JP2015527704A5

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Publication number: JP2015527704A5
Application number: JP2015522195A
Authority: JP
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2033-07-03

Description

引用文献

本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔１〕以下の要素を含み：
・相互に積重ねられ、かつ各々がアノード、カソードおよび電解液を含む、少なくとも第一および第二電気化学セル(C1、C2)；
・少なくとも一つのバイポーラ集電装置(1)、該装置の一つの面は、該第一セル(C1)のリチウム装入材料製の該アノード(16)によって覆われており、かつその対向面は、該第二セル(C2)のリチウム装入材料製の該カソード(18)によって覆われており、該バイポーラ集電装置は、その周辺部において、その面の各々の上に、該第一または第二セルの該電解液に対して不透過性の壁できた周辺ゾーンを形成し、これを包囲する、電気的絶縁性材料で作られた少なくとも一つのビード(23)を含んでおり；
・該バイポーラ集電装置に隣接する少なくとも一つの第一集電装置(13)、該装置の一つの面は、該第一セル(C1)の該カソード(14)により覆われており、該第一隣接集電装置は、またその周辺部において、同様に該第一セルの該電解液に対して不透過性の壁の周辺ゾーンを形成している、電気的絶縁性材料で作られた、少なくとも一つのビード(23)を含んでおり；
・該バイポーラ集電装置に隣接する少なくとも一つの第二集電装置(21)、該装置の一つの面は、該第二セル(C2)の該アノード(20)によって覆われており、該第二隣接集電装置は、またその周辺部において、同様に該第二セルの該電解液に対して不透過性の壁の周辺ゾーンを形成している、電気的絶縁性材料で作られた、少なくとも一つのビード(23)を含んでおり；
該各不透過性壁が、分子結合、該バイポーラ集電装置のビード(23)と該隣接集電装置のビード(23)との間の陽極接合、および、該バイポーラ集電装置のビード上に堆積された共融点を持つ金属または金属合金製の層(25)と該隣接集電装置のビード上に堆積された共融点を持つ金属または金属合金製の層(25)との間の共融融合から選択される技術によって得られる、
ことを特徴とする、バイポーラLi-イオンバッテリー。
〔２〕前記各不透過性壁が分子結合により得られ、前記ビード各々の材料が酸化アルミニウム(Al ₂ O ₃ )で作られている、前記〔1〕記載のバイポーラバッテリー。
〔３〕前記各不透過性壁が陽極接合によって得られ、前記各ビードの材料がホウ素をドープした二酸化ケイ素SiO ₂ で作られている、前記〔1〕記載のバイポーラバッテリー。
〔４〕前記各不透過性壁が、共融融合によって得られ、前記各ビードの材料が酸化アルミニウム(Al ₂ O ₃ )で作られており、かつ前記ビード上に堆積される層(25)の材料がアルミニウムで作られており、また前記隣接ビード上に堆積される層(25)の材料がゲルマニウムで作られている、前記〔1〕記載のバイポーラバッテリー。
〔５〕前記各ビードの厚みが、一集電装置の同一面上における電極の厚みと実質的に等しい、前記〔1〕〜〔4〕の1項に記載のバイポーラバッテリー。
〔６〕前記各ビードの厚みが20〜70μmなる範囲、好ましくは50μm±5μmである、前記〔1〕〜〔5〕の1項に記載のバイポーラバッテリー。
〔７〕前記各ビードの幅が0.1〜2cmなる範囲にある、前記〔1〕〜〔6〕の1項に記載のバイポーラバッテリー。
〔８〕n-2なる数のバイポーラ集電装置を備え、n個の電気化学セルからなる積重ね体を含み、前記隣接集電装置の一つが一方の末端集電装置であり、別の該隣接集電装置が、他方の末端集電装置である、前記〔1〕〜〔7〕の1項に記載のバイポーラバッテリー。
〔９〕前記アノードがLi ₄ Ti ₅ O ₁₂ 製であり、かつ前記カソードがLiFePO ₄ 製である、前記〔1〕〜〔8〕の1項に記載のバイポーラバッテリー。
〔１０〕相互に積重ねられ、かつ各々がアノード、カソードおよび電解液を含有する、少なくとも第一および第二電気化学セルを含むバイポーラバッテリーの製造方法であって、以下の諸工程：
a) 該第一セルのリチウム装入材料製のアノードによって覆われた一面および該第二セルのリチウム装入材料製のカソードによって覆われた対向面を持つ、バイポーラ集電装置の製造工程；
b) 一面が該第一セルの該カソードで覆われている該バイポーラ集電装置と隣接するように意図された、第一集電装置の製造工程；
c) 一面が該第二セルの該アノードで覆われている該バイポーラ集電装置と隣接するように意図された、第二集電装置の製造工程；
d) カソードまたはアノードで覆われている該各集電装置の各面の周辺部に、電気的絶縁性材料製ビードを堆積する工程；
e) 2つの隣接する集電装置間にセパレータをインターカレーションすることによる3つの集電装置の積重ね工程、ここで該インターカレーションによる積重ねは、
・該隣接第一集電装置のカソードが、第一セパレータから分離されている該バイポーラ集電装置のアノードと対面し、かつそのビードが接触状態となるように、
・該隣接する第二集電装置の該アノードが、第二セパレータから分離されている該バイポーラ集電装置の該カソードと対面し、かつそのビードが接触状態で配置されるように行われ；
f) 該集電装置の周辺部において接触状態にある該ビードの加熱工程、ここで該セパレータ各々は、電解液で含浸されている；
を含むことを特徴とする、前記バイポーラバッテリーの製造方法。
〔１１〕前記工程f)に従う加熱が、前記集電装置の周辺部の周りの、U-字型加熱ジョーを用いて行われる、前記〔10〕記載の方法。
〔１２〕前記工程e)に従う前記ビードを接触状態で配置する工程が周囲温度にて行われる、前記〔10〕または〔11〕記載の方法。

