求項３】 蓄積層（４）がそれ自体均一の織込密度ではあるが導電性層（３）から離れるにつれて減少する織込密度の層で多層に形成されている、請求項２記載の電極。
【請求項４】 蓄積層（４）の少なくとも１つの層が導電性層（３）の外側接点に向かって少なくとも範囲的に増加する織込密度を有する織り込まれたパターンを有している、請求項２または３記載の電極。
【請求項５】 導電性層（３）と蓄積層（４）が共通に立体的に層状および／または局部的に異なる織込密度で織り込まれた、少なくとも部分的に導電性被覆された縫糸（５）からなるポリマー材料中に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載の電極。
【請求項６】 局部的に最大の織込密度で織り込まれた導電性層（３）が平面状電極の全厚の最大５０％になるまで占有されている、請求項５記載の電極。
【請求項７】 導電性層（３）の２つの表面側に一緒に織り込まれた蓄積層（４）が配置されている、請求項５または６記載の電極。
【請求項８】 蓄積層（４）および場合によっては導電性層（３）の格子縫糸（５）が０．０８〜１．０ｍｍの範囲内の厚さを有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の電極。
【請求項９】 蓄積層（４）および場合によっては導電性層（３）の格子縫糸（５）がＣｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、不銹鋼もしくはこれらの合金の群の金属の厚さ０．０１〜１０μｍの連続的被覆または別の導電性物質、例えば導電性の酸化物、導電性カーボンブラックまたは類似物で被覆されている、請求項１から８までのいずれか１項に記載の電極。
【請求項１０】 導電性の連続的被覆が次の金属：Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎおよび不銹鋼またはこれらの合金の群からの第２の連続的被覆で被覆されているかまたは導電性酸化物または導電性カーボンブラックで被覆されており、この場合これら２つの層の全厚は、１５μｍを超えない、請求項９記載の電極。
【請求項１１】 プラスチック−織込縫糸（５）が次の群：ポリエステル、シリコーンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリ弗化ビニリデンのポリマーの繊維からなる、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の電極。
【請求項１２】 蓄積層（４）および／または導電性層（３）中に、有利に次の群：Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、不銹鋼またはこれらの合金の金属からなる金属性縫糸が規則的な間隔で、有利に導電性に被覆された繊維の直径の程度の大きさに相当する直径で互いに織り込まれている、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の電極。

織り込まれたプラスチック縫糸からなる格子の局部的な幾何学的形状は、極めて簡単に織込技術または編織技術のパラメーターを変えることによって調整されることができ、この場合には、格子構造体を最初にプラスチック縫糸から織り込むかまたは編み込み、次に全体的に適当な方法で導電性にするか、或いは既に先に導電性のプラスチック縫糸を用いて織り込むかまたは編み込むかどうかは原則的に些細なことである。また、この場合には、本発明の目的のために（少なくとも２本（経糸および緯糸）またはそれ以上の縫糸の）織り込みまたは編み込み（１本の縫糸からの編み、鉤針での編み、レース編み）による平面状格子構造体の製造は、等価であることが指摘される。また、以下、部分的に織り込みについてのみ記載されている場合には、このような格子構造体を製造するのに適した別の全ての方法が含まれている。しかし、好ましいプラスチック縫糸を除外して、この製造法の場合には、別の適した天然または人造の材料を使用することもできる。

即ち、本発明による電極の蓄積層は、標準の場合に水平方向および／または垂直方向に通過していない同じ格子間隔または同じ織込密度を有する格子構造を示し、それによって埋設された電気活性材料の粒子の寸法に一致させて多くの場合に個々の粒子のみまたは極めて僅かな粒子が個々の格子ポケット中に存在しており、これに対して蓄積層の別の範囲内には、電気活性材料の数個ないし多数の粒子が格子ポケット中に一緒に存在していてよい。

蓄積層は、本発明の他の好ましい実施形式において、多層でそれ自体均一の織込密度ではあるが導電性層から離れるにつれて減少する織込密度の層で形成されていてよい。また、これは、蓄積層の織り込みの際に１つの簡易化を生じ、この場合層状の構造は、本発明による実施形式の記載された利点を可能にする。

本発明の特に好ましい他の実施形式によれば、蓄積層の少なくとも１つの層が導電性層の外側接点に向かって少なくとも領域的に増加する織込密度を有する織り込まれたパターンを有することが設けられている。それによって、多層の蓄積層の個々の全ての層において、本発明による理想の変更に相当することができ、したがって電気活性粒子の必要とされる格子接点は、蓄積層中で局部的に異なり、電子の実際の導出のための距離に依存する。

