Токоотвод для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи

Токоотвод для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к токоотводу для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи, электроду для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи с использованием такого токоотвода и биполярной литий-ионной аккумуляторной батарее.

Предпосылки изобретения

[0002] В последние годы гибридные транспортные средства (HEV), электрические транспортные средства или, иначе говоря, электромобили (EV) и транспортные средства на топливных элементах изготавливаются и продаются с учетом аспектов воздействия на окружающую среду и расхода топлива, и поэтому проводятся дальнейшие разработки по этим транспортным средствам. В таких транспортных средствах с электроприводом существенно использование заряжаемо-разряжаемых источников питания. В качестве таких источников питания обычно используют аккумуляторные (вторичные) батареи, к примеру, литий-ионные батареи и никель-гидридные батареи и конденсаторы с двойным электрическим слоем. Из них особенно предпочтительными для использования в транспортных средствах с электроприводом являются литий-ионные аккумуляторные батареи вследствие высокой плотности энергии и высокой стойкости к повторному заряду и разряду, и поэтому прилагаются различные усилия по разработке таких аккумуляторных батарей. При этом, когда аккумуляторная батарея используется в качестве источника питания для приведения в действие электромотора для применения в вышеуказанных транспортных средствах с электроприводом, требуются множественные аккумуляторные батареи, подключаемые последовательно, чтобы обеспечивать высокую выходную мощность.

[0003] Тем не менее, если батареи подключаются через разъемы, то выходная мощность снижается вследствие электрического сопротивления разъемов. Помимо этого, батареи с разъемами являются невыгодными с точки зрения занимаемого пространства. Таким образом, разъемы приводят к снижению плотности выходной мощности и плотности энергии батарей.

[0004] В качестве мер по решению вышеуказанных проблем проводится разработка биполярных аккумуляторных батарей, таких как биполярные литий-ионные аккумуляторные батареи. Биполярные аккумуляторные батареи включают в себя вырабатывающий электроэнергию элемент, в котором множественные биполярные электроды, каждый из которых снабжен слоем активного материала положительного электрода на одной поверхности токоотвода и слоем активного материала отрицательного электрода на другой поверхности токоотвода, укладываются поверх друг друга через слои электролита или сепараторы.

[0005] Токоотвод, используемый в такой биполярной аккумуляторной батарее, предпочтительно является легким и изготавливается из материала, имеющего высокую удельную электропроводность, чтобы обеспечивать большую плотность выходной мощности. С учетом этого предложены токоотводы (токоотводы на основе смолы) с использованием полимерных материалов, в которые добавлены электропроводящие материалы. Например, патентный документ 1 раскрывает токоотвод на основе смолы, включающий в себя полимерный материал, в котором частицы металла или углеродные частицы добавляются в качестве электропроводящего материала.

Список библиографических ссылок

Патентная литература

[0006] Патентный документ 1: публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии № 2006-190649.

Сущность изобретения

[0007] Однако токоотвод на основе смолы, раскрытый в патентном документе 1, имеет низкие характеристики изоляции по изолированию ионов лития, содержащихся в растворе электролита. Выявлено, что при использовании такого токоотвода на основе смолы в биполярной литий-ионной аккумуляторной батарее ионы лития проникают внутрь токоотвода на основе смолы, входящего в состав биполярного электрода, и, как результат, ионы лития остаются поглощенными внутри токоотвода. Поглощенные ионы лития практически не высвобождаются за пределы токоотвода, что может приводить к снижению емкости батареи.

[0008] При этом смола, входящая в состав токоотвода на основе смолы, предпочтительно практически не деформируется в ходе термической обработки или обработки давлением при изготовлении батареи и практически не растворяется в растворителе в растворе электролита, а предпочтительно имеет высокие термостойкость, прочность и стойкость к растворителям. В качестве смолы с такими характеристиками предпочтительной является содержащая имидную группу смола, такая как полиимид; тем не менее, было также выявлено, что при использовании содержащей имидную группу смолы ионы лития в значительной степени поглощаются внутри токоотвода на основе смолы.

[0009] Настоящее изобретение было создано с учетом вышеописанных традиционных проблем. Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить предназначенный для использования в биполярной литий-ионной аккумуляторной батарее токоотвод на основе смолы, содержащий содержащую имидную группу смолу и способный уменьшить поглощение (абсорбцию) ионов лития внутри токоотвода.

