DE102021131233A1

DE102021131233A1 - Sekundärbatterie-Elektrode

Info

Publication number: DE102021131233A1
Application number: DE102021131233.7A
Authority: DE
Inventors: Takuya TANIUCHI; Masahiro Ohta; Toshiyuki Ariga
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-06-23
Also published as: US20220200009A1; JP7236427B2; CN114649535B; CN114649535A; JP2022096396A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung ist dazu vorgesehen, eine Sekundärbatterie-Elektrode bereitzustellen, welche ein poröses Metallmaterial umfasst, welches als ein Stromsammler eingerichtet ist und eine verbesserte Lebensdauer und eine erhöhte Energiedichte aufweist. Eine Sekundärbatterie-Elektrode 1 umfasst: einen Stromsammler 10, welcher aus einem porösen Metallmaterial hergestellt ist; und eine Elektroden-Materialmischung 20, mit welcher der Stromsammler 10 gefüllt ist. Der Stromsammler 10 umfasst ein mit Materialmischung gefülltes Segment 11, welches mit der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllt ist, und ein mit Materialmischung nicht gefülltes Segment 14, welches mit der Elektroden-Materialmischung 20 nicht gefüllt ist. Das mit Materialmischung nicht gefüllte Segment 14 umfasst einen stromsammelnden Streifen 13, welcher dünner als das mit Materialmischung gefüllte Segment 11 ist und in welchem das poröse Metallmaterial bei einer höheren Dichte vorliegt als in dem mit Materialmischung gefüllten Segment 11, und einen Streifen-Konvergenzabschnitt 12, mittels welchem das mit Materialmischung gefüllte Segment 11 an den stromsammelnden Streifen 13 gekoppelt ist. Der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 ist mit wenigstens einer Rippe 121 bereitgestellt, welche sich von einer Seite benachbart zu dem mit Materialmischung gefüllten Segment 11 in Richtung des stromsammelnden Streifens 13 erstreckt.

Description

Feld der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Sekundärbatterie-Elektrode.
Verwandter Stand der Technik
Eine Sekundärbatterie-Elektrode ist bekannt, welche einen Stromsammler, welcher aus einem porösen Metallmaterial hergestellt ist, sowie eine Elektroden-Materialmischung umfasst, mit welcher der Stromsammler gefüllt ist. Beispielsweise offenbart das Patentdokument 1 eine Technik dieses Typs. Die in Patentdokument 1 offenbarte Sekundärbatterie-Elektrode umfasst ein bandförmiges poröses Material, welches eine dreidimensionale Gewebestruktur aufweist und mit einem aktiven Material gefüllt ist, sowie einen stromsammelnden Streifen, welcher integral an einem mittleren Abschnitt des bandförmigen porösen Materials in einer Dickenrichtung angeordnet ist. Indem ein poröses Material als ein Stromsammler wie in Patentdokument 1 verwendet wird, kann eine Fülldichte eines aktiven Elektrodenmaterials erhöht werden.
Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-279979
Abriss der Erfindung
Unterdessen wird in einigen Fällen eine Sekundärbatterie-Elektrode, welche ein poröses Metallmaterial umfasst, welches als ein Stromsammler eingerichtet ist, durch einen Prozess hergestellt, welcher ein Bilden eines mit Materialmischung gefüllten Segments, in welchem Poren des Stromsammlers mit einer Elektroden-Materialmischung gefüllt werden, sowie eines mit Materialmischung nicht gefüllten Segments umfasst, in welchem Poren des Stromsammlers nicht mit der Elektroden-Materialmischung gefüllt werden, und dann eines Unterziehens des mit Materialmischung nicht gefüllten Segments einem Rollen, wodurch ein stromsammelnder Streifen gebildet wird. Jedoch ist es, beispielsweise wenn Sekundärbatterie-Elektroden von diesem Typ aufeinander gestapelt werden oder wenn die stromsammelnden Streifen zusammengefügt und an einen Leitungsstreifen geschweißt werden, wahrscheinlich, dass eine große Belastung auf beispielsweise einen Übergang zwischen dem mit Materialmischung gefüllten Segment und dem mit Materialmischung nicht gefüllten Segment und einen Abschnitt des mit Materialmischung nicht gefüllten Segments eingewirkt wird, welcher einem Übergang zwischen einem Bereich, wo der stromsammelnde Streifen gebildet ist, und einem Bereich entspricht, wo der stromsammelnde Streifen abwesend ist. Die auf diese Übergänge eingewirkte Belastung kann Risse und Brüche in der Sekundärbatterie-Elektrode hervorrufen, wodurch es zu dem Risiko einer Abnahme einer Ausgabe und einer Abnahme der Lebensdauer der Batterie kommt. Es ist denkbar, die Übergänge sanft zu biegen (um die Übergänge abzurunden), um die auf die Übergänge eingewirkte Belastung zu reduzieren. Jedoch führt ein solches Biegen zu einer Zunahme in der Länge des stromsammelnden Streifens und kann die Energiedichte der Sekundärbatterie-Elektrode reduzieren.
