Биполярный электрод, биполярная аккумуляторная батарея с его использованием и способ изготовления биполярного электрода

Биполярный электрод, биполярная аккумуляторная батарея с его использованием и способ изготовления биполярного электрода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к биполярному электроду, биполярной аккумуляторной батарее с его использованием и к способу изготовления биполярного электрода.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В последние годы, вследствие увеличения потребности в транспортных средствах с электроприводом, таких как гибридный электромобиль (HEV) и электромобиль (EV), возрастает объем производства аккумуляторных батарей, выступающих в качестве источника питания для приведения в движение этих транспортных средств с электроприводом. Что касается конструкции аккумуляторных батарей, то существует известная биполярная аккумуляторная батарея, которая сконструирована с размещением пластин токоотвода в положительном электроде и отрицательном электроде аккумуляторного элемента, имеющего последовательно наслоенные единичные аккумуляторы, как раскрыто, например, в JP1997-232003A.

[0003] В биполярной аккумуляторной батарее согласно JP1997-232003A токоотвод с размещенным только на одной его стороне слоем материала положительного электрода, токоотвод с по меньшей мере размещенным на одной его стороне слоем материала положительного электрода и размещенным на другой его стороне слоем материала отрицательного электрода и токоотвод с размещенным только на одной его стороне слоем материала отрицательного электрода наслоены через слои проводящего ионы лития электролита так, что слои материала положительного электрода целиком расположены напротив слоев материала отрицательного электрода. Кроме того, биполярная аккумуляторная батарея снабжена аккумуляторным элементом, имеющим средство для защиты по меньшей мере слоев материала положительного электрода, слоев материала отрицательного электрода и слоев электролита в многослойном теле от внешнего воздуха.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В биполярном электроде, как показано в JP1997-232003A, в котором слой активного материала положительного электрода наслаивается на одной стороне токоотвода, а слой активного материала отрицательного электрода наслаивается на другой его стороне, различные слои активного материала размещаются на передней и задней сторонах токоотвода. Следовательно, в процессе изготовления биполярного электрода возникают различные механические напряжения в обоих слоях активного материала, размещенных на передней и задней поверхностях токоотвода, когда оба слоя активного материала сжимаются одновременно, что приводит к угрозе того, что биполярный электрод может коробиться.

[0005] Поэтому настоящее изобретение было осуществлено с учетом вышеизложенных проблем и нацелено на предоставление биполярного электрода, биполярной аккумуляторной батареи с его использованием и способа изготовления биполярного электрода, которые являются предпочтительными для подавления коробления биполярного электрода.

[0006] Чтобы достичь вышеуказанной цели, настоящее изобретение предоставляет биполярный электрод, состоящий из первого слоя активного материала, сформированного включающим в себя первый активный материал на одной стороне токоотвода, и второго слоя активного материала, сформированного включающим в себя второй активный материал, прочность на сжатие которого меньше, чем у первого слоя активного материала, на другой стороне токоотвода. В таком случае во второй слой активного материала введен добавочный материал, прочность на сжатие которого больше, чем у второго слоя активного материала.

[0007] Подробности, а также другие признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются в нижеприведенном подробном описании и иллюстрируются на прилагаемых чертежах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Фиг. 1 является схематичным видом в поперечном сечении, схематично иллюстрирующим общую конструкцию биполярной аккумуляторной батареи, демонстрирующую один вариант реализации настоящего изобретения.

Фиг. 2A является пояснительной схемой, иллюстрирующей состояние до прессования биполярного электрода, в котором с активным материалом отрицательного электрода смешана регулирующая плотность добавка.

Фиг. 2B является пояснительной схемой, иллюстрирующей состояние после прессования биполярного электрода по фиг. 2A.

Фиг. 3 является пояснительной схемой, иллюстрирующей состояние после прессования биполярного электрода, в котором с активным материалом отрицательного электрода смешана регулирующая плотность добавка с большим диаметром частиц.

Фиг. 4 является пояснительной схемой, иллюстрирующей состояние после прессования биполярного электрода, в котором с активным материалом отрицательного электрода смешана регулирующая плотность добавка, имеющая анизотропную форму.

