特許 7522193 集電体、電極シート、電極アセンブリ、電池セル、電池及び電気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-16

(45)【発行日】2024-07-24

(54)【発明の名称】集電体、電極シート、電極アセンブリ、電池セル、電池及び電気装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/66 20060101AFI20240717BHJP

【ＦＩ】

H01M4/66 A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022532686

(86)(22)【出願日】2022-03-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-06

(86)【国際出願番号】 CN2022083779

(87)【国際公開番号】W WO2023071045

(87)【国際公開日】2023-05-04

【審査請求日】2022-05-31

(31)【優先権主張番号】202122614507.4

(32)【優先日】2021-10-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】513196256

【氏名又は名称】寧徳時代新能源科技股▲分▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ａｍｐｅｒｅｘ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｉｍｉｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．２，Ｘｉｎｇａｎｇ Ｒｏａｄ，Ｚｈａｎｇｗａｎ Ｔｏｗｎ，Ｊｉａｏｃｈｅｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｎｉｎｇｄｅ Ｃｉｔｙ，Ｆｕｊｉａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ ３５２１００

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】李 ▲興▼星

(72)【発明者】

【氏名】▲陳▼ 智明

(72)【発明者】

【氏名】黄 小▲騰▼

【審査官】井上 能宏

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２０－５３３７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０３１７７１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００８１３０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００３７０６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０１６７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２５８８６０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高分子有機材料から製造される支持層（５１）と、
前記支持層（５１）の対向する両側の少なくとも一側に設置され、且つ前記支持層（５１）の受熱収縮時に前記支持層（５１）と共に収縮して受熱部位を取り囲む孔（５２６）を形成する導電層（５２）と、を含み、
前記導電層（５２）は、前記支持層（５１）と接触する第１の導電層（５２４）を含み、
前記第１の導電層（５２４）は、粉末状のアルミニウム粉末から製造されるアルミニウム粒子層又は粉末状の銅粉から製造される銅粒子層である集電体（５）。

【請求項2】

前記導電層（５２）は、以下のうちの少なくとも１つとして構成され、
前記導電層（５２）は、第２の導電層（５２５）を含み、前記第２の導電層（５２５）は前記粉末状のアルミニウム粉末から製造されるアルミニウム粒子層又は粉末状の銅粉から製造される銅粒子層の前記支持層（５１）から離れた表面に電気的に接続されており、
前記導電層（５２）の導電率は、１０^４～１０^５Ｓ／ｃｍであり、
前記第１の導電層（５２４）は、前記支持層（５１）にスプレーされている請求項１に記載の集電体（５）。

【請求項3】

前記第２の導電層（５２５）は、前記第１の導電層（５２４）に接着されており、及び／又は、前記第２の導電層（５２５）は、グラファイト層（５２２）を含む請求項２に記載の集電体（５）。

【請求項4】

前記支持層（５１）は、以下のうちの少なくとも１つとして構成され、
前記支持層（５１）の融点は、１２０°以下であり、
前記支持層（５１）は、支持フィルム（５１１）である請求項１～３のいずれか一項に記載の集電体（５）。

【請求項5】

前記支持層（５１）は、ポリエチレンフィルム（５１２）である請求項４に記載の集電体（５）。

【請求項6】

活物質（６）を含み、且つ、
請求項１～５のいずれか一項に記載の集電体（５）をさらに含み、
前記活物質（６）は、前記集電体（５）の表面に設置されている電極シート（４）。

【請求項7】

正極シート（１）と、負極シート（２）とを含み、
ここで、前記正極シート（１）及び／又は前記負極シート（２）は、請求項６に記載の電極シート（４）である電極アセンブリ（２０１）。

【請求項8】

外殻（２０２）を含み、且つ、
請求項７に記載の電極アセンブリ（２０１）をさらに含み、
前記電極アセンブリ（２０１）は、前記外殻（２０２）内に設置されている電池セル（２０）。

【請求項9】

収容箱（３０）を含み、且つ、
請求項８に記載の電池セル（２０）をさらに含み、
前記電池セル（２０）は、前記収容箱（３０）に設置されている電池（１０）。

【請求項10】

請求項９に記載の電池（１０）又は請求項８に記載の電池セル（２０）を含む電気装置（１００）であって、
前記電池セル（２０）は、前記電気装置（１００）に電気エネルギーを供給するために用いられる電気装置（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、２０２１年１０月２８日に提出された中国特許出願２０２１２２６１４５０７．４の優先権を主張し、該出願の全ての内容は、引用により本願に組み込まれている。

