电极组和使用其的蓄电装置的制造方法_4

文档序号:9769335阅读:来源:国知局
位于密封板16内部的第二大直径部80a、插入构件(密封板 16、第二端子板50A以及垫圈58A和60A)的通孔中的第二扩大部80b和位于密封板16的外部 的第二头部80c。第四紧固构件80在插入上述通孔中的同时将密封板16、第二端子板50A和 第二垫圈(垫圈58A和60A)全部紧固在一起。由此,将第二端子板50A固定在密封板16的外表 面上。当第四紧固构件80紧固所述构件时,第二扩大部80b中的空穴扩大且第二扩大部80b 的直径增加。当第四紧固构件80紧固所述构件时,例如将第二头部80c压扁且变形,使得第 二头部80c和第二大直径部80a把第二端子板50A、密封板16以及垫圈58A和60A夹在中间。产 生的效果与关于第一连接构件所述的效果相同。
[0116] 接下来,将对壳14的开口边缘和密封板16的更优选的接合结构进行说明。
[0117] 图8为示出壳14的开口边缘的部分放大图。在图中的密封结构中,密封板16的端部 (周边部)包括与密封板的外表面形成锐角Θ1的斜面16a(第一斜面)。形成开口边缘的壳14 的侧壁的上端部包括与壳14的外表面形成锐角Θ2的斜面14a(第二斜面)。通过焊接所述斜 面而将密封板16的周边部和壳14的开口边缘结合。在此,当密封板的外表面与壳的外表面 相互垂直时,Θ2 = (90-Θ1)(度)。
[0118] 如上所述,当通过焊接斜面14a和斜面16a而将壳14的开口边缘和密封板16的周边 部结合时,可以在壳14的开口边缘和密封板16的周边部之间总是实现充分附着性的同时将 它们焊接。例如,如果如图9中所示将包含垂直于外表面(或内表面)的侧面(周端面)的密封 板16焊接至壳14的开口边缘的内表面,则密封板16的外部尺寸需要与壳14的开口边缘的尺 寸精确匹配以提高它们之间的附着性。如果密封板16的外部尺寸与壳14的开口边缘的尺寸 不精确匹配,则在密封板16的端部与壳14的开口边缘之间生成间隙或残留应力,这有时使 耐久性劣化。
[0119] 在图9中所示的接合结构中,如果密封板16的周边部与壳14的开口边缘之间的附 着性差,则因在激光焊接时的溅射等生成的异物90可能会进入壳14中。在这种情况下,例如 容易导致内部短路。难以通过目视检查发现异物90进入壳14中。相反,在图8中所示的接合 结构中,可以将密封板16的端部与壳14的开口边缘彼此激光焊接,同时通过所述斜面之间 的接触总是实现期望的附着性。这容易防止不合格产品的发货。在此,角Θ1优选在5(度Η Θ 1 < 85(度)且更优选在10(度Η Θ1 < 45(度)的范围内。
[0120] 当角Θ1在5(度Η Θ1 < 85(度)的范围内时,可以通过从壳14的基本上垂直的上方 (密封板16的外表面的法线方向)而不是从壳14的斜上方施加激光而将它们焊接。不容易以 倾斜方向精确地向焊缝施加激光,因为难以确保图像识别的准确性以及壳与密封板的相对 位置的精确度。当从垂直上方施加激光时,可以容易地识别端部且由此可以容易地进行焊 接。此外,仅通过二维地移动壳或激光头就可以将密封板的整个周边部焊接到壳的开口边 缘,这使得容易制造蓄电装置。
[0121] 接下来,将对用作第一集电器22或第二集电器24的金属多孔体进行详细说明。
[0122] 金属多孔体优选具有三维网络中空骨架。具有其中有空穴的骨架的金属多孔体具 有大体积的三维结构,但却极轻。
