БАТАРЕЯ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК H01M10/04 H01M10/52 H01M2/20 H01M2/34 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область изобретения

[0001] Настоящее раскрытие относится к батарее и способу ее изготовления.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] В публикации заявки на патент Японии № 2009-048971 раскрыт способ проведения испытания на выдерживаемое электродной группой напряжения. В таком испытании на выдерживаемое напряжение к положительному электроду и отрицательному электроду прикладывают напряжение для проверки того, течет ли между положительным и отрицательным электродами ток утечки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Посторонние предметы (например, брызги металла при сварке, обрезки и т.д.) могут захватываться в электродную группу. Такие посторонние предметы могут вызвать небольшое короткое замыкание. Один способ проверки на наличие захваченных посторонних предметов представляет собой испытание на выдерживаемое напряжение. Испытание на выдерживаемое напряжение проводят на электродной группе до ее пропитки раствором электролита. В испытании на выдерживаемое напряжение к положительному электроду и отрицательному электроду прикладывают заданное напряжение для проверки того, течет ли между ними ток утечки. Если ток утечки течет, то это свидетельствует о том, что был захвачен какой-либо посторонний предмет.

[0004] Для введения тока в батарею и его выведения из нее к положительному электроду присоединяют вывод положительного электрода. Вывод положительного электрода представляет собой, например, алюминиевую (Al) полоску. Вывод положительного электрода покрывают защитной лентой во избежание внутреннего короткого замыкания, вызванного кромками вывода положительного электрода, и т.д. Эта защитная лента обладает высокой прочностью изоляции. Поэтому, при захвате постороннего предмета между защитной лентой и отрицательным электродом, испытание на выдерживаемое напряжение может не выявить постороннего предмета, поскольку через защитную ленту никакой ток утечки не течет.

[0005] Настоящее раскрытие предлагает батарею, которая позволяет выявлять наличие постороннего предмета, захваченного между защитной лентой вывода положительного электрода и отрицательным электродом при испытании на выдерживаемое напряжение.

[0006] В дальнейшем будет описано техническое устройство, а также принципы работы и эффекты настоящего раскрытия. Механизм работы настоящего раскрытия включает в себя предположение. Поэтому, объем заявки не следует ограничивать в зависимости от того, справедлив ли этот механизм работы.

[0007] Первый аспект настоящего раскрытия относится к батарее. Батарея включает в себя, по меньшей мере, электродную группу. Электродная группа включает в себя положительный электрод, сепаратор, отрицательный электрод и защитный слой. Сепаратор размещен между положительным и отрицательным электродом. Положительный электрод включает в себя токоотвод положительного электрода, слой смеси положительного электрода и вывод положительного электрода. Слой смеси положительного электрода расположен на поверхности токоотвода положительного электрода. Вывод положительного электрода электрически соединен с токоотводом положительного электрода. Защитный слой покрывает поверхность вывода положительного электрода. Объемное удельное сопротивление защитного слоя находится в диапазоне значений, от одного до 100 раз превышающих объемное удельное сопротивление слоя смеси положительного электрода.

[0008] В обычной батарее защитная лента обладает объемным удельным сопротивлением, например, приблизительно в 10¹⁶ раз превышающим объемное удельное сопротивление слоя смеси положительного электрода. В батарее по настоящему раскрытию, напротив, объемное удельное сопротивление защитного слоя находится в диапазоне значений, в один - 100 раз превышающих объемное удельное сопротивление слоя смеси положительного электрода. Поэтому ток утечки при испытании на выдерживаемое напряжение также может течь через защитный слой. Это означает, что может быть выявлен посторонний предмет, захваченный между защитным слоем и отрицательным электродом. Когда объемное удельное сопротивление защитного слоя превышает умноженное на 100 объемное удельное сопротивление слоя смеси положительного электрода, выявление постороннего предмета между защитным слоем и отрицательным электродом может оказаться затруднительным. С другой стороны, когда объемное удельное сопротивление защитного слоя является более низким, чем объемное удельное сопротивление слоя смеси положительного электрода, ток стремится сконцентрироваться на защитном слое. Это может осложнить предотвращение внутреннего короткого замыкания, вызванного кромками вывода положительного электрода, и т.д.

[0009] В первом аспекте защитный слой может включать в себя электроизоляционный материал и частицы углерода. Объемное удельное сопротивление этого защитного слоя может быть отрегулировано путем регулировки содержания частиц углерода.

[0010] В первом аспекте частицы углерода могут включать в себя по меньшей мере одно из углеродной сажи, графита, выращенного из паровой фазы углеродного волокна и чешуек графена.

[0011] В первом аспекте защитный слой может включать в себя электроизоляционный материал и частицы металла.

[0012] Частицы металла могут включать в себя частицы алюминия.

[0013] Защитный слой может быть размещен между выводом положительного электрода и сепаратором.

[0014] Во втором аспекте электроизоляционный материал может включать в себя по меньшей мере один из полиимида, стекловолокна, керамики, полиэтилена, полипропилена и политетрафторэтилена.

[0015] Во втором аспекте электроизоляционный материал может представлять собой полиимид. Полиимид обладает высоким объемным удельным сопротивлением, а также исключительной механической прочностью, термостойкостью и т.д.

