(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-09-08
(54)【発明の名称】正極集電体、二次電池及び電力使用装置
(51)【国際特許分類】
H01M 4/66 20060101AFI20230901BHJP
【ＦＩ】
H01M4/66 A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023503201
(86)(22)【出願日】2021-09-01
(85)【翻訳文提出日】2023-01-17
(86)【国際出願番号】 CN2021115979
(87)【国際公開番号】W WO2023028919
(87)【国際公開日】2023-03-09
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】100167689
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 征二
(72)【発明者】
【氏名】▲劉▼▲シン▼
(72)【発明者】
【氏名】黄起森
(72)【発明者】
【氏名】李▲銘▼▲領▼
(72)【発明者】
【氏名】▲劉▼向▲輝▼
(72)【発明者】
【氏名】▲ポン▼佳
(72)【発明者】
【氏名】李▲チェン▼
(72)【発明者】
【氏名】秦猛
【テーマコード（参考）】
5H017
【Ｆターム（参考）】
5H017AA03
5H017DD05
5H017DD06
5H017EE01
5H017EE03
5H017EE05
5H017EE07
5H017HH00
5H017HH01
5H017HH03
5H017HH08
(57)【要約】
本願の実施例は、正極集電体、二次電池及び電力使用装置を提供する。正極集電体は、支持層と、支持層の少なくとも１つの表面に位置する導電層とを含み、導電層は、タブに接続されるための第１の金属部を含み、第１の金属部は、導電層の厚さ方向に沿って、３層以上のサブ層を含み、３層以上のサブ層の融点は、支持層に近い方向から支持層から離れる方向への勾配で上昇する。本願の実施例は、第１の金属部が３層以上のサブ層を含み、３層以上のサブ層の融点が支持層に近い方向から支持層から離れる方向への勾配で上昇することによって、導電層と支持層との間の接合力の向上に有利であり、フレーキングや層間剥離が発生しにくい。
【選択図】 図１
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持層と、前記支持層の少なくとも１つの表面に位置し、タブに接続されるための第１の金属部を備える導電層と、を含み、
前記第１の金属部は、前記導電層の厚さ方向に沿って、３層以上のサブ層を備え、前記３層以上のサブ層の融点は、前記支持層に近い方向から前記支持層から離れる方向への勾配で上昇する、
正極集電体。
【請求項2】
前記第１の金属部は、金属マトリックス及びドープ元素を含み、前記金属マトリックスは、アルミニウム又はアルミニウム系合金から選択され、及び／又は
前記ドープ元素は、ベリリウム、カルシウム、カドミウム、セリウム、インジウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、スズ、イットリウム、イッテルビウム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ケイ素、ウラン、マグネシウム及び銅のうちの１種又は複数種から選択される、
請求項１に記載の正極集電体。
【請求項3】
前記第１の金属部の質量含有率Ｗを１００％とした場合、前記ドープ元素の質量含有率Ｗ１は、０．５％～１０％であり、前記金属マトリックスの質量含有率Ｗ２は、９０％～９９．５％である、請求項２に記載の正極集電体。
【請求項4】
前記支持層は、高分子材料及び高分子系複合材料のうちの１種又は複数種を含み、前記高分子材料は、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリプロピレンエチレン、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリアセチレン、シリコーンゴム、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルファイド、ポリエチレングリコール、ポリ窒化硫黄系、ポリフェニル、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピリジン、セルロース、澱粉、蛋白質、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、それらの誘導体、それらの架橋物及びそれらの共重合体のうちの１種又は複数種を備え、
前記高分子系複合材料は、前記高分子材料及び金属材料を備え、選択的に、前記金属材料は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、鉛、亜鉛、スズ、アンチモン、ビスマス、銀及びルテニウムのうちの１種又は複数種を備える、
請求項１～３のいずれか１項に記載の正極集電体。
【請求項5】
