JP2023544945A - 電極およびその製造方法、電池および電気装置 - Google Patents

電極およびその製造方法、電池および電気装置 Download PDF

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Abstract

本願には、電極、その製造方法、電池および電気装置が開示されている。電極は、多孔質構造を有し、ガス透過性である集電体層、および、前記集電体層の表面の少なくとも一部に積層され、前記多孔質構造の細孔の外側に配置される活物質層を含む。

Description

本発明は、電池分野に関し、具体的に電極およびその製造方法、電池および電気装置に関する。
省エネと排出削減は自動車産業の持続可能な発展の鍵であり、電気自動車は、その省エネと環境保護の利点により、自動車産業の持続可能な発展の重要な部分になっている。電気自動車において、電池技術はその発展に関連する重要な要素の１つである。
電池は充放電の使用過程で、電解液と正負極が接触するなどの原因で化学反応が引き起こして、ガスが発生し、電池の使用に影響を与える。
前述した課題に鑑みて、本願は、改善されたガス透過性を有し、電池の使用中のガス発生によるセルの膨張を緩和し、さらに電池の総合的な性能を向上させることができる電極、その製造方法、電池および電気装置を提供する。
第１の方面として、本願は、多孔質構造を有し、ガス透過性である集電体層、および、集電体層の表面の少なくとも一部に積層され、多孔質構造の細孔の外側に配置される活物質層を含む電極を提供する。
本願実施例の技術案において、集電体層はガス透過性である。このような設計により、電池に電解液と正負極との接触などの原因でガスが発生した場合、ガスは集電体層を通してセルの外にスムーズに溢れ、セル内部のガス膨張による変形や構造故障を避け、さらに電池の性能を改善することができる。
いくつかの実施例において、前記集電体層の材質は、例えば金属材料、炭素ベース導電材料、導電高分子材料、または、これらの組み合わせである導電材料を含む。導電材料を採用することにより、集電体層は、比較的に良好な導電性を有する。
いくつかの実施例において、前記集電体層は、多孔質マトリックスと、多孔質マトリックスの表面の少なくとも一部を被覆する導電層とを含む。本願実施例の集電体は、多孔質マトリックスと導電層を含む複合構造を有する。多孔質マトリックスは、集電体構造を支持する役割を果たし、導電層は電気を伝導する役割を果たし、両者は、それぞれの利点があり、相乗的に機能して集電体層に改善された総合的な性能を与える。
いくつかの実施例において、前記導電層の電気伝導率は、前記多孔質マトリックスの電気伝導率よりも大きい。このような設計により、導電層は比較的に高い電気伝導率の材料を採用し、多孔質マトリックスは比較的に低い電気伝導率の材料を採用するため、高電気伝導率の材料の使用量が削減され、コストが削減されるとともに、集電体表面の電気伝導率には基本的に影響せず、集電体と活物質との界面での電子輸送にも影響を与えない。
いくつかの実施例において、前記多孔質マトリックスの密度は、前記導電層の密度より小さい。このような設計により、導電層は、比較的に高い電気伝導率の材料（例えば、金属材料）を採用し、多孔質マトリックスは、比較的に低い密度の材料（例えば、重合体材料）を採用するため、集電体層全体の密度を減少すると同時に、集電体表面の電気伝導率には基本的に影響せず、集電体と活物質との界面での電子輸送にも影響を与えない。
いくつかの実施例において、前記多孔質マトリックスの材質には重合体が含まれる。任意に、前記重合体は、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアルキン（ｐｏｌｙａｌｋｙｎｅ）、シロキサン重合体、ポリエーテル、ポリアルコール、ポリスルホン、多糖類重合体、アミノ酸重合体、ポリ窒化硫黄、芳香環重合体、芳香族複素環重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、これらの誘導体、これらの架橋物およびこれらの共重合体のうちの１種または複数種またはこれらの組み合わせから選ばれたものである。このような設計は、集電体層全体の密度を減らすことができる。
いくつかの実施例において、前記導電層の材質は金属を含み、任意に、前記金属は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、銀、ニッケルまたはそのいずれの１種の合金から選ばれたものである。このような設計は、集電体層の導電性能を向上させることができる。
いくつかの実施例において、集電体層の空隙率は、２０％以上であり、例えば、２０％～９５％である。集電体層の空隙率が２０％～９５％であるとき、電極は良好なガス透過性を有するとともに、良好な構造強度および安定性も有する。
いくつかの実施例において、集電体層の厚さは４μｍ以上であり、例えば、４μｍ～５００μｍである。集電体層の厚さを４μｍ以上にすることにより、集電体は、良好な構造強度および安定性を有する。集電体層の厚さを４μｍ～５００μｍにすると、電極は、良好な構造強度および安定性を有すると共に、電池において比較的に低い重量と体積割合を有し、さらに、電池は、高い体積エネルギー密度または重量エネルギー密度を有する。
いくつかの実施例において、前記集電体層のガス透過率は１０００～５０００ｃｍ３／ｍ２・２４ｈ・０．１Ｍｐａ（例えば、１０００～２０００ｃｍ３／ｍ２・２４ｈ・０．１Ｍｐａ、２０００～３０００ｃｍ３／ｍ２・２４ｈ・０．１Ｍｐａ、３０００～４０００ｃｍ３／ｍ２・２４ｈ・０．１Ｍｐａまたは４０００～５０００ｃｍ３／ｍ２・２４ｈ・０．１Ｍｐａ）である。当該設計により、集電電極は、高いガス透過率を有し、ガス排出に役立つ。テスト基準は、ＧＢ／Ｔ１０３８－２０００『プラスチックフィルムおよびシートのガス透過性試験方法である差圧法』を参照されたい。
いくつかの実施例において、前記集電体層の曲折度≧１であり、例えば１．０～６．０（例えば１．０～２．０、２．０～３．０、３．０～４．０、４．０～５．０または５．０～６．０）である。当該設計により、電極は電解液に浸潤されやすく、電解液は電極に沿って上がりやすい。曲折度テスト基準は、Ｂｒｕｇｇｅｍａｎ関係式：τ＝εα（そのうち、τは曲折度であり、εは空隙率であり、αはＢｒｕｇｇｅｍａｎ係数である）（－１≦α≦－０．５）を使用して求められる。
いくつかの実施例において、電極は、さらに、前記集電体層に取り付けられ、かつ前記集電体層に電気的に接続されている電気接続部材（例えば、タブ）を含む。当該方案において、電気接続部材は、電極電流を導出するための部材である。
いくつかの実施例において、前記多孔質マトリックスの少なくとも１側の面は、少なくとも１つのエッジ領域を含み、前記エッジ領域以外の区域は、前記導電層に被覆されている。当該方案において、エッジ領域は、導電層に被覆されておらず、エッジ領域の部分は非導電性である。エッジ領域の部分は、活物質層に被覆されておらず、エッジ領域により、活物質層が電池エンドキャップと直接接触することを避け、活物質層を保護する役割を果たすことができる。また、タブは、通常、集電体層のエッジに取り付けられるため、非導電のエッジ領域は、タブを保護する役割を果たす一方、タブが反対の電極と接触して短絡することを避ける。
