JP2016517618A5

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Publication number: JP2016517618A5
Application number: JP2016501783A
Authority: JP
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2017-04-13

Claims

電極活性材料層を備える電極群と、対電極活性材料層を備える対電極群とを備える電極構造体であって、
前記電極群は、第１の方向に沿って、前記対電極群と交互に配列され、
前記電極群の各要素は、底部と、上部と、長さＬ_Ｅと、幅Ｗ_Ｅと、高さＨ_Ｅと、当該要素の前記底部から前記上部へ前記第１の方向に対して交差する方向に延在する長手軸Ａ_Ｅとを有し、前記電極群の各要素の前記長さＬ_Ｅはその長手軸Ａ_Ｅの方向に測定され、前記電極群の各要素の前記幅Ｗ_Ｅは前記第１の方向に測定され、かつ前記電極群の各要素の前記高さＨ_Ｅは当該要素の前記長手軸Ａ_Ｅ及び前記第１の方向に対して垂直方向に測定され、前記電極群の各要素のＬ_ＥとＷ_Ｅ及びＨ_Ｅとの比はそれぞれ少なくとも５：１であり、前記電極群の各要素のＨ_ＥとＷ_Ｅとの比はそれぞれ０．４：１から１０００：１までの間であり、
前記電極群の各要素の前記長手軸Ａ_Ｅは電気絶縁性セパレータ層で包囲され、かつ、
前記電極群の要素と前記対電極群の要素との間で、前記電気絶縁性セパレータ層は少なくとも２０体積％のボイド率を有するマイクロポーラスセパレータ材料を備え、
前記マイクロポーラスセパレータ材料は、粒子状材料と結合剤とを含むように構成され、
もしくは、前記構成に加えてさらに、
前記対電極群の各要素は、底部と、上部と、長さＬ _ＣＥと、幅Ｗ _ＣＥと、高さＨ _ＣＥと、当該要素の前記底部から前記上部へ前記第１の方向に対して交差する方向に延在する長手軸Ａ _ＣＥとを含み、前記電極群の各要素の前記長さＬ _ＣＥはその長手軸Ａ _ＣＥの方向に測定され、前記電極群の各要素の前記幅Ｗ _ＣＥは前記第１の方向に測定され、かつ前記電極群の各要素の前記高さＨ _ＣＥは当該要素の前記長手軸Ａ _ＣＥ及び前記第１の方向に対して垂直方向に測定され、前記電極群の各要素のＬ _ＣＥとＷ _ＣＥ及びＨ _ＣＥのそれぞれとの比はそれぞれ少なくとも５：１であり、前記電極群の各要素のＨ _ＣＥとＷ _ＣＥとの比はそれぞれ０．４：１から１０００：１までの間であるように構成される、電極構造体。
前記電極群の要素と前記対電極群の要素との間で、前記マイクロポーラスセパレータ材料は、
（１）前記電気絶縁性セパレータ材料層の少なくとも８０体積％を構成するか、
（２）前記電気絶縁性セパレータ材料層の少なくとも９０体積％を構成するか、
（３）前記電気絶縁性セパレータ材料層の少なくとも９５体積％を構成するかの
いずれかである、請求項１に記載の電極構造体。
前記マイクロポーラスセパレータ材料は、電極群の各要素の前記長手軸Ａ_Ｅを包囲するように構成され、
もしくは、前記構成に加えてさらに、
（１）前記マイクロポーラスセパレータ材料は、電極群の各要素の前記長手軸Ａ _Ｅを、前記電極群の各要素の前記長さＬ _Ｅの少なくとも８０％にわたって包囲するか、
（２）前記マイクロポーラスセパレータ材料は、電極群の各要素の前記長手軸Ａ _Ｅと、前記電極群の各要素の前記上部とを包囲するか
のいずれかである、請求項１又は２に記載の電極構造体。
前記電気絶縁性セパレータ材料層は、前記マイクロポーラスセパレータ材料と、別の電気絶縁性材料とを含む、請求項１から請求項３までのいずれか１つの請求項に記載の電極構造体。
前記電極群の各要素の前記上部は、前記電気絶縁性セパレータ材料層で被覆され、かつ前記電気絶縁性セパレータ層は、前記電極群の要素と前記対電極群の要素との間の前記電気絶縁性セパレータ材料層の少なくとも７０体積％を構成するマイクロポーラスセパレータ材料を含む、請求項１から請求項４までのいずれか１つの請求項に記載の電極構造体。
（１）前記電極群は、Ｎ個の要素を有し、前記対電極群は、Ｎ＋１個の要素を有し、かつＮは、少なくとも５であることと、