[0123] 通过如下可以形成这种金属多孔体:利用构成集电器的金属镀敷具有连续空隙的 树脂多孔体,然后通过进行热处理等将内部的树脂分解或溶解。作为镀敷处理的结果,形成 三维网络骨架。作为树脂分解或溶解的结果,可以使骨架的内部中空。
[0124] 可以使用任何树脂多孔体,只要它具有连续空隙即可。树脂多孔体的实例包括树 脂发泡体和由树脂制成的无纺布。在热处理后,可以通过进行洗涤等将骨架中的残留成分 (例如树脂、分解产物、未反应的单体和包含在树脂中的添加剂)除去。
[0125]构成树脂多孔体的树脂的实例包括热固性树脂诸如热固性聚氨酯和三聚氰胺树 月旨;和热塑性树脂诸如烯烃树脂(例如聚乙烯和聚丙烯)和热塑性聚氨酯。当使用树脂发泡 体时,尽管取决于树脂的类型和发泡体的制造方法,但是使得发泡体内部形成的各个孔具 有蜂窝状。使所述单元彼此相通,由此形成连续的空隙。在这种发泡体中,蜂窝状孔的尺寸 倾向于小且均一。特别地,当使用热固性聚氨酯等时,孔的尺寸和形状倾向于变得更均一。
[0126] 可以采用任何镀敷处理,只要可以在树脂多孔体的表面(包括连续的空隙中的表 面)上形成起集电器作用的金属层即可。可以采用公知的镀敷处理方法诸如电镀方法或熔 融盐镀敷方法。作为镀敷处理的结果,形成具有与树脂多孔体的形状相对应形状的三维网 络金属多孔体。当通过电镀方法进行镀敷处理时,期望在电镀之前形成导电层。通过例如在 树脂多孔体的表面上进行无电镀、气相沉积、溅射等或施加导电剂可以形成导电层。或者, 通过将树脂多孔体浸渍在包含导电剂的分散液中可以形成导电层。
[0127] 在镀敷处理后,通过进行加热而将树脂多孔体除去,由此在金属多孔体的骨架内 部形成空穴且由此形成中空骨架。骨架内部的空穴的宽度(稍后所述的图11中的空穴的宽 度Wf)平均为例如0.5~5μηι,优选为1~4μηι或2~3μηι。如果必要的话,可以通过在向树脂多 孔体适当施加电压的同时进行热处理将树脂多孔体除去。或者,将经受镀敷处理的多孔体 浸渍在熔融盐镀浴中且可以在向多孔体施加电压的同时进行热处理。
[0128] 金属多孔体具有三维网络结构,所述三维网络结构具有与树脂发泡体的形状相对 应的形状。具体地,集电器包含通过连接包含在单个金属多孔体中的大量蜂窝状孔而形成 的连续空隙。在相邻的蜂窝状孔之间形成开口(或窗口)。优选使所述孔通过该开口彼此连 通。开口(或窗口)的形状没有特别限制,且为例如大致多边形形状(例如大致三角形形状、 大致四边形形状、大致五边形形状和/或大致六边形形状)。术语"大致多边形形状"指的是 多边形和与多边形相似的形状(例如角为圆形的多边形形状和边为曲线的多边形形状)。
[0129] 图10示意性示出金属多孔体的骨架。金属多孔体包含由金属骨架102围绕的多个 蜂窝状孔101,且在相邻的孔101之间形成具有大致多边形形状的开口(或窗口)1〇3。相邻的 孔101通过开口 103彼此连通,因此集电器包含连续的空隙。金属骨架102限定各个蜂窝状孔 的形状且以连接孔的方式三维地形成。由此,形成三维网络结构。
[0130] 金属多孔体具有非常高的孔隙率和大的比表面积。也就是说,可以在包含空隙中 的表面的面积的大面积中附着大量的活性材料。此外,由于在所述空隙填充有大量活性材 料时可以增加金属多孔体与活性材料之间的接触面积和孔隙率,所以可以有效地使用活性 材料。在锂离子电容器或非水电解质二次电池用正极中,通常通过添加导电助剂来增加导 电性。当将上述金属多孔体用作正极集电器时,即使降低添加的导电助剂的量也容易实现 高的导电性。因此,可以有效地提高电池的倍率性能和能量密度(和容量)。