[0010] Авторы настоящего изобретения посвятили себя постоянным исследованиям по решению вышеописанных проблем. Проведенные авторами изобретения исследования выявили механизм проникновения и абсорбции ионов лития в токоотвод на основе смолы. Авторы изобретения выяснили, что проникновение и абсорбция ионов лития могут быть значительно уменьшены за счет наличия в токоотводе на основе смолы, содержащем содержащую имидную группу смолу, изоляционного слоя на основе смолы, содержащего смолу, не содержащую имидной группы, и слоя на основе металла, тем самым создав настоящее изобретение.

[0011] Токоотвод для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи согласно одному аспекту настоящего изобретения включает в себя: первый электропроводящий слой, в котором электропроводящий заполнитель добавлен к основе, содержащей содержащую имидную группу смолу; и второй электропроводящий слой, который выполняет функцию изолирования ионов лития. Второй электропроводящий слой включает в себя: изоляционный слой на основе смолы, в котором электропроводящий заполнитель добавлен к основе, содержащей смолу, не содержащую имидной группы; и слой на основе металла. Первый электропроводящий слой расположен таким образом, что слой активного материала положительного электрода ближе к нему, чем второй электропроводящий слой.

Краткое описание чертежей

[0012] Фиг. 1 является видом в поперечном сечении, схематично показывающим общую конструкцию электрода для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи с использованием токоотвода для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи согласно варианту воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 2 является видом в поперечном сечении, схематично показывающим общую конструкцию электрода для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи с использованием токоотвода для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи согласно другому варианту воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 3 является видом в поперечном сечении, схематично показывающим общую конструкцию электрода для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи с использованием токоотвода для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи, включающего в себя предотвращающий вымывание металла слой, согласно еще одному другому варианту воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 4 является видом в поперечном сечении, схематично показывающим биполярную литий-ионную аккумуляторную батарею согласно варианту воплощения настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов воплощения

[0013] В дальнейшем предпочтительные варианты воплощения согласно настоящему изобретению будут пояснены со ссылкой на чертежи; тем не менее, объем настоящего изобретения должен определяться на основе формулы изобретения и не ограничен описанными ниже вариантами воплощения. Следует отметить, что идентичные элементы в нижеприведенных пояснениях чертежей указаны идентичными ссылочными номерами, а их перекрывающиеся пояснения будут опущены. Помимо этого, соотношения размеров на чертежах увеличены для удобства пояснения и могут отличаться от фактических соотношений. В нижеприведенных пояснениях токоотвод для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи может называться просто “токоотводом”, электрод для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи может называться просто “биполярным электродом”, а биполярная литий-ионная аккумуляторная батарея может называться просто “биполярной аккумуляторной батареей” согласно обстоятельствам.

[0014] Токоотвод, биполярный электрод

Фиг. 1 является видом в поперечном сечении, схематично показывающим общую конструкцию электрода для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи с использованием токоотвода для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи согласно одному варианту воплощения настоящего изобретения. Биполярный электрод 1, показанный на фиг. 1, имеет пакетную структуру, в которой на одной поверхности токоотвода 3 сформирован слой 5 активного материала положительного электрода, а на другой поверхности токоотвода 3 сформирован слой 7 активного материала отрицательного электрода. Токоотвод 3 имеет структуру, в которой первый электропроводящий слой 3A, расположенный со стороны слоя 5 активного материала положительного электрода, и второй электропроводящий слой 3B, расположенный со стороны слоя 7 активного материала отрицательного электрода, уложены стопкой поверх друг друга.

[0015] Первый электропроводящий слой 3A имеет строение, при котором сажа Ketjen (зарегистрированный товарный знак) диспергирована в качестве электропроводящего заполнителя в основе, содержащей полиимид (PI). Второй электропроводящий слой 3B включает в себя два слоя: изоляционный слой 3a на основе смолы и слой 3b на основе металла. Изоляционный слой 3a на основе смолы имеет строение, при котором сажа Ketjen диспергирована в качестве электропроводящего заполнителя в основе, содержащей смолу, не содержащую имидной группы, такую как полипропилен (PP). Слой 3b на основе металла содержит медь.