Die vorliegende Offenbarung ist dazu vorgesehen, eine Sekundärbatterie-Elektrode bereitzustellen, welche ein poröses Metallmaterial umfasst, welches als ein Stromsammler eingerichtet ist, und eine verbesserte Lebensdauer und eine erhöhte Energiedichte aufweist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Sekundärbatterie-Elektrode gerichtet, umfassend: einen Stromsammler, welcher aus einem porösen Metallmaterial hergestellt ist; und eine Elektroden-Materialmischung, mit welcher der Stromsammler gefüllt ist. Der Stromsammler umfasst ein mit Materialmischung gefülltes Segment, welches mit der Elektroden-Materialmischung gefüllt ist, sowie ein mit Materialmischung nicht gefülltes Segment, welches mit der Elektroden-Materialmischung nicht gefüllt ist. Das mit Materialmischung nicht gefüllte Segment umfasst einen stromsammelnden Streifen, welcher dünner als das mit Materialmischung gefüllte Segment ist, und in welchem das poröse Metallmaterial bei einer höheren Dichte als in dem mit Materialmischung gefüllten Segment vorliegt, sowie einen Streifen-Konvergenzabschnitt, mittels welchem das mit Materialmischung gefüllte Segment an den stromsammelnden Streifen gekoppelt ist. Der Streifen-Konvergenzabschnitt ist mit wenigstens einer Rippe bereitgestellt, welche sich von einer Seite benachbart zu dem mit Materialmischung gefüllten Segment in Richtung des stromsammelnden Streifens erstreckt.
Die wenigstens eine Rippe kann mittels eines Pressens des porösen Metallmaterials gebildet sein.
Der stromsammelnde Streifen kann einen Belastung-Verminderungsabschnitt aufweisen, welcher durch Grate und Nuten gebildet ist, welche sich in einer Breitenrichtung des stromsammelnden Streifens erstrecken, und die Grate und Nuten können eine rechteckige oder quadratische Wellenform, eine Sinuswellenform, eine dreieckige Wellenform oder eine Sägezahnform in einem Querschnitt betrachtet aufweisen.
Der Streifen-Konvergenzabschnitt kann mit einem verstärkenden Material gefüllt sein, welches den Steifen-Konvergenzabschnitt verstärkt.
Der Streifen-Konvergenzabschnitt kann mit dem verstärkenden Material bedeckt sein, mit welchem der Streifen-Konvergenzabschnitt gefüllt ist.
Das verstärkende Material kann elektrisch isolierend sein.
Das verstärkende Material kann thermisch leitfähig sein.
Der Streifen-Konvergenzabschnitt kann einen rippenförmigen Abschnitt aufweisen, in welchem die Rippe gebildet ist, sowie einen abgeschrägten Abschnitt, welcher abgeschrägt ist, dass eine Dicke davon in einer Richtung von dem mit Materialmischung gefüllten Segment zu dem stromsammelnden Streifen abnimmt. Der Streifen-Konvergenzabschnitt kann mit Dämpfungselementen bereitgestellt sein, welche wenigstens an Flächen des abgeschrägten Abschnitts angeordnet sind, wobei die Flächen in einer Dickenrichtung des abgeschrägten Abschnitts gegenüberliegend sind. Die Dämpfungselemente können ebenfalls an dem rippenförmigen Abschnitt angeordnet sein.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Sekundärbatterie-Elektrode bereit, welche ein poröses Metallmaterial umfasst, welches als ein Stromsammler eingerichtet ist, und eine verbesserte Lebensdauer und eine erhöhte Energiedichte aufweist.
Figurenliste

1 ist eine planare Ansicht, welche eine Sekundärbatterie-Elektrode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung illustriert;
2 ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie A-A in 1;
3 ist eine planare Ansicht, welche eine Sekundärbatterie-Elektrode gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung illustriert; und
4 ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie B-B in 3.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Es sei festgehalten, dass die folgenden Ausführungsformen nicht-einschränkende Beispiele der vorliegenden Offenbarung sind und nicht dazu vorgesehen sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
« Erste Ausführungsform»
< Elektrode >
Eine Sekundärbatterie-Elektrode 1 der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben werden. 1 ist eine planare Ansicht, welche die Sekundärbatterie-Elektrode 1 illustriert. 2 ist eine Querschnittsansicht der Sekundärbatterie-Elektrode 1, genommen entlang der Linie A-A in 1. Es sei festgehalten, dass eine Elektroden-Materialmischung 20, welche in der Sekundärbatterie-Elektrode 1 umfasst ist, in 2 nicht illustriert ist. Wie in 1 illustriert, umfasst die Sekundärbatterie-Elektrode 1 einen Stromsammler 10, welcher aus einem porösen Metallmaterial hergestellt ist, und die Elektroden-Materialmischung 20, mit welcher der Stromsammler 10 gefüllt ist.
[Elektroden-Materialmischung]
Die Elektroden-Materialmischung 20, mit welcher der Stromsammler 10 gefüllt ist, umfasst wenigstens ein aktives Elektrodenmaterial. Die Elektroden-Materialmischung 20, welche für die vorliegende Ausführungsform anwendbar ist, muss lediglich das aktive Elektrodenmaterial als eine essentielle Komponente umfassen, und kann optional zusätzliche Komponenten umfassen. Die zusätzlichen Komponenten sind nicht auf bestimmte Komponenten beschränkt. Beispiele der zusätzlichen Komponenten umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, einen Feststoff-Elektrolyten, ein leitfähiges Mittel und ein Bindemittel.
