電極組和使用其的蓄電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及各自包含第一電極、第二電極和置于所述電極之間的隔膜的電極組和 蓄電裝置，且特別涉及包含金屬多孔體作為集電器的電極組。
【背景技術】
[0002] 近年來，已經開發了用于個人數字助理、電動車輛、家用電力存儲裝置等的蓄電裝 置。在所述蓄電裝置中，已經對電容器和非水電解質二次電池進行了積極研究。特別地，高 度期待例如鋰離子電容器、雙電層電容器、鋰離子電池和鈉離子電池的開發。
[0003] 這種蓄電裝置包含電解質和電極組，所述電極組包含第一電極、第二電極和置于 所述電極之間的隔膜。各個所述電極包含集電器(電極芯)和負載在所述集電器上的活性材 料層。在現有技術中，集電器通常由金屬箱形成。
[0004] 為了增加蓄電裝置的容量，期望盡可能多地增加每單位面積集電器負載的活性材 料的量。然而，如果將大量活性材料負載在金屬箱上，則活性材料層的厚度增加，這增大了 活性材料與集電器之間的平均距離。結果，電極的集電性劣化，且活性材料與電解質之間的 接觸受到限制，這使得容易損害充放電特性。
[0005] 因此，已經提出將具有連通孔的有高孔隙率的金屬多孔體用作集電器(參考專利 文獻1~專利文獻3)。例如通過如下制造金屬多孔體:在具有連通孔的發泡樹脂諸如發泡聚 氨酯的骨架表面上形成金屬層，使發泡聚氨酯熱分解，然后將金屬還原。
[0006] 現有技術文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1:日本專利特開號公報 [0009] 專利文獻2:日本專利特開2013-8813號公報 [0010] 專利文獻3:日本專利特開號公報

【發明內容】
[0011] 技術問題
[0012] 金屬多孔體被認為適用于蓄電裝置用電極，因為這樣的金屬多孔體由于其大的表 面積而可以負載大量的活性材料且可以容易地保持電解質。然而，當使用各自具有相同極 性且包含金屬多孔體作為集電器的多個電極時，需要將具有相同極性的集電器彼此并行連 接。
[0013] 例如，圖12中示出的電極組100包含多個片狀正極112和多個片狀負極114,所述多 個片狀正極112和多個片狀負極114在隔膜置于其間的狀態下交替堆疊在彼此之上。各個集 電器包含耳片狀連接部116。如在圖13中所示，將多個連接部116彼此結合，使得具有相同極 性的電極彼此電連接。為了減少部件數目和生產步驟數目，將連接部116與集電器的主體一 體化形成。也就是說，連接部116由與集電器的材料相同的材料制成。
[0014] 通常通過焊接連接金屬。然而，很難通過焊接結合由金屬多孔體形成的連接部。這 是因為當對金屬多孔體加熱時，金屬多孔體的結構和性質顯著改變。此外，難以精確地控制 焊接部分的形狀，因此在焊接部分與周圍部分之間容易形成不規則邊界。結果，應力局部集 中，這使得難以實現良好的導電性和足夠的接合強度兩者。
[0015]技術方案
[0016 ]根據本發明的一方面，提供包含如下的電極組：
[0017] 多個第一電極，所述第一電極包含片狀第一集電器和負載在所述第一集電器上的 第一活性材料；
[0018] 多個第二電極，所述第二電極包含片狀第二集電器和負載在所述第二集電器上的 第二活性材料;和
[0019] 置于所述第一電極和所述第二電極之間的片狀隔膜，
[0020] 其中在所述隔膜置于所述第一電極和所述第二電極之間的狀態下所述第一電極 和所述第二電極進行交替堆疊，
[0021 ]所述第一集電器各自包含第一金屬多孔體，
[0022] 所述多個第一集電器包含各自用于電連接彼此相鄰的所述第一集電器的耳片狀 第一連接部，以及
[0023] 所述多個第一集電器的所述第一連接部被設置為使得在片狀第一導電墊片置于 所述第一連接部之間的狀態下所述第一連接部在電極組的堆疊方向上相互重疊，且所述多 個第一集電器的所述第一連接部通過第一緊固構件彼此緊固。
[0024] 根據本發明的另一方面，提供蓄電裝置，所述蓄電裝置包含以上電極組、電解質和 容納所述電極組和所述電解質的殼。
[0025] 根據本發明的又一方面，提供鋰離子電容器，所述鋰離子電容器包含以上電極組、 電解質和容納所述電極組和所述電解質的殼，
[0026] 其中所述電解質包含鋰離子和陰離子的鹽，以及
[0027]第一活性材料和第二活性材料中的一種為吸藏和放出鋰離子的第一材料，且另一 種為吸附和脫附陰離子的第二材料。
[0028] 根據本發明的又一方面，提供雙電層電容器，所述雙電層電容器包含以上電極組、 電解質和容納所述電極組和所述電解質的殼，
[0029] 其中所述電解質包含有機陽離子和陰離子的鹽，以及
[0030] 第一活性材料和第二活性材料中的一種為吸附和脫附有機陽離子的第三材料，且 另一種為吸附和脫附陰離子的第四材料。
[0031] 根據本發明的又一方面，提供非水電解質二次電池，所述非水電解質二次電池包 含以上電極組、電解質和容納所述電極組和所述電解質的殼，