Claims

以下の要素を含み：
・相互に積重ねられ、かつ各々がアノード、カソードおよび電解液を含む、少なくとも第一および第二電気化学セル(C1、C2)；
・少なくとも一つのバイポーラ集電装置(1)、該装置の一つの面は、該第一セル(C1)のリチウム装入材料製の該アノード(16)によって覆われており、かつその対向面は、該第二セル(C2)のリチウム装入材料製の該カソード(18)によって覆われており、該バイポーラ集電装置は、その周辺部において、その面の各々の上に、該第一または第二セルの該電解液に対して不透過性の壁できた周辺ゾーンを形成し、これを包囲する、電気的絶縁性材料で作られた少なくとも一つのビード(23)を含んでおり；
・該バイポーラ集電装置に隣接する少なくとも一つの第一集電装置(13)、該装置の一つの面は、該第一セル(C1)の該カソード(14)により覆われており、該第一隣接集電装置は、またその周辺部において、同様に該第一セルの該電解液に対して不透過性の壁の周辺ゾーンを形成している、電気的絶縁性材料で作られた、少なくとも一つのビード(23)を含んでおり；
・該バイポーラ集電装置に隣接する少なくとも一つの第二集電装置(21)、該装置の一つの面は、該第二セル(C2)の該アノード(20)によって覆われており、該第二隣接集電装置は、またその周辺部において、同様に該第二セルの該電解液に対して不透過性の壁の周辺ゾーンを形成している、電気的絶縁性材料で作られた、少なくとも一つのビード(23)を含んでおり；
該各不透過性壁が、分子結合、該バイポーラ集電装置のビード(23)と該隣接集電装置のビード(23)との間の陽極接合、および、該バイポーラ集電装置のビード上に堆積された共融点を持つ金属または金属合金製の層(25)と該隣接集電装置のビード上に堆積された共融点を持つ金属または金属合金製の層(25)との間の共融融合から選択される技術によって得られる、
ことを特徴とする、バイポーラLi-イオンバッテリー。
前記各不透過性壁が分子結合により得られ、前記ビード各々の材料が酸化アルミニウム(Al₂O₃)で作られている、請求項1記載のバイポーラバッテリー。
前記各不透過性壁が陽極接合によって得られ、前記各ビードの材料がホウ素をドープした二酸化ケイ素SiO₂で作られている、請求項1記載のバイポーラバッテリー。
前記各不透過性壁が、共融融合によって得られ、前記各ビードの材料が酸化アルミニウム(Al₂O₃)で作られており、かつ前記ビード上に堆積される層(25)の材料がアルミニウムで作られており、また前記隣接ビード上に堆積される層(25)の材料がゲルマニウムで作られている、請求項1記載のバイポーラバッテリー。
前記各ビードの厚みが、一集電装置の同一面上における電極の厚みと実質的に等しい、請求項1〜4の1項に記載のバイポーラバッテリー。
前記各ビードの厚みが20〜70μmなる範囲である、請求項1〜5の1項に記載のバイポーラバッテリー。
前記各ビードの厚みが50μm±5μmである、請求項6に記載のバイポーラバッテリー。
前記各ビードの幅が0.1〜2cmなる範囲にある、請求項1〜7の1項に記載のバイポーラバッテリー。
n-2なる数のバイポーラ集電装置を備え、n個の電気化学セルからなる積重ね体を含み、前記隣接集電装置の一つが一方の末端集電装置であり、別の該隣接集電装置が、他方の末端集電装置である、請求項1〜8の1項に記載のバイポーラバッテリー。
前記アノードがLi₄Ti₅O₁₂製であり、かつ前記カソードがLiFePO₄製である、請求項1〜9の1項に記載のバイポーラバッテリー。
相互に積重ねられ、かつ各々がアノード、カソードおよび電解液を含有する、少なくとも第一および第二電気化学セルを含むバイポーラバッテリーの製造方法であって、以下の諸工程：
a) 該第一セルのリチウム装入材料製のアノードによって覆われた一面および該第二セルのリチウム装入材料製のカソードによって覆われた対向面を持つ、バイポーラ集電装置の製造工程；
b) 一面が該第一セルの該カソードで覆われている該バイポーラ集電装置と隣接するように意図された、第一集電装置の製造工程；
c) 一面が該第二セルの該アノードで覆われている該バイポーラ集電装置と隣接するように意図された、第二集電装置の製造工程；
d) カソードまたはアノードで覆われている該各集電装置の各面の周辺部に、電気的絶縁性材料製ビードを堆積する工程；
e) 2つの隣接する集電装置間にセパレータをインターカレーションすることによる3つの集電装置の積重ね工程、ここで該インターカレーションによる積重ねは、
・該隣接第一集電装置のカソードが、第一セパレータから分離されている該バイポーラ集電装置のアノードと対面し、かつそのビードが接触状態となるように、
・該隣接する第二集電装置の該アノードが、第二セパレータから分離されている該バイポーラ集電装置の該カソードと対面し、かつそのビードが接触状態で配置されるように行われ；
f) 該集電装置の周辺部において接触状態にある該ビードの加熱工程、ここで該セパレータ各々は、電解液で含浸されている；
を含むことを特徴とする、前記バイポーラバッテリーの製造方法。
前記工程f)に従う加熱が、前記集電装置の周辺部の周りの、U-字型加熱ジョーを用いて行われる、請求項11記載の方法。
前記工程e)に従う前記ビードを接触状態で配置する工程が周囲温度にて行われる、請求項11または12記載の方法。