双极性电极电池组及其制备方法技术

本发明专利技术涉及包括围绕集电体的电极的双极电池。双极电池的实施方式包括含有高聚物材料的集电体。本发明专利技术还涉及含有双极电池的双极性电极电池组，该双极电池包括含有分布在高聚物中的导电高聚物或导电颗粒的集电体主体。通过加入这种高分子量聚合物材料至集电体中，可以降低集电体的重量，并且可以改善电池单位重量的输出功率密度。本发明专利技术还涉及使用喷墨印刷法形成双极电池用集电体和电极的方法。本发明专利技术的双极电池可以用于制造电池，例如锂离子电池，可以连接所述电池形成电池模块，该电池模块用于对机动车提供能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电能储存系统，更具体地，本专利技术涉及双极性电极蓄电池。
技术介绍
近来为了保护环境，一直以来追寻降低二氧化碳的全球排放量。在汽车工业中，通过引进由电动机驱动的电动车(EV)和混合电动车(HEV)，而积极努力降低内燃机的二氧化碳排放量。近来，这已经在用于驱动动机的质量轻和成本低的二次电池(secondary storage batteries)的开发中产生了进步。尽管某些二次电池(例如锂离子电池)能够获得高能量密度和高输出功率密度，但通常要求串连连接多个电池，以便获得足够大的输出功率，来驱动电动车。然而，当通过外部电连接部件(例如外部引线)串连连接电池时，输出功率由于外部电连接部件的电阻而被降低。此外，具有外部电连接部件的电池在空间上是不利的。换句话说，由于外部电连接部件的长度，电池的输出功率密度和能量密度降低，并且电动车的总体操作效率由于外部电连接部件的重量而降低。为了解决该问题，开发了双极电池(bipolar cell)，其中正极(即，阴极型)活性物质和负极(即，阳极型)活性物质布置在集电体的相对两个侧面上(参见，例如日本公开未审专利申请2004-95400)。可以将多个双极电池内部电连接到一起，形成二次电池模块(module)(即，双极性电极电池组(bipolarelectrode battery))。这种双极性电极电池组已知显示出良好的电性能和理想的物理性质，例如重量体积比低、截面薄和在操作和充电时热消散速率良好。由于汽车工业迅速采用了这种双极性电极电池组，已经有可能改善机动车用电池的输出功率密度和能量密度。然而，还继续追寻进一步改进双极电池的电池性能。
技术实现思路
总体而言，本专利技术涉及双极电池。例如，本文描述的双极电池的一个实施方式包括电极，和布置在电极之间的电解质层，所述电极由集电体、电连接至集电体一侧的正极和电连接至集电体另一侧的负极组成。在某些实施方式中，集电体含有高聚物材料。在其它实施方式中，本专利技术的双极电池可以用于制造二次电池，例如锂离子电池。该电池可以用于对电动车提供电能，特别是对电动机提供能量，以用来驱动电动车。具体地，本专利技术的双极电池可以连接在一起形成电池组，该电池组可进一步连接在一起形成例如用作机动车电源的电池模块。本专利技术的其它实施方式提供制造双极电池的方法，可以包括通过使用喷墨印刷法沉积含有聚合物材料的集电体墨(ink)形成集电体。作为一种实例，制造双极电池的方法包括使用喷墨印刷法在表面上沉积含有高聚物材料的集电体墨，形成集电体；使用喷墨印刷法在表面上沉积含有阴极型活性物质的阴极墨，形成阴极。该方法进一步包括通过使用喷墨印刷法在表面上沉积含有阳极型活性物质的阳极墨，形成阳极。本专利技术一种或多种实施方式示于下面的附图和描述中。从该描述、附图以及权利要求，本专利技术的其它特征、目的和优势将是明显的。附图说明图1为包含高聚物材料的集电体截面侧视图，该集电体位于本专利技术一种实施方式的双极性电极电池组的双极电池中。图2A为概念性地说明双极性电极电池组的双极电池的截面侧视图，显示电流流入本专利技术一种实施方式的包含高聚物材料的集电体。图2B为概念性地说明双极性电极电池组的双极电池的截面侧视图，显示电流流入本专利技术另一种实施方式的包含高聚物材料的集电体。图3为本专利技术另一实施方式的双极性电极电池组的透视图。图4A为组装的二次电池模块的顶视图，该电池模块包括多个本专利技术另一实施方式的双极性电极电池组。图4B为组装的二次电池模块的侧视图，该电池模块包括多个本专利技术另一实施方式的双极性电极电池组。