【0002】

本願は、電池技術分野に関し、特に集電体、電極シート、電極アセンブリ、電池セル、電池及び電気装置に関する。

【背景技術】

【0003】

電子製品及び電動車両等の電気装置の急速な発展に伴い、電池の適用がますます広がっている。しかしながら、電池は、短絡しやすく熱暴走を引き起こし、作業の安全性に影響を与える。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願は、安全性能がより高い集電体、電極シート、電極アセンブリ、電池セル、電池及び電気装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するために、本願により提供された集電体は、
支持層と、
支持層の対向する両側の少なくとも一側に設置され、且つ支持層の受熱収縮時に支持層と共に収縮して受熱部位を取り囲む孔を形成する導電層と、を含み、
導電層は、支持層と接触する第１の導電層を含み、
第１の導電層は、粒子状導電層である。

【0006】

支持層及び導電層の作用で、集電体は、故障回路を速やかに遮断して熱暴走を阻止することができる。そのため、安全性能を効果的に向上させることができる。

【0007】

いくつかの実施例において、粒子状導電層は金属粒子層を含む。これにより、集電体は、優れた導電性能を有することができる。

【0008】

いくつかの実施例において、金属粒子層は、銅粒子層、アルミニウム粒子層、金粒子層、銀粒子層、又は合金粒子層を含む。このようにして、集電体の導電性能を効果的に改善することができる。

【0009】

いくつかの実施例において、合金粒子層における合金の抵抗率は、３０・１０^－９Ω・ｍ以下である。このようにして、集電体は、優れた導電性能を有することができる。

【0010】

いくつかの実施例において、第１の導電層は支持層にスプレーされている。これにより、支持層に粒子状導電層を容易に複合することができる。また、スプレーされた後、粒子状導電層は、支持層に強固に付着することができる。

【0011】

いくつかの実施例において、導電層は第２の導電層を含む。第２の導電層は粒子状導電層の支持層から離れた表面に電気的に接続されている。これにより、導電層の導電能力を向上させることができる。

【0012】

いくつかの実施例において、第２の導電層は第１の導電層に接着されている。これにより、第１の導電層と第２の導電層との接続が容易になると共に、接続の強固性も高くなる。同時に、両者の電気的な接続関係も実現しやすい。

【0013】

いくつかの実施例において、第２の導電層はグラファイト層を含む。これにより、導電層の導電性能をより効果的に向上させることができる。

【0014】

いくつかの実施例において、導電層の導電率は１０^４～１０^５Ｓ／ｃｍである。この時、導電層が集電体の導電要求をより良好に満たすことができるため、電池セルが通常の充放電過程において発熱量が過大であることを効果的に防止することができる。

【0015】

いくつかの実施例において、支持層の融点は１２０°以下である。これにより、他の部分が溶融しないうちに、支持層はより溶融収縮しやすくなり、故障回路を遮断する。そのため、熱暴走をより確実に防止し、安全性能をより効果的に向上させることができる。

【0016】

いくつかの実施例において、支持層は支持フイルムである。この時、集電体は、安全性能が良いだけでなく、構成の安定性も高い。

【0017】

いくつかの実施例において、支持層は高分子有機材料から製造される。高分子有機材料から製造された支持層は、必要に応じて故障回路を速やかに遮断するため、熱暴走を防止して安全性能を向上させることができる。

【0018】

いくつかの実施例において、支持層はポリエチレンフイルムである。ポリエチレンフイルムは、熱暴走を効果的に防止するだけでなく、集電体の耐屈曲性を向上させることもできる。

