电极组和使用其的蓄电装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及各自包含第一电极、第二电极和置于所述电极之间的隔膜的电极组和 蓄电装置，且特别涉及包含金属多孔体作为集电器的电极组。
【背景技术】
[0002] 近年来，已经开发了用于个人数字助理、电动车辆、家用电力存储装置等的蓄电装 置。在所述蓄电装置中，已经对电容器和非水电解质二次电池进行了积极研究。特别地，高 度期待例如锂离子电容器、双电层电容器、锂离子电池和钠离子电池的开发。
[0003] 这种蓄电装置包含电解质和电极组，所述电极组包含第一电极、第二电极和置于 所述电极之间的隔膜。各个所述电极包含集电器(电极芯)和负载在所述集电器上的活性材 料层。在现有技术中，集电器通常由金属箱形成。
[0004] 为了增加蓄电装置的容量，期望尽可能多地增加每单位面积集电器负载的活性材 料的量。然而，如果将大量活性材料负载在金属箱上，则活性材料层的厚度增加，这增大了 活性材料与集电器之间的平均距离。结果，电极的集电性劣化，且活性材料与电解质之间的 接触受到限制，这使得容易损害充放电特性。
[0005] 因此，已经提出将具有连通孔的有高孔隙率的金属多孔体用作集电器(参考专利 文献1~专利文献3)。例如通过如下制造金属多孔体:在具有连通孔的发泡树脂诸如发泡聚 氨酯的骨架表面上形成金属层，使发泡聚氨酯热分解，然后将金属还原。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本专利特开2012-186142号公报 [0009] 专利文献2:日本专利特开2013-8813号公报 [0010] 专利文献3:日本专利特开2013-115179号公报
【发明内容】
[0011] 技术问题
[0012] 金属多孔体被认为适用于蓄电装置用电极，因为这样的金属多孔体由于其大的表 面积而可以负载大量的活性材料且可以容易地保持电解质。然而，当使用各自具有相同极 性且包含金属多孔体作为集电器的多个电极时，需要将具有相同极性的集电器彼此并行连 接。
[0013] 例如，图12中示出的电极组100包含多个片状正极112和多个片状负极114,所述多 个片状正极112和多个片状负极114在隔膜置于其间的状态下交替堆叠在彼此之上。各个集 电器包含耳片状连接部116。如在图13中所示，将多个连接部116彼此结合，使得具有相同极 性的电极彼此电连接。为了减少部件数目和生产步骤数目，将连接部116与集电器的主体一 体化形成。也就是说，连接部116由与集电器的材料相同的材料制成。
[0014] 通常通过焊接连接金属。然而，很难通过焊接结合由金属多孔体形成的连接部。这 是因为当对金属多孔体加热时，金属多孔体的结构和性质显著改变。此外，难以精确地控制 焊接部分的形状，因此在焊接部分与周围部分之间容易形成不规则边界。结果，应力局部集 中，这使得难以实现良好的导电性和足够的接合强度两者。
[0015]技术方案
[0016 ]根据本发明的一方面，提供包含如下的电极组：
[0017] 多个第一电极，所述第一电极包含片状第一集电器和负载在所述第一集电器上的 第一活性材料；
[0018] 多个第二电极，所述第二电极包含片状第二集电器和负载在所述第二集电器上的 第二活性材料;和
[0019] 置于所述第一电极和所述第二电极之间的片状隔膜，
[0020] 其中在所述隔膜置于所述第一电极和所述第二电极之间的状态下所述第一电极 和所述第二电极进行交替堆叠，
[0021 ]所述第一集电器各自包含第一金属多孔体，
[0022] 所述多个第一集电器包含各自用于电连接彼此相邻的所述第一集电器的耳片状 第一连接部，以及
[0023] 所述多个第一集电器的所述第一连接部被设置为使得在片状第一导电垫片置于 所述第一连接部之间的状态下所述第一连接部在电极组的堆叠方向上相互重叠，且所述多 个第一集电器的所述第一连接部通过第一紧固构件彼此紧固。
[0024] 根据本发明的另一方面，提供蓄电装置，所述蓄电装置包含以上电极组、电解质和 容纳所述电极组和所述电解质的壳。
[0025] 根据本发明的又一方面，提供锂离子电容器，所述锂离子电容器包含以上电极组、 电解质和容纳所述电极组和所述电解质的壳，
[0026] 其中所述电解质包含锂离子和阴离子的盐，以及
[0027]第一活性材料和第二活性材料中的一种为吸藏和放出锂离子的第一材料，且另一 种为吸附和脱附阴离子的第二材料。
[0028] 根据本发明的又一方面，提供双电层电容器，所述双电层电容器包含以上电极组、 电解质和容纳所述电极组和所述电解质的壳，
[0029] 其中所述电解质包含有机阳离子和阴离子的盐，以及
[0030] 第一活性材料和第二活性材料中的一种为吸附和脱附有机阳离子的第三材料，且 另一种为吸附和脱附阴离子的第四材料。
[0031] 根据本发明的又一方面，提供非水电解质二次电池，所述非水电解质二次电池包 含以上电极组、电解质和容纳所述电极组和所述电解质的壳，