導電性層および蓄積層は、本発明の特に好ましい他の実施形式において、共通に立体的に層状および／または局部的に異なる織込密度で織り込まれた、少なくとも部分的に導電的に被覆された繊維からなるポリマー物質中に形成されている。これは、導電性層および蓄積層を織り込んで形成させることによって本発明による電極の特に簡単な製造を可能にし、この場合この製造は、（例えば、冒頭に記載のドイツ連邦共和国特許出願公開第４０１９１９２号明細書Ａに記載されたような）前記層の事後の伝導性の結合を不要にする。この場合、導電性層は、勿論、元より蓄積層の個々の範囲よりも本質的に高い密度で織り込まれている。それというのも、この蓄積層中には、まさに決して電気活性材料が収容されて維持されてはならないからである。しかし、導電性層に関しても、勿論、外側の導出接点に向かって高い織込密度が選択される程度に上昇する電流密度を十分に達成させるために、それぞれの織込密度に局部的に適合させることができ、一方で、導電性層から離れた範囲を再び僅かな織込密度で形成させることができ、このことは、全装置の質量に有利な影響を及ぼす。

本発明の他の実施形式には、最も大きな局部的な織込密度で織り込まれた導電性層が平面状の電極の全密度の最大で５０％までを占め、このことは、一面で導出面と他面で電気活性体積とのそれぞれの良好な妥協を表わす。

蓄積層および場合によっては導電性層の格子縫糸は、本発明の他の好ましい実施形式において、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、不銹鋼もしくはこれらの合金の群の金属の厚さ０．０１〜１０μｍの連続的被覆で被覆されているかまたは別の導電性物質、例えば若干導電性の酸化物、導電性カーボンブラックまたは類似物で被覆されており、この場合には、付加的に、この連続的被覆が以下の金属またはその合金（Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎおよび不銹鋼）の群からの第２の相応する被覆で被覆されているかまたは導電性酸化物または導電性カーボンブラックで被覆されていることが設けられていてよく、この場合これら２つの層の全厚は、１５μｍを超えない。この実施形式により、多種多様の使用分野または使用された材料が網羅されることができる。

立体格子の織込縫糸は、本発明の他の実施形式において、好ましくは、次の群：ポリエステル、シリコーンゴム、ポリエチレン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリ弗化ビニリデンのポリマーの繊維からなる。

図３〜５は、それぞれ電気化学的装置のための本発明による電極の小さな範囲の導電性層および蓄積層の格子構造のみを示し、この場合電気活性材料の粒子ならびに場合による他の添加剤は、より良好に概観を把握するために、導電性層に対する外側電気的接点、外側の被覆層および類似物と同様に省略されている。全ての場合において、導電性層３は、蓄積層４と一緒に立体的に層状におよび／または局部的に異なる織込密度で織り込まれており（または編織密度で編織されており）、少なくとも部分的に導電的に被覆された縫糸からなるポリマー材料が形成されている。この場合には、繊維の被覆が物質の織り込み後に行なわれるかまたは先に行なわれるかは、重要でないか、或いはそれぞれ優先すべき織り込み技術に対する質問は重要ではない。

導電性層中ならびに蓄積層中で電流の導出に必要とされる材料の質量は、例えばバッテリの全質量の大部分であるので、記載された本発明による実施形式によって、この種の電極を装備した電気化学的装置の重量測定によるエネルギー密度は、明らかにプラスの影響が及ぼされ、この場合には、例えば電極の巻き取りまたは折り畳みを損傷なしに可能にする目的で、図示されかつ記載された格子構造体は、十分な機械的強度にも拘わらず電気活性材料の固定のためには可撓性で十分である。平面状の電極の原則的な格子構造を形成する、立体的に織り込まれたポリマー材料は、簡単で安価に大量で公知の織込技術または編織技術を使用しながら製造されることができる。個々の層が外側の電気的接点の範囲に向かって、前記の記載と同様に異なる織込密度または変化する織込密度を有する場合には、これは、極めて簡単に織り込まれたパターンの種類に応じて実現させることができ、この場合には、この種の物質の全帯状体の織り込み後に相応する範囲を切り取ることができるかまたは打ち抜くことができる。

使用される繊維は、１つの繊維につき１本またはそれ以上の縫糸から形成されていてもよく、この場合繊維材料は、使用される電気化学的系中でできるだけ非反応性であり、化学的反応または体積の変化を全く生じないように選択することができる。これに関連して好ましい材料および材料の組合せは、特許請求の範囲に記載されている。格子のプラスチック繊維の導電性被覆は、前記の記載と同様に２つの層からなることができ、この場合には、有利に直接にプラスチック繊維に高い導電性の層が施こされており、その上に当該系中で高められた耐蝕性を有する層が施こされている。また、伝導のためにプラスチック繊維上に施こされた層の厚さは、勿論、導電性が一定の幾何学的形状、寸法および必要とされる性質を有するそれぞれ存在する電気化学的系に相当するように選択することができる。この導電性層をプラスチック繊維上に施こすことは、種々の公知方法、例えば外側の無電流の金属付着または層の電気メッキの厚さに関連した外側の無電流の金属付着または導電性粒子からなる分散液の脱安定化によって行なうことができる。好ましくは、格子のプラスチック繊維は、織り込み後に初めて金属化される。既に先に導電性にされた繊維の織り込みは、通常、例えば導電性層が極めて高い織込密度および厚さを有する際に、既に織り込まれた完成構造体の被覆が困難であり、時間がかかるかまたは費用がかかりすぎる場合に有利である。