いくつかの実施例において、前記集電体層の表面は、活物質領域と支持領域とを含み、前記活物質層は、前記集電体層の活物質領域に積層され、前記電極はさらに支持層を含み、前記支持層は前記表面の支持領域に積層されている。いくつかの実施例において、前記支持層の材質にはセラミックスを含む（例えば、セラミックス粒子を含有する塗層）。当該方案において、支持層は構造強化の役割を有し、そのような設計は、電極の構造強度および構造安定性を向上させることができる。
いくつかの実施例において、前記活物質層は電気化学活物質を含み、任意に、前記電気化学活物質は、リチウムイオン電池正極活物質またはリチウムイオン電池負極活物質から選ばれたものであり、任意に、前記リチウムイオン電池正極活物質は、オリビン構造のリチウム含有リン酸塩、リチウム遷移金属酸化物、またはこれらの組み合わせから選ばれたものであり、任意に、前記リチウムイオン電池負極活物質は、人造黒鉛、天然黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、シリコンベース材料、スズベース材料、チタン酸リチウム、リチウム金属、またはこれらの組み合わせから選ばれたものである。当該方案において、本願に係る電極は、各電気化学活物質と組み合わせて使用できる。
第２の方面として、本願は、多孔質マトリックスを有し、かつ，ガス透過性である集電体層を提供することと、活物質層を提供することと、前記活物質層を前記多孔質マトリックスの細孔の外側に配置するように前記集電体層の表面の少なくとも一部に前記活物質層を積層することとを含む、電極を製造する方法を提供する。当該方法で得られた電極は、改善されたガス透過率を有する。
いくつかの実施例において、電極を製造する方法は、多孔質マトリックスを提供することと、前記多孔質マトリックスの表面の少なくとも一部に導電層を堆積させることとを含む集電体層を製造するステップを含み、任意に、前記堆積は、電気めっき、無電解めっき、蒸着、マグネトロンスパックリング、またはこれらの組み合わせから選ばれたものである。当該方法で得られた電極は改善されたガス透過率を有する。
いくつかの実施例において、前記多孔質マトリックスの電気伝導率は前記導電層の電気伝導率より小さい。当該方法で得られた電極は、改善された電気伝導率を有する。
いくつかの実施例において、前記多孔質マトリックスの密度は、前記導電層の密度より小さい。当該方法で得られた電極は、密度が低くなる。
第３の方面として、本願は、前述した実施例における電極または前述した実施例における方法で得られた電極を含む電池を提供する。
第４の方面として、本願は、電気エネルギーを供給するための前述した実施例における電池を含む電気装置を提供する。
前述した説明は、本願の技術案の概要にすぎず、本願の技術的手段をより明確に理解するために、本明細書の内容に従って実施することができ、上記および他の目的、特徴および利点をより明白で理解しやすいように、以下、本願の特定の実施形態を具体的に列挙する。
以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読めば、様々な他の利点およびメッリトが当業者には明らかになるであろう。図面は、好ましい実施形態を例示することだけを目的としており、本願を限定するものとみなされるべきではない。また、すべての図面にわたり、同一の部品は同一の符号を付している。図面において、
本願のいくつかの実施例の車両の構造概略図である。 本願のいくつかの実施例の電池の分解構造概略図である。 本願のいくつかの実施例の電池セルの概略図である。 本願のいくつかの実施例の電池セルの分解概略図である。 本願のいくつかの実施例の電池セルの巻取式電極アセンブリを採用した図４のｘｚ平面に沿った断面図である。 本願のいくつかの実施例のラミネート式電極アセンブリを採用した図４のｘｚ平面に沿った断面図である。 本願のいくつかの実施例の電極の断面図である。 本願の他のいくつかの実施例の電極の断面図である。 本願の他のいくつかの実施例の電極の断面図である。 本願の他のいくつかの実施例の電極の上面図である。 本願の他のいくつかの実施例の電極の上面図である。 本願の他のいくつかの実施例の電極の断面図である。 本願の他のいくつかの実施例の電極的上面図である。 本願の他のいくつかの実施例の電極の上面図である。
以下、図面を参照しながら本願発明の実施例を詳しく説明する。以下の実施例は、単に本願の発明をより明確に説明するためのものであるため、例示に過ぎず、これによって本願の保護範囲を限定してはならない。
特に定義しない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、本願に係る当業者が一般的に理解するものと同じ意味を有する。本明細書で使用される用語は、具体的な実施例を説明するためだけであり、本願を限定することを意図するものではない。本願の明細書、特許請求の範囲および上記図面の簡単な説明における「含む」や「有する」という用語、並びにこれらのいかなる変形は、非排他的な包含をカバーすることを意図するものである。
本願の実施例の説明において、技術用語の「第１」、「第２」などは、単に異なる対象を区別するために使用され、相対的な重要性を示すかまたは示唆するか、あるいは、技術的特徴の数、特定の順序、または主従関係を暗示するものとして理解されるべきではない。本願の実施例の説明において、「複数」は、特に明記しない限り、２つ以上を意味する。
本明細書で言う「実施例」は、実施例に記載の特定の特徴、構造または特性を組み合わせたものが本願の少なくとも１つの実施例に含まれ得ることを意味する。本明細書の各箇所に現れるこの用語は、必ずしも全てが同じ実施例を指すものではなく、他の実施例と互いに排他的で独立または代替の実施例を意味するものでもない。当業者は、本明細書に記載された実施例が他の実施例と組み合わされてもよいことを明示的にも暗黙的にも理解できる。
本願の実施例の説明において、「および／または」という用語は、関連する対象の関連関係を説明するものに過ぎず、３つの関係があり得ることを意味する。「Ａおよび／またはＢ」を例にすると、単にＡ、ＡとＢの両方、単にＢという３つの場合があり得る。また、本文中の「／」は、一般的に前後の関連対象が「または」という関係を有すると示す。
本願の実施例の説明において、「複数」という用語は２つ以上（２つを含む）を意味し、同様に、「複数組」は２組以上（２組を含む）を意味し、「複数枚」は２枚以上（２枚を含む）を意味する。
本願の実施例の説明において、技術用語の「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「径方向」、「周方向」などが示す向きや位置関係は、図面における向きや位置関係に基づくものであり、単に本願の実施例の説明を容易にし、簡略化するためであり、示される装置や素子が特定の向きを有する必要があり、特定の向きで構成されて動作しなければならないことを示すかまたは暗示するものではないため、本願の実施例を限定するものとして解釈してはならない。
本願の実施例の説明において、特に明記・限定しない限り、技術用語の「取り付ける」、「つながる」、「接続」、「固定」などは、広義に理解されるべきである。例えば、固定接続、取り外し可能な接続、または一体化でもよく、機械的接続でも電気的接続でもよく、直接つながっても中間媒体を介した間接つながってもよく、両素子の内部的な連通や両素子の相互作用関係であってもよい。当業者からすれば、具体的な状況に応じて本願の実施例に記載のこれらの用語の具体的な意味を理解できる。