[0016] Второй аспект настоящего раскрытия относится к батарее. Батарея включает в себя, по меньшей мере, электродную группу. Электродная группа включает в себя положительный электрод, сепаратор, отрицательный электрод и защитный слой. Сепаратор размещен между положительным электродом и отрицательным электродом. Положительный электрод включает в себя токоотвод положительного электрода, слой смеси положительного электрода и вывод положительного электрода. Слой смеси положительного электрода расположен на поверхности токоотвода положительного электрода. Вывод положительного электрода электрически соединен с токоотводом положительного электрода. Защитный слой покрывает поверхность вывода положительного электрода. Защитный слой включает в себя изоляционный слой и осажденный из паровой фазы слой металла. Изоляционный слой включает в себя электроизоляционный материал. Осажденный из паровой фазы слой металла размещен между изоляционным слоем и сепаратором. Осажденный из паровой фазы слой металла находится в контакте с по меньшей мере частью слоя смеси положительного электрода.

[0017] В этой батарее вывод положительного электрода может быть защищен изоляционным слоем. Более того, ток утечки может течь из осажденного из паровой фазы слоя металла к слою смеси положительного электрода, так что можно выявить посторонний предмет, захваченный между защитным слоем и отрицательным электродом.

[0018] Во втором аспекте электроизоляционный материал может включать в себя по меньшей мере один из полиимида, стекловолокна, керамики, полиэтилена, полипропилена и политетрафторэтилена.

[0019] Во втором аспекте электроизоляционный материал может представлять собой полиимид. Полиимид обладает высоким объемным удельным сопротивлением, а также исключительной механической прочностью, термостойкостью и т.д.

[0020] Третий аспект настоящего раскрытия относится к способу изготовления батареи. Способ изготовления батареи включает в себя следующие этапы (α), (β) и (γ): (α) изготовление электродной группы; (β) проведение испытания на выдерживаемое электродной группой напряжение; (γ) изготовление батареи, включающей в себя такую электродную группу, которая была определена как недефектная продукция в испытании на выдерживаемое напряжение. Электродная группа включает в себя положительный электрод, сепаратор, отрицательный электрод и защитный слой. Сепаратор размещен между положительным электродом и отрицательным электродом. Положительный электрод включает в себя токоотвод положительного электрода, слой смеси положительного электрода и вывод положительного электрода. Слой смеси положительного электрода расположен на поверхности токоотвода положительного электрода. Вывод положительного электрода электрически соединен с токоотводом положительного электрода. Защитный слой покрывает поверхность вывода положительного электрода. При испытании на выдерживаемое напряжение к положительному и отрицательному электродам прикладывают напряжение более низкое, чем напряжение пробоя изоляции сепаратора, при условии, что ток утечки течет через защитный слой, когда между защитным слоем и отрицательным электродом присутствует посторонний предмет, и электродную группу определяют как дефектную продукцию, когда между положительным и отрицательным электродами течет ток утечки, а когда ток утечки не течет между положительным и отрицательным электродами, электродную группу определяют как недефектную продукцию.

[0021] Этот способ изготовления подразумевает проверку того, имеется ли посторонний предмет между защитным слоем и отрицательным электродом, что позволяет изготавливать высоконадежную батарею.

[0022] В третьем аспекте объемное удельное сопротивление защитного слоя может находиться в диапазоне значений, от одного до 100 раз превышающих объемное удельное сопротивление слоя смеси положительного электрода. Когда защитный слой обладает умеренно низким объемным удельным сопротивлением, может быть установлено условие, при котором ток утечки течет через защитный слой.

[0023] В третьем аспекте защитный слой может включать в себя изоляционный слой и осажденный из паровой фазы слой металла. Изоляционный слой может включать в себя электроизоляционный материал. Осажденный из паровой фазы слой металла может быть размещен между изоляционным слоем и сепаратором. Осажденный из паровой фазы слой металла может находиться в контакте с по меньшей мере частью слоя смеси положительного электрода. Этот защитный слой позволяет току утечки течь из осажденного из паровой фазы слоя металла к слою смеси положительного электрода.

[0024] В третьем аспекте электродная группа может быть сжата при испытании на выдерживаемое напряжение таким образом, что сепаратор претерпевает упругую деформацию сжатия в направлении по толщине сепаратора. Когда расстояние между положительным и отрицательным электродами таким образом снижается, может быть установлено условие, при котором ток утечки течет через защитный слой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0025] Признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость примерных вариантов воплощения изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные номера означают одинаковые элементы и на которых:

ФИГ. 1 представляет собой схематическое изображение, показывающее пример строения батареи согласно варианту воплощения настоящего раскрытия;

ФИГ. 2 представляет собой концептуальный вид в разрезе, показывающий пример строения электродной группы;

ФИГ. 3 представляет собой концептуальный вид в разрезе, показывающий пример защитного слоя;

ФИГ. 4 представляет собой концептуальный вид в разрезе, показывающий другой пример защитного слоя;

ФИГ. 5 представляет собой блок-схему, показывающую основные принципы способа изготовления батареи согласно варианту воплощения настоящего раскрытия; и

ФИГ. 6 представляет собой концептуальный вид в разрезе, показывающий пример испытания на выдерживаемое напряжение.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

[0026] Ниже будет описан вариант воплощения настоящего раскрытия (здесь и далее также называемый «настоящим вариантом воплощения»). Однако следующее описание не предназначено для ограничения объема формулы изобретения. Например, хотя ниже будет описана литий-ионная вторичная батарея (литий-ионный аккумулятор), батарея по настоящему варианту воплощения не ограничена литий-ионной вторичной батареей. Батарея по настоящему варианту воплощения также может представлять собой, например, литиевую первичную батарею, натрий-ионную вторичную батарею или никель-водородную вторичную батарею.