[0016] Слой 5 активного материала положительного электрода содержит LiNiO₂ (не показан на фигуре) в качестве активного материала положительного электрода. Слой 7 активного материала отрицательного электрода содержит графит (не показан на фигуре) в качестве активного материала отрицательного электрода. В дальнейшем будут пояснены основные элементы токоотвода 3 и биполярного электрода 1 согласно настоящему варианту воплощения.

[0017] Токоотвод

Токоотвод 3 служит в качестве среды для переноса электронов с одной стороны, на которой сформирован слой активного материала положительного электрода, к другой стороне, на которой сформирован слой активного материала отрицательного электрода.

[0018] Первый электропроводящий слой

В настоящем варианте воплощения токоотвод 3 включает в себя два электропроводящих слоя 3A и 3B. Первый электропроводящий слой 3A, расположенный со стороны слоя 5 активного материала положительного электрода биполярного электрода 1, имеет строение, при котором электропроводящий заполнитель добавлен к основе, содержащей содержащую имидную группу смолу. Это строение способствует не только функционированию в качестве среды пропускания электронов, но и уменьшению веса токоотвода.

[0019] Основа, входящая в состав первого электропроводящего слоя 3A, содержит содержащую имидную группу смолу в качестве существенного материала. Содержащая имидную группу смола имеет высокие термостойкость, прочность и стойкость к растворителям. Следовательно, использование в токоотводе основы, содержащей содержащую имидную группу смолу, способствует обеспечению сопротивления деформации из-за термической обработки или обработки давлением при изготовлении батареи и сопротивления растворению из-за растворителя в растворе электролита.

[0020] Примеры содержащей имидную группу смолы включают полиимид (PI), полиамидоимид (PAI) и полиэфиримид (PEI). Из них в качестве содержащей имидную группу смолы предпочтительно используется полиимид. Конкретные примеры полиимида включают предлагаемый на рынке полиимид под такими товарными знаками, как UPILEX (зарегистрированный товарный знак, производится компанией Ube Industries, Ltd.), KAPTON (зарегистрированный товарный знак, производится компанией Du Pont-Toray Co., Ltd.) и APICAL (зарегистрированный товарный знак, производится компанией Kaneka Corporation). Следует отметить, что вместо вышеперечисленных смол могут быть использованы другие примеры полиимида. Эти примеры содержащей имидную группу смолы могут быть использованы отдельно, или же два или более из них могут быть смешаны вместе.

[0021] Основа, входящая в состав первого электропроводящего слоя 3A, может содержать общеизвестный неэлектропроводящий полимерный материал или электропроводящий полимерный материал в дополнение к содержащей имидную группу смоле. Примеры неэлектропроводящего полимерного материала включают полиэтилен (PE; полиэтилен высокой плотности (HDPE), полиэтилен низкой плотности (LDPE)), полипропилен (PP), полиэтилентерефталат (PET), полибутилентерефталат (PBT), полиэфирнитрил (PEN), полиамид (PA), политетрафторэтилен (PTFE), стиролбутадиеновый каучук (SBR), полиакрилонитрил (PAN), полиметилакрилат (PMA), полиметилметакрилат (PMMA), поливинилхлорид (PVC), поливинилиденфторид (PVdF) и полистирол (PS). Примеры электропроводящего полимерного материала включают полианилин, полипиррол, политиофен, полиацетилен, полипарафенилен, полифениленвинилен, полиакрилонитрил и полиоксадиазол. Эти примеры неэлектропроводящего полимерного материала или электропроводящего полимерного материала могут быть использованы отдельно, или же два или более из них могут быть смешаны вместе.

[0022] Содержание содержащей имидную группу смолы полимерных материалов (смолы), содержащейся в основе первого электропроводящего слоя 3A, определяется с учетом дальнейшего проявления эффектов настоящего варианта воплощения. В частности, содержание содержащей имидную группу смолы (предпочтительно, полиимида (PI)) относительно 100% по массе смолы в основе предпочтительно составляет 50% по массе или выше. Содержание содержащей имидную группу смолы более предпочтительно составляет 70% по массе, еще более предпочтительно - 90% по массе, особенно предпочтительно - 95% по массе, наиболее предпочтительно - 100% по массе.

