双极性电池及其制造方法技术

在此示教被构造成使引入的气泡最少化的双极性电池及该电池的制造方法。一个双极性电池包括电解质层，该电解质层包括具有渗透性以使电解质可以渗透其中的隔板，在该双极性电极中，在集电极的一侧形成阴极而在集电极的另一侧形成阳极。通过相互堆叠电解质层形成层叠体。层叠体的电解质层具有重叠的隔板层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及一种双极性电池以及该双极性电池的制造方法。
技术介绍
最近，为了保护环境，日益要求减小二氧化碳的排放量。在汽车工业中，已经引入电动车和混合电动车以减小二氧化碳的排放量。在这点上，主要期望采用双极性电池作为驱动这些车辆的电动机(motor)的电源。日本特开平11-204136号公报公开了一种通过将电解质层布置在双极性电极中、并且通过堆叠该电解质层以形成层叠体(stack)来制造双极性电池，在该双极性电极中，在集电极(collector)的一侧形成阴极，在集电极的另一侧形成阳极。当形成该层叠体时，在集电极中设置具有阴极和阳极的电解质层(电解质渗透到其中并隔开(segment)阴极和阳极的隔板(separator)层，或者阴极或阳极与隔板之间的电解质层)。然后将电解质层相互堆叠。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种双极性电池，该双极性电池通过限制其内气泡的存在而提高功率密度，从而具有优异的电池性能。这里示教的双极性电池的一个实施例包括布置在层叠体中的至少两个双极性电极，电极中的每一个均包括形成在集电极的一侧的阴极和形成在集电极的相反侧的阳极；以及布置在层-->叠体中的电极中的每一个的相反侧的隔板对，隔板对中的每一个均具有充分的渗透性以使电解质渗透其中。电极中的邻近电极的隔板互相接触。这里还示教了双极性电池的制造方法。一个方法包括：形成第一双极性电极，该第一双极性电极包括形成在第一集电极的一侧的第一阴极和形成在第一集电极的相反侧的第一阳极；在第一双极性电极的相反侧布置第一隔板对，第一隔板对中的每一个均具有充分的渗透性以使电解质渗透其中；形成第二双极性电极，该第二双极性电极包括形成在第二集电极的一侧的第二阴极和形成在第二集电极的相反侧的第二阳极；在第二双极性电极的相反侧布置第二隔板对，第二隔板对中的每一个均具有充分的渗透性以使电解质渗透其中；以及堆叠第一双极性电极和第二双极性电极，使得第一隔板对的第一隔板和第二隔板对的第二隔板互相接触。附图说明这里，参照附图进行说明，其中，在所有的图中，相同的附图标记表示相同的部件，并且：图1是根据本专利技术的第一实施例构造的双极性电池的剖视图；图2是图1所示的双极性电池的剖视图；图3是被构造成使用图1所示的双极性电池的电池组的立体图；图4是安装图3所示的电池组的车辆的图；图5是根据第一实施例构造的双极性电池的制造方法的流程图；图6是图5所示的集成单元的形成过程的流程图；-->图7是图6所示的电极的形成过程的俯视图；图8是图6所示的电极的形成过程的剖视图；图9是图6所示的电解质的布置过程的剖视图；图10是图6所示的密封材料的布置过程的俯视图；图11是图6所示的密封材料的布置过程的剖视图；图12A是集成单元和图6所示的隔板的布置过程的剖视图；图12B是在图5所示的接合体形成过程中当部分堆叠图12A所示的集成单元时的剖视图；图13是图5所示的形成接合体的流程图；图14是图13所示的集成单元的设置过程的剖视图；图15是如图13所示的堆叠过程和加压过程的图；图16是图13所示的密封层的形成过程的图；图17是图13所示的界面的形成过程的图；图18是如图13所示的初始充电过程的图；图19是根据第一实施例构造的变形例的剖视图；图20是根据本专利技术的第二实施例的集电极的形成过程的流程图；图21是图20所示的密封材料的渗透过程的图；图22是根据本专利技术的第三实施例的密封材料的布置过程的俯视图；图23是根据第三实施例的加压过程的概念图；图24是根据第三实施例构造的变形例的俯视图。具体实施方式在已知的如日本特开平11-204136号公报中所说明的双极性电池中，阴极和阳极设置有电解质，而隔板与阴极或阳极重叠以形成单个层。其后，堆叠该层。当使隔板重叠时，气泡被-->引入并保持在阴极或阳极与隔板之间的电解质中。具体地，当在阴极或阳极设置的电解质层中布置隔板时，在隔板上形成褶皱(corrugation)从而在电解质层中形成微小的间隙。作为选择，由于重叠使气泡被引入电解质层中。如果层叠体形成有残留的气泡，则由于阴极和阳极夹着电解质存在于隔板的两个表面，所以难以排出气泡。此外，如上所述，当气泡残留在层叠体中时，产生离子不能透过且电子不能移动的死区(dead space)。死区可能成为功率劣化的主要因素。当设法提高功率密度时，这将成为问题。相反，本专利技术的实施例提供一种双极性电池，其通过限制这样的气泡来提高功率密度，从而具有优异的电池性能。图1是根据本专利技术的第一实施例构造的双极性电池的剖视图。图2是图1所示的双极性电池的剖视图。图3是被构造成使用图1所示的双极性电池的电池组的立体图。图4是安装图3所示的电池组的车辆的图。在根据第一实施例构造的双极性电池10中(如图2所示)，通过将电解质层120布置在双极性电极中并将电解质层相互堆叠而形成层叠体100。双极性电极具有阳极112、阴极113和集电极111。阴极113布置在集电极111的一个侧面，阳极112布置在集电极111的另一侧面。也就是说，集电极111被放置在阴极113和阳极112之间。