[0027] Для удобства описания соотношения размеров на чертежах по настоящему раскрытию изменены по мере необходимости. Таким образом, соотношения размеров, показанные на чертежах настоящего раскрытия, не представляют собой фактические соотношения размеров.

<Батарея>

[0028] ФИГ. 1 – схематическое изображение, показывающее пример строения батареи согласно варианту воплощения настоящего раскрытия. Батарея 200 включает в себя корпус 50. Корпус 50 имеет цилиндрическую форму. Однако корпус по настоящему варианту воплощения не следует ограничивать цилиндрическим корпусом. Например, корпус по настоящему варианту воплощения может иметь прямоугольную форму (форму плоского прямоугольного параллелепипеда). Корпус 50 выполнен, например, из металлического материала. Например, корпус 50 может быть выполнен из железа (Fe), нержавеющей стали (SUS), алюминия (Al) или сплава Al. При условии, что корпус 50 обладает заданным свойством герметичности, корпус 50 может быть выполнен, например, из композиционного материала, содержащего металлический материал и полимерный материал. Например, корпус может быть выполнен из пленки алюминиевого ламината. Корпус 50 может включать в себя токопрерывающее устройство (current interruption device, CID), газоотводящий клапан, вход для жидкости и т.д.

[0029] Корпус 50 заключает в себе электродную группу 100 и раствор электролита (не показан). Таким образом, батарея 200 включает в себя, по меньшей мере, электродную группу 100. Электродная группа 100 включает в себя положительный электрод 10, сепаратор 30, отрицательный электрод 20 и защитную ленту 400 (защитный слой). Электродная группа 100 является свернутой в рулон электродной группой. В частности, электродную группу 100 составлена из положительного электрода 10, сепаратора 30, отрицательного электрода 20 и сепаратора 30, которые укладывают стопкой в этом порядке, а затем скручивают до спиральной формы. В качестве альтернативы, электродная группа по настоящему варианту воплощения может представлять собой уложенную стопкой электродную группу. Уложенная стопкой электродная группа может быть образована путем поочередного укладывания положительного электрода и отрицательного электрода с размещенным между ними сепаратором.

[0030] ФИГ. 2 представляет собой концептуальный вид в разрезе, показывающий пример строения электродной группы. Сепаратор 30 размещен между положительным электродом 10 и отрицательным электродом 20. Положительный электрод 10 включает в себя токоотвод 11 положительного электрода, слой 12 смеси положительного электрода и вывод 13 положительного электрода. Слой 12 смеси положительного электрода расположен на поверхности токоотвода 11 положительного электрода. Вывод 13 положительного электрода электрически соединен с токоотводом 11 положительного электрода. Вывод 13 положительного электрода соединен с токоотводом 11 положительного электрода, например, с помощью процесса ультразвуковой сварки.

[0031] Например, вывод 13 положительного электрода может представлять собой Al-ую полосу. Вывод 13 положительного электрода может обладать толщиной, например, от 10 мкм до 1 мм. В данном описании толщину каждого компонента можно измерить, например, микрометром. В качестве альтернативы, толщину каждого компонента можно измерить, например, на микроскопическом изображении поперечного сечения.

[0032] Защитная лента 400 покрывает поверхность вывода 13 положительного электрода. Желательно, чтобы защитная лента 400 покрывала всю поверхность вывода 13 положительного электрода. Защитная лента 400 может простираться так, что она покрывает часть слоя 12 смеси положительного электрода.

[0033] Электродная группа 100 выполнена так, что когда между защитной лентой 400 и отрицательным электродом 20 находится посторонний предмет 5, приложение напряжения более низкого, чем напряжение пробоя изоляции сепаратора 30, к положительному электроду 10 и отрицательному электроду 20 вызывало протекание тока утечки от защитной ленты 400 к выводу 13 положительного электрода. Таким образом, находящийся между защитной лентой 400 и отрицательным электродом 20 посторонний предмет 5 может быть выявлен при испытании на выдерживаемое напряжение.

[0034] Сплошные стрелки на ФИГ. 2 указывают потоки тока утечки при испытании на выдерживаемое напряжение. Ток утечки может протекать через защитную ленту 400, а затем затекать в вывод 13 положительного электрода. Ток утечки может течь из защитной ленты 400 в слой 12 смеси положительного электрода, а далее может течь через токоотвод 11 положительного электрода в вывод 13 положительного электрода.

