JP2022145585A - 電極組立体及びその電池装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、同じ出願人の別の出願である、米国特許出願公開第2020/335813号(特許文献2)も参照されたい。所定の間隔で陽極活性物質と、陽極活性物質をコーティングしていない陽極非コーティング領域とでパターンコーティングすることによって形成する複数の陽極パターンを有する陽極電極、及び所定の間隔で陰極活性物質と、陰極活性物質をコーティングしていない陰極非コーティング領域とでパターンコーティングすることによって形成する複数の陰極パターンを有する陰極電極を、提供する。次に、陽極電極と陰極電極の間にセパレータを配設する。電極組立体を、陽極非コーティング領域と陰極非コーティング領域を曲折することによってジグザグ形に形成する。
また、図1Bを参照されたい。台湾特許出願公開第200631218号(特許文献3)に開示されるように、可撓性を有するセパレータ15を使用して、曲折する。負極電極16と正極電極17をセパレータ15に取り付けているだけである。負極電極16と正極電極17を、セパレータ15によって電気的に絶縁して、垂直方向の積重ねを実行している。しかしながら、上記用途では、陽極活性物質と陰極活性物質を、セパレータを通して直接曲折して、垂直方向の積重ねを形成している。全く緩衝機構がなければ、曲げ力のために、活性物質が破壊されやすい。更に、電解質を共有するため、最大許容電圧の限定や不均一な電界分布といった問題に直面するであろう。
電気化学系301及び接着フレーム36を、第1ベルト集電体32と第2ベルト集電体33の間に挟む。接着フレーム36は、各電気化学系301の全ての面を囲む。接着フレーム36の上面を、第1ベルト集電体32に接着し、接着フレーム36の下面を、第2ベルト集電体33に接着する。そのため、全ての電気化学系301が、接着フレーム36、第1ベルト集電体32及び第2ベルト集電体33によって完全に密封され、各電気化学系301の電解質系は、それらの間で循環しない。電気化学反応なしに、隣合う2つの電気化学系301間で、第1ベルト集電体32と第2ベルト集電体33を通して、電荷移動だけが起こる。任意の2つの隣接する電気化学系301間に位置する接着フレーム36を、第1ベルト集電体32と第2ベルト集電体33と共に、接着フレームのこれら部分で接着させて折曲して、曲折部38を形成する。
各電気化学系301は、独立したモジュールとして機能し、電気化学系301は、電解質系等の電気化学系301を構成するのに使用される如何なる構成要素も共有しない。つまり、電荷移送だけが、電気化学反応なしに、即ち、電解質系を通したイオンの移動や移送なしに、隣接する2つの電気化学系301間で、第1ベルト集電体32と第2ベルト集電体33を通して発生する。上述したように、接着フレーム36を、複数の貫通開口361を有する単一の要素としてもよい。また、図3のように、それぞれが貫通開口361を有する複数の接着フレーム36を有してもよい。
製造方法に関する例示的実施形態について、以下で説明する。第1ベルト集電体32の内側に、所定間隔で、第1活性物質層34を個々に繰り返しコーティングする。第2ベルト集電体33の内側に、同じ所定間隔で、第2活性物質層35を個々に繰り返しコーティングする。各第1活性物質層34は、それぞれ1つの第2活性物質層35と向かい合い、対応している。各セパレータ31を、第1活性物質層34の1つとそれに対応する第2活性物質層35の間に挟んで、1つの電気化学系301を形成する。セパレータ31を、ポリマ又はグラスファイバによって形成される多孔性の積層物としてもよい。或いはセパレータ31を、イオン移動を可能にするために孔を有する、セラミック材料によって積重ねられた又は焼結されたセラミックセパレータとしてもよい。孔は、貫通孔又は蟻孔、即ち非直線の貫通孔である。