[0023] Электропроводящий заполнитель, добавленный в основу для составления первого электропроводящего слоя 3A, конкретно не ограничен при условии, что электропроводящий заполнитель обладает электропроводностью. Примеры электропроводящего заполнителя включают электропроводящий углерод, олово (Sn) и титанат лития (Li₄Ti₅O₁₂). Электропроводящий углерод предпочтительно содержит по меньшей мере один вид, выбранный из группы, состоящей из ацетиленовой сажи, сажи Vulcan, сажи Black Pearls, углеродного нановолокна, сажи Ketjen (зарегистрированный товарный знак), углеродной нанотрубки, углеродного нанорупора, углеродного наношарика и фуллерена. Эти типы электропроводящего углерода имеют достаточно широкое окно потенциалов, являются стабильными как относительно потенциала положительного электрода, так и относительно потенциала отрицательного электрода, и обладают высокой удельной электропроводностью. Из них электропроводящий углерод более предпочтительно содержит по меньшей мере один вид, выбранный из группы, состоящей из углеродной нанотрубки, углеродного нанорупора, сажи Ketjen, углеродного наношарика и фуллерена. Поскольку эти типы электропроводящего углерода имеют полую структуру и поэтому обладают большой удельной площадью поверхности на единицу массы, может достигаться дополнительное уменьшение веса токоотвода. Альтернативно, в качестве электропроводящего заполнителя может быть использован по меньшей мере один материал на основе металла, выбранный из группы, состоящей из никеля (Ni), алюминия (Al), меди (Cu), платины (Pt), железа (Fe), хрома (Cr), цинка (Zn), индия (In), сурьмы (Sb) и калия (K), либо сплава или оксида металла, содержащего эти металлы. Эти металлы обладают устойчивостью к потенциалу положительного электрода или отрицательного электрода, сформированному на поверхностях токоотвода. Например, Al обладает устойчивостью к потенциалу положительного электрода, Ni и Cu обладают устойчивостью к потенциалу отрицательного электрода, а Pt обладает устойчивостью к потенциалу обоих электродов. В частности, более предпочтителен сплав, содержащий по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из Ni, Al, Cu, Pt, Fe и Cr. Конкретные примеры такого сплава включают нержавеющую сталь (SUS), инконель (зарегистрированный товарный знак), хастеллой (зарегистрированный товарный знак), сплав Fe-Cr и сплав Ni-Cr. Использование этих сплавов может обеспечивать более высокую устойчивость к потенциалу. Эти сплавы могут быть использованы отдельно, или же два или более из них могут быть смешаны вместе.

[0024] Форма электропроводящего заполнителя конкретно не ограничена, и соответствующим образом может быть выбрана общеизвестная форма, такая как гранулированная форма, волокнистая форма, пластинчатая форма, кусковая форма, тканевая форма или сетчатая форма. Например, когда желательно, чтобы электропроводность проявлялась по большой площади смолы, предпочтительно используется электропроводящий заполнитель, имеющий гранулированную форму. Когда желательно дополнительное повышение электропроводности в каком-то конкретном направлении смолы, предпочтительно используется электропроводящий заполнитель, имеющий волокнистую форму и постоянную направленность.

[0025] Размер электропроводящего заполнителя конкретно не ограничен, и может быть использован заполнитель с различными размерами в зависимости от размера и толщины электропроводящего слоя или формы электропроводящего заполнителя. В качестве примера, средний диаметр частиц в случае, если электропроводящий заполнитель имеет гранулированную форму, предпочтительно находится приблизительно в диапазоне от 0,1 мкм до 10 мкм с учетом простоты формирования электропроводящего слоя. Следует отметить, что, в описании настоящего изобретения, “диаметр частицы” представляет наибольшую длину L между любыми двумя точками на окружности электропроводящего заполнителя. Помимо этого, “средний диаметр частиц” представляет значение, вычисленное с помощью растрового электронного микроскопа (SEM) или просвечивающего электронного микроскопа (TEM) как среднее значение диаметров частицы у частиц, наблюдаемых в полях зрения числом от нескольких до нескольких десятков. Диаметры частицы и средние диаметры частиц активных материалов, описанных ниже, могут быть определены таким же образом.