<Защитная лента>

<Первый пример>

[0035] Защитная лента по настоящему варианту воплощения может обладать умеренно низким объемным удельным сопротивлением. В частности, объемное удельное сопротивление защитной ленты 400 может находиться в диапазоне значений, от одного до 100 раз превышающих это объемное удельное сопротивление. Когда объемное удельное сопротивление защитной ленты 400 превышает умноженное на 100 объемное удельное сопротивление слоя 12 смеси положительного электрода, выявление постороннего предмета 5 между защитной лентой 400 и отрицательным электродом 20 может стать затруднительным. С другой стороны, когда объемное удельное сопротивление защитной ленты 400 является более низким, чем объемное удельное сопротивление слоя 12 смеси положительного электрода, ток стремится сконцентрироваться на защитной ленте 400. Это может осложнить предотвращение возникновения внутреннего короткого замыкания на кромках вывода 13 положительного электрода и т.д.

[0036] Объемное удельное сопротивление защитной ленты 400 может не более чем в 50 раз, не более чем в 20 раз, не более чем в 10 раз, не более чем в 5 раз или не более чем вдвое превышать объемное удельное сопротивление слоя 12 смеси положительного электрода. Считается, что чем ближе друг к другу объемное удельное сопротивление защитной ленты 400 и объемное удельное сопротивление слоя 12 смеси положительного электрода, тем более вероятно, что будут обнаружены как посторонний предмет 5, находящийся между защитной лентой 400 и отрицательным электродом 20, так и посторонний предмет, находящийся между слоем 12 смеси положительного электрода и отрицательным электродом 20.

[0037] Объемное удельное сопротивление защитной ленты 400 может быть измерено методом в соответствии с JISC2151: «Способы испытания пластмассовых пленок для электрических целей». Объемное удельное сопротивление защитной ленты 400 измеряют по меньшей мере три раза. Среднеарифметическое значение по меньшей мере трех измерений используют в качестве результата измерений. Защитная лента 400 может обладать объемным удельным сопротивлением, например, не ниже 1 Ом⋅см, но и не выше 10000 Ом⋅см, или обычно не ниже 10 Ом⋅см, но и не выше 1000 Ом⋅см.

[0038] Объемное удельное сопротивление слоя 12 смеси положительного электрода может быть измерено методом в соответствии с JISK7194: «Способ проведения испытаний на удельное сопротивление проводящих пластиков с помощью четырехзондовой измерительной установки». В качестве измерительного устройства, например, может быть использован измеритель удельного сопротивления серии «Loresta», выпускаемый компанией «Mitsubishi Chemical Analytech», или его эквиваленты. Объемное удельное сопротивление слоя 12 смеси положительного электрода измеряют по меньшей мере в 10 точках. В качестве результата измерений используют среднеарифметическое значение измерений, снятых в по меньшей мере 10 точках. Слой 12 смеси положительного электрода может обладать объемным удельным сопротивлением, например, не ниже 1 Ом⋅см, но и не выше 100 Ом⋅см, или обычно не ниже 5 Ом⋅см, но и не выше 15 Ом⋅см.

[0039] Размер защитной ленты 400 может быть достаточно большим, чтобы покрыть вывод 13 положительного электрода. Плоская форма защитной ленты 400 может представлять собой, например, прямоугольную форму. Защитная лента 400 может обладать толщиной, например, не менее 1 мкм, но и не более 1 мм.

[0040] Объемное удельное сопротивление защитной ленты 400 может быть отрегулировано, например, путем включения электропроводящего вещества в состав защитной ленты 400. ФИГ. 3 представляет собой концептуальный вид в разрезе, показывающий пример защитной ленты. Защитная лента 410 (защитный слой) включает в себя электроизоляционный материал 411 и частицы 412 углерода. Объемное удельное сопротивление защитной ленты 410 может быть отрегулировано путем регулировки содержания частиц 412 углерода. Электроизоляционный материал 411 может быть, например, полиимидом. Полиимид обладает высоким объемным удельным сопротивлением, а также исключительной механической прочностью, термостойкостью и т.д. Электроизоляционный материал 411 может представлять собой, например, стекловолокно, керамику, полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) или политетрафторэтилен (ПТФЭ). Могут быть использованы только один тип электроизоляционного материала или сочетание двух или более типов электроизоляционного материала.

[0041] Частицы 412 углерода могут представлять собой, например, углеродную сажу, графит, выращенное из паровой фазы углеродное волокно или чешуйки графена. Могут быть использованы только один тип частиц углерода или сочетание двух или более типов частиц углерода.

[0042] Вместо частиц 412 углерода могут быть использованы частицы металла. Частицами металла могут быть, например, частицы Al. Частицы 412 углерода и частицы металла могут иметь средний размер частиц, например, от 0,1 мкм до 10 мкм. Средний размер частиц представлен размером частиц на 50% со стороны мелких частиц на совокупном распределении размеров частиц по объему, которое измеряют методом лазерного дифракционного рассеивания.