Die Elektroden-Materialmischung 20 zum Bilden einer positiven Elektrode muss wenigstens ein positives aktives Elektrodenmaterial umfassen und kann als zusätzliche Komponenten einen Feststoff-Elektrolyten, ein leitfähiges Mittel, ein Bindemittel, etc. umfassen. Das positive aktive Elektrodenmaterial kann jedes Material sein, solange es Lithium-Ionen absorbieren und desorbieren kann. Beispiele des positiven aktiven Elektrodenmaterials umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf LiCoO₂, Li(Ni_5/10Co_2/10Mn_3/10)O₂, Li(Ni_6/10Co_2/10Mn_2/10)O₂. Li(Ni_8/10Co_1/10Mn_1/10)O₂, Li(Ni_0,8Co_0,15Al_0,05)O₂, Li(Ni_1/6Co_4/6Mn_1/6)O₂, Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂, LiCoO₄, LiMn₂O₄, LiNiO₂, LiFePO₄, Lithiumsulfid und Schwefel.
Die Elektroden-Materialmischung 20 zum Bilden eines Teils einer negativen Elektrode muss wenigstens ein negatives aktives Elektrodenmaterial umfassen und kann als zusätzliche Komponenten einen Feststoff-Elektrolyten, ein leitfähiges Mittel, ein Bindemittel, etc. umfassen. Das negative aktive Elektrodenmaterial kann jedes Material sein, solange es Lithium-Ionen absorbieren und desorbieren kann. Beispiele des negativen aktiven Elektrodenmaterials umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf metallisches Lithium, Lithiumlegierungen, Metalloxide, Metallsulfide, Metallnitride, Si, SiO und Kohlenstoff-Materialien, wie beispielsweise künstliches Graphit, natürliches Graphit, Hartkohlenstoff und Weichkohlenstoff.
[Stromsammler]
Der Stromsammler 10 ist aus dem porösen Metallmaterial hergestellt. Das poröse Metallmaterial weist Poren auf, welche miteinander durchgehend sind. Die Innenräume der Poren können mit der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllt sein, welche das aktive Elektrodenmaterial umfasst. Das poröse Metallmaterial kann ein beliebiges Material sein, welches miteinander durchgehende Poren aufweist. Beispiele des porösen Metallmaterials umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, einen Metallschaum mit Poren, welche durch ein Schäumen hergestellt sind, ein Metallnetz, ein ausgedehntes Metall, ein perforiertes Metall und ein nicht-gewebtes Metallgefüge. Jedes Metall kann als das poröse Metallmaterial verwendet werden, solange es eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Beispiele des Metalls umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Nickel, Aluminium, rostfreien Stahl, Titan, Kupfer und Silber. Aus diesen werden ein Aluminiumschaum, ein Nickelschaum und ein Schaum aus rostfreiem Stahl als das Material für den Stromsammler 10 bevorzugt, welcher einen Teil einer positiven Elektrode bildet, während Kupferschaum und ein Schaum aus rostfreiem Stahl als das Material für den Stromsammler 10 bevorzugt werden, welcher einen Teil einer negativen Elektrode bildet.
Der Stromsammler 10, welcher aus dem porösen Metallmaterial hergestellt ist, weist darin die Poren auf und ist in seiner Oberfläche größer als ein konventioneller Stromsammler 10, welcher aus einer Metallfolie hergestellt ist. Wenn das oben beschriebene poröse Metallmaterial als der Stromsammler 10 verwendet wird, können die Poren mit der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllt sein, welche das aktive Elektrodenmaterial umfasst. Aufgrund dieser Konfiguration kann eine Menge des aktiven Materials pro Einheitsfläche einer Elektrodenschicht erhöht werden. Folglich kann die Sekundärbatterie eine verbesserte volumetrische Energiedichte aufweisen. Ferner wird eine Fixierung der Elektroden-Materialmischung 20 erleichtert. Daher ist es, im Gegensatz zu der konventionellen Elektrode, welche eine Metallfolie als einen Stromsammler umfasst, unnötig, eine Beschichtungsmasse für eine Verwendung zum Bilden einer dicken Schicht anzudicken, welche Schichten aus Elektroden-Materialmischung zusammengestapelt umfasst. Folglich kann eine Menge eines Bindemittels, wie beispielsweise einer organischen Polymer-Zusammensetzung, welches konventionell für das Andicken benötigt worden ist, reduziert werden. Daher kann eine Kapazität pro Einheitsfläche der Sekundärbatterie-Elektrode 1 erhöht werden, wodurch es ermöglicht wird, eine Batterie mit großer Kapazität zu erhalten.
Als nächstes wird die Konfiguration des Stromsammlers 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform detailliert beschrieben werden. Wie in 1 und 2 illustriert ist, weist der Stromsammler 10 eine horizontal orientierte Plattenform auf und umfasst ein mit Materialmischung gefülltes Segment 11 und ein mit Materialmischung nicht gefülltes Segment 14.
(Mit Materialmischung gefülltes Segment)
Das mit Materialmischung gefüllte Segment 11 ist eine Region, welche einen Teil des Stromsammlers 10 bildet und mit der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllt ist. Das mit Materialmischung gefüllte Segment 11 erstreckt sich von einem Ende des Stromsammlers 10 (das an der linken Seite in 1 und 2 gezeigte Ende) zu einer Nähe der Mitte des Stromsammlers 10.