現在、市場情勢の発展から見ると、動力電池の応用はますます広くなっている。動力電池は、水力、火力、風力および太陽光発電所などのエネルギー貯蔵電源システムだけでなく、電動自転車、電動バイク、電気自動車などの電気交通手段、軍事装備および航空宇宙など多くの分野で広く使用されている。動力電池の応用分野が拡大するにつれて、その市場の需要量も絶えず拡大している。
電池のセルは、一般に、複数層の電極を積層した積層体、または複数層の電極を巻取した巻取体を含む。本発明者らは、電池の充放電サイクルが進行すると、電極近傍で副反応（例えば、電解液の酸化分解）が発生してガスが生成する可能性があることに気付きした。生成されたガスが多層電極の積層体または巻取体から速やかに排出されない場合、セル内の局所的な気圧が大きすぎになり、さらにセルの膨張変形を引き起こし、さらに電池の性能と耐用年数に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、セルの膨張変形は、一部の電極と電極との間の距離を増加させ、電池容量の損失を引き起こす可能性がある。
上記の事項に鑑みて、電極近傍で発生するガス生成副反応によるセルの膨張変形の問題を解決するために、発明者らは、詳しく研究したところ、集電体層および活物質層を含む電極であって、前記集電体層が多孔質マトリックスを有し、前記集電体層がガス透過性であり、前記活物質層が前記集電体層の表面の少なくとも一部に積層され、かつ前記活物質層が多孔質マトリックスの細孔の外側に配置されている電極を設計した。
このような電池セルにおいて、集電体層が多孔質マトリックスを有し、前記集電体層がガス透過性であるため、電極近傍で生成されたガスを効果的に排出でき、ガス排出の遮断によるセルのガス膨張を回避し、さらにセルの膨張変形を回避することができる。
本願実施例に開示された電池セルは、車両、船舶または航空機などの電気装置に使用することができるが、これらに限定されない。本願に開示された電池セル、電池などを使用して当該電気装置の電源システムを構成することができる。これにより、電気セルの膨張力の劣化を緩和および自動的に調整し、電解液の消費を補い、電池性能の安定性と電池寿命を向上させることに有利である。
本願実施例は、電源として電池を使用する電気装置を提供し、電気装置は、携帯電話、タブレット、ラップトップ、電気おもちゃ、電動工具、バッテリー車、電気自動車、船、スペースクラフトなどであってもよいが、これらに限定されない。そのうち、電気おもちゃは、例えばゲーム機、電気自動車おもちゃ、電気船おもちゃ、電気飛行機おもちゃなどの固定式または移動式の電気おもちゃを含み得、スペースクラフトは、航空機、ロケット、スペースシャトル、宇宙船などを含み得る。
以下の実施例について、説明の便宜上、車両１０００を例として本願の１つの実施例に係る電気装置を説明する。
本願のいくつかの実施例に提供される車両１０００の構造概略図である図１を参照する。車両１０００は、ガソリン自動車、ガス自動車、また新エネルギー自動車であってもよく、新エネルギー自動車は、純粋な電気自動車、ハイブリッド車、またはレンジエクステンダー車などであってもよい。車両１０００の内部に電池１００が設けられており、電池１００は、車両１０００の下部、フロント部または後部に配置することができる。電池１００は、車両１０００への電力供給に用いられ、例えば、電池１００は、車両１０００の動作電源として用いられる。車両１０００は、さらにコントローラ２００及びモータ３００を含んでもよく、コントローラ２００は、電池１００からモータ３００への電力供給を制御するために用いられ、例えば、車両１０００の始動、ナビゲーションおよび運転中の作業電力需要に用いられる。
本願のいくつかの実施例において、電池１００は、車両１０００の動作電源としてだけでなく、車両１０００の駆動電源としても用いられ、燃料または天然ガスを代替または部分的に代替して車両１０００に駆動パワーを提供することができる。
本願のいくつかの実施例に提供される電池１００の爆発図である図２を参照する。電池１００は、筐体１０および電池セル２０を含み、電池セル２０は、筐体１０に収容されている。そのうち、筐体１０は、電池セル２０の収容空間を提供することに用いられ、筐体１０は、様々な構造を採用することができる。いくつかの実施例において、筐体１０は、第１の部分１１および第２の部分１２を含み得、第１の部分１１と第２の部分１２とは、互いに覆い合い、第１の部分１１および第２の部分１２は、電池セル２０を収容するための収容空間を共同で画定する。第２の部分１２は一端が開口を持つ中空構造であり、第１の部分１１は板状構造であり、第１の部分１１は第２の部分１２の開口側を覆い合い、第１の部分１１と第２の部分１２とが一緒に収容空間を画定してもよい。第１の部分１１と第２の部分１２は両方とも片側が開口を持つ中空構造であり、第１の部分１１の開口側は第２の部分１２の開口側に覆い合ってもよい。もちろん、第１の部分１１および第２の部分１２によって形成される筐体１０は、たとえば、円柱体、直方体などの様々な形状であり得る。
電池１００において、電池セル２０は、複数であってもよく、複数の電池セル２０の間は、直列、並列または直並列するように接続されていってもよく、直並列接続とは、複数の電池セル２０が直列と並列の両方で接続されていることを意味する。複数の電池セル２０の間は、直接に直列、並列または直並列するように接続されていってもよく、そして、複数の電池セル２０からなる全体を筐体１０に収容してもよい。もちろん、電池１００は、複数の電池セル２０が直列、並列または直並列するように接続されて電池モジュールの形になって、そして複数の電池モジュールがさらに直列、並列または直並列するように接続されて１つ整体に形成して、筐体１０に収容してもよい。電池１００は、更に他の構造を含んでもよく、例えば、当該電池１００は、さらに複数の電池セル２０の間の電気接続を実現するためのバス部品を含んでもよい。
そのうち、各の電池セル２０は、二次電池または一次電池であってもよく、さらにリチウム硫黄電池、ナトリウムイオン電池またはマグネシウムイオン電池であってもよいが、これらに限定されない。電池セル２０は、円柱体、平らな形、直方体、またはその他の形状をなしてもよい。
図３は、単一の電池セルの構造概略図であり、図４は、単一の電池セルの分解概略図であり、各電池セル２０は、いずれもケース２１およびケース２１に設けられる電極アセンブリ２２を含み、ケース２１は、六面体形状または他の形状を有し得、かつ、開口を有する。電極アセンブリ２２は、ケース２１内に収容される。ケース２１の開口にカバープレートアセンブリ２４が被覆されている。カバープレートアセンブリ２４は、カバープレート２４１とカバープレート上に設けられる２つの電極端子を含み、２つの電極端子は、それぞれ第１の電極端子２４２と第２の電極端子２４３である。そのうち、第１の電極端子２４２は正電極端子であり、第２の電極端子２４３は負電極端子であってもよい。他の実施例において、第１の電極端子２４２は、負電極端子であり、第２の電極端子２４３は正電極端子であってもよい。カバープレートアセンブリ２４と電極アセンブリ２２との間にはアダプター２３が設けられ、電極アセンブリ２２のタブは、アダプター２３を介してカバープレート２４１上の電極端子に電気接続されている。本実施例において、アダプター２３は、２つがあり、すなわち、それぞれ正極アダプターと負極アダプターである。