[0043] Защитная лента 410 может включать в себя и другие материалы в дополнение к вышеупомянутому материалу. Например, защитная лента 410 может дополнительно включать в себя адгезив. Адгезив может представлять собой, например, акриловый адгезив. Защитная лента 410 может быть, например, материалом на основе нетканого полотна, пропитанным частицами 412 углерода и адгезивом. Материал на основе нетканого полотна может состоять, например, из вышеупомянутого электроизоляционного материала. Защитная лента 410 может включать в себя слой материала-основы и слой адгезива. Слой материала-основы включает в себя электроизоляционный материал 411 и частицы 412 углерода. Слой адгезива может быть образован на поверхности слоя материала-основы. Слой адгезива включает в себя адгезив.

<Второй пример>

[0044] Поверхность защитной ленты по настоящему варианту воплощения может включать в себя часть, где объемное удельное сопротивление локально снижено. ФИГ. 4 представляет собой концептуальный вид в разрезе, показывающий другой пример защитной ленты. Защитная лента 420 (защитный слой) включает в себя изоляционный слой 421 и осажденный из паровой фазы слой 422 металла. Изоляционный слой 421 может состоять из электроизоляционного материала 411. Изоляционный слой 421 может обладать толщиной, например, не менее 1 мкм, но и не более 1 мм. Изоляционный слой 421 может обладать объемным удельным сопротивлением, например, приблизительно от 1×10¹⁶ Ом⋅см до 1×10¹⁸ Ом⋅см. Благодаря изоляционному слою 421, можно избежать возникновения внутреннего короткого замыкания, вызванного выводом 13 положительного электрода. Осажденный из паровой фазы слой 422 металл образован на поверхности изоляционного слоя 421. Осажденный из паровой фазы слой 422 металла размещен между изоляционным слоем 421 и сепаратором 30. Например, осажденный из паровой фазы слой 422 металла может обладать более низким объемным удельным сопротивлением, чем объемное удельное сопротивление слоя 12 смеси положительного электрода.

[0045] Осажденный из паровой фазы слой 422 металла простирается так, чтобы он входил в контакт с частью слоя 12 смеси положительного электрода. Поэтому, при испытании на выдерживаемое напряжение, когда между осажденным из паровой фазы слоем 422 металла (защитной лентой 420) и отрицательным электродом 20 присутствует посторонний предмет 5, ток утечки может течь из осажденного из паровой фазы слоя 422 металла в слой 12 смеси положительного электрода. Ток утечки далее течет через токоотвод 11 положительного электрода и достигает вывода 13 положительного электрода. Таким образом посторонний предмет 5 может быть обнаружен. Осажденный из паровой фазы слой 422 металла может обладать толщиной, например, от 1 нм до 1 мкм. Осажденный из паровой фазы слой 422 металла может включать в себя, например, Al.

<Сепаратор>

[0046] Сепаратор 30 представляет собой лентообразный лист. Сепаратор 30 – это пористая мембрана, обладающая электроизоляционным свойством. Сепаратор 30 может иметь напряжение пробоя изоляции, например, от 2,5 кВ до 4 кВ. Напряжение пробоя изоляции сепаратора 30 может быть измерено методом в соответствии с JISC2110-1: «Твердые электроизоляционные материалы - способы испытания на электрическую прочность - часть 1: испытания при промышленных частотах».

[0047] Сепаратор 30 может быть выполнен, например, из ПЭ или ПП. Сепаратор 30 может обладать толщиной, например, от 10 мкм до 30 мкм. Сепаратор 30 может иметь многослойную структуру. Сепаратор 30 может состоять, например, из пористой мембраны из ПП, пористой мембраны из ПЭ и из пористой мембраны из ПП, которые уложены друг на друга в этом порядке.

<Положительный электрод>

[0048] Положительный электрод 10 представляет собой лентообразный лист. Положительный электрод 10 включает в себя токоотвод 11 положительного электрода, слой 12 смеси положительного электрода и вывод 13 положительного электрода. Токоотвод 11 положительного электрода может представлять собой, например, алюминиевую фольгу. Токоотвод 11 положительного электрода может обладать толщиной, например, от 10 мкм до 30 мкм. Слой 12 смеси положительного электрода расположен на поверхности токоотвода 11 положительного электрода. Слой 12 смеси положительного электрода может быть расположен на каждой из передней и задней поверхностей токоотвода 11 положительного электрода. Слой 12 смеси положительного электрода может обладать толщиной, например, от 10 мкм до 200 мкм.

[0049] Слой 12 смеси положительного электрода может содержать, например, 80-98 мас.% активного материала положительного электрода, 1-10 мас.% электропроводящего материала и 1-10 мас.% связующего. Активный материал положительного электрода особо не ограничен. Активным материалом положительного электрода может быть, например, LiCoO₂, LiNiO₂, LiMnO₂, LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂, LiMn₂O₄ или LiFePO₄. Может быть использован только один тип активного материала положительного электрода, или же может быть использовано сочетание двух или более типов активного материала положительного электрода. Электропроводящий материал может представлять собой, например, углеродную сажу. Связующее может представлять собой, например, поливинилиденфторид (ПВДФ).