(Mit Materialmischung nicht gefülltes Segment)
Das mit Materialmischung nicht gefüllte Segment 14 ist eine Region, welche einen Teil des Stromsammlers 10 bildet und nicht mit der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllt ist. Das mit Materialmischung nicht gefüllte Segment 14 umfasst stromsammelnde Streifen 13 und einen Streifen-Konvergenzabschnitt 12, mittels welchem das mit Materialmischung gefüllte Segment 11 an die stromsammelnden Streifen 13 gekoppelt ist.
Der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 sitzt zwischen dem mit Materialmischung gefüllten Segment 11 und den stromsammelnden Streifen 13, wobei das andere Ende des Stromsammlers 10 gebildet ist (das an der rechten Seite in den 1 und 2 gezeigte Ende). Der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 ist gebildet, indem ein entsprechender Abschnitt des Stromsammlers 10 mit der Elektroden-Materialmischung 20 ungefüllt belassen wird.
Der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 weist abgeschrägte Abschnitte 122 auf, welche jeweils derart abgeschrägt sind, dass eine Dicke davon in einer Richtung von dem mit Materialmischung gefüllten Segment 11 zu den stromsammelnden Streifen 13 abnimmt, sowie einen rippenförmigen Abschnitt 124, wo eine Rippe 121 gebildet ist.
In dem rippenförmigen Abschnitt 124 des Streifen-Konvergenzabschnitts 12 erstreckt sich wenigstens eine vorstehende Rippe 121 von einer Seite benachbart zu dem mit Materialmischung gefüllten Segment 11 in Richtung der stromsammelnden Streifen 13. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 mit zwei Rippen 121 darin gebildet bereitgestellt. Insbesondere sitzen, wie in 2 illustriert, die Rippen 121 in dem Streifen-Konvergenzabschnitt 12 und jede bildet einen Teil einer zugeordneten von zwei Flächen des Stromsammlers 10, welche in einer Dickenrichtung gegenüberliegend sind. Wie in 1 illustriert, sind die Rippen 121 in einem Zwischenabschnitt des Stromsammlers 10 in einer Breitenrichtung gebildet.
Die stromsammelnden Streifen 13 sind mit einem Leitungsstreifen (nicht illustriert) durch Schweißen elektrisch zu verbinden. In der vorliegenden Ausführungsform sind zwei stromsammelnde Streifen 13 gebildet und bilden das andere Ende des Stromsammlers 10. Die beiden stromsammelnden Streifen 13 sind voneinander in der Breitenrichtung des Stromsammlers 10 beabstandet. Insbesondere erstreckt sich jeder stromsammelnde Streifen 13 von einem Abschnitt des Streifen-Konvergenzabschnitts 12, wo die Rippe 121 abwesend ist, in einer longitudinalen Richtung des Stromsammlers 10. Der stromsammelnde Streifen 13 ist dünner als das mit Materialmischung gefüllte Segment 11. Das poröse Metallmaterial, welches die stromsammelnden Streifen 13 bildet, ist dichter als das poröse Metallmaterial, welches das mit Materialmischung gefüllte Segment 11 bildet, sowie der Streifen-Konvergenzabschnitt 12.
Jeder stromsammelnde Streifen 13 ist mit einem Belastung-Verminderungsabschnitt 131 bereitgestellt, welcher durch Grate und Nuten in einer Breitenrichtung des stromsammelnden Streifens 13 gebildet ist. Wie in 2 illustriert, ist der Belastung-Verminderungsabschnitt 131 an zwei Flächen von jedem stromsammelnden Streifen 13 gebildet, wobei die Flächen in der Dickenrichtung des Stromsammlers 10 gegenüberliegend sind. Die Grate und Nuten des Belastung-Verminderungsabschnitts 131 weisen vorzugsweise eine rechteckige oder quadratische Wellenform, eine Sinuswellenform, eine dreieckige Wellenform oder eine Sägezahnform auf, in einem Querschnitt betrachtet. Wie in 2 illustriert ist, weisen die Grate und Nuten des Belastung-Verminderungsabschnitts 131 der vorliegenden Ausführungsform eine Sinuswellenform in einem Querschnitt betrachtet auf.
< Verfahren zum Herstellen der Sekundärbatterie-Elektrode 1 >
Als nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Sekundärbatterie-Elektrode 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden. Als erstes werden Poren eines Stromsammlers 10 mit einer Elektroden-Materialmischung 20 derart gefüllt, dass der Stromsammler 10 eine Region aufweist, welche mit der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllt ist, sowie eine Region, welche mit der Elektroden-Materialmischung 20 nicht gefüllt ist. Der Stromsammler 10 wird dann einem Rollen unterzogen, so dass die mit der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllte Region dazu gebracht wird, ein mit Materialmischung gefülltes Segment 11 zu bilden, welches mit der Elektroden-Materialmischung 20 bei einer erhöhten Fülldichte gefüllt ist. Das nicht der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllte Segment wird in einem mit Materialmischung nicht gefüllten Segment 14 gebildet, welches einen Streifen-Konvergenzabschnitt 12 mit abgeschrägten Abschnitten 122 und einem rippenförmigen Abschnitt 124 umfasst, und welches stromsammelnde Streifen 13 umfasst. Eine Rippe 121 kann in dem rippenförmigen Abschnitt 124 durch einen beliebigen Prozess gebildet werden. Vom Standpunkt der Effizienz ist es vorzuziehen, die Rippe 121 mittels eines Pressens des porösen Metallmaterials zu bilden. Insbesondere wird in dem Streifen-Konvergenzabschnitt 12 ein in die Rippe 121 zu bildender Abschnitt mit einem niedrigeren Druck gepresst als ein Druck, welcher auf die anderen Abschnitte ausgeübt wird, wodurch abgeschrägte Abschnitte 122 gebildet werden, welche durch die Flächen gegenüberliegend in der Dickenrichtung des Stromsammlers 10 und die Rippen 121 definiert sind, welche weiter in der Dickenrichtung des Stromsammlers 10 relativ zu den abgeschrägten Abschnitten 122 vorstehen. Die stromsammelnden Streifen 13, welche ein Ende des Stromsammlers 10 bilden, sind weiter als der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 von der Region entfernt, welche mit der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllt ist. Daher sind die stromsammelnden Streifen 13 einfach zu verteilen. Folglich weist das poröse Metallmaterial, welches die stromsammelnden Streifen 13 bildet, eine höhere Dichte als das poröse Metallmaterial auf, welches den Streifen-Konvergenzabschnitt 12 bildet, und die stromsammelnden Streifen 13 werden dünn gemacht.