【0019】

本願により提供された電極シートは、
活物質を含み、且つ、
本願の実施例に係る集電体をさらに含み、
活物質は、集電体の表面に設置されている。

【0020】

本願の実施例に係る集電体を含むため、電極シートの安全性能がより高くなる。

【0021】

本願により提供された電極アセンブリは、
正極シートと、負極シートと、を含み、
ここで、正極シート及び／又は負極シートは、本願の実施例に係る電極シートである。

【0022】

本願の実施例に係る集電体を含むため、電極アセンブリの安全性能がより高くなる。

【0023】

本願により提供された電池セルは、外殻を含み、且つ、本願の実施例に係る電極アセンブリをさらに含み、電極アセンブリは、外殻内に設置されている。

【0024】

本願の実施例に係る集電体を含むため、電池セルの安全性能がより高くなる。

【0025】

本願により提供された電池は、収容箱を含み、且つ、本願の実施例に係る電池セルをさらに含み、電池セルは、収容箱に設置されている。

【0026】

本願の実施例に係る集電体を含むため、電池の安全性能がより高くなる。

【0027】

本願により提供された電気装置は、本願の実施例に係る電池又は電池セルを含み、電池セルは、電気装置に電気エネルギーを供給するために用いられる。

【0028】

本願の実施例に係る集電体を含むため、電気装置の安全性能がより高くなる。

【0029】

本願の実施例に係る集電体によると、電池セルの作業中に短絡が発生する場合、故障箇所の高温の影響で支持層が溶融収縮するとともに、導電層も収縮して受熱部位を取り囲む孔を形成し、故障回路を遮断して熱暴走現象の発生を防止する。また、導電層は、粒子状導電層を含むため、他の形態の導電層と比較すると、粒子状導電層は、支持層の受熱収縮時に支持層と共に収縮しやすい。そのため、短絡事故の発生時に回路をより速やかに遮断し、熱暴走をよりタイムリーに阻止することができる。そのため、電池の安全性能をより効果的に向上させることができる。

【0030】

以下、図面を参照して本願の例示的な実施例を詳細に説明することにより、本願の他の特徴及びその利点は明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

以下、本願の実施例又は従来の技術における技術案をより明確に説明するために、実施例又は従来の技術の説明に必要な図面を簡単に紹介する。自明なこととして、以下に説明する図面は単に本願のいくつかの実施例である。当業者であれば、創造的労働をしない前提でこれらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。

【図1】本願の実施例に係る電気装置の構成略図である。

【図2】本願の実施例に係る電池の爆発模式図である。

【図3】本願の実施例に係る電池セルの爆発模式図である。

【図4】本願の実施例に係る電極アセンブリの構成略図である。

【図5】本願の実施例に係る集電体の構成略図である。

【図6】本願の実施例に係る集電体が熱暴走を防止する原理模式図である。

【0032】

符号の説明
１００：電気装置、１０１：車両、１０２：コントローラ、１０３：動力設備、１０４：モータ、１０５：本体
１０：電池
２０：電池セル、２０１：電極アセンブリ、２０２：外殻、２０３：ケース、２０４：エンドキャップ、２０５：アダプタ、２０６：電極端子、２０７：タブ、２０８：スペーサ
３０：収容箱、３０１：箱本体、３０２：箱カバー
１：正極シート
２：負極シート
３：セパレータ
４：電極シート
５：集電体、５１：支持層、５１１：支持フイルム、５１２：ポリエチレンフイルム、５２：導電層、５２１：粒子状導電層、５２２：グラファイト層、５２３：金属粒子層、５２４：第１の導電層、５２５：第２の導電層、５２６：孔
６：活物質
７：短絡開始部材、７１：穿刺針

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下は、本願の実施例における図面を参照して、本願の実施例における技術案を明確で、完全に説明する。明らかに、説明された実施例は、単に本願の一部の実施例であり、全ての実施例ではない。以下、少なくとも一つの例示的な実施例の説明は実際に例示的なものだけであり、本願及びその適用又は使用に対する任意の制限とするものではない。本願における実施例に基づいて、当業者が創造的労働をしない前提で得られた全ての他の実施例は、何れも本願の保護範囲に属する。

【0034】

関連分野の当業者に知られている技術、方法及び設備を詳細に説明しない可能性があるが、適切な状況で、前記技術、方法及び設備が明細書の一部と見なされるべきである。

【0035】

本願の説明において、理解すべきこととして、例えば「前、後、上、下、左、右」、「横方向、縦方向、垂直、水平」及び「頂、底」等の方向用語で指示された方位又は位置関係は図面が指示した方位又は位置関係によるものであり、本願の説明と説明の簡略化を容易にするに過ぎず、逆に説明しない場合、これらの方向用語は、指された装置又は素子が特定の方位を備えるか又は特定の方位で構成し操作しなければならないことを指示するか又は暗示するものではないため、本願の保護範囲を限定するものと理解すべきではない。方向用語である「内、外」は各部材自体の輪郭に対する内外を指す。

【0036】

本願の説明において、理解すべきこととして、「第１」、「第２」等の用語を使用して部品を限定することは、対応する部品を区別することを容易にするに過ぎず、特に断らない限り、上記用語は、特に意味がないため、本願の保護範囲を限定するものと理解すべきではない。

【0037】

また、以下に説明する本願の異なる実施形態に係る技術的特徴は、互いに衝突がない限り互いに組み合わせることができる。

【0038】

現在、電池の適用がますます広がっている。電池は、水力、火力、風力及び太陽光発電所等のエネルギー貯蔵電源システムに適用されるだけでなく、電動自転車、電動バイク、電気自動車等の電動交通機関並びに軍事装置及び航空宇宙等のいくつかの分野に広く適用される。電池の適用分野の拡大に伴い、その性能に対する要求も高まっている。