Фиг. 5 является пояснительной схемой, иллюстрирующей состояние после прессования биполярного электрода, в котором с активным материалом отрицательного электрода смешана регулирующая плотность добавка, применимая в качестве активного материала.

Фиг. 6A является пояснительной схемой, иллюстрирующей состояние до прессования биполярного электрода, в котором с активным материалом отрицательного электрода смешана регулирующая плотность добавка, имеющая такие же механические характеристики, как и у слоя активного материала положительного электрода, в отношении давления прессования и удлинения.

Фиг. 6B является пояснительной схемой, иллюстрирующей состояние после прессования биполярного электрода по фиг. 6A.

Фиг. 7 является характеристической диаграммой, иллюстрирующей то, насколько активные материалы положительного/отрицательного электрода и регулирующая плотность добавка являются удлиненными в направлении плоскости относительно давления прессования.

Фиг. 8A является видом в перспективе токоотвода согласно примеру, в котором в токоотводе размещены выступы, соответствующие регулирующей плотность добавке.

Фиг. 8B является пояснительной схемой, иллюстрирующей состояние после прессования биполярного электрода, в состав которого входит токоотвод по фиг. 8A.

Фиг. 9A является пояснительной схемой, иллюстрирующей состояние до прессования биполярного электрода согласно известному уровню техники.

Фиг. 9B является пояснительной схемой, иллюстрирующей состояние после прессования биполярного электрода по фиг. 9A.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

[0009] Биполярный электрод, биполярная аккумуляторная батарея с его использованием и способ изготовления биполярного электрода согласно настоящему изобретению поясняются ниже на основе одного варианта реализации. Следует отметить, что идентичные ссылочные номера означают соответствующие элементы на всех чертежах. Также следует отметить, что для удобства пояснения чертежи имеют чрезмерно увеличенное соотношение размеров, которое может отличаться от фактического соотношения. Каждый вариант реализации поясняется ниже на примере биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи.

[0010] Общая конструкция батареи

Фиг. 1 является схематичным видом в поперечном сечении, показывающим типичную общую конструкцию плоской (или многослойной) литий-ионной аккумуляторной батареи (которая в дальнейшем называется просто биполярной литий-ионной аккумуляторной батареей или биполярной аккумуляторной батареей), представляющей собой один вариант реализации литий-ионной аккумуляторной батареи с использованием биполярного электрода согласно настоящему изобретению.

[0011] Как показано на фиг. 1, биполярная литий-ионная аккумуляторная батарея 10 согласно настоящему варианту реализации сконструирована таким образом, что практически прямоугольный аккумуляторный элемент 17, в котором фактически протекает реакция заряда/разряда, герметизирован внутри материала 20 оболочки батареи. Как показано на фиг. 1, аккумуляторный элемент 17 в биполярной аккумуляторной батарее 10 по настоящему варианту реализации выполнен посредством удерживания слоя 15 электролита между биполярными электродами 14, каждый из которых состоит из двух или более слоев, так что слой 12 активного материала положительного электрода и слой 13 активного материала отрицательного электрода в смежных биполярных электродах 14 расположены друг напротив друга через слой 15 электролита. При этом биполярный электрод 14 имеет такую конструкцию, при которой слой 12 активного материала положительного электрода размещен на одной стороне токоотвода 11, а на другой его стороне размещен слой 13 активного материала отрицательного электрода. То есть биполярная аккумуляторная батарея 10 содержит аккумуляторный элемент 17, сконструированный посредством наслаивания, через слои 15 электролита, множества биполярных электродов 14, каждый из которых имеет слой 12 активного материала положительного электрода на одной стороне токоотвода 11 и слой 13 активного материала отрицательного электрода на другой его стороне.