図４に示したように、ケース２１内には２つの電極アセンブリ２２が設けられており、２つの電極アセンブリ２２は、電池セル２０の高さ方向（ｚ向）に沿って積み重ねられており、そのうち、電池セル２０の高さ方向は、電池パックの高さ方向と一致する。もちろん、他の実施例において、ケース２１内に１つの電極アセンブリ２２が設けられてもよく、または、ケース２１内に３つ以上の電極アセンブリ２２が設けられてもよい。複数の電極アセンブリ２２は、電池セル２０の高さ方向（ｚ向）に沿って積み重ねられている。
図５および図６に示したように、電極アセンブリ２２は、第１の電極２２１、第２の電極２２２および前記第１の電極２２１と前記第２の電極２２２との間に設けられるセパレーター２２３を含む。そのうち、第１の電極２２１は、正電極であり、第２の電極２２２は負電極であってもよい。他の実施例において、第１の電極２２１は負電極であり、第２の電極２２２は正電極であってもよい。そのうち、セパレーター２２３は、第１の電極２２１と第２の電極２２２との間を介した絶縁体である。正電極の活物質は、正電極のコーティング領域にコーティングされ、負電極の活物質は、負電極のコーティング領域にコーティングされてもよい。正電極のコーティング領域からはみ出した部分を正極タブとし、負電極のコーティング領域からはみ出した部分を負極タブとする。正極タブは、正極アダプターによってカバープレートアセンブリ２４の正電極端子に接続され、同様に、負極タブは、負極アダプターによってカバープレートアセンブリ２４の負電極端子に接続されている。
図５に示したように、電極アセンブリ２２は、巻取式構造である。そのうち、第１の電極２２１、セパレーター２２３および第２の電極２２２は、いずれも帯状構造であり、第１の電極２２１、セパレーター２２３および第２の電極２２２を順に積層し、かつ２周以上巻き取って電極アセンブリ２２を形成し、かつ電極アセンブリ２２は扁平状である。電極アセンブリ２２を制作する際には、電極アセンブリ２２を扁平状に直接巻き取ってもよく、まず中空の円柱状構造に巻き取り、そして、巻取した後扁平状にプレスしてもよい。図８は、電極アセンブリ２２の外形輪郭概略図であり、電極アセンブリ２２の外面は、２つの扁平面２２４を含み、２つの扁平面２２４は、電池セル２０の高さ方向（ｚ向）に沿って対向的に設けられている。ここで、電極アセンブリ２２は、略六面体構造であり、扁平面２２４は、巻取軸線に略平行であり、かつ面積が最も大きい外面である。扁平面２２４は、比較的平坦な面であればよく、必ずしも純粋な平面とする必要はない。
図６に示したように、電極アセンブリ２２は、ラミネート構造であり、すなわち、電極アセンブリ２２は、複数の第１の電極２２１および複数の第２の電極２２２を含み、セパレーター２２３は、第１の電極２２１と第２の電極２２２の間に設けられている。第１の電極２２１と第２の電極２２２は、電池セル２０の高さ方向（ｚ向）に沿って積層して設けられている。
本願のいくつかの実施例によれば、図７を参照し、本願は、集電体層７１０および第１の活物質層７２１を含む電極を提供する。集電体層７１０は、多孔質構造７１５を有し、集電体層はガス透過性である。第１の活物質層７２１は、集電体層７１０の表面の少なくとも一部に積層され、かつ第１の活物質層７２１は、多孔質構造７１５の細孔の外側に位置する。
集電体層７１０とは、例えば、電流を活物質層に運び、および、活物質層から電流を運ぶことができる任意の導電基底である。
多孔質構造７１５とは、例えば、集電体層７１０の一方の側から他方の側に通じる細孔チャンネルを指す。多孔質構造は、例えば、貫通孔構造であり、例えば、三次元網目構造である。
ガス透過性とは、金属箔（例えば、厚さ４～８μｍの銅箔）に比べてより高いガス透過率を有することを意味する。
第１の活物質層７２１とは電気化学活物質を含有する層を指す。電気化学活物質は、正極活物質または負極活物質であり得る。
負極活物質は、本分野で周知されている電池用負極活物質を採用すればよい。例として、負極活物質は、人造黒鉛、天然黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、シリコンベース材料、スズベース材料およびチタン酸リチウムなどのうちの少なくとも１種を含んでもよい。前記シリコンベース材料は、単体ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素炭素複合体、ケイ素窒素複合体およびケイ素合金から選ばれた少なくとも１種であってもよい。前記スズベース材料は、単体スズ、スズ酸化物、およびスズ合金から選ばれた少なくとも１種であってもよい。ただし、本願は、これらの材料に限られず、他の電池負極活物質として用いられる伝統的な材料を使用してもよい。これらの負極活物質は、単に１種を使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
正極活物質は、本分野で周知されている電池用正極活物質を採用すればよい。例として、正極活物質は、本分野で周知されている電池用正極活物質を採用すればよい。例として、正極活物質は、オリビン構造のリチウム含有リン酸塩、リチウム遷移金属酸化物およびそれぞれの変性化合物のうちの少なくとも１種を含んでもよい。ただし、本願は、これらの材料に限られず、他の電池正極活物質として用いられる伝統的な材料を使用してもよい。これらの正極活物質は、単に１種を使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。そのうち、リチウム遷移金属酸化物の例として、リチウムコバルト酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ２）、リチウムマンガン酸化物（例えば、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムマンガンコバルト酸化物、リチウムニッケルマンガン酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（例えば、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２（ＮＣＭ３３３と略されることもある）、ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２（ＮＣＭ５２３と略されることもある）、ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２５Ｍｎ０．２５Ｏ２（ＮＣＭ２１１と略されることもある）、ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２（ＮＣＭ６２２と略されることもある）、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１Ｏ２（ＮＣＭ８１１と略されることもある）、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（例えば、ＬｉＮｉ０．８５Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２）およびこれらの変性化合物などのうちの少なくとも１種を含むが、これらに限られない。オリビン構造のリチウム含有リン酸塩の例として、リン酸鉄リチウム（例えば、ＬｉＦｅＰＯ４（ＬＦＰと略されることもある））、リン酸鉄リチウムと炭素の複合材料、リン酸マンガンリチウム（例えば、ＬｉＭｎＰＯ４）、リン酸マンガンリチウムと炭素の複合材料、リン酸マンガン鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウムと炭素の複合材料のうちの少なくとも１種を含むが、これらに限られない。
