JP2022507582A - バッテリアセンブリの電力密度とエネルギ密度とのバランスを取ることに有用である作用物質 - Google Patents
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Abstract
Description
本PCT出願は、2018年11月15日に出願された、米国仮出願第62/767,919号に対する優先権の利益を主張する。この文献の内容は、その全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる。
本開示は、バイポーラプレート、モノポーラプレート、デュアルポーラプレートなど、またはこれらの任意の組合せとしての使用に有用であるバッテリプレートに関する。バッテリプレートは、1つまたは複数の電極として機能するか、1つまたは複数の電気的に活性の材料を含むか、電気化学電池の一部であるか、1つまたは複数のシーリング構造の一部を形成するか、またはこれらの任意の組合せである場合がある。複数のバッテリプレートは、バッテリアセンブリ内で電流(すなわち、イオン及び電子の流れ)を伝えるように機能する場合がある。複数のバッテリプレートは、1つまたは複数の電気化学電池を形成する場合がある。たとえば、セパレータ及び/または電解質を間に有する場合がある一対のバッテリプレートは、電気化学電池を形成する場合がある。存在するバッテリプレートの数は、バッテリの所望の電圧を提供するように選択することができる。バッテリアセンブリの設計は、生成することができる電圧に柔軟性を与える。複数のバッテリプレートは任意の所望の断面形状を有することができ、断面形状は、利用可能なパッケージングスペースを使用環境にフィットするように設計することができる。断面形状は、シートの面の斜視からの、プレートの形状に関する場合がある。柔軟な断面形状及びサイズは、バッテリが利用されるシステムの電圧及びサイズの要請に対応するように、開示のアセンブリの準備を可能にする。両側の端部プレートは、間に複数のバッテリプレートを挟み込んでいる場合がある。
バッテリアセンブリは、1つまたは複数の電気化学電池を含む場合がある。電気化学電池は、両側のアノードとカソードとの対を間に有する、両側のバッテリプレートの対によって形成されている場合がある。1つまたは複数の電気化学電池は、シールされている場合がある。電気化学電池の空間(すなわち、両側のアノードとカソードとの対の間)には、1つまたは複数のセパレータ、転写シート、電解質、またはこれらの組合せが包含されている場合がある。たとえば、電気化学電池の空間は、2つの転写シート、これらの間のセパレータ、及び電解質を含む場合がある。たとえば、電気化学電池の空間は、2つの転写シート、及び電解質を含むが、明確なセパレータがない場合がある。電気化学電池は、閉じた電気化学電池を形成する場合がある、1つまたは複数のチャンネルか、バッテリプレート、セパレータ、またはその両方の1つまたは複数のフレーム及び/または縁部か、これらの任意の組合せの周りに形成された1つまたは複数のシールを通してシールされる場合がある。閉じた電気化学電池は、電池の漏洩及び短絡を防止するために、環境に対してシールされる場合がある。
本明細書に開示のバッテリアセンブリは、負荷に取り付けること、及び形成された回路を有することに特に有用である。このことは、電気化学電池を含んでいる。電子は端子から負荷に、及び負荷から端子に戻るように流れる場合がある。負荷は、電気を使用するシステムである場合がある。この流れは、電池が電気を生成できる限り、維持される。電池のスタックが完全に放電された場合、バッテリは、さらに使用する前に充電ステップを経る必要がある場合がある。バッテリプレートに関する基板が電気伝導性材料の混合物を含む場合、その相変態温度未満のバッテリアセンブリの作動温度において、基板は、基板の両側の第1の表面と第2の表面との間に、材料の混合物を介する導電パスを有しており、導電材料の混合物の相変態温度より上である温度において、電気伝導性材料の混合物が、導電パスを介しての導電性を無効にする相変態を経る。これにより、不利な結果が生じる前に、バッテリを無効にすることが可能である。バッテリが放電されると、バッテリは、電子の供給源との回路を形成することにより、再充電される場合がある。充電中は、電極は機能を変化させ、放電中のアノードはカソードとなり、放電中のカソードはアノードとなる。本質的には、電気化学電池は、放電の方向とは逆の方向に電子及びイオンを流す。
本明細書に開示の1つまたは複数のバッテリプレート、バッテリアセンブリ、またはこれらの両方は、以下のステップによって準備される場合がある。