[0026] Содержание электропроводящего заполнителя в первом электропроводящем слое 3A конкретно не ограничено. Тем не менее, содержание электропроводящего заполнителя предпочтительно находится в диапазоне 5-35% по массе, более предпочтительно в диапазоне 5-25% по массе, еще более предпочтительно в диапазоне 5-15% по массе, относительно общей массы основы. Когда электропроводящий заполнитель с таким содержанием добавляется к основе, может быть подавлено увеличение массы первого электропроводящего слоя 3A, и, одновременно, основа может обеспечивать достаточную электропроводность.

[0027] Содержание полимерного материала основы в первом электропроводящем слое 3A предпочтительно находится в диапазоне 65-95% по массе, более предпочтительно в диапазоне 75-95% по массе, еще более предпочтительно в диапазоне 85-95% по массе. Полимерный материал с содержанием в таком диапазоне может способствовать уменьшению веса не только первого электропроводящего слоя 3A, но и всего токоотвода.

[0028] Дисперсное состояние электропроводящего заполнителя в первом электропроводящем слое 3A конкретно не ограничено. Электропроводящий заполнитель может быть диспергирован равномерно в смоле основы или может быть диспергирован локально.

[0029] Второй электропроводящий слой

Второй электропроводящий слой 3B, расположенный со стороны слоя 7 активного материала отрицательного электрода биполярного электрода 1, включает в себя изоляционный слой 3a на основе смолы и слой 3b на основе металла, причем изоляционный слой 3a на основе смолы имеет строение, при котором электропроводящий заполнитель добавлен к основе, содержащей смолу, не содержащую имидной группы.

[0030] Основа изоляционного слоя 3a на основе смолы содержит смолу, не содержащую имидной группы. В настоящем варианте воплощения не содержащая имидной группы смола способствует подавлению проникновения и абсорбции ионов лития в токоотвод 3 и повышению устойчивости к потенциалу отрицательного электрода. Чтобы подавлять проникновение и абсорбцию ионов лития внутри токоотвода 3, изоляционный слой 3a на основе смолы предпочтительно укладывается на первом электропроводящем слое 3A таким образом, чтобы покрывать всю поверхность первого электропроводящего слоя 3A на стороне слоя 7 активного материала отрицательного электрода, как показано на фиг. 1. При этом изоляционный слой 3a на основе смолы предпочтительно проложен по меньшей мере между слоем 7 активного материала отрицательного электрода и первым электропроводящим слоем 3A.

[0031] Не содержащая имидной группы смола конкретно не ограничена и может использовать несшитый материал или сшитый материал. Конкретные примеры смолы, не содержащей имидной группы, включают полиэтилен (PE), полипропилен (PP), полибутен-1 (PB), поливинилиденхлорид (PVDC), поливинилиденфторид (PVDF), полиоксиметилен (POM), полиамид-6 (PA-6), полиамид-66 (PA-66), полиэтилентерефталат (PET), полибутилентерефталат (PBT), полифениленсульфид (PPS), полиэфирэфиркетон (PEEK), сополимер этилена-тетрафторэтилена (ETFE), сополимер перфторэтилена-пропилена (FEP), перфторалкоксиалкан (PFA), жесткий поливинилхлорид (RPVC), полиметилметакрилат (PMMA), полистирол общего назначения (GPPS), ударопрочный полистирол (HIPS), смолу на основе сополимера акрилонитрила-стирола (AS), смолу на основе сополимера акрилонитрила-бутадиена-стирола (ABS), модифицированный полифениленоксид (m-PPO), поликарбонат (PC), полисульфон (PSF), полиарилат (PAR), полиэфирсульфон (PES) и сшитый сополимерный материал, в котором часть вышеуказанной смолы является сшитой. Другие примеры смолы, не содержащей имидной группы, включают феноловую смолу, карбамидную смолу, меламиновую смолу, эпоксидную смолу, полиуретан, ненасыщенную полиэфирную смолу, отверждаемую ультрафиолетовым излучением силиконовую смолу, уретан-акрилатную смолу, эпоксиакрилатную смолу, ненасыщенную акриловую смолу, смолу на основе сложного полиэфира-акрилата, смолу на основе простого полиэфира-акрилата и смолу на основе полиена-политиола. Из этих типов смолы, не содержащей имидной группы, предпочтительно используется сшитый полимерный материал с учетом дополнительного улучшения изоляции ионов лития. Эти типы смолы, не содержащей имидной группы, могут быть использованы отдельно, или же два или более из них могут быть смешаны вместе.