活物質層は、任意にバインダーを含む。前記バインダーは、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリアクリル酸ナトリウム（ＰＡＡＳ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、アルギン酸ナトリウム（ＳＡ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡＡ）およびカルボキシメチルキトサン（ＣＭＣＳ）から選ばれた少なくとも１種であってもよい。
本願に係る実施例の技術案において、集電体層はガス透過性である。かつ、活物質層は、いずれも多孔質構造の細孔の外側に位置し、集電体層の多孔質マトリックス層に進入していないため、多孔質構造を詰まらせず、集電体層のガス透過性を強化させた。このような設計により、電池は、電解液と正負極との接触などによりガスが発生したとき、ガスが集電体層を介してセル外にスムーズに溢れ、セル内部のガス膨張による変形や構造的故障を回避し、さらに電池の性能を向上させることができる。
いくつかの実施例において、集電体層は、ガス透過性および液体透過性である。当該方案において、集電体はガスを透過でき、改善された排気性能を有するだけではなく、集電体は、さらに電解液を透過できるため、電解液の電極材料層への浸潤時間を短縮し、電極材料層に対する電解液の浸潤効果を高めることができる。
いくつかの実施例において、前記集電体層の材質は、導電材料、例えば金属材料、炭素ベース導電材料、導電高分子材料またはこれらの組み合わせを含む。導電材料を採用することにより、集電体は、比較的に良好な導電性を有する。
導電材料は、例えば電気伝導率が１０ジーメンス／メートル（Ｓ／ｍ）以上、例えば１０３ジーメンス／メートル（Ｓ／ｍ）以上、例えば１０６ジーメンス／メートル（Ｓ／ｍ）以上の材料である。金属材料は、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、銀、ニッケルまたはそれらのいずれの１種の合金である。炭素ベース導電材料は、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェンである。導電高分子材料は、例えばポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレンである。
本願のいくつかの実施例によれば、図８を参照し、前記集電体層７１０は、多孔質マトリックス７１１と導電層７１２を含み、前記導電層７１２は、前記多孔質マトリックス７１１の表面の少なくとも一部を被覆する。本願に係る実施例の集電体は、多孔質マトリックス７１１と導電層７１２を含む複合構造を有する。多孔質マトリックス７１１は、集電体構造を支持する役割を果たし、導電層７１２は、電気伝導の役割を果たし、両者にはそれぞれ利点があり、相乗的に機能して、集電体層に改善された総合性能を与える。
前述した方案において、多孔質マトリックス７１１は、多孔質構造、すなわち、一方の側から他方の側に通じる細孔チャンネルを有する。多孔質マトリックスは、例えば貫通孔構造を有するマトリックスであり、例えば三次元網目構造を有するマトリックスである。多孔質マトリックス７１１は、非導電材料で作製できる。
いくつかの実施例において、導電層７１２は、多孔質マトリックスの細孔の内面を被覆し、被覆された後の多孔質マトリックスの細孔構造は依然として残され、集電体層７１０は、多孔質構造７１５を有する。
いくつかの実施例において、導電層７１２は、前記多孔質マトリックスの細孔外面と細孔内面を被覆する。このような設計により、多孔質マトリックスの表面は、すべて改善された導電性を有する。
いくつかの実施例において、前記導電層７１２の電気伝導率は、前記多孔質マトリックス７１１の電気伝導率より高い。このような設計は、導電層７１２が、比較的に高い電気伝導率の材料を採用し、多孔質マトリックス７１１は、比較的に低い電気伝導率の材料を採用するため、高電気伝導率材料の使用量が削減され、コストが削減されるとともに、集電体表面の電気伝導率には基本的に影響せず、集電体と活物質との界面での電子輸送にも影響を与えない。
いくつかの実施例において、前記多孔質マトリックス７１１の密度は、前記導電層７１２の密度より小さい。このような設計は、導電層７１２が比較的に高い電気伝導率材料（例えば、金属材料）を採用し、多孔質マトリックス７１１が比較的に低い密度の材料（例えば、重合体材料）を採用するため、集電体層７１０全体の密度が減少すると同時に、集電体層７１０表面の電気伝導率には基本的に影響せず、集電体層７１０と活物質層７２１との界面での電子輸送にも影響を与えない。
いくつかの実施例において、前記多孔質マトリックス７１１の材質には、重合体が含まれる。任意に、前記重合体は、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアルキン、シロキサン重合体、ポリエーテル、ポリアルコール、ポリスルホン、多糖類重合体、アミノ酸重合体、ポリ窒化硫黄、芳香環重合体、芳香族複素環重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、これらの誘導体、これらの架橋物およびこれらの共重合体のうちの１種または複数種またはこれらの組み合わせから選ばれたものである。このような設計は、集電体層全体の密度を下げることができる。
いくつかの実施例において、前記導電層７１２の材質は金属を含む。任意に、前記金属は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、銀、ニッケルまたはこれらのいずれの１種の合金から選ばれたものである。このような設計は、集電体層の導電性を向上させることができる。
いくつかの実施例において、集電体層７１０の空隙率は２０％以上、例えば２０％～９５％である。集電体層の空隙率が２０％～９５％であるとき、電極は、比較的に良いガス透過性を有し、かつ，良好な構造強度および安定性を有する。集電体層７１０の空隙率は、２０％～３０％、３０％～４０％、４０％～５０％、５０％～６０％、６０％～７０％、７０％～８０％、８０％～９０％または９０％～９５％である。集電体層の空隙率は、ＧＢ／Ｔ ３３０５２－２０１６『微細孔機能性フィルム 空隙率測定方法 セタン吸収法』基準に準じて測定して得られる。
いくつかの実施例において、集電体層７１０の厚さは４μｍ以上、例えば４μｍ～５００μｍである。集電体層の厚さを４μｍ以上に設けることにより、集電体は、良好な構造強度および安定性を有する。集電体層の厚さを４μｍ～５００μｍに設けることにより、電極は、良好な構造強度および安定性を有すると共に、電池に比較的に低い重量および体積割合を有し、さらに、電池は、高い体積エネルギー密度または重量エネルギー密度を有する。
いくつかの実施例において、前記集電体層７１０のガス透過率は、１０００～５０００ｃｍ３／ｍ２・２４ｈ・０．１ＭＰａである。当該設計により、集電体電極は、高いガス透過率を有し、ガス排出に有利である。テスト基準は、ＧＢ／Ｔ１０３８－２０００『プラスチックフィルムおよびシートのガス透過性試験方法である差圧法』を参照することができる。
いくつかの実施例において、前記集電体層７１０の曲折度≧１であり、例えば１．０～６．０（例えば１．０～２．０、２．０～３．０、３．０～４．０、４．０～５．０または５．０～６．０）である。当該設計により、電極は電解液に浸潤されやすく、かつ、電解液は電極に沿って上がりやすい。曲折度のテスト基準は、Ｂｒｕｇｇｅｍａｎ関係式：τ＝εα（そのうち、τは曲折度であり、εは、空隙率であり、αは、Ｂｒｕｇｇｅｍａｎ係数である）（－１≦α≦－０．５）を利用して求める。