本開示は、本明細書に開示の複数のバッテリプレートを使用してバッテリアセンブリを準備する方法にさらに関連する場合がある。本方法は、一方の表面の作用物質と、反対側の表面の作用物質とを有する複数の基板のスタックを形成することを含む場合がある。本方法は、一対の基板間に1つまたは複数のセパレータを配置する(たとえば、スタックする)ことを含む場合がある。1つまたは複数のセパレータの1つまたは複数のインサート、開口、または他の非平面構造は、1つまたは複数のバッテリプレート、基板、セパレータ、作用物質、転写シート、またはこれらの任意の組合せの、1つまたは複数のインサート、開口、または他の非平面構造と整列される場合がある。本方法は、一対の基板間に1つまたは複数のセパレータを配置することを含まない場合がある。セパレータは、転写シートが作用物質に接着されたままである場合、基板及び/またはバッテリプレート間に置かれない場合があり、それにより、1つまたは複数の転写シートが、作用物質の隣接する対間に位置し、あるバッテリプレートの作用物質の、隣接するバッテリプレートの作用物質との間の接触を防止することができるようになっている。本方法は、バッテリプレートのバッテリアセンブリまたはスタックを、1つまたは複数の作用物質が硬化する条件に曝すことを含む場合がある。作用物質は、約15℃以上、約20℃以上、約30℃以上、または約40℃以上でさえある温度に作用物質を曝すことによって硬化される場合がある。作用物質は、約95℃以下、約90℃以下、約80℃以下、または約70℃でさえある温度に作用物質を曝すことによって硬化される場合がある。たとえば、ペーストの形態の作用物質は、約40℃から約70℃の第1の温度に、約12時間から約48時間曝されることによって硬化される場合がある。作用物質は、第2の温度に作用物質を曝し、乾燥させることによって硬化される場合がある。作用物質は、約25℃以上、約30℃以上、約40℃以上、または約50℃以上でさえある温度に作用物質を曝すことによって乾燥させられる場合がある。作用物質は、約105℃以下、約100℃以下、約90℃以下、または約80℃でさえある温度に作用物質を曝すことによって乾燥させられる場合がある。たとえば、ペーストの形態の作用物質は、約50℃から約80℃の第2の温度以上の温度に、約24時間から約72時間曝されることによって乾燥させられる場合がある。硬化及び/または乾燥は、バッテリプレートがスタックに組み立てられる前または後に生じる場合がある。
図の以下の詳細な説明は、本明細書の教示を説明するために提供されるが、本明細書の範囲を制限することは意図していない。ある図に示される1つまたは複数の特徴は、別の図の1つまたは複数の特徴と合わせられる場合がある。
Claims (34)
- バッテリプレートであって、
a)第1の表面であって、第2の表面とは反対側の前記第1の表面を有する基板と、
b)前記基板の前記第1の表面、前記第2の表面、または前記第1の表面と前記第2の表面との両方に配置された1つまたは複数の作用物質と、を備え、
前記1つまたは複数の作用物質が、2つ以上の別個の作用物質領域を含み、
前記バッテリプレートが、モノポーラプレート、バイポーラプレート、デュアルポーラプレート、またはこれらの組合せである、バッテリプレート。 - 前記1つまたは複数の作用物質が、正の作用物質、負の作用物質、または前記正の作用物質と前記負の作用物質との両方を含む、請求項1に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用物質領域が、互いの頂部上に堆積された2つ以上の作用物質層を含み、それにより、前記1つまたは複数の作用物質の1つの層が、前記基板と、前記1つまたは複数の作用物質の少なくとも別の層との間に位置するようになっている、請求項1または請求項2に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用物質領域が、互いに隣接して配置されている、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記1つまたは複数の作用物質が、ペーストの形態である、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記ペーストが、転写によるペースト添付によって添付される、請求項5に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用物質領域が、間に位置する1つまたは複数の非作用層を有する、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記1つまたは複数の非作用層が、電解質吸着材料を含んでいる、請求項7に記載のバッテリプレート。
- 前記非作用層が、吸着性ガラスマットである、請求項8に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用物質領域の少なくとも1つが、三塩基性鉛酸化物を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用物質領域の少なくとも1つが、四塩基性鉛酸化物を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用物質領域の少なくとも1つが、三塩基性鉛酸化物を含み、一方、前記2つ以上の別個の作用物質領域の少なくとも別のものが、四塩基性鉛酸化物を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用物質領域の少なくとも1つが、高い電力のペーストである、