[0032] 其中所述電解質包含堿金屬離子和陰離子的鹽，以及
[0033] 第一活性材料和第二活性材料均為吸藏和放出堿金屬離子的材料。
[0034]有益效果
[0035]當由包含金屬多孔體作為集電器的電極構成電極組時，可以在多個電極的連接部 之間實現良好的導電性和足夠的接合強度兩者。因此，可以提高蓄電裝置的性能和耐久性。
【附圖說明】
[0036][圖1]為示出根據本發明的實施方式的蓄電裝置的外觀的立體圖。
[0037][圖2]為示出當從前面觀察蓄電裝置時內部結構的部分截面圖。
[0038][圖3A]為沿圖2的線IIIA-IIIA取的截面圖。
[0039][圖3B]為沿圖2的線IIIB-IIIB取的截面圖。
[0040][圖4]為示出袋狀隔膜中的第一電極在袋狀隔膜的一個表面被除去的狀態下的正 面圖。
[0041] [圖5]為示出第二電極的正面圖。
[0042] [圖6A]為示出第一電極和第一端子板的連接結構的部分截面圖。
[0043][圖6B]為示出第二電極和第二端子板的連接結構的部分截面圖。
[0044] [圖7]圖(a)、(b)和(c)分別為示出第一引線結構的正面圖、俯視圖和側面圖。
[0045] [圖8]為示出殼的開口邊緣和密封板的周邊部的優選接合結構的截面圖。
[0046] [圖9]為示出殼的開口邊緣和密封板的周邊部的典型接合結構的截面圖。
[0047] [圖10]示意性示出第一集電器的一部分骨架的實例結構。
[0048] [圖11]為示出其中第一集電器填充有電極混合物的狀態的截面示意圖。
[0049][圖12]為示出已知電極組的截面圖。
[0050] [圖13]為說明已知電極組的問題的截面圖。
[0051] [圖14A]為電極組的放大的部分截面圖，其示出根據本發明的另一個實施方式的 蓄電裝置的主要部分。
[0052] [圖14B]為示出其它實施方式的變體的電極組的部分截面圖。
[0053] [圖15]為示出在本發明的實施例中的電極與引線之間的連接電阻的測量結果的 圖。
[0054] [圖16]為電極組的部分截面圖，其示出作為以上實施例的其中通過鉚釘將電極和 引線連接的第一試驗品的結構。
[0055] [圖17]為電極組的部分截面圖，其示出作為以上實施例的比較例的其中通過超聲 波焊接將電極和引線連接的第二試驗品的結構。
【具體實施方式】
[0056][發明實施方式的概述]
[0057] 根據本發明的一方面的電極組包含多個第一電極、多個第二電極和置于所述第一 電極與所述第二電極之間的片狀隔膜。所述多個第一電極包含片狀第一集電器和負載在所 述第一集電器上的第一活性材料。類似地，所述多個第二電極也包含片狀第二集電器和負 載在所述第二集電器上的第二活性材料。在所述隔膜置于所述第一電極和所述第二電極之 間的狀態下，所述第一電極和所述第二電極交替堆疊。
[0058] 第一集電器包含第一金屬多孔體。例如，當第一電極為用于鋰離子電容器或非水 電解質二次電池的正極時，優選將包含鋁的金屬多孔體用作第一集電器。當第一電極為用 于鋰離子電容器或非水電解質二次電池的負極時，優選將包含銅的金屬多孔體用作第一集 電器。第二集電器也可以包含第二金屬多孔體。
[0059] 第一金屬多孔體和第二金屬多孔體可以具有這樣的多孔結構，使得要負載活性材 料的表面積(下文中也稱為有效表面積)大于單純金屬箱等的表面積。從這一觀點來看，第 一金屬多孔體和第二金屬多孔體最優選為具有三維網絡中空骨架的金屬多孔體，如下面所 述的Celmet (住友電氣工業株式會社的注冊商標)或錯-Celmet (住友電氣工業株式會社的 注冊商標），是因為可以顯著增加每單位體積的有效表面積。另外，第一金屬多孔體和第二 金屬多孔體可以為例如無紡布、穿孔金屬或網形鐵（expanded metal)。在此，無紡布、 Celmet和鋁-Celmet為具有三維結構的多孔體，且穿孔金屬和網形鐵為具有二維結構的多 孔體。
[0060] 多個第一集電器各自包含用于與相鄰的第一集電器實現電連接的耳片狀第一連 接部。多個第一集電器的第一連接部被設置為使得在片狀第一導電墊片置于所述第一連接 部之間的狀態下所述第一連接部在電極組的堆疊方向上相互重疊，且所述多個第一集電器 的所述第一連接部通過第一緊固構件彼此緊固。
[0061] 如上所述，第二集電器也可以包含第二金屬多孔體。多個第二集電器也可以各自 包含用于與相鄰的第二集電器實現電連接的耳片狀第二連接部。可以配置第二連接部，使 得在片狀第二導電墊片置于所述第二連接部之間的狀態下所述第二連接部在電極組的堆 疊方向上相互重疊，且所述第二連接部可以通過第二緊固構件彼此緊固。
[0062] 如上所述，在根據本實施方式的電極組中，電極中的至少一個包含金屬多孔體作 為集電器。在導電墊片置于其間的條件下，通過緊固構件將例如與集電器的主體一體化形 成的連接部緊固至相鄰的連接部。緊固構件可以為例如鉚釘。當以這種方式通過緊固構件 諸如鉚釘將連接部機械結合時，金屬多孔體的結構和性質不像焊接的情況中一樣顯著地改 變，這可以防止耐久性的劣化。此外，通過采用使用緊固構件諸如鉚釘的機械接合