【0039】

ここで、安全性能は、電池の重要な性能指標である。電池の使用過程や日常メンテナンス過程では、熱暴走事故の発生を防止する必要がある。如何に熱暴走をより効果的に防止して安全性能を向上させるかは、重要な課題となっている。

【0040】

電池の安全性能を向上させるために、本願は、集電体、電極アセンブリ、電池セル、電池及び電気装置を提供する。

【0041】

図１～図６は、本願のいくつかの実施例に係る電気装置、電池、電池セル、電極アセンブリ及び集電体の構成を示す。

【0042】

次に、図１～図６を合わせて本願を説明する。

【0043】

図１は、電気装置１００の構成を例示している。図１に示すように、電気装置１００は、電源として電池セル２０を使用する装置であり、且つ電池１０又は電池セル２０を含む。電池セル２０は、電気装置１００に電気エネルギーを提供するために用いられる。具体的に、電気装置１００は、本体１０５と電池セル２０とを含む。電池セル２０は、本体１０５に設置され、且つ本体１０５に電気エネルギーを提供する。

【0044】

ここで、電気装置１００は、携帯電話、タブレット、ノートパソコン、電動玩具、電動工具、バッテリーカー、電気自動車、船舶、宇宙船等の様々な電気設備であってもよい。ここで、電動玩具は、例えば、ゲーム機、電気自動車玩具、電動船舶玩具及び電動飛行機玩具等の固定式又は移動式の電動玩具を含むことができる。宇宙船は、飛行機、ロケット、スペースシャトル及び宇宙船等を含むことができる。

【0045】

電気装置１００は、動力源を含む。動力源は、電気装置１００に駆動力を提供する電池１０を含む。いくつかの実施例において、電気装置１００の駆動力は全部で電気エネルギーである。この時、動力源は電池１０のみを含む。他の実施例において、電気装置１００の駆動力は、電気エネルギー及び他のエネルギー（例えば、機械的エネルギー）を含む。この時、動力源は、電池１０と、エンジン等の他の設備とを含む。

【0046】

電気装置１００が車両１０１である場合を例とする。図１に示すように、いくつかの実施例において、電気装置１００は、純電気自動車、ハイブリッド自動車又は航続距離延長型自動車等の新エネルギー車であり、且つ電池１０、コントローラ１０２及びモータ１０４等の動力設備１０３を含む。電池１０は、コントローラ１０２でモータ１０４等の動力設備１０３に電気的に接続する。これにより、電池１０は、コントローラ１０２の制御下でモータ１０４等の動力設備１０３に電力を供給することができる。

【0047】

以上より、電池１０は、電気装置１００の重要な組成部分である。

【0048】

図２は、電池１０の構成を例示している。図２に示すように、電池１０は、収容箱３０と、収容箱３０に設置される電池セル２０とを含む。収容箱３０は、箱本体３０１と箱カバー３０２とを含む。箱本体３０１と箱カバー３０２が互いに嵌合して収容箱３０の内部に密閉された収容空間を形成し、電池セル２０を収容する。収容箱３０における電池セル２０の数は少なくとも二つであってもよく、より多くの電気エネルギーを提供して、より高い使用要求を満たす。電池１０の各電池セル２０は、直列、並列又は混合の方式で電気的に接続し、それにより大きな容量又はパワーを実現することができる。理解できるように、図２において、電池セル２０について略図を採用している。

【0049】

以上より、電池セル２０は、電気エネルギーを提供するための最小の電池ユニットであり、電気装置１００及び電池１０のコア組成部分である。その性能は、電気装置１００及び電池１０の性能を直接的に影響を与える。電池セル２０の安全性能を向上させることは、電気装置１００及び電池１０の性能を改善することに役立つ。

【0050】

電池セル２０は、リチウムイオン電池等の様々な電池セルであってもよい。また、その形状は、角形又は円柱形等の様々な形状であってもよい。

【0051】

図３は、電池セル２０の構成を例示している。図３に示すように、電池セル２０は、外殻２０２、電極アセンブリ２０１、アダプタ２０５、電極端子２０６及びスペーサ２０８を含む。

【0052】

ここで、外殻２０２は、電極アセンブリ２０１等を収容し、それにより電極アセンブリ２０１等に保護を提供するために用いられる。外殻２０２は、外殻２０３と、エンドキャップ２０４とを含む。エンドキャップ２０４がケース２０３の端部開口にカバーされ、それにより外殻２０２の内部に電極アセンブリ２０１等を収容するための密閉空間を形成する。

【0053】

電極アセンブリ２０１は、電気エネルギーを生成するために用いられ、且つ外殻２０２の内部に設置され、外殻２０２内に注入された電解液と電気化学反応を行うことにより電気エネルギーを提供する。実際の使用要求に応じて、電池セル２０における電極アセンブリ２０１の数は一つ、二つ、又はいくつかであってもよい。電極アセンブリ２０１により生成された電気エネルギーはタブ２０７を介して外部に伝送される。