いくつかの実施例において、図９は、いくつかの実施例に係る電極の断面図を示し、図９に示したように、電極は、集電体層７１０を含み、集電体層７１０は、多孔質構造７１５を有し、集電体層は、ガス透過性であり、電極は、第１の活物質層７２１と第２の活物質層７２２をさらに含み、第１の活物質層７２１、第２の活物質層７２２は、それぞれ集電体層７１０の両側の面に積層され、かつ第１の活物質層７２１と第２の活物質層７２２は、多孔質構造７１５の細孔の外側に位置する。前記集電体層７１０は、多孔質マトリックス７１１および導電層７１２を含み、前記導電層７１２は、前記多孔質マトリックス７１１の表面の少なくとも一部を被覆する。
いくつかの実施例において、図９に示したように、電極は、電気接続部材８１０（例えばタブ）をさらに含み、前記電気接続部材８１０は、前記集電体層７１０に取り付けられ、かつ前記集電体層７１０に電気的に接続されている。例えば、電気接続部材８１０は、トランスファー溶接プロセスによって集電体層７１０に取り付けられ、電気接続部材８１０は、接続領域８１５を介して集電体層７１０に電気的に接続されてもよい。
当該方案において、電気接続部材８１０は、電極電流を導出するための部品である。電気接続部材８１０は、集電体層７１０のエッジからはみ出し、かつ延伸して電流を導入または導出する役割を果たす。
いくつかの実施例において、図９に示したように、前記多孔質マトリックス７１１の少なくとも１側の面（例えば、両側の面）は、エッジ領域７１３を少なくとも１つ含み、前記導電層７１２は、前記エッジ領域７１３以外の区域を被覆する。任意に、多孔質マトリックス７１１のエッジの一部または全部にエッジ領域が設けられている。任意に、１つの四角形の多孔質マトリックス７１１に対して、多孔質マトリックス７１１の１つ、２つ、３つまたは４つの辺のエッジにエッジ領域が設けられている。任意に、多孔質マトリックス７１１の対向する２つのエッジにエッジ領域が設けられている。
当該方案において、エッジ領域７１３は、導電層７１２に被覆されておらず、エッジ領域７１３の部分は非導電性である。エッジ領域７１３の部分も第１の活物質層７２１または第２の活物質層７２２で被覆されておらず、集電体層７１０のエッジ領域は、集電体層７１０に積層されている第１の活物質層７２１または第２の活物質層７２２が電池エンドキャップと直接接触することを回避するための緩衝保護として機能する。さらに活物質層を保護する役割を果たす。また、タブ８１０は、通常集電体層７１０のエッジに取り付けられるため、非導電性のエッジ領域７１３は、タブ８１０を保護する役割を果たす一方、タブ８１０が反対の電極と接触して短絡することを避けることができる。
１つの実施例において、図１０、図１１は、それぞれ１つの電極の上面図を示す。上面から電極の各層を観察できるようにするために、図１０、図１１において、多孔質マトリックス７１１の表面の一部は、導電層７１２で被覆されておらず、集電体層７１０表面の一部は、第１の活物質層７２１で被覆されていない。特別な説明がない限り、これらの被覆されていない領域は、観察を容易にするためにこのように描かれていることが理解されるべきである。なお、集電体層７１０のエッジ領域７１３の部分は、導電層７１２に被覆されておらず、第１の活物質層７２１または第２の活物質層７２２にも被覆されていない。当該実施例において、エッジ領域７１３は、導電層７１２、第１の活物質層７２１や第２の活物質層７２２が電池エンドキャップと直接接触することを回避するための緩衝保護として機能する。
いくつかの実施例において、図１０に示されるように、電気接続部材８１０のはみ出し方向に垂直な方向を第１の方向とし、第１の方向で電気接続部材８１０のサイズｄと集電体層７１０のサイズＤとの比値ｄ：Ｄは、１：２～５範囲にある。当該電極の電気接続部材の幅サイズ（ｄ）は、比較的に小さく、溶接プロセスが簡単で、体積が小さく、組み立てが便利な利点がある。
いくつかの実施例において、図１１は、１つの電極の上面図を示す。図１１に示したように、電気接続部材８１０のはみ出し方向に垂直な方向を第１の方向とし、第１の方向で電気接続部材８１０のサイズｄと集電体層７１０のサイズＤとの比値ｄ：Ｄ＝１：１である。当該電極の電気接続部材の幅サイズ（ｄ）は比較的に大きく、電気接続部材８１０の内部抵抗を減らし、さらにジュール熱を減らし、電極温度を下げることができる。
いくつかの実施例において、図１２は、いくつかの実施例に係る電極の断面図を示し、図１２に示したように、電極は、集電体層７１０を含み、集電体層７１０は、多孔質構造７１５を有し、集電体層は、ガス透過性であり、電極は、第１の活物質層７２１と第２の活物質層７２２をさらに含み、第１の活物質層７２１と第２の活物質層７２２は、それぞれ集電体層７１０の両側の面に積層され、かつ第１の活物質層７２１と第２の活物質層７２２は、多孔質構造７１５の細孔の外側に位置する。前記集電体層７１０は、多孔質マトリックス７１１および導電層７１２を含み、前記導電層７１２は、前記多孔質マトリックス７１１の表面の少なくとも一部を被覆する。
いくつかの実施例において、図１２に示したように、電極は、電気接続部材８１０（例えばタブ）をさらに含み、前記電気接続部材８１０は、前記集電体層７１０に取り付けられ、かつ前記集電体層７１０に電気的に接続されている。例えば，電気接続部材８１０は、トランスファー溶接プロセスによって集電体層７１０に取り付けられ、電気接続部材８１０は、接続領域８１５を介して集電体層７１０に電気的に接続されている。
いくつかの実施例において、図１２に示したように、前記集電体層の表面は、活物質領域と支持領域とを含み、前記活物質層は、前記集電体層の活物質領域に積層され、前記電極はさらに支持層を含み、前記支持層は前記表面の支持領域に積層されている。いくつかの実施例において、前記支持層の材質はセラミックス（例えば、セラミックス粒子を含有する塗層）を含む。
当該方案において、支持層は、構造強化の役割を有し、そのような設計は、電極の構造強度および構造安定性を向上させることができる。
１つの実施例において、図１３、図１４は、それぞれ１つ電極の上面図を示す。上面から電極の各層を観察できるようにするために、図１３、図１４において、多孔質マトリックス７１１の表面の一部は、導電層７１２で被覆されておらず、集電体層７１０表面の一部は、第１の活物質層７２１で被覆されていない。特別な説明がない限り、これらの被覆されていない領域は、観察を容易にするためにこのように描かれていることが理解されるべきである。
いくつかの実施例において、図１３に示したように、電気接続部材８１０のはみ出し方向に垂直な方向を第１の方向とし、第１の方向で電気接続部材８１０のサイズｄと集電体層７１０のサイズＤとの比値ｄ：Ｄは、１：２～５の範囲にある。当該電極は、電気接続部材の幅サイズ（ｄ）が比較的に小さく、溶接プロセスが簡単で、体積が小さく、組み立てが便利な利点がある。
いくつかの実施例において、図１４に示したように、電気接続部材８１０のはみ出し方向に垂直な方向を第１の方向とし、第１の方向で電気接続部材８１０のサイズｄと集電体層７１０のサイズＤとの比値ｄ：Ｄ＝１：１である。当該電極は、電気接続部材の幅サイズ（ｄ）が比較的に大きく、電気接続部材８１０の電気伝導率が高く、内部抵抗が低く、さらに電気接続部材のジュール熱が低くなり、電極温度が低くなる。