[0032] Основа изоляционного слоя 3a на основе смолы может дополнительно содержать общеизвестный неэлектропроводящий полимерный материал или электропроводящий полимерный материал, описанный при пояснении первого электропроводящего слоя 3A, в дополнение к описанной выше смоле, не содержащей имидной группы. Содержание смолы, не содержащей имидной группы, относительно 100% по массе смолы в основе изоляционного слоя 3a на основе смолы предпочтительно составляет 50% по массе или выше. Содержание смолы, не содержащей имидной группы, более предпочтительно составляет 70% по массе, еще более предпочтительно - 90% по массе, особенно предпочтительно - 95% по массе, наиболее предпочтительно - 100% по массе.

[0033] Изоляционный слой 3a на основе смолы может содержать содержащую имидную группу смолу в такой степени, чтобы не ухудшить эффекты настоящего варианта воплощения. Тем не менее содержание содержащей имидную группу смолы в изоляционном слое 3a на основе смолы регулируют с учетом дополнительного достижения эффектов настоящего варианта воплощения. Другими словами, содержание содержащей имидную группу смолы на 100% по массе смолы в основе предпочтительно составляет 50% по массе или менее, более предпочтительно 30% или менее, еще более предпочтительно 10% по массе, особенно предпочтительно 5% по массе, наиболее предпочтительно 0% по массе. А именно, изоляционный слой 3a на основе смолы наиболее предпочтительно не содержит содержащей имидную группу смолы.

[0034] Изоляционный слой 3a на основе смолы имеет конфигурацию, при которой электропроводящий заполнитель добавлен к основе, содержащей описанную выше смолу. Конкретный материал и строение электропроводящего заполнителя, используемого для формирования изоляционного слоя 3a на основе смолы, являются идентичными первому электропроводящему слою, и их конкретные пояснения в силу этого здесь опущены.

[0035] Содержание электропроводящего заполнителя в изоляционном слое 3a на основе смолы конкретно не ограничено. Тем не менее, содержание электропроводящего заполнителя предпочтительно находится в диапазоне 5-35% по массе, более предпочтительно в диапазоне 5-25% по массе, еще более предпочтительно в диапазоне 5-15% по массе, относительно общей массы основы. Когда электропроводящий заполнитель с содержанием в таком диапазоне добавляется к основе, может быть подавлено увеличение массы изоляционного слоя 3a на основе смолы, и, одновременно, основа может обеспечивать достаточную электропроводность.

[0036] Содержание полимерного материала основы в изоляционном слое 3a на основе смолы предпочтительно находится в диапазоне 65-95% по массе, более предпочтительно в диапазоне 75-95% по массе, еще более предпочтительно в диапазоне 85-95% по массе. Полимерный материал с содержанием в таком диапазоне может способствовать уменьшению веса не только изоляционного слоя 3a на основе смолы, но и всего токоотвода.

[0037] Второй электропроводящий слой 3B должен включать в себя слой 3b на основе металла. В настоящем варианте воплощения слой 3b на основе металла способствует подавлению проникновения и абсорбции ионов лития в токоотвод 3, как и в случае описанного выше изоляционного слоя 3a на основе смолы. При этом, чтобы подавлять проникновение и абсорбцию ионов лития внутри токоотвода 3, слой 3b на основе металла предпочтительно укладывается на первом электропроводящем слое 3A так, чтобы покрывать всю поверхность первого электропроводящего слоя 3A на стороне слоя 7 активного материала отрицательного электрода, как и в случае изоляционного слоя 3a на основе смолы. При этом слой 3b на основе металла предпочтительно проложен по меньшей мере между слоем 7 активного материала отрицательного электрода и первым электропроводящим слоем 3A.