电解质层120具有包括相互堆叠的隔板121和122(两片)的层、以及隔板121、122和阴极113或阳极112之间的电解质的层。隔板121和122是具有渗透性的多孔状膜，用于隔开阴极113和阳极112，其中，电解质可以渗透至该膜中。电解质可以是例如聚合物凝胶电解质(凝胶聚合物类电解质)。也就是说，由于在电解质层120中隔板121和122相互堆叠，-->所以，尽管气泡残留于双极性电极的阴极侧或阳极侧的电解质中，但是，很容易经由隔板121和122排出该气泡。这是因为隔板121和122具有渗透性，使得电解质可以从阴极113或阳极112的相反侧的面渗透到其中。此外，还容易从隔板121和122之间的空间排出气泡。与阴极侧和阳极侧存在于层叠体的电解质层中的隔板的两个表面、难以排出气泡的已知的现有技术不同，在此说明的第一实施例中，阴极侧或阳极侧存在于层叠体100的电解质层120中的隔板121和122的一个侧面，而隔板121和122存在于另一侧面。因此，容易将残留的气泡从隔板121和122的一个侧面排出到另一侧面。另外，容易从隔板121和122之间的空间排出残留的气泡。双极性电池10还具有第一和第二密封层115和117。将第一密封层115布置在集电极111的一个侧面，并且使其延伸以包围阴极113的端部。电解质层120被布置成覆盖阴极113和第一密封层115。使第二密封层117与第一密封层115对位，从而将该第二密封层117布置在集电极111的另一侧面，并且使其延伸以包围阳极112的端部。布置第一和第二密封层115和117的区域表示为填充部。集电极111是例如不锈钢箔。然而，集电极111当然不限于此，也可包括铝箔，镍铝覆层材料、铜铝覆层材料，或这些金属组合的电镀材料。阳极112的阳极活性材料是例如硬碳(非石墨化碳材料)。当然阳极活性材料不限于此，还可包括石墨基碳材料或锂过渡金属复合氧化物。在某些实施例中，从电容和功率方面考虑，优选由碳和锂过渡金属复合氧化物构成的阳极活性材料。阴极113的阴极活性材料是例如LiMn2O4，当然也不限于此。从电容和功率方面考虑，锂过渡金属复合氧化物是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极性电池，其包括：布置在层叠体中的至少两个双极性电极，所述电极中的每一个均包括形成在集电极的一侧的阴极和形成在所述集电极的相反侧的阳极；以及布置在所述层叠体中的所述电极中的每一个的相反侧的隔板对，所述隔板对中的每一个均具有充分的渗透性以使电解质渗透其中；其中，所述电极中的邻近电极的隔板互相接触。

【技术特征摘要】
JP 2006-11-30 2006-324678;JP 2007-10-3 2007-2602231.一种双极性电池，其包括：布置在层叠体中的至少两个双极性电极，所述电极中的每一个均包括形成在集电极的一侧的阴极和形成在所述集电极的相反侧的阳极；以及布置在所述层叠体中的所述电极中的每一个的相反侧的隔板对，所述隔板对中的每一个均具有充分的渗透性以使电解质渗透其中；其中，所述电极中的邻近电极的隔板互相接触。2.根据权利要求1所述的双极性电池，其特征在于，所述隔板对是隔开第一双极性电极的阴极和邻近的第二双极性电极的阳极的多孔状膜，所述双极性电池还包括：电解质，其位于所述第一双极性电极的阴极和与其邻近的隔板之间、以及邻近的第二双极性电极的阳极和与其邻近的另一个隔板之间。3.根据权利要求1所述的双极性电池，其特征在于，还包括：电解质层，其布置在所述双极性电极中的每一个的阴极侧和阳极侧，其中，所述电极中的邻近电极的所述隔板是重叠的。4.根据权利要求3所述的双极性电池，其特征在于，所述电解质层是聚合物凝胶电解质或电解液，所述双极性电池还包括：填充部，其包括填充材料，所述填充材料布置在每一个集电极和与其邻近的隔板之间的空间中并且包围相关的阴极和阳极的端部。5.根据权利要求4所述的双极性电池，其特征在于，所述填充部具有在所述层叠体的形成过程中闭塞的间隙部。6.根据权利要求4所述的双极性电池，其特征在于，所述电解质层是所述聚合物凝胶电解质；其中，所述填充部的厚度-->小于邻近的阴极或阳极与所述聚合物凝胶电解质的总厚度。7.根据权利要求1所述的双极性电池，其特征在于，还包括：电解质层，其布置在每一个阳极和与其邻近的隔板之间和每一个阴极和与其邻近的隔板之间，并且与所述邻近的隔板接触，所述电解质层包括所述电解质。8.根据权利要求7所述的双极性电池，其特征在于，还包括：第一密封材料，其布置在所述电极中的每一个的阴极和所述隔板对中的与所述阴极邻近的第一隔板之间，所述第一密封材料包围所述阴极及其各自电解质层的端部；以及第二密封材料，其布置在所述电极中的每一个的阳极和所述隔板对中的与所述阳极邻近的第二隔板之间，所述第二密封材料包围所述阳极及其各自电解质层的端部。9.根据权利要求7所述的双极性电池，其特征在于，还包括：密封材料，其布置在每一个隔板对中的第一隔板和每一个隔板对中的第二隔板之间，所述密封材料包围各自双极性电极的所述阳极、阴极、集电极和电解质层。10.根据权利要求1所述的双极性电池，其特征在于，还包括：第一密封材料，其布置在所述电极中的每一个的阴极和所述隔板对中的与所述阴极邻近的第一隔板之间，所述第一密封材料包围所述阴极的端部；以及第二密封材料，其布置在所述电极中的每一个的阳极和所述隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：高山元，佐藤一，保坂贤司，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]