JP6316807B2 - リチウムバッテリの集電体 - Google Patents
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Description
本発明は、電気化学リチウムバッテリまたは蓄電池のための集電体に関する。かかる集電体はまた、粘弾性発泡体を含み、前記蓄電池包装機能を確保する。
電気化学リチウム蓄電池は、少なくとも1つの電極上で、リチウム挿入または脱挿入(deinsertion)(または、インターカレーション−デインターカレーション)の原理に基づいて作動する。
一般的に、前記蓄電池コアは、剛性または可塑性包装により外部要素から保護される。
互いに個別に考慮する場合には、かかる解決策で、満足されるように思われるが、蓄電池の一般的重量はなお、制限される必要がある。
− 前記Liイオンセルの前記包装、すなわち、外側雰囲気からのその隔離;
− 弾力性集電体の役割;
− 衝撃および振動への抵抗性の観点からの前記Liイオンセルの安全性、
を同時に確保する、三機能性構成要素を開発した。
本出願人は、前記可塑性包装機能を確保することも可能にする、新規なタイプの集電体を開発した。この集電体を含む電気化学セルにおいて、以下の特性:
− 前記集電体により指示された前記電極の導電特性および弾力性特性;
− 前記セル包装の気密性;
− 前記集電体により支持される前記電極の可逆的圧縮性、
を提供する。
さらに、有利には、前記発泡体は、0.5〜2の、好ましくは1.3〜1.7の範囲の密度を有する。
特に、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、およびポリエーテルイミドを含む群から選択される、ポリマーであってもよい。
特定の態様によれば、前記ポリマーフィルムはまた、有機および/または無機充填材を含んでもよい。前記充填材により、前記発泡体の前記粘弾性特性を維持する一方で、前記電極と接触する表面のレベルで前記集電体の剛性を増加させることが可能となる。
それらはまた、特に、前記フィルムが熱硬化性樹脂を含む場合には、セルロース系充填材であってもよい。
− エポキシ、ポリウレタン、ポリイミド、アクリルまたはスチレン樹脂であって、これらの樹脂は、室温で剛性であるようなガラス転移温度(vitreous transition temperature)Tgを有するもの;
− ガラス、炭素、セルロース、シリカ(または石英)、アラミド、ホウ素、高弾力性ポリエチレン繊維、および天然繊維(トウモロコシ、バナナ、ココ・・・)を含む群から選択してもよい、長繊維でまたは短繊維で形成された補強体、
を含んでもよい。かかる補強体は、単方向の、布の、タフタの、サージの、またはサテンのタイプの形態の外観であってもよい。
さらに、前記金属フレームは、有利には、少なくとも0.1mmに等しく、20mmよりも小さい厚さを有する。よって、有利には、連続またはパルスレーザー溶接により、前記包装を封止することが可能となる。
本発明はまた、導電性ポリマーフィルムを粘弾性発泡体上で堆積させることにより、有利には、プリントすることにより、上記の集電体を調製する方法に関する。前記発泡体/フィルム結合はまた、積層により形成されてもよい。
本発明の対象物を形成する前記集電体を使用して、電極を形成してもよい。電極材料を、当業者に既知の技法により、前記導電性ポリマーフィルムを含む前記集電体の表面上で堆積する。
既に示したとおり、両面電極の場合には、前記集電体の前記各主表面の前記電極材料は、同一でも異なっていてもよい。よって、前記両面電極は、2種の陽極材料または陰極材料、あるいは陽極材料および陰極材料のいずれかを含んでもよい。言い換えると、該集電体の前記2つの各主表面は、陽極材料または陰極材料を含む。よって、前記両面電極は両極性であり得る。
本発明および得られる利点は、本発明の例示として提供される、以下の非限定的な図面および例からより良好に明らかになるであろう。
図面の簡単な説明
可塑性包装(図2)を有する従来技術のLiイオンセルは、一般的には、可塑性多層包装(2)でコーティングされたセルコア(1)の形状である。前記多層(2)は、典型的には、前記セルの内部から外部にかけて、以下の層:
− およそ50マイクロメートルの厚さを有するポリオレフィン層(3);
− 接着層(4);
− いわゆる下地層(5);
− およそ40マイクロメートルの厚さを有するアルミニウム箔(6);
− いわゆる下地層(5);
− 接着層(4);