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用物質領域の少なくとも1つが、高いエネルギのペーストである、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用物質領域の少なくとも1つが、高いエネルギのペーストであり、一方、前記2つ以上の別個の作用物質領域の少なくとも別のものが、高い電力のペーストである、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用領域の少なくとも1つが、ペーストとして添付され、前記基板上で硬化された後に、前記2つ以上の別個の作用領域の少なくとも別のものがペーストとして添付され、次いで前記基板上で硬化される、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用領域の少なくとも1つが、1つまたは複数の導電性添加物を含む、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記1つまたは複数の導電性添加物が、カーボン、ナノカーボン、ナノシリコン酸化物、ナノチタン酸化物、ナノポリマーなど、またはこれらの任意の組合せの1つまたは複数を含む、請求項17に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用領域が、実質的に対称であるか、実質的に非対称である、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用領域が、互いに対して実質的に連続している、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用領域が不連続であり、それにより、1つまたは複数のギャップ、1つまたは複数の非作用層、またはこれらの両方が、前記2つ以上の別個の作用領域を物理的に分離するようになっている、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記1つまたは複数の作用物質が、前記2つ以上の別個の作用物質領域に分離された実質的に同じ作用物質である、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記1つまたは複数の作用物質が、前記2つ以上の別個の作用物質領域に分離された、2つ以上の作用物質である、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の作用物質が、1つまたは複数の他の作用物質より高い孔の表面積を有する、1つまたは複数の作用物質を含んでいる、請求項23に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の作用物質が、1つまたは複数の高い孔の表面積の材料を含む、請求項23または請求項24に記載のバッテリプレート。
- 前記1つまたは複数の高い孔の表面積の材料が、約8m2/g以上から約20m2/g以下の孔の表面積を有する、請求項25に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の作用物質が、1つまたは複数の低い孔の表面積の材料を含む、請求項23から請求項26のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記1つまたは複数の低い孔の表面の材料が、約0m2/g以上から約5m2/g以下の多孔性を有する、請求項27に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の作用物質が、1つまたは複数の他の作用物質より高い密度の材料を含む1つまたは複数の作用物質を含んでいる、請求項23から請求項28のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の作用物質が、1つまたは複数の高密度材料を含む、請求項23から請求項29のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記1つまたは複数の高密度材料が、約3.7g/cc以上から約4.1g/cc以下の密度を有する、請求項30に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の作用物質が、1つまたは複数の低密度材料を含む、請求項23から請求項31のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
- 前記1つまたは複数の低密度材料が、約2.6g/cc以上から約2.9g/cc以下の密度を有する、請求項32に記載のバッテリプレート。
- 前記2つ以上の別個の作用物質領域、前記2つ以上の別個の作用物質領域の1つまたは複数の部分、またはこれらの両方が、前記1つまたは複数の作用物質上でのエンボス加工、型押し加工、またはこれらの両方によって形成される、先行請求項のいずれか一項に記載のバッテリプレート。
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