[0012] Слой 12 активного материала положительного электрода, слой 15 электролита и слой 13 активного материала отрицательного электрода, которые являются смежными друг с другом, составляют один слой 16 единичного аккумулятора. Соответственно, также можно сказать, что биполярная аккумуляторная батарея 10 имеет конструкцию с наслаиванием слоев 16 единичного аккумулятора. На периферии слоя 16 единичного аккумулятора размещена герметизирующая деталь 21 для того, чтобы предотвращать жидкостный переход (солевой мостик), вызываемый утечкой электролитического раствора из слоя 15 электролита. Размещение уплотнительной детали 21 также делает возможными изоляцию между смежными токоотводами 11 и предотвращение короткого замыкания, являющегося результатом контакта между смежными электродами или контакта между слоем 12 активного материала положительного электрода и слоем 13 активного материала отрицательного электрода.

[0013] Следует отметить, что катодный электрод 14a и анодный электрод 14b, которые размещены в самых внешних слоях аккумуляторного элемента 17, возможно, не должны иметь конструкцию биполярного электрода. Например, слой 12 активного материала положительного электрода может быть сформирован только на одной стороне катодного токоотвода 11a самого внешнего слоя, размещаемого в самом внешнем слое аккумуляторного элемента 17. Аналогично, слой 13 активного материала отрицательного электрода может быть сформирован только на одной стороне анодного токоотвода 11b самого внешнего слоя, размещаемого в самом внешнем слое аккумуляторного элемента 17. Кроме того, в биполярной литий-ионной аккумуляторной батарее 10 токоотводная пластина 18 положительного электрода, которая также выступает в качестве вывода положительного электрода, и токоотводная пластина 19 отрицательного электрода, которая также выступает в качестве вывода отрицательного электрода, соединены с катодным токоотводом 11a самого внешнего слоя и анодным токоотводом 11b самого внешнего слоя, расположенными в верхнем и нижнем концах соответственно. Тем не менее, катодный токоотвод 11a самого внешнего слоя может быть удлинен, чтобы служить в качестве токоотводной пластины 18 положительного электрода, и получен из листа ламината, который является материалом 20 оболочки батареи. Аналогично, катодный токоотвод 11b самого внешнего слоя также может быть удлинен, чтобы служить в качестве токоотводной пластины 19 отрицательного электрода, и аналогично получен из листа ламината, который является материалом 20 оболочки батареи.

[0014] Биполярная литий-ионная аккумуляторная батарея 10 также должна быть сконструирована с возможностью декомпрессии и герметизации аккумуляторного элемента 17 в материале 20 оболочки батареи и вытягивания токоотводной пластины 18 положительного электрода и токоотводной пластины 19 отрицательного электрода за пределы материала 20 оболочки батареи. Это обусловлено тем, что такая конструкция позволяет предотвращать оказываемое снаружи воздействие и ухудшение окружающей среды при применении батареи. Также можно сказать, что базовая конструкция биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи 10 имеет последовательное соединение множества уложенных слоев 16 единичного аккумулятора. Биполярный электрод 14 согласно настоящему изобретению для использования в биполярной аккумуляторной батарее 10 состоит из по меньшей мере двух слоев, при этом токоотвод 11 включает в себя полимерный материал.

[0015] Далее поясняется биполярная литий-ионная аккумуляторная батарея 10 и каждый элемент биполярного электрода 14, используемого для нее.

[0016] В качестве токоотвода 11 могут быть использованы хорошо известные материалы без конкретного ограничения. Например, материалы, предпочтительно используемые для токоотвода 11, включают в себя алюминий и нержавеющую сталь (SUS). Полимерные материалы также могут быть включены в токоотвод 11. Например, может быть использован полиолефин (такой как полипропилен и полиэтилен), сложный полиэфир (такой как PET и PEN), полиимид, полиамид и поливинилиденфторид (PVDF). В этом случае предпочтительно диспергируются частицы из углерода (такие как сажа Ketjen, ацетиленовая сажа и углеродная сажа) и металла (такого как Al, Cu, SUS и Ti), чтобы придать электропроводность полимерному материалу.