− およそ20マイクロメートルの厚さを有するポリオレフィン層(7);
の結合の形状である。
従来技術のLiイオンセルは、一般的には、金属(アルミニウム)集電体(9)の形状であり、その上に堆積された前記電極材料(10)を有する(図4)。
このように、従来技術のセルは、多層包装中に、集電体/アノード/セパレータ/集電体タイプの電気化学コアを含む。
別の特定の態様によれば、本発明の対象物を形成する前記集電体を使用して、両面電極を形成してもよい(図7)。
かかる両面電極において、前記ポリマーフィルム(12)の上端部(18)を金属化して、互いに複数の集電体の電気溶接を可能にしてもよい。
第1ステップは、前記粘弾性発泡体(11)および特に熱可塑性であってもよい前記ポリマーフィルム(12)の結合による、前記集電体の形成に関する(図8a)。
次いで、好ましくは熱可塑性であるポリマーフィルム(12)を、(溶融された前記ポリマーを液化した後)プリント技法のまたは前記発泡体およびポリマーフィルム層の熱的積層のいずれかにより、前記発泡体上で堆積する。前記積層圧力を調節して、前記導電性ポリマー層の厚さを調節する。
前記電極インク(10)は、一般的には、前記活物質製、場合によりカーボンブラック製およびポリマー製である。
第3ステップ(図8c)は、前記電気化学セルコアの形成に関する。
前記方法の第4ステップ(図8d)は、特に、熱可塑性ポリマー(17)による、熱封止による前記セルの封止に関する。
Claims (15)
- 可塑性電気化学リチウム蓄電池の包装を形成するように構成された電気的絶縁粘弾性発泡体から構成される、前記可塑性電気化学リチウム蓄電池のための集電体であって、前記電気的絶縁粘弾性発泡体と前記蓄電池の電極との間に配置されるように構成された導電性ポリマーフィルムに結合している、集電体。
- 前記導電性ポリマーフィルムが、導電性粒子を含む、請求項1に記載の集電体。
- 前記ポリマーフィルムが、ポリマー中にまたは樹脂中に分散された導電性粒子を含む、請求項1または2に記載の集電体。
- 前記粒子が、カーボンブラック、金属粒子、カーボンナノチューブを含む群から選択される、請求項2に記載の集電体。
- 前記ポリマーフィルムが、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミドを含む群から選択されるポリマーを含む、請求項1に記載の集電体。
- 前記導電性ポリマーフィルムが、飽和または不飽和の、ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリイミド、およびビスマレイミドを含む群から選択される熱硬化性樹脂を含む、請求項1に記載の集電体。
- 前記粘弾性発泡体が、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリビニリデンフルオリド、およびそれらの混合物を含む群から選択される材料系である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の集電体。
- 前記ポリマーフィルムが、その外縁部に非導電性領域を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の集電体。
- 前記粘弾性発泡体が、−60℃〜+100℃の範囲の温度で、5〜100%の範囲の復元率を有する、請求項7に記載の集電体。
- 前記粘弾性発泡体が、−60℃〜+100℃の範囲の温度で、0.5〜2の範囲の密度を有する、請求項7に記載の集電体。
- 導電性ポリマーフィルムを、粘弾性発泡体上に堆積する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の集電体を調製する方法。
- 前記ポリマーフィルムおよび前記発泡体が、プリントまたは積層により結合している、請求項11に記載の集電体調製方法。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の集電体を含む、電極。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の集電体を含む、両面電極。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載の、少なくとも1つの集電体を含む、リチウム蓄電池。
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