[0131] 金属多孔体的比表面积(BET比表面积)为例如100~700cm2/g,优选为150~ 650cm 2/g,更优选为 200 ~600cm2/g。
[0132] 金属多孔体的孔隙率为例如40~99体积%,优选为60~98体积%,更优选为80~ 98体积%。三维网络结构中的平均孔径(彼此连通的蜂窝状孔的平均直径)为例如50~1000 μπι,优选为100~900μηι,更优选为350~900μηι。在此,平均孔径小于金属多孔体(或电极)的 厚度。通过乳制使金属多孔体的骨架变形,且孔隙率和平均孔径改变。上述孔隙率和平均孔 径为乳制前(在利用混合物填充前)的金属多孔体的孔隙率和平均孔径。
[0133] 构成锂离子电容器或非水电解质二次电池用正极集电器的金属(用于镀敷的金 属)为例如选自铝、铝合金、镍和镍合金中的至少一种。构成锂离子电容器或非水电解质二 次电池用负极集电器的金属(用于镀敷的金属)为例如选自铜、铜合金、镍和镍合金中的至 少一种。也可以将与上述相同的金属(例如铜和铜合金)用于双电层电容器用电极集电器。
[0134] 图11为示出其中图10中的金属多孔体的空隙填充有电极混合物的状态的截面示 意图。蜂窝状孔101填充有电极混合物104,且电极混合物104附着到金属骨架102的表面从 而形成厚度为Wm的电极混合物层。在金属多孔体的骨架102的内部形成宽度为Wf的空穴 102a。在利用电极混合物104填充后,在各个蜂窝状孔101中残留有空隙,使得所述空隙被电 极混合物层围绕。在利用电极混合物填充金属多孔体后,可以在厚度方向任选地对金属多 孔体进行乳制,由此形成电极。图11示出乳制之前的状态。在通过乳制获得的电极中,骨架 102在厚度方向被轻微地压缩。孔101中被电极混合物层围绕的空隙和骨架10 2中的空穴被 压缩。在金属多孔体的乳制之后,被电极混合物层围绕的空隙仍在某种程度上残留,因此可 以提尚电极的孔隙率。
[0135] 通过例如利用电极混合物填充如上所述获得的金属多孔体的空隙且任选在厚度 方向压缩集电器而形成正极或负极。电极混合物包含作为必需成分的活性材料且可以包含 作为任选成分的导电助剂和/或粘合剂。
[0136] 通过利用混合物填充集电器的蜂窝状孔而形成的混合物层的厚度^为例如10~ 500μηι,优选为40~250μηι,更优选为100~200μηι。为了提供在蜂窝状孔中形成的被混合物层 围绕的空隙,混合物层的厚度^优选为蜂窝状孔的平均孔径的5%~40%,更优选为10%~ 30% 〇
[0137] 可以将吸藏和放出碱金属离子的材料用作非水电解质二次电池用正极活性材料。 这种材料的实例包括金属氧族元素化合物(例如硫化物和氧化物)、含碱金属的过渡金属氧 化物(含锂的过渡金属氧化物和含钠的过渡金属氧化物)和含碱金属的过渡金属磷酸盐(例 如具有橄榄石结构的磷酸铁)。这些正极活性材料可以单独使用或以两种以上的组合使用。
[0138] 可以将吸藏和放出碱金属离子诸如锂离子的材料用作锂离子电容器或非水电解 质二次电池用负极活性材料。这种材料的实例包括碳材料、尖晶石型的锂钛氧化物、尖晶石 型的钠钛氧化物、氧化硅、硅合金、氧化锡和锡合金。碳材料的实例包括石墨、石墨化碳(软 碳)和难石墨化碳(硬碳)。
[0139] 可以将吸附和脱附阴离子的第一碳材料用作锂离子电容器用正极活性材料。可以 将吸附和脱附有机阳离子的第二碳材料用作双电层电容器的一个电极的活性材料,且可以 将吸附和脱附阴离子的第三碳材料用作另一个电
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