[0038] Материал на основе металла, используемый в слое 3b на основе металла согласно настоящему варианту воплощения, конкретно не ограничен. Примеры материала на основе металла включают алюминий, медь, железо, хром, никель, титан, ванадий, молибден, ниобий, золото, серебро, платину и сплав, карбид металла, нитрид металла или оксид металла из этих металлов. Из этих материалов на основе металла предпочтительно используется материал на основе металла, имеющий высокую удельную электропроводность. В частности, предпочтителен один элемент, выбранный из группы, состоящей из алюминия, никеля, меди, железа, титана и сплава (например, аустенитной нержавеющей стали, такой как SUS304, SUS316, SUS316L), карбида металла, нитрида металла или оксида металла. Сплав, имеющий высокую удельную электропроводность, может представлять собой аустенитную нержавеющую сталь, к примеру, SUS304, SUS316, SUS316L. Используемый материал на основе металла предпочтительно является материалом на основе металла, не растворяющимся при потенциале отрицательного электрода во время разрядки, или материалом на основе металла, не сплавляющимся (т.е. не образующим сплава) с ионами лития при потенциале отрицательного электрода во время зарядки. Примеры таких материалов включают медь, никель и сплав этих металлов, соединение металла-фосфора (к примеру, никеля-фосфора (NiP)), соединение металла-бора (к примеру, никеля-бора (NiB)), карбид металла, нитрид металла (к примеру, нитрид никеля (NiN)) и оксид металла.

[0039] Слой 3b на основе металла может дополнительно содержать другие материалы в дополнение к описанному выше материалу на основе металла. Тем не менее, чтобы подавлять проникновение и абсорбцию иона лития и дополнительно обеспечивать электропроводность, содержание материала на основе металла в слое 3b на основе металла предпочтительно составляет 80% по массе или больше, более предпочтительно 90% по массе или больше, наиболее предпочтительно 100% по массе или больше.

[0040] Токоотвод 3 должен включать в себя первый электропроводящий слой 3A и второй электропроводящий слой 3B, который включает в себя по меньшей мере изоляционный слой 3a на основе смолы и слой 3b на основе металла. Первый электропроводящий слой 3A находится со стороны слоя активного материала положительного электрода, а второй электропроводящий слой 3B находится со стороны слоя активного материала отрицательного электрода. Это относительное положение позволяет соответствующим слоям иметь любые пакетные конфигурации или включать в себя другие дополнительные слои; тем не менее любой такой случай включается в объем настоящего изобретения. В качестве примера, фиг. 2 является видом в поперечном сечении, схематично показывающим общую конструкцию электрода для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи с использованием токоотвода для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи согласно другому варианту воплощения настоящего изобретения. Конфигурация по фиг. 2 отличается от конфигурации по фиг. 1 тем, что изоляционный слой 3a на основе смолы во втором электропроводящем слое 3B расположен таким образом, что слой активного материала положительного электрода ближе к нему, чем слой 3b на основе металла. Тем не менее, конфигурация, показанная на фиг. 2, также позволяет достигать того же эффекта, что и конфигурация, показанная на фиг. 1. А именно, токоотвод 3 согласно настоящему варианту воплощения может обеспечивать достаточные характеристики изоляции ионов лития независимо от взаимного расположения изоляционного слоя 3a на основе смолы и слоя 3b на основе металла во втором электропроводящем слое 3B.

[0041] Токоотвод согласно настоящему варианту воплощения также может быть слоистым телом, при необходимости дополнительно включающим в себя другой слой в дополнение к слоям, описанным выше. Примером другого слоя может быть предотвращающий вымывание металла слой или адгезионный слой, но не ограничен этим. Фиг. 3 является видом в поперечном сечении, схематично показывающим общую конструкцию электрода для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи с использованием токоотвода для биполярной литий-ионной аккумуляторной батареи, включающего в себя предотвращающий вымывание металла слой согласно еще одному другому варианту воплощения настоящего изобретения. В конфигурации, показанной на фиг. 3, второй электропроводящий слой 3B включает в себя предотвращающий вымывание металла слой 3c, содержащий, например, хром, предусмотренный на поверхности слоя 3b на основе металла, содержащего, например, медь, так чтобы быть обращенным к первому электропроводящему слою 3A (на поверхности слоя 3b на основе металла на стороне слоя 5 активного материала положительного электрода). Предотвращающий вымывание металла слой 3c выполняет функцию предотвращения вымывания слоя 3b на основе металла вследствие электромиграции или миграции ионов, вызываемой, когда первый электропроводящий слой 3A, содержащий имидную группу, которая является полярной группой, приходит в контакт со слоем 3b на основе металла.