Die Sekundärbatterie-Elektrode 1 der vorliegenden Ausführungsform führt zu den folgenden Wirkungen. Die Sekundärbatterie-Elektrode 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst: den Stromsammler 10, welcher aus einem porösen Metallmaterial hergestellt ist; und die Elektroden-Materialmischung 20, mit welcher der Stromsammler 10 gefüllt ist. Der Stromsammler 10 umfasst das mit Materialmischung gefüllte Segment 11, welches mit der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllt ist, sowie das mit Materialmischung nicht gefüllte Segment 14, welches nicht mit der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllt ist. Das mit Materialmischung nicht gefüllte Segment 14 umfasst die stromsammelnden Streifen 13, welche dünner als das mit Materialmischung gefüllte Segment 11 sind und in welchem das poröse Metallmaterial bei einer höheren Dichte vorliegt als in dem mit Materialmischung gefüllten Segment 11, sowie den Streifen-Konvergenzabschnitt 12, mittels welchem das mit Materialmischung gefüllte Segment 11 mit den stromsammelnden Streifen 13 gekoppelt ist. Der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 ist mit wenigstens einer Rippe 121 bereitgestellt, welche sich von einer Seite benachbart zu dem mit Materialmischung gefüllten Segment 11 in Richtung der stromsammelnden Streifen 13 erstreckt. Daher erstreckt sich in dem Streifen-Konvergenzabschnitt 12 die Rippe 121 in der Richtung, in welcher sich die stromsammelnden Streifen 13 erstrecken, wodurch es möglich gemacht wird, eine Stärke des Streifen-Konvergenzabschnitts 12 zu erhöhen. Folglich kann selbst ohne ein Abrunden eines Übergangs zwischen dem mit Materialmischung gefüllten Segment 11 und dem Streifen-Konvergenzabschnitt 12 und eines Übergangs zwischen dem Streifen-Konvergenzabschnitt 12 und den stromsammelnden Streifen 13 eine Stärke erhöht werden, um eine Belastung zu bewältigen, welche auf die Übergänge eingewirkt wird. Beispielsweise kann in einem Fall, in welchem zwei oder mehr Sekundärbatterie-Elektroden 1 zusammengestapelt sind und ihre stromsammelnden Streifen 13 zusammengefügt sind, um an einen Leitungsstreifen geschweißt zu werden, die erhöhte Stärke Risse und ein Brechen hemmen, welche in den Elektroden 1 aufgrund der auf die Übergänge eingewirkten Belastung leicht auftreten. Daher kann die Sekundärbatterie-Elektrode 1 erreicht werden, welche sowohl eine zufriedenstellende Lebensdauer als auch eine hohe Energiedichte aufweist. Ferner kann während eines Herstellungsprozesses, welcher ein Pressen der Sekundärbatterie 1 umfasst, die erhöhte Stärke Risse und ein Brechen hemmen, welche in der Sekundärbatterie-Elektrode 1 aufgrund der Belastung leicht auftreten, welche eingewirkt wird, wenn der Endabschnitt des Stromsammlers 10 einem Rollen zum Bilden der stromsammelnden Streifen 13 unterzogen wird.
Die Rippe 121 der Sekundärbatterie-Elektrode 1 der vorliegenden Ausführungsform ist mittels eines Pressens des porösen Metallmaterials gebildet. Daher kann die Rippe 121 in dem Herstellungsprozess der Sekundärbatterie-Elektrode 1 einfach durch teilweises Anpassen einer Stärke eines Pressens auf das mit Materialmischung nicht gefüllte Segment 14 effizient gebildet werden.
Der stromsammelnde Streifen 13 der vorliegenden Ausführungsform weist den Belastung-Verminderungsabschnitt 131 auf, welcher durch Grate und Nuten gebildet ist, welche an dem stromsammelnden Streifen 13 gebildet sind und sich in der Breitenrichtung des stromsammelnden Streifens 13 erstrecken. Die Grate und Nuten weisen eine rechteckige oder quadratische Wellenform, eine Sinuswellenform, eine dreieckige Wellenform oder eine Sägezahnform auf, in einem Querschnitt betrachtet. Aufgrund dieser Konfiguration erlaubt, selbst wenn eine Belastung auf den stromsammelnden Streifen 13 in der Dickenrichtung des stromsammelnden Streifens 13 eingewirkt wird, der Belastung-Verminderungsabschnitt 131 es dem stromsammelnden Streifen 13, sich als Reaktion auf die Belastung zu deformieren. Während die Rippe 121 die Stärke des Streifen-Konvergenzabschnitts 12 erhöht, kann eine auf den Streifen-Konvergenzabschnitt 12 eingewirkte Belastung durch den stromsammelnden Streifen 13 abgegeben werden. Folglich kann die Lebensdauer der Sekundärbatterie-Elektrode 1 weiter verbessert werden.