[0017] Слой 12 активного материала положительного электрода включает в себя активный материал положительного электрода и выступает в качестве положительного электрода слоев 16 единичного аккумулятора. Слой 12 активного материала положительного электрода может включать в себя, в дополнение к активному материалу положительного электрода, проводящее вспомогательное вещество и связующее. В качестве активного материала положительного электрода может быть использован, например, сложный оксид переходного металла и лития, который также является применимым в литий-ионных батареях на основе растворов. Конкретно, предпочтительным является сложный оксид лития - переходного металла, и его примеры включают сложный оксид на основе Li-Mn, такой как манганат лития (LiMn₂O₄), и сложный оксид на основе Li-Ni, такой как никелат лития (LiNiO₂). В некоторых случаях два или более видов активных материалов положительного электрода могут быть использованы в комбинации.

[0018] Слой 13 активного материала отрицательного электрода включает в себя активный материал отрицательного электрода и выступает в качестве отрицательного электрода слоев 16 единичного аккумулятора. Слой 13 активного материала отрицательного электрода может включать в себя, в дополнение к активному материалу отрицательного электрода, проводящее вспомогательное вещество и связующее. В качестве активного материала отрицательного электрода может быть использован активный материал отрицательного электрода, который также является применимым в литий-ионных батареях на основе растворов.

[0019] В частности, предпочтительными являются углеродные материалы. Углеродные материалы включают в себя, например, углеродные материалы на основе графита, к примеру природный графит, искусственный графит и вспученный графит (в дальнейшем называемые просто графитом), технический углерод, активированный уголь, углеродное волокно, кокс, мягкую сажу и гиперплотный (твердый) углерод. Более предпочтительно, может быть использован графит, такой как природный графит, искусственный графит и вспученный графит. Примеры применимого природного графита включают чешуйчатый графит и кусковой графит. Применимый искусственный графит включает в себя кусковой графит, выращенный из паровой фазы графит, чешуйчатый графит и волокнистый графит. Из них особенно предпочтительными материалами являются чешуйчатый графит и кусковой графит. Использование чешуйчатого графита и кускового графита является особенно преимущественным вследствие реализации высокой плотности заполнения или т.п. В некоторых случаях могут быть использованы в комбинации два или более видов активных материалов отрицательного электрода.

[0020] В частности, за счет использования сложного оксида лития-переходного металла в качестве активного материала положительного электрода для слоя 12 активного материала положительного электрода и углерода или сложного оксида лития - переходного металла в качестве активного материала отрицательного электрода для слоя 13 активного материала отрицательного электрода может быть сконструирована батарея, которая обладает превосходными характеристиками емкости и выходной мощности.

[0021] Следует отметить, что активный материал отрицательного электрода не ограничивается углеродом или сложным оксидом лития - переходного металла, и могут быть использованы любые материалы, способные поглощать и высвобождать литий, без конкретного ограничения. Например, можно использовать материал, поставляемый в виде, включающем элемент, который может образовывать сплав с литием. Примеры элемента, который может образовывать сплав с литием, включают кремний, германий, олово, свинец, алюминий, индий и цинк. Используя в качестве активного материала отрицательного электрода активный материал, включающий в себя такие элементы, как простое вещество, оксид или углевод, можно увеличить емкость батареи. Следует отметить, что только один вид таких элементов может быть включен в состав активного материала отрицательного электрода, либо два или более их видов также могут быть включены в состав активного материала отрицательного электрода. Из этих элементов кремний или олово предпочтительно включается в состав активного материала отрицательного электрода, и включение кремния является самым предпочтительным.

[0022] Конкретные примеры активного материала отрицательного электрода, включающего в себя элемент, который может образовывать сплав с литием, включают, например, соединение металла, оксид металла, соединение лития - металла и оксид лития-металла (включая сложный оксид лития - переходного металла). В качестве активного материала отрицательного электрода в виде соединения металла предлагаются LiAl, Li₄Si, Li_4,4Pb и Li_4,4Sn и т.п. Также в качестве активного материала отрицательного электрода в виде оксида металла предлагаются SnO, SnO₂, GeO, GeO₂, In₂O, In₂O₃, PbO, PbO₂, Pb₂O₃, Pb₃O₄, SiO и ZnO или т.п. Следует отметить, что только один вид этих активных материалов отрицательного электрода может быть включен в слой 15 активного материала отрицательного электрода, либо два или более их видов также могут быть включены в слой 15 активного материала отрицательного электрода. Из этих материалов Li₄Si, Li_4,4Sn, SnO, SnO₂ и SiO предпочтительно используются в качестве активного материала отрицательного электрода, а использование SiO является особенно предпочтительным.