また、セパレータ31は、セラミック粒子補強層を有する多孔性積層物、又はセラミック粒子及びイオン伝導性高分子と混合したセパレータとしてもよい。セラミック粒子の大きさは、ナノメートルスケール、マイクロメートルスケールとする、又はナノメートルスケールとマイクロメートルスケールとを混合したもの等、少なくとも2つのより大きい異なるスケールと混合したものとする。セラミック粒子の材料は、TiO2、Al2O3、SiO2、アルキル化セラミック粒子、又はLLZO(リチウムランタンジルコニウム酸化物、Li7La3Zr2O12)若しくはLATP(Li1+xAlxTi2-x(PO4)3)等の酸化物系固体電解質とする。更に、セラミック材料を、セラミック絶縁材及び酸化物系固体電解質と混合してもよい。セパレータ31は、セラミック材料によって積重ねる場合、これらのセラミック粒子を結着するのに使用する高分子接着剤をさらに含んでもよい。高分子接着剤は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン-コ-ヘキサフルオロプロピレン(PVDF-HFP)、ポリ四フッ化エチレン(PTFE)、アクリル酸接着剤、エポキシ樹脂、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリアクリロニトリル(PAN)、及びポリイミド(PI)としてもよい。
接着フレーム36を製造する方法の例示的実施形態について、以下で説明する。接着フレーム36を、第1ベルト集電体32及び第2ベルト集電体33上それぞれにコーティングする。次に、第1ベルト集電体32と第2ベルト集電体33を、ホットプレス法で互いに接着する。また、接着フレーム36を、第1ベルト集電体32又は第2ベルト集電体33のどちらかだけにコーティングしてもよい。
図4を参照されたい。変性シリコーン層362を、第1ベルト集電体32に接着し、変性シリコーン層363を、第2ベルト集電体33に接着する。シリコーン層364を、2変性シリコーン層362、363間に挟む。変性シリコーン層362、363を、シリコーン層364と比較して縮合型シリコーンと付加型シリコーンの割合を調節することによって変性する、又は異なる材料、即ち、第1ベルト集電体32の材料又は第2ベルト集電体33の材料に対する接着力を高めるように添加物を加えることによって変性する。そのため、第1ベルト集電体32又は第2ベルト集電体33と接着フレーム36の界面間の接着力が高まり、全体の外観が一層完璧になり、作製歩留まりが向上する。
詳細な説明を以下に示す。電極組立体の電気化学系301を、ジグザグ形で垂直方向に積重ねるように折曲する。図2A及び図2Bを参照されたい。また、第1ベルト集電体32と第2ベルト集電体33の少なくとも一方は、機械的強度を高めるために、図2Eに示すように、外面上に構造補強層321、331を含む。構造補強層は、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリ塩化ビニール(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリイミド、ナイロン、ポリウレタン、アクリルエポキシ、シリコーン又はそれらの組み合わせを含む材料で作製される。構造補強層321、331は、電気を出力するのに使用される第1ベルト集電体32と第2ベルト集電体33の位置を被覆しないようにする。
図5Bを参照されたい。この縁部に最も近い電気化学系301を、次の電気化学系301に積重ねる。その後、2つの積重ねた電気化学系301を、次の曲折部38によって反対方向に折曲する。また、この曲折部38を、次の接着フレーム36によって、第1ベルト集電体32と第2ベルト集電体33と共に、接着フレーム36のこれらの部分によって接着させて、形成する。そのため、接着フレーム36が曲折中に緩衝機構として機能できるため、電極、即ち、第1活性物質層34と第2活性物質層35は、曲折力又は積重ね力から生じる破壊等の影響を受けない。
次に、図5C~図5Eを参照されたい。積重ねられた電気化学系301を、後から前方向に繰り返し折曲して、電極組立体30を形成する。ジグザグ形で垂直方向に積重ねた電気化学系301を有する電極組立体を、達成する。第1ベルト集電体32と第2ベルト集電体33を、全ての電気化学系301に共有する。そのため、電極組立体30における電気化学系301を、並列に接続する。
ケース61は、上ケース611及び下ケース612を含む。電気絶縁材613を、上ケース611と下ケース612の間に配設して、上ケース611と下ケース612を互いに電気的に絶縁する。図8Bを参照されたい。第1ベルト集電体32及び第2ベルト集電体33上に構造補強層又は電気絶縁構造を有さない場合、電気絶縁層614を、上ケース611及び下ケース612の、上下内部出力部ではない、内面の部分にコーティングして、上ケース611、下ケース612と第1ベルト集電体32及び第2ベルト集電体33との間での不適切な電気的伝達を防止する。