[0032] 其中所述电解质包含碱金属离子和阴离子的盐，以及
[0033] 第一活性材料和第二活性材料均为吸藏和放出碱金属离子的材料。
[0034]有益效果
[0035]当由包含金属多孔体作为集电器的电极构成电极组时，可以在多个电极的连接部 之间实现良好的导电性和足够的接合强度两者。因此，可以提高蓄电装置的性能和耐久性。
【附图说明】
[0036][图1]为示出根据本发明的实施方式的蓄电装置的外观的立体图。
[0037][图2]为示出当从前面观察蓄电装置时内部结构的部分截面图。
[0038][图3A]为沿图2的线IIIA-IIIA取的截面图。
[0039][图3B]为沿图2的线IIIB-IIIB取的截面图。
[0040][图4]为示出袋状隔膜中的第一电极在袋状隔膜的一个表面被除去的状态下的正 面图。
[0041] [图5]为示出第二电极的正面图。
[0042] [图6A]为示出第一电极和第一端子板的连接结构的部分截面图。
[0043][图6B]为示出第二电极和第二端子板的连接结构的部分截面图。
[0044] [图7]图(a)、(b)和(c)分别为示出第一引线结构的正面图、俯视图和侧面图。
[0045] [图8]为示出壳的开口边缘和密封板的周边部的优选接合结构的截面图。
[0046] [图9]为示出壳的开口边缘和密封板的周边部的典型接合结构的截面图。
[0047] [图10]示意性示出第一集电器的一部分骨架的实例结构。
[0048] [图11]为示出其中第一集电器填充有电极混合物的状态的截面示意图。
[0049][图12]为示出已知电极组的截面图。
[0050] [图13]为说明已知电极组的问题的截面图。
[0051] [图14A]为电极组的放大的部分截面图，其示出根据本发明的另一个实施方式的 蓄电装置的主要部分。
[0052] [图14B]为示出其它实施方式的变体的电极组的部分截面图。
[0053] [图15]为示出在本发明的实施例中的电极与引线之间的连接电阻的测量结果的 图。
[0054] [图16]为电极组的部分截面图，其示出作为以上实施例的其中通过铆钉将电极和 引线连接的第一试验品的结构。
[0055] [图17]为电极组的部分截面图，其示出作为以上实施例的比较例的其中通过超声 波焊接将电极和引线连接的第二试验品的结构。
【具体实施方式】
[0056][发明实施方式的概述]
[0057] 根据本发明的一方面的电极组包含多个第一电极、多个第二电极和置于所述第一 电极与所述第二电极之间的片状隔膜。所述多个第一电极包含片状第一集电器和负载在所 述第一集电器上的第一活性材料。类似地，所述多个第二电极也包含片状第二集电器和负 载在所述第二集电器上的第二活性材料。在所述隔膜置于所述第一电极和所述第二电极之 间的状态下，所述第一电极和所述第二电极交替堆叠。
[0058] 第一集电器包含第一金属多孔体。例如，当第一电极为用于锂离子电容器或非水 电解质二次电池的正极时，优选将包含铝的金属多孔体用作第一集电器。当第一电极为用 于锂离子电容器或非水电解质二次电池的负极时，优选将包含铜的金属多孔体用作第一集 电器。第二集电器也可以包含第二金属多孔体。
[0059] 第一金属多孔体和第二金属多孔体可以具有这样的多孔结构，使得要负载活性材 料的表面积(下文中也称为有效表面积)大于单纯金属箱等的表面积。从这一观点来看，第 一金属多孔体和第二金属多孔体最优选为具有三维网络中空骨架的金属多孔体，如下面所 述的Celmet (住友电气工业株式会社的注册商标)或错-Celmet (住友电气工业株式会社的 注册商标），是因为可以显著增加每单位体积的有效表面积。另外，第一金属多孔体和第二 金属多孔体可以为例如无纺布、穿孔金属或网形铁（expanded metal)。在此，无纺布、 Celmet和铝-Celmet为具有三维结构的多孔体，且穿孔金属和网形铁为具有二维结构的多 孔体。
[0060] 多个第一集电器各自包含用于与相邻的第一集电器实现电连接的耳片状第一连 接部。多个第一集电器的第一连接部被设置为使得在片状第一导电垫片置于所述第一连接 部之间的状态下所述第一连接部在电极组的堆叠方向上相互重叠，且所述多个第一集电器 的所述第一连接部通过第一紧固构件彼此紧固。
[0061] 如上所述，第二集电器也可以包含第二金属多孔体。多个第二集电器也可以各自 包含用于与相邻的第二集电器实现电连接的耳片状第二连接部。可以配置第二连接部，使 得在片状第二导电垫片置于所述第二连接部之间的状态下所述第二连接部在电极组的堆 叠方向上相互重叠，且所述第二连接部可以通过第二紧固构件彼此紧固。
[0062] 如上所述，在根据本实施方式的电极组中，电极中的至少一个包含金属多孔体作 为集电器。在导电垫片置于其间的条件下，通过紧固构件将例如与集电器的主体一体化形 成的连接部紧固至相邻的连接部。紧固构件可以为例如铆钉。当以这种方式通过紧固构件 诸如铆钉将连接部机械结合时，金属多孔体的结构和性质不像焊接的情况中一样显著地改 变，这可以防止耐久性的劣化。此外，通过采用使用紧固构件诸如铆钉的机械接合