（２）前記対電極群は、Ｎ個の要素を有し、前記電極群は、Ｎ＋１個の要素を有し、かつＮは、少なくとも５であることと、
（３）前記電極群及び前記対電極群はそれぞれ、少なくとも５０個の要素を含むことと
の少なくとも１つである、請求項１から請求項５までのいずれか１つの請求項に記載の電極構造体。
（１）Ｌ_Ｅは、約１０ｍｍから約２５０ｍｍまでの範囲内の値を有することと、
（２）Ｗ _Ｅは、約０．０１ｍｍから約２．５ｍｍまでの範囲内の値を有することと、
（３）Ｌ _ＣＥは、約１０ｍｍから約２５０ｍｍまでの範囲内の値を有すことと、
（４）Ｗ _ＣＥは、約０．０１ｍｍから２．５ｍｍまでの範囲内の値を有することと、
（５）Ｈ _ＣＥは、約０．０５ｍｍから約１０ｍｍまでの範囲内の値を有することと
の少なくとも１つである、請求項１から請求項６までのいずれか１つの請求項に記載の電極構造体。
（１）前記電極群の各要素において、Ｌ_ＥとＷ_Ｅ及びＨ_Ｅのそれぞれとの比はそれぞれ少なくとも１０：１であることと、
（２）前記電極群の各要素の断面は外周Ｐ _Ｅを有し、かつ前記電極群の各要素において、Ｌ _ＥとＰ _Ｅとの比はそれぞれ少なくとも１．２５：１であることと、
（３）前記電極群の各要素において、Ｌ _ＣＥとＷ _ＣＥ及びＨ _ＣＥのそれぞれとの比はそれぞれ少なくとも１０：１であることと、
（４）前記対電極群の各要素の断面は外周Ｐ _ＣＥを有し、かつ前記対電極群の各要素において、Ｌ _ＣＥとＰ _ＣＥとの比はそれぞれ少なくとも１．２５：１であることと
の少なくとも１つである、請求項１から請求項７までのいずれか１つの請求項に記載の電極構造体。
前記電極群の各要素はさらに、電極基幹部を備えるように構成され、
または、前記構成に加えてさらに、
（１）前記電極群の各要素において、前記電極集電体層は前記電極活性材料と前記電極基幹部との間に存在し、かつ前記電極活性材料は前記マイクロポーラスセパレータと前記電極集電体層との間に存在することと、
（２）前記電極群の各要素において、前記電極集電体層はイオン透過性導体材料を含み、かつ前記電極活性材料と前記マイクロポーラスセパレータとの間に位置し、かつ前記電極活性材料は前記電極集電体層と前記電極基幹部との間に存在することと
のうちの少なくとも１つであるように構成され、
もしくは、前記構成に加えてさらに、
前記電極群の各要素において、前記電極集電体層は電導性及びキャリアイオンに対するイオン伝導性を有しており、前記電極構造体内にエネルギーを蓄積するための印加電流が存在する場合、又は前記電極構造体を放電するための印加負荷が存在する場合の、前記電極集電体層の電導率と前記電極集電体層のキャリアイオンに対するイオン伝導率との比はそれぞれ少なくとも１，０００：１である、請求項１から請求項８までのいずれか１つの請求項に記載の電極構造体。
（１）前記電極群の各要素において、前記電極集電体層及び前記電極活性材料層は電導性を有し、かつ前記電極集電体層の電導率と前記電極活性材料層の電導率との比はそれぞれ少なくとも１００：１であることと、
（２）前記対電極群の各要素において、前記対電極集電体層及び前記対電極活性材料層は電導性を有し、かつ前記対電極集電体層の電導率と前記対電極活性材料層の電導率との比はそれぞれ少なくとも１００：１であることと、
（３）前記電極群の各要素は、当該要素に含まれる前記電極集電体層の長さＬ _Ｅ−Ｃの少なくとも６０％である長さと、当該要素に含まれる前記電極集電体層の電導率の少なくとも２００％である電導率とを有する補助電極集電体層をさらに備えることと、
（４）前記対電極群の各要素は、当該要素に含まれる前記対電極集電体層の長さＬ _Ｅ−Ｃの少なくとも６０％である長さと、当該要素に含まれる前記対電極集電体層の電導率の少なくとも２００％である電導率とを有する補助対電極集電体層をさらに備えることと
の少なくとも１つである、請求項１から請求項９までのいずれか１つの請求項に記載の電極構造体。
前記対電極群の各要素はさらに、電極基幹部を備えるように構成され、
または、前記構成に加えてさらに、