« Zweite Ausführungsform »
Eine Sekundärbatterie-Elektrode 1A gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben werden. 3 ist eine planare Ansicht, welche die Sekundärbatterie-Elektrode 1A illustriert. 4 ist eine Querschnittsansicht der Sekundärbatterie-Elektrode 1A, genommen entlang der Linie B-B in 3. Es sei festgehalten, dass eine in der Sekundärbatterie-Elektrode 1A umfasste Elektroden-Materialmischung 20 in 4 nicht illustriert ist. Im Folgenden werden gleiche Komponenten wie diejenigen der oben beschriebenen Ausführungsform durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und auf eine Beschreibung davon wird verzichtet werden.
Wie in 3 illustriert, umfasst die Sekundärbatterie-Elektrode 1A der vorliegenden Ausführungsform einen Stromsammler 10, welcher aus einem porösen Metallmaterial hergestellt ist, eine Elektroden-Materialmischung 20, mit welcher der Stromsammler 10 gefüllt ist, ein verstärkendes Material 30 und Dämpfungselemente 40. Ein Hauptunterschied zwischen der Sekundärbatterie-Elektrode 1 der ersten Ausführungsform und der Sekundärbatterie-Elektrode 1A liegt darin, dass die Sekundärbatterie-Elektrode 1A das verstärkende Material 30 und die Dämpfungselemente 40 umfasst.
Das verstärkende Material 30 verstärkt einen Streifen-Konvergenzabschnitt 12. Das verstärkende Materialelement 30 kann beispielsweise aus einem Harz hergestellt sein. Beispiele des Harzes, welches als das verstärkende Element 30 einsetzbar sind, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf: wärmeverfestigende Harze, wie beispielsweise ein Polyimidharz, ein Epoxidharz, ein Siliziumharz und ein Polyurethanharz; thermoplastische Harze, wie beispielsweise ein Polyolefinharz, ein Polystyrenharz, ein Fluorharz, ein Polyvinylchloridharz, ein Polymethacrylsäureharz und ein Polyurethanharz; und lichtaushärtbare Harze, wie beispielsweise ein Siliziumharz, ein Polymethacrylsäureharz und ein Polyesterharz. Aus diesen Beispielen sind Polyethylenharz und Polypropylenharz bevorzugt, da sie eine benötigte elektrische Isolierung gegen einen Kontakt mit einer Gegenelektrode erfüllen, gegen die Elektroden-Materialmischung inert sind, widerstandsfähig gegen Chemikalien sind, welche in dem Herstellungsprozess der Elektrode verwendet werden, eine gute Verarbeitbarkeit aufweisen und eine exzellente Wärmeresistenz und exzellente Flexibilität aufweisen.
Wie in 3 illustriert, ist der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 des Stromsammlers 10 mit dem verstärkenden Material 30 gefüllt. Insbesondere ist das verstärkende Material 30 elektrisch isolierend. Die Fläche des Streifen-Konvergenzabschnitts 12, welcher eine Rippe 121 umfasst und einen Teil des Stromsammlers 10 bildet, ist mit dem verstärkenden Material 30 bedeckt, mit welchem der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 gefüllt ist. Daher kann, da die Fläche des porösen Metallmaterials mit dem elektrisch isolierenden verstärkenden Material 30 bedeckt ist ohne freigelegt zu sein, ein Kurzschluss der Sekundärbatterie-Elektrode 1A verhindert werden.
Ein thermisch leitfähiges Harz kann als das verstärkende Material 30 verwendet werden. In dem Fall eines Verwendens des verstärkenden Materials 30 mit einer thermischen Leitfähigkeit kann in einem mit Materialmischung gefüllten Segment 11 erzeugte Wärme durch den Streifen-Konvergenzabschnitt 12 und die stromsammelnden Streifen 13 verteilt werden. Daher ist es, selbst wenn zwei oder mehr Sekundärbatterie-Elektroden 1A aufeinandergestapelt sind, um in eine dicke Schicht gebildet zu werden, unwahrscheinlich, dass eine Temperaturverteilung ungleichförmig wird, wodurch ermöglicht wird, eine Verschlechterung der Sekundärbatterie-Elektrode 1A zu verhindern.
In dem Streifen-Konvergenzabschnitt 12 können die Rippe 121 und die abgeschrägten Abschnitte 122 mit dem verstärkenden Material 30 desselben Typs oder verstärkenden Materialien 30 von unterschiedlichen Typen gefüllt sein.