<Отрицательный электрод>

[0050] Отрицательный электрод 20 представляет собой лентообразный лист. Отрицательный электрод 20 включает в себя токоотвод 21 отрицательного электрода и слой 22 смеси отрицательного электрода. Отрицательный электрод 20 может включать в себя вывод отрицательного электрода (не показан). Вывод отрицательного электрода может представлять собой, например, полоску из меди (Cu) или полоску из никеля (Ni). Токоотвод 21 отрицательного электрода может представлять собой, например, медную фольгу. Токоотвод 21 отрицательного электрода может обладать толщиной, например, от 10 мкм до 30 мкм. Слой 22 смеси отрицательного электрода расположен на поверхности токоотвода 21 отрицательного электрода. Слой 22 смеси отрицательного электрода может быть расположен на каждой из передней и задней поверхности токоотвода 21 отрицательного электрода. Слой 22 смеси отрицательного электрода может обладать толщиной, например, от 10 мкм до 200 мкм.

[0051] Слой 22 смеси отрицательного электрода может содержать, например, 95-99,5 мас.% активного материала отрицательного электрода и 0,5-5 мас.% связующего. Активный материал отрицательного электрода особо не ограничен. Активным материалом отрицательного электрода может быть, например, графит, легко графитизируемый углерод, трудно графитизируемый углерод, кремний, оксид кремния, олово или оксид олова. Может быть использован один тип активного материала отрицательного электрода, или же может быть использовано сочетание двух или более типов активного материала отрицательного электрода. Связующее может представлять собой, например, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) или бутадиенстирольный каучук (БСК).

<Раствор электролита>

[0052] Электродную группу 100 пропитана раствором электролита. Раствор электролита представляет собой жидкий электролит. Раствор электролита включает в себя растворитель и фоновый электролит. Растворитель особо не ограничен. Например, растворителем может быть смешанный растворитель из циклического карбоната и цепочечного карбоната. Соотношение компонентов циклического карбоната и цепочечного карбоната в смеси может составлять, например, приблизительно от 1:9 до 5:5 по объему.

[0053] Циклический карбонат может представлять собой, например, этиленкарбонат (ЭК) или пропиленкарбонат (ПК). Цепочечный карбонат может представлять собой, например, этилметилкарбонат (ЭМК), диметилкарбонат (ДМК) или диэтилкарбонат (ДЭК). Один тип каждого из циклического карбоната и цепочечного карбоната может быть использован по отдельности, или же два или более типов каждого из циклического карбоната и цепочечного карбоната могут быть использованы в сочетании друг с другом. Фоновый электролит может представлять собой, например, LiPF₆, LiBF₄ или Li[N(FSO₂)₂]. Раствор электролита может содержать, например, от 0,5 моль/л до 2 моль/л фонового электролита. Раствор электролита может содержать, например, добавку, такую как виниленкарбонат (ВК), Li[B(C₂O₄)₂] или LiPO₂F₂.

<Способ изготовления батареи>

[0054] ФИГ. 5 представляет собой блок-схему, показывающую основные принципы способа изготовления батареи согласно варианту воплощения настоящего раскрытия. Способ изготовления по настоящему варианту воплощения включает в себя (α) изготовление электродной группы, (β) испытание на выдерживаемое напряжение, и (γ) изготовление батареи. В дальнейшем способ изготовления по настоящему варианту воплощения будет описан поэтапно.

<(α) Изготовление электродной группы>

[0055] Способ изготовления по настоящему варианту воплощения включает в себя изготовление электродной группы 100. Электродную группу 100 можно изготавливать, например, путем укладки стопкой (пакетирования) положительного электрода 10 и отрицательного электрода 20 с размещенным между ними сепаратором 30, с последующим сворачиванием этой стопки в форме спирали.

[0056] Положительный электрод 10 можно изготавливать общеизвестным способом. Например, приготавливают пасту смеси положительного электрода, содержащую активный материал положительного электрода. Эту пасту смеси положительного электрода наносят на поверхность токоотвода 11 положительного электрода и высушивают с образованием слоя 12 смеси положительного электрода. Затем слой 12 смеси положительного электрода прокатывают. Токоотвод 11 положительного электрода и слой 12 смеси положительного электрода вместе разрезают на полосы. Присоединяют вывод 13 положительного электрода к заданному месту токоотвода 11 положительного электрода. Прикрепляют защитную ленту таким образом, чтобы она покрывала вывод 13 положительного электрода. Отрицательный электрод 20 можно изготавливать таким же способом, что и положительный электрод 10.

<(β) Испытание на выдерживаемое напряжение>

[0057] Способ изготовления по настоящему варианту воплощения включает в себя проведение испытания электродной группы 100 на выдерживаемое напряжение. При испытании на выдерживаемое напряжение по настоящему варианту воплощения, к положительному электроду 10 и отрицательному электроду 20 прикладывают напряжение более низкое, чем напряжение пробоя изоляции сепаратора 30, при условии, что когда посторонний предмет 5 присутствует между защитной лентой 400 и отрицательным электродом 20, ток утечки течет через защитную ленту 400. Электродная группа 100 определяется как дефектная продукция, когда ток утечки течет между положительным электродом 10 и отрицательным электродом 20, тогда как электродная группа 100 определяется как недефектная продукция, когда ток утечки между положительным электродом 10 и отрицательным электродом 20 не течет.