【0054】

電極アセンブリ２０１の正負極シートに活物質６が塗布されていない部分として、タブ２０７は、正負極シートの活物質６が塗布された部分から外向きに延伸し、アダプタ２０５及び電極端子２０６により外部回路と電気的に接続するため、電気エネルギーの外部への伝送を実現する。ここで、正極シートのタブ２０７は正極タブと呼ばれ、負極シートのタブ２０７は負極タブと呼ばれる。

【0055】

アダプタ２０５は、外殻２０２内に設置され、電極アセンブリ２０１のタブ２０７と電極端子２０６との間に位置し、電極アセンブリ２０１と電極端子２０６との間の電気的な接続を実現するために用いられ、それにより、電極アセンブリ２０１で生成された電気エネルギーを電極端子２０６に伝送する。ここで、正極タブに対応するアダプタ２０５は正極アダプタと呼ばれ、負極タブに対応するアダプタ２０５は負極アダプタと呼ばれる。

【0056】

電極端子２０６は、アダプタ２０５で電極アセンブリ２０１と電気的に接続され、外部回路に接続するために用いられ、それにより、電極アセンブリ２０１で生成された電気エネルギーを電池セル２０の外部に伝送する。ここで、正極タブに対応する電極端子２０６は正極端子と呼ばれ、負極タブに対応する電極端子２０６は負極端子と呼ばれる。

【0057】

スペーサ２０８は、外殻２０２内に設置され、電極アセンブリ２０１とケース２０３との間に位置して、電極アセンブリ２０１とケース２０３とを絶縁するために用いられ、それにより、電極アセンブリ２０１とケース２０３との間に短絡が発生することを防止する。

【0058】

そのため、電極アセンブリ２０１は、電池セル２０の重要な組成部分であり、電池セル２０が電気エネルギーを提供できる鍵である。

【0059】

図４は、電極アセンブリ２０１の構成をさらに示している。図４に示すように、電極アセンブリ２０１は、電極シート４を含み、且つそれぞれ正極シート１と負極シート２である極性が逆の二つの電極シート４を含む。正極シート１と負極シート２は、積層又は巻回している。且つ、正極シート１と負極シート２との間に正極シート１と負極シート２を仕切るセパレータ３が設置されている。

【0060】

図４に示すように、正極シート１及び負極シート２は、いずれも活物質６及び集電体５を含む。活物質６は、集電体５に塗布され、外殻２０２内の電解液と電気化学反応を行うために用いられて電気エネルギーを生成し、充放電過程を実現する。図４から分かるように、いくつかの実施例において、集電体５の対向する両側の表面にいずれも活物質６が塗布されている。

【0061】

正極シート１と負極シート２の極性が逆であるように、正極シート１と負極シート２における活物質６が同じではない。例えば、いくつかの実施例において、正極シート１における活物質６は、ＬｉＣｏＯ_２（リチウム含有の二酸化コバルト）粒子を含み、負極シート２における活物質６は、ＳｎＯ_２（二酸化スズ）粒子を含む。

【0062】

電極アセンブリ２０１において、集電体５は、活物質６を担持する役割を果たすだけでなく、電気化学反応で生成された電流を集めて大きな電流を形成し、外部へ出力する役割も果たす。集電体５は、電池セル２０の不可欠な組成部分であり、電池セル２０の作業安全性に影響する重要な要素でもある。

【0063】

通常に、関連技術において、集電体５は金属材料から製造される。例えば、正極シート１の集電体５は、通常アルミニウム箔に製造され、負極シート２の集電体５は、通常銅箔に製造される。しかしながら、このような金属材質の集電体５は、電池セル２０が短絡した時に熱暴走を阻止しにくく、電池セル２０の安全性能の向上を制限する。

【0064】

電池セル２０の熱暴走は、電池セル２０の内部で激しい化学反応や電気化学反応に由来することが多い。電池セル２０内のセパレータ３が内部の異物（例えば、金属粒子、正負極シートのバリ又は電池の使用過程で析出した金属リチウムのデンドライト等）又は外部穿刺等の原因で破損された場合、破損箇所の両側の正負極シートが導通される恐れがあり、更に短絡現象が発生する。短絡現象が発生した場合、短絡電流により温度が急激に上昇し、より激しい反応を起こして他の部位に拡散し、熱暴走を起こして発火や爆発事故を起こし、使用者の身の安全を著しく脅かす。