Die Dämpfungselemente 40 sind an den abgeschrägten Abschnitten 122 des Streifen-Konvergenzabschnitts 12 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform sind vier Dämpfungselemente 40 angeordnet. Insbesondere sind zwei Dämpfungselemente 40 an jeder der beiden gegenüberliegenden Flächen des Stromsammlers 10 angeordnet, welche in der Dickenrichtung zueinander weisen, während die Rippe 121 zwischen den beiden Dämpfungselementen 40 eingefügt ist. Das Bereitstellen der Dämpfungselemente 40 an den abgeschrägten Abschnitten 122 macht die Dicke des Stromsammlers 10 über das mit Materialmischung gefüllte Segment 11 und den Streifen-Konvergenzabschnitt 12 im Wesentlichen gleichförmig.
Es ist bevorzugt, ein elektrisch isolierendes und/oder thermisch leitfähiges Material als das Dämpfungselement 40 zu verwenden. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein elektrisch isolierendes Harz als die Dämpfungselemente 40 verwendet.
Hierbei werden, wenn eine Batterie durch Stapeln und Zusammensetzen von zwei oder mehr Sekundärbatterie-Elektroden 1A hergestellt wird, Abstände zwischen den benachbarten Sekundärbatterie-Elektroden 1A und zwischen dem abgeschrägten Abschnitt 122 und einer Elektrolytschicht oder ähnlichem gebildet, und solch ein Abstand zwischen den Streifen-Konvergenzabschnitten 12 wird wahrscheinlich eine Belastung erfahren. Insbesondere in dem Fall einer vollständigen Feststoffbatterie neigen die Abstände, da eine Rückhaltelast wichtig ist, dazu, eine weitere stärkere Belastung zu erhalten.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Dämpfungselemente 40, welche an den abgeschrägten Abschnitten 122 angeordnet sind, die Abstände zwischen den benachbarten Sekundärbatterie-Elektroden 1A und die Abstände zwischen den abgeschrägten Abschnitten 122 des Streifen-Konvergenzabschnitts 12 und der Elektrolytschicht oder ähnliches füllen. Diese Konfiguration ermöglicht es, eine Belastung zu reduzieren, welche in der Stapelrichtung auf die Streifen-Konvergenzabschnitte 12 der Sekundärbatterie-Elektroden 1A wirkt, welche die Batterie bilden. Folglich kann eine Batterie, welche die Sekundärbatterie-Elektroden 1A umfasst, eine verbesserte Lebensdauer aufweisen.
< Verfahren zum Herstellen der Sekundärbatterie-Elektrode 1A >
Als nächstes wird ein Beispiel eines Herstellens der Sekundärbatterie-Elektrode 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden. Als erstes wird gemäß dem oben beschriebenen Verfahren eines Herstellens der Sekundärbatterie-Elektrode 1 ein Stromsammler 10 hergestellt, welcher ein mit Materialmischung gefülltes Segment 11 und ein mit Materialmischung nicht gefülltes Segment 14 mit einem Streifen-Konvergenzabschnitt 12 und stromsammelnden Streifen 13 umfasst. Der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 wird dann mit einem verstärkenden Material 30 gefüllt. Ferner werden Dämpfungselemente 40 an abgeschrägten Abschnitten 122 des Streifen-Konvergenzabschnitts 12 angeordnet.
Die Sekundärbatterie-Elektrode 1A der vorliegenden Ausführungsform führt zu den folgenden Wirkungen. In der Sekundärbatterie-Elektrode 1A der vorliegenden Ausführungsform ist der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 mit dem verstärkenden Material 30 gefüllt, welches aus einem Harz hergestellt ist. Aufgrund dieses Merkmals können in dem Streifen-Konvergenzabschnitt 12 die Poren des Stromsammlers 10 mit dem verstärkenden Material 30 anstelle der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllt werden, wodurch der Streifen-Konvergenzabschnitt 12, welcher einen Teil des Stromsammlers 10 bildet und dessen Stärke von den Rippen 121 erhöht wird, weiter verstärkt werden kann.
Im Vorstehenden sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben worden. Es sollte festgehalten werden, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht dazu vorgesehen sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
In den obigen Ausführungsformen weist der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 zwei Rippen 121 auf. Jedoch ist die Anzahl der Rippen 121, welche in dem Steifen-Konvergenzabschnitt 12 gebildet sind, nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt. Beispielsweise kann der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 lediglich eine Rippe 121 oder drei oder mehr Rippen 121 aufweisen.
In den obigen Ausführungsformen umfasst die Sekundärbatterie-Elektrode 1, 1A zwei stromsammelnde Streifen 13. Jedoch ist die Anzahl der stromsammelnden Streifen 13 nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt. Beispielsweise kann die Sekundärbatterie-Elektrode 1, 1A lediglich einen stromsammelnden Streifen 13 oder drei oder mehr stromsammelnde Streifen 13 umfassen.
In der zweiten Ausführungsform sind die Dämpfungselemente 40 lediglich an den abgeschrägten Abschnitten 122 des Streifen-Konvergenzabschnitts 12 angeordnet. Jedoch können die Dämpfungselemente 40 nicht nur lediglich an den abgeschrägten Abschnitten 122 sondern auch an dem rippenförmigen Abschnitt 124 angeordnet sein. Anders ausgedrückt können die Dämpfungselemente 40 an den beiden Flächen der abgeschrägten Abschnitte 122 und denjenigen des rippenförmigen Abschnitts 124 angeordnet sein, wobei die Flächen in der Dickenrichtung des Stromsammlers 10 gegenüberliegend sind.