[0058] Для испытания на выдерживаемое напряжение используют машину для испытания на выдерживаемое напряжение. Напряжение испытания может составлять, например, приблизительно от 100 В до 2000 В. Длительность приложения напряжения может составлять, например, приблизительно от 0,5 секунды до 5 секунд. Прочность изоляции оценивают, исходя из величины тока утечки. Например, при выявлении тока утечки, соответствующего прочности изоляции от 10 МОм до 50 МОм или ниже, можно определить, что электродная группа 100 является дефектной продукцией, т.е. в нее был захвачен посторонний предмет.

[0059] Для установления условия, при котором ток утечки течет также через защитную ленту 400, может быть использована защитная лента 400, обладающая умеренно низким объемным удельным сопротивлением. В частности, защитная лента 400 может обладать объемным удельным сопротивлением не ниже объемного удельного сопротивления слоя 12 смеси положительного электрода, но и не выше умноженного на 100 его объемного удельного сопротивления.

[0060] Для установления условия, при котором ток утечки течет через защитную ленту 420 (см. ФИГ. 4), может быть использована защитная лента 420, имеющая на поверхности электропроводящий слой. В частности, защитная лента 420 может включать в себя изоляционный слой 421 и осажденный из паровой фазы слой 422 металла. Изоляционный слой 421 включает в себя электроизоляционный материал 411. Осажденный из паровой фазы слой 422 металла размещен между изоляционным слоем 421 и сепаратором 30. Осажденный из паровой фазы слой 422 металла находится в контакте с частью слоя 12 смеси положительного электрода.

[0061] При испытании на выдерживаемое напряжение электродная группа 100 может быть сжата так, что сепаратор 30 претерпевает упругую деформацию сжатия в направлении по его толщине. Таким образом, расстояние между положительным электродом 10 и отрицательным электродом 20 снижается, так что может быть установлено условие, при котором ток утечки течет также через защитную ленту 400.

[0062] ФИГ. 6 представляет собой концептуальный вид в разрезе, показывающий пример испытания на выдерживаемое напряжение. Положительный электрод 10 (вывод 13 положительного электрода) и отрицательный электрод 20 (вывод отрицательного электрода) подключают к машине 500 для испытания на выдерживаемое напряжение. Электродную группу 100 устанавливают на опорный блок 501. Прижимное устройство 502 прикладывает прижимающее усилие к прижимному блоку 504. Прижимающее усилие регулируют таким образом, чтобы сепаратор 30 претерпевал упругую деформацию сжатия. Если сепаратор 30 претерпевает пластическую деформацию сжатия, то рабочие характеристики батареи могут ухудшиться. Приводной блок 503 выполнен с возможностью перемещения прижимного блока 504 таким образом, чтобы он следовал контуру электродной группы 100. Ведущий конец прижимного блока 504 может иметь искривленную поверхность. Ведущий конец с искривленной поверхностью позволяет избежать создания дефекта, такого как царапина, в электродной группе 100. Например, ведущий конец прижимного блока 504 может быть выполнен в виде ролика. Ведущий конец прижимного блока 504 может быть изготовлен, например, из полимерного материала. Желательно, чтобы полимерный материал был умеренно жестким и образовывал гладкую поверхность.

<(γ) Изготовление батареи>

[0063] Способ изготовления по настоящему варианту воплощения включает в себя изготовление батареи, включающей в себя электродную группу, которая была определена как недефектная продукция при испытании на выдерживаемое напряжение. Например, электродную группу 100 помещают в корпус 50. Вывод 13 положительного электрода присоединяют к заданному месту корпуса 50. Вывод отрицательного электрода присоединяют к другому заданному месту корпуса 50. Раствор электролита заливают в корпус 50. Корпус 50 герметизируют.

[0064] Таким образом изготавливают батарею 200. Батарея 200 по настоящему варианту воплощения была подвергнута испытанию на выдерживаемое напряжение, которое может выявить наличие постороннего предмета 5, захваченного между защитной лентой 400 и отрицательным электродом 20. Поэтому батарея 200 по настоящему варианту воплощения может быть высоконадежной батареей.

[0065] Вышеописанный вариант воплощения является в любом отношении лишь иллюстративным, а не ограничивающим. Технический объем, определяемый объемом охраны формулы изобретения, включает в себя все возможные модификации, эквивалентные по объему и по смысловому значению объему охраны формулы изобретения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к батарее и способу ее изготовления. Батарея включает в себя, по меньшей мере, электродную группу, включающую в себя положительный электрод, сепаратор, отрицательный электрод и защитный слой, при этом сепаратор размещен между положительным электродом и отрицательным электродом, положительный электрод включает в себя токоотвод положительного электрода, слой смеси положительного электрода и вывод положительного электрода. Вывод положительного электрода электрически соединен с токоотводом положительного электрода, а защитный слой, покрывающий поверхность вывода положительного электрода, имеет объемное удельное сопротивление, которое находится в диапазоне значений, от одного до 100 раз превышающих объемное удельное сопротивление слоя смеси положительного электрода. Предотвращение тока утечки и повышение надежности батареи является техническим результатом изобретения. Величина объемного удельного сопротивления защитного слоя может быть отрегулирована, например, содержанием в нем частиц углерода. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 пр.