[0042] Материал на основе металла, используемый в предотвращающем вымывание металла слое 3c, конкретно не ограничен. Примеры материала на основе металла включают хром, никель, кобальт, железо, палладий, платину, их сплав (например, хромоникелевый сплав) и карбид металла, нитрид металла или оксид металла из этих металлов. В частности, предотвращающий вымывание металла слой 3c, содержащий вышеупомянутый материал на основе металла, способствует эффективному предотвращению вымывания металла в случае, если слой 3b на основе металла содержит медь или алюминий.

[0043] Предотвращающий вымывание металла слой 3c может дополнительно содержать другие материалы в дополнение к описанному выше материалу на основе металла. Тем не менее, чтобы предотвращать вымывание слоя 3b на основе металла, содержание описанного выше материала на основе металла в предотвращающем вымывание металла слое 3c предпочтительно составляет 80% по массе или больше, более предпочтительно 90% по массе или больше, наиболее предпочтительно 100% по массе или больше. Кроме того, чтобы предотвращать вымывание слоя 3b на основе металла вследствие электромиграции и т.п., предотвращающий вымывание металла слой 3c предпочтительно укладывается на первом электропроводящем слое 3A таким образом, чтобы покрывать всю поверхность первого электропроводящего слоя 3A на стороне слоя 7 активного материала отрицательного электрода.

[0044] Токоотвод 3 согласно настоящему варианту воплощения может быть изготовлен таким образом, что соответствующие слои последовательно укладывают друг на друга на одном слое, или таким образом, что два слоя приготавливают отдельно и затем присоединяют друг к другу. Способ присоединения соответствующих слоев конкретно не ограничен. Например, когда присоединяют друг к другу два слоя, каждый из которых содержит смолу, эти слои могут присоединяться посредством термосплавления (термосварки). Когда содержащий смолу слой присоединяют к слою 3b на основе металла или предотвращающему вымывание металла слою 3c, способ присоединения может представлять собой осаждение металла из паровой фазы (металлизацией, распылением) на содержащем смолу слое или наплавку смолы на лист металла. Кроме того, чтобы снизить контактное сопротивление на поверхности раздела между смежными слоями и предотвратить разделение присоединяемых поверхностей, два слоя могут быть присоединены друг к другу через адгезионный слой. Предпочтительные примеры материала, используемого для такого адгезионного слоя, включают электропроводящую пасту на основе оксида металла, содержащую оксид цинка, оксид индия, оксид титана и т.п.; и электропроводящую пасту на основе углерода, содержащую углеродную сажу, углеродную нанотрубку, графит и т.п.

[0045] Толщина токоотвода предпочтительно уменьшается в максимально возможной степени с тем, чтобы увеличивать плотность выходной мощности батареи посредством снижения веса. В биполярной аккумуляторной батарее возможно уменьшение толщины, поскольку токоотвод, присутствующий между слоем активного материала положительного электрода и слоем активного материала отрицательного электрода в биполярной батарее, не должен обязательно иметь низкое электрическое сопротивление в направлении, перпендикулярном направлению укладки. В частности, нижний предел толщины токоотвода 3 предпочтительно составляет 10 мкм или больше, более предпочтительно 20 мкм или больше, еще более предпочтительно 25 мкм или больше. Верхний предел толщины токоотвода 3 предпочтительно составляет 200 мкм или меньше, более предпочтительно 100 мкм или меньше, еще более предпочтительно 50 мкм или меньше. Токоотвод с такой толщиной позволяет достигать уменьшения веса и обеспечивать достаточную механическую прочность.

[0046] Толщина каждого из первого электропроводящего слоя 3A и второго электропроводящего слоя 3B конкретно не ограничена. В частности, тем не менее нижний предел толщины каждого из первого электропроводящего слоя 3A и второго электропроводящего слоя 3B предпочтительно составляет 5 мкм или больше, более предпочтительно 7 мкм или больше, еще более предпочтительно 10 мкм или больше. Верхний предел толщины каждого из первого электропроводящего слоя 3A и второго электропроводящего слоя 3B предпочтительно составляет 100 мкм или меньше, более предпочтительно 50 мкм или меньше, еще более предпочтительно 25 мкм или меньше.

[0047] Соотношение толщин первого электропроводящего слоя 3A к второму электропроводящему слою 3B конкретно не ограничено, но соотн