いくつかの実施例において、前記活物質層は、電気化学活物質を含み、任意に、前記電気化学活物質は、リチウムイオン電池正極活物質またはリチウムイオン電池負極活物質から選ばれたものであり、任意に、前記リチウムイオン電池正極活物質は、オリビン構造のリチウム含有リン酸塩、リチウム遷移金属酸化物またはこれらの組み合わせから選ばれたものであり、任意に、前記リチウムイオン電池負極活物質は、人造黒鉛、天然黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、シリコンベース材料、スズベース材料、チタン酸リチウム、リチウム金属、またはこれらの組み合わせから選ばれたものである。当該方案において、本願に係る電極は様々な電気化学活物質と組み合わせて使用できる。
いくつかの実施例において、多孔質構造を有し、ガス透過性である集電体層を提供することと、活物質層を提供することと、前記活物質層を前記多孔質構造の細孔の外側に配置するように前記集電体層の表面の少なくとも一部に前記活物質層を積層することとを含む、電極を製造する方法を提供する。当該方法で得られた電極は、改善されたガス透過率を有する。
いくつかの実施例において、電極を製造する方法は、集電体層を製造するステップを含み、当該ステップは、多孔質マトリックスを提供することと、前記多孔質マトリックスの表面の少なくとも一部に導電層を堆積することとを含み、任意に、前記堆積は、電気めっき、無電解めっき、蒸着、マグネトロンスパッタリング、またはこれらの組み合わせから選ばれたものである。当該方法で得られた電極は、改善されたガス透過率を有する。
いくつかの実施例において、前記多孔質マトリックスの電気伝導率は、前記導電層の電気伝導率より小さい。当該方法で得られた電極は、改善された電気伝導率を有する。
いくつかの実施例において、前記多孔質マトリックスの密度は、前記導電層の密度より小さい。当該方法で得られた電極は、密度が低くなる。
いくつかの実施例において、前述した実施例に係る電極または前述した実施例に係る方法で製造して得られた電極を含む電池を提供する。
いくつかの実施例において、電気エネルギーを供給するための前述した実施例に係る電池を含む電気装置を提供する。
以下、より詳しい実施例を組み合わせて本願の技術案を説明する。
実施例１
以下、図９および図１０を照らして１つの電極およびその製造方法を説明する。１つの実施例において、電極は、下記の方法で製造された。すなわち、まず、多孔質マトリックス７１１、具体的には多孔質ポリプロピレン（ＰＰ）膜を提供した。そして、多孔質マトリックス７１１のエージの表面にエッジ領域７１３を区分した。そして、エッジ領域７１３以外の区域に導電層７１２（Ａｌめっき層またはＣｕめっき層）を被覆した。蒸着または化学気相堆積（ＣＶＤ）等の方式でＡｌめっき層を多孔質ポリプロピレン（ＰＰ）膜の表面に被覆してもよい。マグネトロンスパッタリングまたは無電解めっき方式等の方式でＣｕめっき層を多孔質ポリプロピレン（ＰＰ）膜の表面に被覆してもよい。集電体層７１０を得た。導電層は、多孔質ポリプロピレン膜表面に１層の導電ネットワークを形成した。集電体層７１０は、空隙率が３５％であり、厚さが３０μｍの範囲であり、曲折度が１．７５であった。導電接着剤またはロール溶接を使用して電気接続部材８１０（材質は銅箔／アルミ箔である）を集電体層７１０上に取り付き、電気接続部材８１０の幅ｄとシートの長さＤとの比値は１：５であった。予めに製造された第１の活物質層７２１（活物質膜）と第２の活物質層７２２（活物質膜）を集電体層７１０の活物質領域に被覆し、導電接着剤を使用し、エッジに沿ってロールする方法と組み合わせて第１の活物質層７２１と第２の活物質層７２２を集電体層７１０の活物質領域に固定した。
前述した方法で陽極および陰極をそれぞれ製造し、そして陽極、陰極とセパレーターを円柱状電池裸セルに巻き取り、そしてセルを電池にパッケージングした。
実施例２
以下、図９および図１１を照らしてもう１つの電極およびその製造方法を説明する。実施例１との相違点は、電気接続部材８１０の幅ｄとシートの長さＤとの比値が１：１であることであった。
前述した方法で陽極および陰極をそれぞれ製造し、そして陽極、陰極とセパレーターを円柱状電池裸セルに巻き取り、そしてセルを電池にパッケージングした。
実施例３
以下、図１２および図１３を照らして１つの電極およびその製造方法を説明する。１つの実施例において、まず、多孔質マトリックス７１１、具体的には多孔質ポリプロピレン（ＰＰ）膜を提供した。そして、多孔質マトリックス７１１の表面に導電層７１２（Ａｌめっき層またはＣｕめっき層）を被覆した。蒸着または化学気相堆積（ＣＶＤ）等の式を使用してＡｌめっき層を多孔質ポリプロピレン（ＰＰ）膜の表面に被覆してもよい。マグネトロンスパッタリングまたは非電解めっき等の式でＣｕめっき層を多孔質ポリプロピレン（ＰＰ）膜の表面に被覆した。集電体層７１０を得た。導電層は、多孔質ポリプロピレン膜表面に１層の導電ネットワークを形成した。集電体層７１０は、空隙率が３５％であり、厚さが３０μｍであり、曲折度が１．６９であった。集電体層７１０上に活物質領域および支持領域を区分した。コーティングにより、支持層７３０を支持領域に被覆した。支持層７３０の成分は、９９ｗｔ％ベーマイトと１ｗｔ％ＰＶＤＦであった。導電接着剤またはロール溶接を使用して電気接続部材８１０（材質は銅箔／アルミ箔である）を集電体層７１０に取り付き、電気接続部材８１０の幅ｄとシートの長さＤとの比値は１：５であった。予めに製造された第１の活物質層７２１（活物質膜）と第２の活物質層７２２（活物質膜）を集電体層７１０の活物質領域に被覆し、導電接着剤を使用し、エッジに沿ってロールする方法と組み合わせて第１の活物質層７２１と第２の活物質層７２２を集電体層７１０の活物質領域に固定した。
前述した方法で陽極および陰極をそれぞれ製造し、そして陽極、陰極とセパレーターを円柱状電池裸セルに巻き取り、そしてセルを電池にパッケージングした。
実施例４
以下、図１２および図１４を照らしてもう１つの電極およびその製造方法を説明する。実施例３との相違点は、電気接続部材８１０の幅ｄとシートの長さＤとの比値が１：１であることであった。
、 前述した方法で陽極および陰極をそれぞれ製造し、そして陽極、陰極とセパレーターを円柱状電池裸セルに巻き取り、そしてセルを電池にパッケージングした。
テストから分かるように、多孔質構造を有しない金属箔集電体を使用した電池に比べて，実施例１～４的電池は、著しく改善された以下の性能を示した：
（１）シート（特にセル内部に位置するシート）は、電解液をより早くに浸潤した。
（２）シート（特にセル内部に位置するシート）は、副反応ガスの排出がよりしやすかった。
（３）セルのスペース利用率は、向上した。
（４）セルの製造性は、向上した。
最後に、上述した各実施例は、単に本願の技術案を説明するためのものに過ぎず、それを限定するものではない。上述の各実施例を参照して本願を詳しく説明したが、当業者なら、上述の各実施例に記載の発明に対する修正またはその一部もしくはすべての技術的特徴を同等のものに置換することが依然として可能であること、これらの修正または置換により、対応する発明の本質が本願の各実施例の技術案の範囲から逸脱することがなく、いずれも本願の特許請求の範囲および明細書の範囲内に含まれるべきであると理解できる。特に、各実施例に記載の各技術的特徴は、構造上の矛盾がない限り、任意の方式で組み合わせることができる。本願は、本明細書中に開示された特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内の全ての技術案を含むものである。