【0065】

金属材料の融点が高いため、金属材質の集電体５は溶融しにくい。これにより、短絡現象が発生すると、集電体５は溶融せず、電池セル２０の他の組成部分（例えば、活物質６及びセパレータ３）は既に故障している。このような状況で、集電体５は、電流の伝送を遮断することができず、熱暴走現象の発生を阻止することもできない。そのため、電池セル２０の安全性能に影響を与える。

【0066】

上記状況について、本願は、集電体５の構成を改善することで、集電体５、電極アセンブリ２０１、電池セル２０、電池１０及び電気装置１００の安全性能を向上させる。

【0067】

図５～図６は、集電体５の構成を例示している。

【0068】

図５と図６に示すように、本願の実施例に係る集電体５は、支持層５１及び導電層５２を含む。導電層５２は、支持層５１の対向する両側の少なくとも一側に設置され、且つ支持層５１の受熱収縮時に支持層５１と共に収縮して受熱部位を取り囲む孔５２６を形成する。また、導電層５２は支持層５１と接触する第１の導電層５２４を含む。第１の導電層５２４は、粒子状導電層５２１である。

【0069】

以上より、本願の実施例において、集電体５は、単層金属箔の構成ではなく、支持層５１及び導電層５２を含む少なくとも二層構成になっている。

【0070】

支持層５１は、融点が低いため、受熱する時に溶融し、導電層５２と共に収縮して受熱部位の周りに孔５２６を形成することができる。そのため、電池セル２０が作業する過程で短絡が発生した場合、支持層５１は、故障箇所の高温の作用で導電層５２と共に収縮することにより故障箇所の周りに孔５２６を形成し、故障回路を遮断して熱暴走現象の発生を防止する。図６に示すように、孔５２６が形成された後、短絡事故の発生を誘発した短絡開始部材７（例えば、穿刺針７１、金属粒子又はバリ）の周りに導体がなくなり、短絡開始部材７が導体と接触することができなくなることで、回路が遮断され、セパレータ３の破損により正極シート１と負極シート２とが導通されることを防止することができる。また、局所的な熱量が他の部位に拡散し続けることを防止することもできる。そのため、熱暴走を防止することができる。

【0071】

また、本願の実施例において、導電層５２の支持層５１と接触する第１の導電層５２４は粒子状導電層５２１である。粒子状導電層５２１は、他の形態の導電構成と比較すると、支持層５１の受熱収縮時によりに支持層５１と共に収縮しやすい。そのため、短絡事故の発生時に回路をより速やかに遮断し、熱暴走をよりタイムリーに阻止することが容易となるため、安全性能をより効果的に向上させることができる。

【0072】

以上より、集電体５を支持層５１と導電層５２とを備えるように構成し、導電層５２の支持層５１と接触する第１の導電層５２４を粒子状導電層５２１として構成することにより、熱暴走をより効率的且つ確実に阻止できるため、安全性能の効果的な向上を実現することができる。

【0073】

ここで、粒子状導電層５２１は、様々な金属又は非金属の導電粒子から構成される。例示的に、図５に示すように、粒子状導電層５２１は金属粒子層５２３を含む。

【0074】

金属が良い導電性能を有するため、粒子状導電層５２１が金属粒子層５２３を含む場合、熱暴走を効果的に防止すると同時に、集電体５の導電性能を両立することができる。これにより、集電体５は、優れた導電性能を有し、短絡がない正常な作業状態で高効率に導電することができる。

【0075】

金属粒子層５２３の例として、金属粒子層５２３は銅粒子層、アルミニウム粒子層、金粒子層、銀粒子層、又は合金粒子層を含む。銅、アルミニウム、金、銀又は合金等の金属材料は、いずれも導電性能が良い金属材料であるため、集電体５の導電性能を効果的に改善することができる。

【0076】

いくつかの実施例において、合金粒子層における合金の抵抗率が３０・１０^－９Ω・ｍ（オーム・メートル）以下である。この時、合金粒子層の導電効率がより高いため、集電体５は良い導電性能を有することができる。

【0077】

第１の導電層５２４と支持層５１との間の結合形態は多様であってもよい。その一つとして、第１の導電層５２４は支持層５１にスプレーされる。

【0078】

スプレー方式を採用すると、第１の導電層５２４における粒子状導電層５２１の粒子状状態により適応し、粒子状導電層５２１を支持層５１に容易に複合させることができる。また、スプレーした後、粒子状導電層５２１は支持層５１により強固に付着することができる。一方で、支持層５１が局所溶融時に粒子状導電層５２１と共に溶融収縮することに役立つため、集電体５が短絡事故の発生時に回路をスムーズに遮断することができる。他方で、粒子状導電層５２１が非短絡状態で意図せず脱落することを防止することに役立つため、集電体５が正常な作業過程において電流をより確実に集めて伝送することができる。