图4C为组装的二次电池模块的端视图，该电池模块包括多个本专利技术另一实施方式的双极性电极电池组。图5为配备有组装的二次电池模块的机动车的截面侧视图，该电池模块包括多个本专利技术另一实施方式的双极性电极电池组。专利技术详述本专利技术的实施方式提供双极性电极电池组，其包括电极，所述电极由集电体、电连接至集电体一侧的阴极(正极)、电连接至集电体另一侧的阳极(负极)组成；和围绕阴极和阳极的电解质层组成。如下面进一步详细的描述，双极性电极电池组的实施方式可包括含有高聚物材料的集电主体(collectingbody)。图1是说明双极性电极电池组的结构的概念图。双极性电极电池组具有以下结构，其中集电体10(电流集电体或电流集电主体)、正极20、电解质层30、负极40和电流提取板(extracting plate)11层压在一起，放置在彼此串连连接的电池组之间的集电体10既作为正极集电体又作为负极集电体。常规上，双极性电极电池组的集电体通常由金属箔(例如铝箔和铜箔)制成。然而，本专利技术的实施方式使用含有高聚物材料的集电体。常用的电池组不是双极性电极电池组，在常用的电池组的集电体中，电荷被传输通过放置在集电体边缘部分上的板，并且集电体具有在板中收集负极中产生的电荷的作用，或者具有将从板供应的电荷输送到正极的作用。因此，在电荷移动经过的水平方向(表面方向)上产生的集电体的电阻必须低，并且为了降低水平方向上的电阻，使用具有特定厚度的金属箔。结果，增加了电池重量。另一方面，在双极性电极电池组的集电体10中，负极40中产生的电荷直接供应到存在于集电体10另一侧上的正极20。因此，电流沿层压层的方向流动，并且不需要沿水平方向流动，该层压层是双极性电极电池组的结构元件。从而，为了降低水平方向上的电阻而在常规电池中使用的金属箔是不必要的。而且，因为水平方向上的电阻可以较高，集电体的厚度可以较薄。优选使用接触集电体表面结果的金属板(即，电极提取板)，来支承集电体。集电体的表面可以与金属板的表面电接触，由此电流从集电体经过金属板流到外部引线，外部引线连接电动装置(例如电动机)。然而，金属板不需要与集电体表面物理接触，而是可以可选择地电连接至集电体的侧面，由此降低接触电阻。通过从包括高聚物材料的材料制备集电体10，可调节集电体的重量和改善双极性电极电池组的能量密度，而不降低电池性能。图2A和图2B是截面侧视图，说明了流入本专利技术的双极性电极电池组的集电体10的电流。集电体10可以包含导电颗粒50(如图2B所示)，该导电颗粒对高聚物材料60具有高粘合性；或包括导电高聚物材料流延体(cast)，如膜71(如图2A所示)。如图2A和2B所示，电流从一个电极以垂直方向流动通过集电体10，达到另一个电极，垂直方向的导电性由导电颗粒50或导电高聚物膜71提供。由此，可降低集电体10的质量。当集电体含有不具有导电性的高聚物材料时，导电性颗粒(其也称作导电颗粒)可以加入到高聚物材料中，以提高其电导率。导电性颗粒当用作电荷传输介质时，可以选自不具有离子电导率的材料。而且，导电颗粒可以选自能够承受喷涂(apply)到正极和负极物质上的高电势的材料。合适的导电性颗粒可包括铝颗粒、SUS(不锈钢)颗粒、碳颗粒、银颗粒、金颗粒、铜颗粒和钛颗粒，但是该材料不限于这些特定材料，可以使用其它材料和金属合金。导电颗粒的形式不限于前面描述的颗粒。具体地，碳纳米管颗粒是可用的，并且也可以使用粒状的导电树脂组合物。导电颗粒在集电体中的分布可以不均匀。颗粒在集电体内的分布可以变化。可以使用多种导电颗粒，或者可以改变导电颗粒在集电体内的分布。例如，可以在接触正极的部件中以及接触负极的部件中使用不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池，包括：双极性电极堆，包括集电体、电连接至集电体的第一侧面的阴极、电连接至集电体的第二侧面的阳极、和覆盖阴极和阳极的一层或多层电解质层，其中集电体包含高聚物材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：保坂贤司，嶋村修，堀江英明，斋藤崇实，安部孝明，木下拓哉，雾生直人，
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]