Bezugszeichenliste

1,1 A: Sekundärbatterie-Elektrode
10: Stromsammler
11: mit Materialmischung gefülltes Segment
12: Streifen-Konvergenzabschnitt
13: stromsammelnder Streifen
14: mit Materialmischung nicht gefülltes Segment
20: Elektroden-Materialmischung
121: Rippe

Die vorliegende Offenbarung ist dazu vorgesehen, eine Sekundärbatterie-Elektrode bereitzustellen, welche ein poröses Metallmaterial umfasst, welches als ein Stromsammler eingerichtet ist und eine verbesserte Lebensdauer und eine erhöhte Energiedichte aufweist. Eine Sekundärbatterie-Elektrode 1 umfasst: einen Stromsammler 10, welcher aus einem porösen Metallmaterial hergestellt ist; und eine Elektroden-Materialmischung 20, mit welcher der Stromsammler 10 gefüllt ist. Der Stromsammler 10 umfasst ein mit Materialmischung gefülltes Segment 11, welches mit der Elektroden-Materialmischung 20 gefüllt ist, und ein mit Materialmischung nicht gefülltes Segment 14, welches mit der Elektroden-Materialmischung 20 nicht gefüllt ist. Das mit Materialmischung nicht gefüllte Segment 14 umfasst einen stromsammelnden Streifen 13, welcher dünner als das mit Materialmischung gefüllte Segment 11 ist und in welchem das poröse Metallmaterial bei einer höheren Dichte vorliegt als in dem mit Materialmischung gefüllten Segment 11, und einen Streifen-Konvergenzabschnitt 12, mittels welchem das mit Materialmischung gefüllte Segment 11 an den stromsammelnden Streifen 13 gekoppelt ist. Der Streifen-Konvergenzabschnitt 12 ist mit wenigstens einer Rippe 121 bereitgestellt, welche sich von einer Seite benachbart zu dem mit Materialmischung gefüllten Segment 11 in Richtung des stromsammelnden Streifens 13 erstreckt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2002279979 [0003]

Claims

Sekundärbatterie-Elektrode (1), umfassend: einen Stromsammler (10), welcher aus einem porösen Metallmaterial hergestellt ist; und eine Elektroden-Materialmischung (20), mit welcher der Stromsammler (10) gefüllt ist, wobei der Stromsammler (10) umfasst: ein mit Materialmischung gefülltes Segment (11), welches mit der Elektroden-Materialmischung (20) gefüllt ist, und ein mit Materialmischung nicht gefülltes Segment (14), welches mit der Elektroden-Materialmischung (20) nicht gefüllt ist, wobei das mit Materialmischung nicht gefüllte Segment (14) einen stromsammelnden Streifen (13) umfasst, welcher dünner als das mit Materialmischung gefüllte Segment (11) ist und in welchem das poröse Metallmaterial bei einer höheren Dichte vorliegt als in dem mit Materialmischung gefüllten Segment (11), und einen Streifen-Konvergenzabschnitt (12), mittels welchem das mit Materialmischung gefüllte Segment (11) an den stromsammelnden Streifen (13) gekoppelt ist, und wobei der Streifen-Konvergenzabschnitt (12) mit wenigstens einer Rippe (121) bereitgestellt ist, welche sich von einer Seite benachbart zu dem mit Materialmischung gefüllten Segment (11) in Richtung des stromsammelnden Streifens (13) erstreckt.
Sekundärbatterie-Elektrode (1) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Rippe (121) mittels eines Pressens des porösen Metallmaterials gebildet ist.
Sekundärbatterie-Elektrode (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der stromsammelnde Streifen (13) einen Belastung-Verminderungsabschnitt (131) aufweist, welcher durch Grate und Nuten gebildet ist, welche sich in einer Breitenrichtung des stromsammelnden Streifens (13) erstrecken, und wobei die Grate und Nuten eine rechteckige oder quadratische Wellenform, eine Sinuswellenform, eine dreieckige Wellenform oder eine Sägezahnform aufweisen, in einem Querschnitt betrachtet.
Sekundärbatterie-Elektrode (1A) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Streifen-Konvergenzabschnitt (12) mit einem verstärkenden Material (30) gefüllt ist, welches den Streifen-Konvergenzabschnitt (12) verstärkt.
Sekundärbatterie-Elektrode (1A) nach Anspruch 4, wobei der Streifen-Konvergenzabschnitt (12) mit dem verstärkenden Material (30) bedeckt ist, mit welchem der Streifen-Konvergenzabschnitt (12) gefüllt ist.
Sekundärbatterie-Elektrode (1A) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das verstärkende Material (30) elektrisch isolierend ist.
Sekundärbatterie-Elektrode (1A) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das verstärkende Material (30) thermisch leitfähig ist.
Sekundärbatterie-Elektrode (1A) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Streifen-Konvergenzabschnitt (12) einen rippenförmigen Abschnitt (124) aufweist, an welchem wenigstens eine Rippe (121) gebildet ist, sowie einen abgeschrägten Abschnitt (122), welcher derart abgeschrägt ist, dass eine Dicke davon in einer Richtung von dem mit Materialmischung gefüllten Segment (11) zu dem stromsammelnden Streifen (13) abnimmt, und wobei der Streifen-Konvergenzabschnitt (12) mit Dämpfungselementen (40) bereitgestellt ist, welche wenigstens an Flächen des abgeschrägten Abschnitts (122) angeordnet sind, wobei die Flächen in einer Dickenrichtung des abgeschrägten Abschnitts (122) gegenüberliegend sind.