[0023] Слой 15 электролита является слоем, включающим в себя ионно-проводящий полимер или жидкий электролит. Электролит, используемый в настоящем варианте реализации, является полимерным гелеобразным электролитом, который получен пропиткой сепаратора 22, служащего в качестве материала основы, предгелевым раствором, после чего выполняется химическое сшивание или физическое сшивание для использования в качестве полимерного гелеобразного электролита. Следует отметить, что в настоящем варианте реализации сепаратор 22 имеет точку плавления примерно 120°C, а растворитель электролита имеет точку кипения примерно 140°C.

[0024] Уплотнительная деталь

Уплотнительная деталь 21 предусмотрена для того, чтобы герметизировать аккумуляторный элемент 17. Уплотнительная деталь 21 размещается на внешней периферии слоев 16 единичного аккумулятора, и за счет герметизации аккумуляторного элемента 17 предотвращается уменьшение ионной проводимости электролита. Кроме того, когда используется жидкий или полутвердый гелеобразный электролит, предотвращается жидкостный переход, вызываемый утечкой жидкости.

[0025] В качестве предшественника уплотнительной детали может быть предпочтительно использована термоплавкая смола, такая как смола на основе каучука, которая приводится в плотный контакт с токоотводом 11 посредством прессования и деформации, или смола на основе олефина, которая приводится в плотный контакт с токоотводом 11 термоплавлением посредством нагрева и прессования.

[0026] Отсутствуют конкретные ограничения на смолу на основе каучука. Предпочтительно используемая смола на основе каучука выбирается из группы, состоящей из силиконового каучука, фторкаучука, олефинового каучука и нитриловой смолы. Эти смолы на основе каучука обеспечивают превосходную герметизацию, щелочестойкость, химическую стойкость, долговечность, атмосферостойкость и теплостойкость, и эти превосходные рабочие характеристики и качества могут поддерживаться в течение длительного срока без ухудшения даже в среде эксплуатации.

[0027] В качестве термоплавкой смолы могут быть использованы любые смолы, способные демонстрировать превосходные эффекты герметизации в любых средах эксплуатации аккумуляторного элемента 17, без конкретного ограничения. Предпочтительно используется смола, выбранная из группы, состоящей из силиконовой, эпоксидной, уретановой, полибутадиеновой, олефиновой смолы (к примеру, полипропилена и полиэтилена) и парафинового воска. Эти термоплавкие смолы обеспечивают превосходную герметизацию, щелочестойкость, химическую стойкость, долговечность, атмосферостойкость и теплостойкость, и эти превосходные рабочие характеристики и качества могут поддерживаться в течение длительного срока без ухудшения даже в среде эксплуатации.

[0028] Токоотвод (вывод)

Токоотводные пластины 18 и 19 положительного и отрицательного электродов предусмотрены для того, чтобы отводить электроэнергию, сгенерированную в аккумуляторном элементе 17, за пределы биполярной аккумуляторной батареи 10. Кроме того, материалы, используемые для токоотводных пластин 18 и 19 положительного и отрицательного электродов, конкретно не ограничены, и для этого могут быть использованы хорошо известные материалы. Например, предпочтительно используются алюминий, нержавеющая сталь (SUS) и полимерные материалы.

[0029] Материал оболочки

Материал 20 оболочки предусмотрен для того, чтобы экранировать внутреннюю часть биполярной аккумуляторной батареи 10 и защищать внутреннюю часть батареи. Материал 20 оболочки, который не повреждается из-за разности давлений между внутренней частью батареи и внешней частью батареи, образован гибким листовым материалом, который может быть легко деформирован. Листовой материал предпочтительно снабжен электрической изоляцией, не допускающей прохождения раствора электролита и газа и химически стабильной относительно таких материалов, как раствор электролита.