【0079】

また、図５に示すように、いくつかの実施例において、導電層５２は、第１の導電層５２４を含むだけでなく、第２の導電層５２５をさらに含む。第２の導電層５２５は、粒子状導電層５２１の支持層５１から離れた表面に電気的に接続されている。

【0080】

第２の導電層５２５が導電層５２の導電能力をさらに向上させることができるため、第１の導電層５２４に基づいて、第２の導電層５２５を増設して集電体５の導電能力をより効果的に向上させることができる。

【0081】

ここで、第２の導電層５２５と第１の導電層５２４との間の結合方式は多様であってもよい。その一つとして、第２の導電層５２５は第１の導電層５２４に接着することができる。例えば、第２の導電層５２５は、導電剤及び接着剤を介して第１の導電層５２４に接着することができる。これにより、第１の導電層５２４と第２の導電層５２５との接続が容易になると共に、接続の強固性も高くなる。同時に、両者の電気的な接続関係も実現しやすい。

【0082】

また、第２の導電層５２５の構成形式は多様であってもよい。例えば、図５に示すように、いくつかの実施例において、第２の導電層５２５は、グラファイト層５２２を含む。グラファイトが他の非金属導電材料の導電性よりも高いため、第２の導電層５２５をグラファイト層５２２を含むように設けると、導電層５２の導電性能をより効果的に向上させることができる。

【0083】

いくつかの実施例において、導電層５２の導電率は、１０^４～１０^５Ｓ／ｃｍ（シーメンス／センチメートル）である。このような状況で、導電層５２は、集電体５の導電要求をより良好に満たすことができるため、電池セル２０が通常の充放電過程において発熱量が過大であることを効果的に防止することができる。

【0084】

前述の各実施例において、支持層５１は、導電層５２を支持するために用いられ、且つ短絡事故が発生した時に導電層５２と共に収縮して故障回路を遮断し、熱暴走現象の発生を阻止する。

【0085】

ここで、支持層５１の融点は、１２０°以下であってもよい。これにより、他の部分が溶融しないうちに、支持層５１は、より溶融収縮しやすくなり、故障回路を遮断する。そのため、熱暴走がより確実に防止され、安全性能をより効果的に向上させることができる。

【0086】

いくつかの実施例において、支持層５１は、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリウレタン等の高分子有機材料から製造される。ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリウレタン等の高分子有機材料は融点が低く、且つ局所的に受熱する場合に受熱部位が速やかに収縮して崩壊できるという特徴を有する。そのため、高分子有機材料から製造された支持層５１は、必要に応じて、故障回路を速やかに遮断して熱暴走を防止するため、安全性能を向上させることができる。

【0087】

また、支持層５１の形状は多様であってもよい。例えば、粒子状、又は非粒子状を呈することができる。例示的に、図５に示すように、支持層５１はフイルム状を呈する。この時、支持層５１は支持フイルム５１１である。支持フイルム５１１が導電層５２をよく支持することができるため、集電体５は、安全性能が良いだけでなく、構成の安定性も高い。

【0088】

また、図５に示すように、いくつかの実施例において、支持層５１は、ポリエチレンフイルム５１２である。この時、支持層５１は、ポリエチレン材料から製造された支持フイルム５１１であるので、熱暴走を効果的に防止することができるだけでなく、集電体５の耐屈曲性を向上させることができる。

【0089】

次に、図５に示す実施例についてさらに説明する。

【0090】

図５に示すように、本実施例において、集電体５は、支持層５１及び二つの導電層５２を含む。二つの導電層５２は、支持層５１の対向する両側に設置される。また、各導電層５２はいずれも第１の導電層５２４と第２の導電層５２５とを含む。

【0091】

ここで、支持層５１は、具体的にポリエチレンフイルム５１２である。第１の導電層５２４は具体的に金属粒子層５２３である。第２の導電層５２５は具体的にグラファイト層５２２である。

【0092】

ポリエチレンフイルム５１２は、中間に位置している。ポリエチレンフイルム５１２の対向する両側の表面に、いずれも金属粒子層５２３がスプレーされている。各側の金属粒子層５２３の外表面には、何れもグラファイト層５２２が接着されている。グラファイト層５２２は、導電剤及び接着剤で金属粒子層５２３のポリエチレンフイルム５１２から離れた表面に接着されている。グラファイト層５２２における金属粒子層５２３から離れた表面は導電層５２の外表面となり、活物質６を担持するために用いられる。電極シート４を製造する時、活物質６がグラファイト層５２２の外表面に塗布されるため、集電体５の対向する両側の表面には、いずれも活物質６が塗布されている。