また、任意の隣接する2つの電気化学系間に位置する接着フレームを、第1ベルト集電体と第2ベルト集電体と共に、接着フレームのこれらの部分で接着させて折曲して、曲折部を形成する。電気化学系は、ジグザグ形で垂直方向に積重ねを形成するように、隣接する電気化学系へと折曲される。そのため、大量生産が容易であり、直列又は並列に接続するように構成されるタブの量が減少する。空間構成に起因するエネルギ密度の損失は、減少する。また、ベルト集電体がベルト形をしているため、パターンコーティングによって活性物質層と接着フレームを大量生産し易い。
Claims (16)
- 第1ベルト集電体及び該第1ベルト集電体に相対する第2ベルト集電体、
前記第1ベルト集電体と前記第2ベルト集電体の間に配設される複数の電気化学系、
接着し、前記第1ベルト集電体と前記第2ベルト集電体の間に挟まれ、前記電気化学系を囲む、接着フレームであって、前記電気化学系を、前記接着フレーム、前記第1ベルト集電体及び前記第2ベルト集電体によって完全に密封して、電気化学反応なしに隣接する2つの電気化学系間で電荷移動を発生させる、接着フレーム、及び、
前記電気化学系を後から前方向に積重ねるために、第1ベルト集電体と第2ベルト集電体と共に、前記接着フレームのこれらの部分によって接着させて、前記電気化学系間に位置する前記接着フレームの部分を曲折することによって形成される、複数の曲折部、を備える、
電極組立体。 - 前記電気化学系を、並列接続を形成するために信号軸に沿ってジグザグ形で垂直方向に積重ねることを特徴とする、請求項1に記載の電極組立体。
- 放熱集電体を更に備え、前記放熱集電体は、板状体、及び前記板状体の縁部から延在する複数の延伸板を含み、前記延伸板は、前記積重ねられた電気化学系間に配設され、前記第1ベルト集電体又は前記第2ベルト集電体と接触することを特徴とする、請求項1に記載の電極組立体。
- 各前記電気化学系は、前記第1ベルト集電体と接触する第1活性物質層、前記第2ベルト集電体と接触する第2活性物質層、及び、前記第1活性物質層と前記第2活性物質層との間に配設されるセパレータ、を備えることを特徴とする、請求項1に記載の電極組立体。
- 前記第1活性物質層及び前記第2活性物質層内に含浸される電解質系を更に備え、前記電解質系は、ゲル電解質、液体電解質、固体電解質又はそれらの組み合わせであることを特徴とする、請求項4に記載の電極組立体。
- 前記接着フレームは、全ての電気化学系を密封し、前記電解質系は、それぞれの電気化学系内でのみ循環することを特徴とする、請求項5に記載の電極組立体。
- 前記接着フレームは、シリコーン層と該シリコーン層の両面に配設される2つの変性シリコーン層を備え、前記2つの変性シリコーン層の一方を、前記第1ベルト集電体に接着し、前記2つの変性シリコーン層のもう一方を、前記第2ベルト集電体に接着することを特徴とする、請求項1に記載の電極組立体。
- 前記第1ベルト集電体と前記第2ベルト集電体の少なくとも一方は、機械的強度を高めるために、外面に構造補強層を含むことを特徴とする、請求項1に記載の電極組立体。
- 前記構造補強層は、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリ塩化ビニール(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリイミド、ナイロン、ポリウレタン、アクリルエポキシ、シリコーン又はそれらの組み合わせを含む材料で作製されることを特徴とする、請求項8に記載の電極組立体。
- 前記第1ベルト集電体及び前記第2ベルト集電体は、それぞれリードを含み、前記2つのリードは、異なる側に位置することを特徴とする、請求項1に記載の電極組立体。
- 前記第1ベルト集電体及び前記第2ベルト集電体は、それぞれリードを含み、前記2つのリードは、同じ側に位置することを特徴とする、請求項1に記載の電極組立体。
- 前記電気化学系の数は、奇数であることを特徴とする、請求項1に記載の電極組立体。
- 前記電気化学系の数は、偶数であることを特徴とする、請求項1に記載の電極組立体。
- 請求項1に記載の前記電極組立体と、
該電極組立体を外装するハウジングと、で構成される、
電池装置。 - 難燃剤又は冷却剤を、前記電極組立体と前記ハウジングの間に充填することを特徴とする、請求項14に記載の電池装置。
- 前記ハウジングは、アルミニウムプラスチックフィルムであるか、又は上ケース及び下ケースを含むことを特徴とする、請求項14に記載の電池装置。
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