[0030] В качестве листового материала предпочтительно используются многослойная пленка (ламинат), полиэтилен, полипропилен и поликарбонат. Многослойная пленка приготавливается посредством покрытия металла, такого как алюминий, нержавеющая сталь, никель и медь, или металлической фольги из сплава, содержащего вышеуказанный металл, пленкой изоляционной синтетической смолы, такой как пленка полипропилена.

[0031] Аккумуляторный элемент 17 в биполярной аккумуляторной батарее 10 изготавливают следующим образом. Сначала биполярный электрод 14, в котором на одной стороне токоотвода 11 сформирован слой 12 активного материала положительного электрода, а на другой его стороне - слой 13 активного материала отрицательного электрода, и слой 15 электролита, включающий в себя сепаратор 22, попеременно наслаивают с размещением уплотнительной детали 21, которая является неотвержденной, на внешней периферии с образованием стопки. Затем на обеих торцевых поверхностях стопки в направлении наслоения размещают катодный электрод 14a и анодный электрод 14b, каждый из которых приготовлен формированием только слоя 12 активного материала положительного электрода или слоя 13 активного материала отрицательного электрода на одной стороне или другой стороне токоотвода 11. После этого стопку термопрессуют посредством термопрессовочной машины, чтобы сжать уплотнительную деталь 21 до заданной толщины и отвердить уплотнительную деталь 21, за счет чего завершается изготовление биполярного аккумуляторного элемента 17.

[0032] Между прочим, при изготовлении биполярного электрода 14 наносят пасту, включающую в себя активный материал положительного электрода или другие материалы, и высушивают ее на одной стороне токоотвода 11, в то время как пасту, включающую в себя активный материал отрицательного электрода или другие материалы, наносят и высушивают на другой стороне токоотвода 11 согласно обычному способу. Затем, чтобы улучшить гладкость на поверхности и равномерность по толщине, а также реализовывать требуемую толщину пленки, электродную структуру сжимают с обеих сторон для регулирования плотности электродов.

[0033] Тем не менее, когда электрод сжимают для регулирования плотности, возникает такое явление, что различие в свойстве заполнения между слоем 12 активного материала положительного электрода и слоем 13 активного материала отрицательного электрода вызывает большее удлинение в направлении плоскости на слое активного материала со свойством низкого заполнения, и одна сторона слишком сильно сдавливается, что приводит к приданию слоям активного материала различных толщин на передней и задней поверхностях токоотвода 11. Затем различные механические напряжения, создаваемые слоями активного материала на передней и задней поверхностях токоотвода 11, заставляют токоотвод 11 или биполярный электрод 14 коробиться.

[0034] Такое явление является более заметным в биполярной литий-ионной аккумуляторной батарее 10 для электромобиля, поскольку потребность в более высокой емкости и более высокой плотности энергии требует нанесения более толстого слоя активного материала, и возникающее при прессовании механическое напряжение становится большим. То есть необходимо реализовывать высокое заполнение слоя 12 активного материала положительного электрода, и давление прессования для достижения высокого заполнения слоя 12 активного материала положительного электрода приводит к слишком сильному смятию слоя 13 активного материала отрицательного электрода. Таким образом, большое коробление биполярного электрода 14 представляет угрозу снижения сохранности емкости аккумуляторного элемента 17 и уменьшения устойчивости к вибрациям. Также существует риск того, что обращение с биполярной аккумуляторной батареей 10 в процессе наслаивания может меняться в худшую сторону, или надежность уплотнительной детали 21 может быть ухудшена.

[0035] Следовательно, чтобы разрешать такие недостатки, слой активного материала, который выбран из слоев активного материала положительного и отрицательного электродов и включает в себя активный материал с меньшей прочностью на сжатие, сконструирован включающим в себя материал с большей прочностью на сжатие, чем у активного материала в биполярном электроде 14.

[0036] Фиг. 2 иллюстрирует процесс изготовления биполярного электрода 14 в настоящем варианте реализации, при этом фиг. 2A иллюстрирует состояние до прессования слоев 12 и 13 активного материала положительного электрода и отрицательного электрода, а фиг. 2B иллюстрирует состояние после прессования.