1. Батарея, содержащая электродную группу, включающую в себя положительный электрод, сепаратор, отрицательный электрод и защитный слой, причем

сепаратор размещен между положительным электродом и отрицательным электродом,

положительный электрод включает в себя токоотвод положительного электрода, слой смеси положительного электрода и вывод положительного электрода,

слой смеси положительного электрода расположен на поверхности токоотвода положительного электрода,

вывод положительного электрода электрически соединен с токоотводом положительного электрода,

защитный слой покрывает поверхность вывода положительного электрода,

объемное удельное сопротивление защитного слоя находится в диапазоне значений, от одного до 100 раз превышающих объемное удельное сопротивление слоя смеси положительного электрода.

2. Батарея по п. 1, в которой защитный слой включает в себя электроизоляционный материал и частицы углерода.

3. Батарея по п. 2, в которой частицы углерода включают в себя по меньшей мере одно из углеродной сажи, графита, выращенного из паровой фазы углеродного волокна и чешуек графена.

4. Батарея по п. 1, в которой защитный слой включает в себя электроизоляционный материал и частицы металла.

5. Батарея по п. 4, в которой частицы металла включают в себя частицы алюминия.

6. Батарея по п. 1, в которой защитный слой размещен между выводом положительного электрода и сепаратором.

7. Батарея по п. 2, в которой электроизоляционный материал включает в себя по меньшей мере один из полиимида, стекловолокна, керамики, полиэтилена, полипропилена и политетрафторэтилена.

8. Батарея по п. 7, в которой электроизоляционный материал представляет собой полиимид.

9. Батарея, содержащая электродную группу, включающую в себя положительный электрод, сепаратор, отрицательный электрод и защитный слой, причем

сепаратор размещен между положительным электродом и отрицательным электродом,

положительный электрод включает в себя токоотвод положительного электрода, слой смеси положительного электрода и вывод положительного электрода,

слой смеси положительного электрода расположен на поверхности токоотвода положительного электрода,

вывод положительного электрода электрически соединен с токоотводом положительного электрода,

защитный слой покрывает поверхность вывода положительного электрода,

защитный слой включает в себя изоляционный слой и осажденный из паровой фазы слой металла,

изоляционный слой включает в себя электроизоляционный материал,

осажденный из паровой фазы слой металла размещен между изоляционным слоем и сепаратором,

осажденный из паровой фазы слой металла находится в контакте с по меньшей мере частью слоя смеси положительного электрода.

10. Батарея по п. 9, в которой электроизоляционный материал включает в себя по меньшей мере один из полиимида, стекловолокна, керамики, полиэтилена, полипропилена и политетрафторэтилена.

11. Батарея по п. 10, в которой электроизоляционный материал представляет собой полиимид.

12. Способ изготовления батареи, включающий:

изготовление электродной группы, причем

электродная группа включает в себя положительный электрод, сепаратор, отрицательный электрод и защитный слой,

сепаратор размещен между положительным электродом и отрицательным электродом,

положительный электрод включает в себя токоотвод положительного электрода, слой смеси положительного электрода и вывод положительного электрода,

слой смеси положительного электрода расположен на поверхности токоотвода положительного электрода,

вывод положительного электрода электрически соединен с токоотводом положительного электрода,

защитный слой покрывает поверхность вывода положительного электрода;

проведение испытания электродной группы на выдерживаемое напряжение,

причем испытание на выдерживаемое напряжение определяет электродную группу как дефектную продукцию, когда при приложении к положительному и отрицательному электродам более низкого напряжения, чем напряжение пробоя изоляции сепаратора, между положительным и отрицательным электродами течет ток утечки, при условии, что ток утечки течет через защитный слой, когда между защитным слоем и отрицательным электродом присутствует посторонний предмет, и

испытание на выдерживаемое напряжение определяет электродную группу как недефектную продукцию, когда при приложении напряжения к положительному и отрицательному электродам ток утечки не течет между положительным и отрицательным электродами при указанном условии; и

изготовление батареи, включающей в себя ту электродную группу, которая была определена как недефектная продукция в испытании на выдерживаемое напряжение.

13. Способ изготовления по п. 12, в котором объемное удельное сопротивление защитного слоя находится в диапазоне значений, от одного до 100 раз превышающих объемное удельное сопротивление слоя смеси положительного электрода.

14. Способ изготовления по п. 12, в котором:

защитный слой включает в себя изоляционный слой и осажденный из паровой фазы слой металла;

изоляционный слой включает в себя электроизоляционный материал;

осажденный из паровой фазы слой металла размещен между изоляционным слоем и сепаратором; и

осажденный из паровой фазы слой металла находится в контакте с по меньшей мере частью слоя смеси положительного электрода.

15. Способ изготовления по любому из пп. 12-14, в котором при испытании на выдерживаемое напряжение электродную группу сжимают так, что сепаратор претерпевает упругую деформацию сжатия в направлении по толщине сепаратора.