【0093】

上記設置に基づいて、集電体５は、中間がポリエチレンフイルム５１２であり、且つポリエチレンフイルム５１２の両側に金属粒子層５２３及びグラファイト層５２２が対称的に設置された五層構成を形成する。

【0094】

ここで、金属粒子層５２３及びグラファイト層５２２は主に導電作用を果たす。金属粒子層５２３とグラファイト層５２２から組成された導電層５２は、導電率が１０^４～１０^５Ｓ／ｃｍ（シーメンス／センチメートル）の範囲内に維持して、集電体５の導電要求をよく満たすことができるため、電池セル２０が集電体５の抵抗率が大きいにより通常の充放電過程において発熱量が過大であることを効果的に防止することができる。

【0095】

ポリエチレンフイルム５１２は、金属粒子層５２３及びグラファイト層５２２を支持することで、集電体５の耐屈曲性を向上させると共に、集電体５の安全性能を向上させる。

【0096】

図６に示す穿刺故障の場合を例として、如何に本実施例の集電体５の安全性能を向上するかについて説明する。図６において、金属粒子層５２３について、略図を採用している。

【0097】

図４と合わせて図６を参考すると、穿刺針７１が正負極シート及びセパレータ３を貫通した場合、穿刺針７１は、正極シート１の集電体５と、負極シート２の集電体５とを導通し、故障箇所には、極大な電流が流れるため、故障点の温度が極めて高くなる。このような状況で、集電体５が金属集電体であると、金属集電体の融点が他の材料より高いため、活物質６又はセパレータ３等の他の部材が故障になって熱暴走を引き起こす。しかしながら、本実施例の集電体５は、単層金属箔の構成ではなく、ポリエチレンフイルム５１２、金属粒子層５２３及びグラファイト層５２２を含む五層構成になっている。ここで、金属粒子層５２３及びグラファイト層５２２を支持するポリエチレンフイルム５１２の穿刺針７１の周りに位置する部分は、故障箇所の温度が上昇する過程で速やかに溶融収縮し、ポリエチレンフイルム５１２の対応する部分に位置する金属粒子層５２３及びグラファイト層５２２と共に収縮させ、集電体５の穿刺針７１の周りに位置する部分が速やかに崩壊して孔５２６を形成する。形成された孔５２６が穿刺針７１と集電体５との電気的な接続を遮断して故障回路を遮断するため、電池内部の電気化学反応及び内部短絡のさらなる発展を効果的に阻止して熱暴走を防止することができる。そのため、安全性能を効果的に向上させることができる。

【0098】

金属箔等の非粒子状の場合に比較すると、金属粒子層５２３が粒子状を呈すため、金属粒子の結合密着性が相対的に低く、金属粒子の間が高温で遮断されやすい。そのため、ポリエチレンフイルム５１２が溶融収縮する時、金属粒子層５２３がそれに伴って一緒に収縮しやすく、集電体５が故障回路をより速やかに遮断することに役立つ。そのため、熱暴走をより確実に防止することに役立つため、安全性能をより効果的に向上させる。

【0099】

ここで、集電体５は、正極シート１の集電体５であってもよく、負極シート２の集電体５であってもよい。集電体５が正極シート１の集電体５である場合、金属粒子層５２３は粉末状のアルミニウム粉末から製造されるアルミニウム粒子層であってもよい。集電体５が負極シート２の集電体５である場合、金属粒子層５２３は、粉末状の銅粉から製造される銅粒子層であってもよい。

【0100】

以上の説明は、本願の例示的な実施例に過ぎず、本願を限定するものではない。本願の精神及び規則の範囲内において、いかなる修正、同等の置換、改良等がなされたものであっても、いずれも本願の保護範囲に含まれるべきである。

【符号の説明】

【0101】

１００ 電気装置
１０１ 車両
１０２ コントローラ
１０３ 動力設備
１０４ モータ
１０５ 本体
１０ 電池
２０ 電池セル
２０１ 電極アセンブリ
２０２ 外殻
２０３ ケース
２０４ エンドキャップ
２０５ アダプタ
２０６ 電極端子
２０７ タブ
２０８ スペーサ
３０ 収容箱
３０１ 箱本体
３０２ 箱カバー
１ 正極シート
２ 負極シート
３ セパレータ
４ 電極シート
５ 集電体
５１ 支持層
５１１ 支持フイルム
５１２ ポリエチレンフイルム
５２ 導電層
５２１ 粒子状導電層
５２２ グラファイト層
５２３ 金属粒子層
５２４ 第１の導電層
５２５ 第２の導電層
５２６ 孔
６ 活物質
７ 短絡開始部材
７１ 穿刺針

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】