[0037] Биполярный электрод 14, показанный на фиг. 2A, находится в таком состоянии, что паста, включающая в себя активный материал положительного электрода или другие материалы, нанесена и высушена на одной стороне токоотвода 11, а паста, включающая в себя активный материал отрицательного электрода или другие материалы, нанесена и высушена на другой стороне токоотвода 11. Паста, включающая в себя активный материал отрицательного электрода или другие материалы, приготавливается посредством включения, в дополнение к активному материалу отрицательного электрода и связующему, регулирующей плотность добавки 25, состоящей из твердых частиц, которые трудно сдавливаются, и эта паста диспергируется в N-метилпирролидоне (NMP), который является регулирующим вязкость суспензии растворителем, чтобы получить суспензию отрицательного электрода. Затем на поверхности противоположной стороны токоотвода 11, на которой сформирован слой 12 активного материала положительного электрода, наносится и высушивается паста, включающая в себя активный материал отрицательного электрода или другие материалы.

[0038] Затем проводится регулирование плотности биполярного электрода 14, показанного на фиг. 2A, в котором слои 12 и 13 активного материала положительного/отрицательного электрода высушены, посредством прессования слоев 12 и 13 активного материала положительного/отрицательного электрода с обеих сторон (см. фиг. 2B). При регулировании плотности прессованием желательно сдавливать слои в максимально возможной степени, чтобы увеличивать плотность энергии. Тем не менее, если слои 12 и 13 активного материала положительного/отрицательного электрода или, в частности, слой 13 активного материала отрицательного электрода, слишком сильно сдавливаются, просветы между активными материалами полностью заполняются и перенапряжение становится большим, вызывая электрическое отталкивание лития и уменьшая срок службы. Например, если графит сдавливается до степени более 1,6 г/см³, то срок службы уменьшается. То есть степень сдавливания при прессовании для регулирования плотности и уменьшение срока службы батареи находятся в компромиссном соотношении. Следовательно, желательно задавать "оптимально рассчитанную линию", чтобы предлагать оптимальную степень сдавливания для каждого активного материала в неком диапазоне без сокращения срока службы.

[0039] Операция прессования может быть осуществлена либо способом холодного прессования роликом, либо способом горячего прессования роликом. В случае способа горячего прессования роликом, если в состав слоев активного материала включены поддерживающая электролит соль или полимеризующийся полимер, операцию прессования желательно осуществлять при температуре, равной или меньшей, чем температура растворения этих материалов. Роликовая прессовочная машина конкретно не ограничена, и известные к настоящему времени роликовые прессовочные машины, к примеру, каландр, могут быть использованы надлежащим образом. Тем не менее, другие известные к настоящему времени устройства и технологии прессования, такие как пресс с плоской плитой, также могут быть использованы надлежащим образом. Условия, такие как давление и время прессования, варьируются в зависимости от материалов и желаемой толщины пленки. В настоящем варианте реализации, когда оптимальное давление прессования слоя 12 активного материала положительного электрода представляет собой, например, линейное давление 60-350 т/м, это линейное давление используется для того, чтобы выполнять вышеуказанное регулирование плотности прессованием.

[0040] Слой 13 активного материала отрицательного электрода выполнен трудно сдавливаемым, даже когда его прессуют для регулирования плотности, поскольку в пасту включены трудно сдавливаемые твердые частицы в качестве регулирующей плотность добавки 25. Твердые частицы, которые трудно сдавливаются и которые служат в качестве регулирующей плотность добавки 25, дают возможность регулирования толщины слоя 13 активного материала отрицательного электрода относительно давления прессования посредством регулирования добавленного количества, диаметра частиц и сжимаемости частиц при заполнении. Следовательно, даже если слои прессуют с высоким давлением прессования, чтобы достигать высокого заполнения слоя активного материала положительного электрода, слою 13 активного материала отрицательного электрода обеспечена возможность поддерживать оптимально рассчитанную толщину с тем, чтобы он демонстрировал наиболее удовлетворительные характеристики.