（１）前記対電極群の各要素において、前記対電極集電体層は前記対電極活性材料と前記対電極基幹部との間に存在し、かつ前記電極活性材料は前記マイクロポーラスセパレータと前記対電極集電体層との間に存在するか、
（２）前記対電極群の各要素において、前記対電極集電体層はイオン透過性導体材料を含み、かつ前記対電極活性材料と前記マイクロポーラスセパレータとの間に位置し、かつ前記対電極活性材料は前記対電極集電体層と前記対電極基幹部との間に存在するか
のいずれかであり、
もしくは、前記構成に加えてさらに、
前記対電極群の各要素において、前記対電極集電体層は電導性及びキャリアイオンに対するイオン伝導性を有しており、前記電極構造体内にエネルギーを蓄積するための印加電流が存在する場合、又は前記電極構造体を放電するための印加負荷が存在する場合の、前記対電極集電体層の電導率と前記対電極集電体層のキャリアイオンに対するイオン伝導率との比はそれぞれ少なくとも１，０００：１である、請求項１から請求項１０までのいずれか１つの請求項に記載の電極構造体。
（１）前記電極構造体は、前記電極群の各要素が直に付着される表面を有する電極基板と、前記対電極群の各要素が付着される表面を有する対電極基板とをさらに備え、前記電極基板の表面及び前記対電極基板の表面は、前記第１の方向に対して略平行な対向する表面であることと、
（２）前記電極群は一群の負極であり、前記対電極群は一群の正極であり、前記電極活性材料層は負極活性材料層であり、かつ前記電極電流導体層は負極電流導体層であることと
の少なくとも１つであるように構成され、
もしくは、前記構成に加えてさらに、
（１）前記負極活性材料層は、炭素、アルミニウム、錫、シリコン又はこれらの合金を含むか、
（２）前記負極活性材料層は、シリコンもしくはその合金のナノワイヤ、又は多孔性シリコンもしくはその合金のナノワイヤを含むか
のいずれかである、請求項１から請求項１１までのいずれか１つの請求項に記載の電極構造体。
（１）前記電極群は一群の負極であり、前記対電極群は一群の正極であり、前記負極群の各要素は負極活性材料層と負極電流導体層とを含み、前記負極群の各要素は、底部と、上部と、長さＬ_ＮＥと、幅Ｗ_ＮＥと、高さＨ_ＮＥとを有し、前記長さＬ_ＮＥは当該各負極の前記底部から前記上部まで測定され、前記幅Ｗ_ＮＥ及び前記高さＨ_ＮＥは互いに垂直方向に、かつ前記長さＬ_ＮＥの前記測定方向に対して垂直方向に測定され、Ｌ_ＮＥとＷ_ＮＥ及びＨ_ＮＥのそれぞれとの比はそれぞれ少なくとも５：１であり、Ｈ_ＮＥとＷ_ＮＥとの比は０．４：１から１０００：１までの間であり、前記群の各要素の前記負極集電体層はＬ_ＮＥと同じ方向に測定されかつＬ_ＮＥの少なくとも５０％である長さＬ_ＮＣを有するか、
（２）前記電極群は一群の正極であり、前記対電極群は一群の負極であり、前記正極群の各要素は正極活性材料層と正極電流導体層とを含み、前記正極群の各要素は、底部と、上部と、長さＬ _ＰＥと、幅Ｗ _ＰＥと、高さＨ _ＰＥとを有し、前記長さＬ _ＰＥは当該各正極の前記底部から前記上部まで測定され、前記幅Ｗ _ＰＥ及び前記高さＨ _ＰＥは互いに垂直方向に、かつ前記長さＬ _ＰＥの前記測定方向に対して垂直方向に測定され、Ｌ _ＰＥとＷ _ＰＥ及びＨ _ＰＥのそれぞれとの比はそれぞれ少なくとも５：１であり、Ｈ _ＰＥとＷ _ＰＥとの比は０．４：１から１０００：１までの間であり、前記正極群の各要素の前記正極集電体層はＬ _ＰＥと同じ方向に測定されかつＬ _ＰＥの少なくとも５０％である長さＬ _ＰＣを有するか
のいずれかである、請求項１から請求項１２までのいずれか１つの請求項に記載の電極構造体。
請求項１から請求項１３までのいずれか１つの請求項に記載の電極構造体を少なくとも２つ備えるように構成される、電極積層体であって、
もしくは、前記構成に加えてさらに、
前記電極構造体は垂直に積層され、これにより、前記電極積層体における第１の電極構造体に含まれる前記正極群及び負極群は、前記電極積層体における第２の電極構造体に含まれる前記正極群及び負極群とは異なる平面に存在する、電極積層体。
電池筐体と、非水電解質と、請求項１から請求項１３までのいずれか１つの請求項に記載の電極構造体、もしくは請求項１４に記載の電極積層体を備える二次電池。