具体的な実施形態における符号は、以下の通りである。
１０００ 車両
１００ 電池
２００ コントローラ
３００ モータ
１０ 筐体
１１ 第１の部分
１２ 第２の部分
２０ 電池セル
２１ ケース
２２ 電極アセンブリ
２２１ 第１のシート
２２２ 第２のシート
２２３ セパレーター
２２４ ２つの扁平面
２３ アダプター
２４ カバープレートアセンブリ
２４１ カバープレート
２４２ 第１の電極端子
２４３ 第２の電極端子
７１０ 集電体層
７１１ 多孔質マトリックス
７１２ 導電層
７１３ エッジ領域
７１５ 多孔質構造
７２１ 第１の活物質層
７２２ 第２の活物質層
７３０ 支持層
８１０ 電気接続部材
８１５ 接続領域

Claims (20)

  1. 多孔質構造を有し、ガス透過性である集電体層、および、
    前記集電体層の表面の少なくとも一部に積層され、前記多孔質構造の細孔の外側に配置される活物質層、
    を含む電極であって、任意に、前記集電体層がガス透過性および液体透過性であることを特徴とする、電極。
  2. 前記集電体層の材質は、例えば、金属材料、炭素ベース導電材料、導電高分子材料、またはこれらの組み合わせである導電材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電極。
  3. 前記集電体層は、多孔質マトリックスと、前記多孔質マトリックスの表面の少なくとも一部を被覆する導電層とを含むことを特徴とする、請求項１～２のいずれか１項に記載の電極。
  4. 前記導電層の電気伝導率が前記多孔質マトリックスの電気伝導率より大きいことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の電極。
  5. 前記多孔質マトリックスの密度が前記導電層の密度より小さいことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の電極。
  6. 前記多孔質マトリックスの材質は重合体を含み、
    任意に、前記重合体は、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアルキン、シロキサン重合体、ポリエーテル、ポリアルコール、ポリスルホン、多糖類重合体、アミノ酸重合体、ポリ窒化硫黄、芳香環重合体、芳香族複素環重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、これらの誘導体、これらの架橋物およびこれらの共重合体のうちの１種または複数種またはこれらの組み合わせから選ばれたものであることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の電極。
  7. 前記導電層の材質は金属を含み、
    任意に、前記金属は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、銀、ニッケルまたはそのいずれの１種の合金から選ばれたものであることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の電極。
  8. 集電体層の空隙率は２０％以上であり、例えば、２０％～９５％であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の電極。
  9. 集電体層の厚さは４μｍ以上であり、例えば、４μｍ～５００μｍであることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の電極。
  10. 前記集電体層のガス透過率が１０００～５０００ｃｍ３／ｍ２・２４ｈ・０．１ＭＰａであることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の電極。
  11. 前記集電体層の曲折度≧１であり、例えば、曲折度が１～６であることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の電極。
  12. 前記集電体層に取り付けられ、かつ前記集電体層に電気的に接続されている電気接続部材（例えば、タブ）をさらに含むことを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の電極。
  13. 前記多孔質マトリックスの少なくとも１側の面は、少なくとも１つのエッジ領域を含み、前記エッジ領域以外の区域が前記導電層に被覆されていることを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の電極。
  14. 前記集電体層の表面は、活物質領域と支持領域とを含み、
    前記活物質層は、前記集電体層の活物質領域に積層され、
    前記電極はさらに支持層を含み、前記支持層は前記表面の支持領域に積層されており、
    任意に、前記支持層の材質はセラミックスを含むことを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の電極。
  15. 前記活物質層は、電気化学活物質を含み、
    任意に、前記電気化学活物質は、リチウムイオン電池正極活物質またはリチウムイオン電池負極活物質から選ばれたものであり、
    任意に、前記リチウムイオン電池正極活物質は、オリビン構造のリチウム含有リン酸塩、リチウム遷移金属酸化物またはこれらの組み合わせから選ばれたものであり、
    任意に、前記リチウムイオン電池負極活物質は、人造黒鉛、天然黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、シリコンベース材料、スズベース材料、チタン酸リチウム、リチウム金属、またはこれらの組み合わせから選ばれたものであることを特徴とする請求項１～１４のいずれか１項に記載の電極。
  16. 多孔質構造を有し、ガス透過性である集電体層を提供することと、
    活物質層を提供することと、
    前記活物質層を前記多孔質構造の細孔の外側に配置するように前記活物質層を前記集電体層の表面の少なくとも一部に積層することと、
    を含むことを特徴とする電極を製造する方法。
  17. 多孔質マトリックスを提供することと、
    前記多孔質マトリックスの表面の少なくとも一部に導電層を堆積させることと、
    を含む集電体層を製造するステップを含み、
    任意に、前記堆積は、電気めっき、無電解めっき、蒸着、マグネトロンスパッタリング、またはこれらの組み合わせから選ばれたものであることを特徴とする、請求億１６に記載の方法。
  18. 前記多孔質マトリックスの電気伝導率が前記導電層の電気伝導率より小さいこと、および、
    前記多孔質マトリックスの密度が前記導電層の密度より小さいこと
    のいずれか１つを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
  19. 請求項１～１５のいずれか１項に記載の電極または請求項１６～１８のいずれか１項に記載の方法で製造された電極を含むことを特徴とする電池。
  20. 電気エネルギーを供給するための請求項１９に記載の電池を含むことを特徴とする電気装置。
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