[0041] Следовательно, можно подавить наблюдаемое после прессования коробление биполярного электрода 14, позволяя подавлять уменьшение сохранности емкости в аккумуляторном элементе 17, а также подавлять уменьшение устойчивости к вибрациям. Также можно улучшить обращение с биполярной аккумуляторной батареей 10 в процессе наслаивания и повысить надежность уплотнительной детали 21.

[0042] В качестве регулирующей плотность добавки 25, состоящей из твердых частиц, которые трудно сдавливаются, например, предлагаются частицы оксида алюминия. Также можно использовать частицы из диоксида титана (TiO₂) и оксида магния (MgO) либо других материалов. Тогда, например, в предположении, что оптимально рассчитанное значение, заданное для толщины слоя 130 активного материала отрицательного электрода, составляет 100 мкм, может быть использована суспензия отрицательного электрода, полученная диспергированием 5-8 вес.% частиц с объемным распределением частиц по размерам D90:30 мкм и D50:20 мкм в NMP, который является регулирующим вязкость суспензии растворителем.

[0043] Твердые частицы, которые трудно сдавливаются и которые служат в качестве регулирующей плотность добавки 25, могут быть такими, как показано на фиг. 3, при этом максимальный диаметр частиц практически равен оптимальной толщине слоя активного материала электрода, который легко сдавливается. За счет этого, даже если количество добавки уменьшается, может демонстрироваться такой эффект, что слою 13 активного материала отрицательного электрода обеспечена возможность поддерживать оптимально рассчитанную толщину с тем, что он демонстрировал наиболее удовлетворительные характеристики. Например, в предположении, что оптимально рассчитанное значение, заданное для толщины слоя 13 активного материала отрицательного электрода, составляет 100 мкм, можно использовать, например, частицы оксида алюминия, диаметр которых соответствует объемному распределению частиц по размерам D90:90 мкм и D50:60 мкм, в качестве регулирующей плотность добавки 25, состоящей из твердых частиц, которые трудно сдавливаются. Помимо этого, слою 13 активного материала отрицательного электрода обеспечена возможность иметь толщину 100 мкм при небольшом содержании добавки в суспензии (5 вес.%).

[0044] Частицы, которые трудно сдавливаются и которые служат в качестве регулирующей плотность добавки 25, также могут быть сформированы так, как показано на фиг. 4, при этом добавка имеет анизотропную цилиндрическую, коническую или прямоугольную форму, либо схожую форму, и ее длинная сторона соответствует оптимальной толщине слоя активного материала электрода, который легко сдавливается. Вышеуказанная анизотропная цилиндрическая, коническая или прямоугольная форма либо схожая форма может быть получена электролитическим осаждением меди Cu в состоянии маскирования слоя посредством маскировочной ленты с открытыми отверстиями. Такие анизотропные цилиндрические, конические или прямоугольные твердые частицы, которые трудно сдавливаются, включают в себя частицы, стоящие на короткой стороне за счет падения, но регулирование толщины может быть проведено посредством большого числа частиц, стоящих на длинной стороне. В этом случае, даже если количество добавки дополнительно уменьшается, может демонстрироваться такой эффект, что слою 13 активного материала отрицательного электрода обеспечена возможность поддерживать оптимально рассчитанную толщину с тем, чтобы он демонстрировал наиболее удовлетворительные характеристики.

[0045] Кроме того, в качестве частиц, которые трудно сдавливаются и которые служат регулирующей плотность добавкой 25, может быть использован материал, который позволяет использовать саму добавку в качестве активного материала, как показано на фиг. 5. В этом случае, поскольку сама добавка является заряжаемым/разряжаемым активным материалом, потеря заряда/разряда может быть исключена. В качестве частиц, которые трудно сдавливаются и которые служат регулирующей плотность добавкой 25, например, рассматривается твердый гиперплотный углеродный материал. Также можно использовать кремниевые частицы, такие как кремний (Si) и оксид кремния (SiO). Тогда, например, в предположении, что оптимально рассчитанное значение, заданное для толщины слоя 13 активного материала отрицательного электрода, должно составлять 90 мкм, может быть использована суспензия отрицательного электрода, полученная диспергированием 5 вес.% частиц, диаметр которых соответствует, например, объемному распределению частиц по размерам D90:80