前記高分子系複合材料の質量含有率を１００％とした場合、前記金属材料のドープ量は、１０％以下であり、選択的に、前記金属材料のドープ量の範囲は、５％以下であり、及び／又は前記金属材料のＤ５０は、５μｍ以下であり、選択的に、前記金属材料のＤ５０は、１μｍ～３μｍであり、Ｄ５０とは、前記金属材料の累積体積分率が５０％に達した時に対応する粒径、即ち、体積分布中央粒径である、
請求項４に記載の正極集電体。
【請求項6】
前記第１の金属部の融点と前記支持層の融点との比値は、Ｒ４であり、１．３５≦Ｒ４≦１０であり、選択的に、２．０８≦Ｒ４≦３．８８である、請求項１～５のいずれか１項に記載の正極集電体。
【請求項7】
前記第１の金属部の融点は、５４０℃～６５０℃であり、選択的に、前記第１の金属部の融点は、５４０℃～６２０℃であり、及び／又は前記支持層の融点は、６５℃～４００℃であり、選択的に、前記支持層の融点は、１６０℃～２６０℃である、
請求項１～６のいずれか１項に記載の正極集電体。
【請求項8】
前記導電層は、正極活物質層に接続されるための第２の金属部を含み、前記第２の金属部の融点は、６００℃～６６０℃であり、選択的に、前記第２の金属部の融点は、６２０℃～６６０℃である、請求項１～７のいずれか１項に記載の正極集電体。
【請求項9】
前記第１の金属部の厚さと前記第２の金属部の厚さとの比値は、Ａであり、１．０１≦Ａ≦３である、請求項８に記載の正極集電体。
【請求項10】
前記第１の金属部は、前記導電層の厚さ方向に沿って、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、前記第３のサブ層は、前記支持層の表面に位置し、前記第２のサブ層は、前記第３のサブ層における前記支持層から離れる一側に位置し、前記第１のサブ層は、前記第２のサブ層における前記支持層から離れる一側に位置し、前記第１のサブ層は、第１の金属マトリックスを含み、及び／又は
前記第２のサブ層は、第２の金属マトリックス及び第２のドープ元素を含み、及び／又は
前記第３のサブ層は、第３の金属マトリックス及び第３のドープ元素を含み、
前記第１の金属マトリックス、前記第２の金属マトリックス及び前記第３の金属マトリックスは、それぞれ独立に、アルミニウム又はアルミニウム系合金から選択され、及び／又は
前記第２のドープ元素及び前記第３のドープ元素は、それぞれ独立に、ベリリウム、カルシウム、カドミウム、セリウム、インジウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、スズ、イットリウム、イッテルビウム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ケイ素、ウラン、マグネシウム及び銅のうちの１種又は複数種から選択される、
請求項１～９のいずれか１項に記載の正極集電体。
【請求項11】
前記第１の金属マトリックスは、アルミニウムから選択され、及び／又は前記第２の金属マトリックスは、アルミニウムから選択され、前記第２のドープ元素は、カルシウム、セリウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、イットリウム、イッテルビウム、ウラン及び銅のうちの１種又は複数種から選択され、前記第２のドープ元素は、金属間化合物を形成するためのものであり、前記金属間化合物は、前記第２のサブ層にドープされ、及び／又は
前記第３の金属マトリックスは、アルミニウムから選択され、前記第３のドープ元素は、カルシウム、セリウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、イットリウム、イッテルビウム、ウラン及び銅のうちの１種又は複数種から選択され、前記第３のドープ元素は、金属間化合物を形成するためのものであり、前記金属間化合物は、前記第３のサブ層にドープされる、
請求項１０に記載の正極集電体。
【請求項12】
前記第１のサブ層の融点と前記第２のサブ層の融点との比値は、Ｒ１であり、１＜Ｒ１≦１．１であり、及び／又は前記第２のサブ層の融点と前記第３のサブ層の融点との比値は、Ｒ２であり、１＜Ｒ２≦１．２であり、及び／又は
前記第３のサブ層の融点と前記支持層の融点との比値は、Ｒ３であり、１．３５≦Ｒ３≦９．２３である、
請求項１０又は１１に記載の正極集電体。
【請求項13】
前記第１のサブ層の融点は、６５０℃～６６０℃であり、前記第２のサブ層の融点は、６００℃～６５０℃であり、
前記第３のサブ層の融点は、５４０℃～６００℃である、
請求項１０～１２のいずれか１項に記載の正極集電体。
【請求項14】
前記正極集電体は、保護層をさらに含み、前記保護層は、前記導電層における厚さ方向に対向する２つの表面のうちの少なくとも一方に設けられ、選択的に、前記第１の金属部は、金属マトリックス及びドープ元素を含み、前記保護層の厚さＤ４と前記ドープ元素の質量含有率Ｗ１は、式Ｄ４＝（５＋Ｗ１＊１００）ｎｍを満たす、
請求項１～１３のいずれか１項に記載の正極集電体。
【請求項15】
正極シート、セパレータ及び負極シートを含み、前記正極シートは、請求項１～１４のいずれか１項に記載の正極集電体と、前記正極集電体の少なくとも１つの表面に形成される正極活物質層と、を含む、二次電池。
【請求項16】
電気エネルギーを供給するための請求項１５に記載の二次電池を含む、電力使用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、電池の技術分野に関し、特に、正極集電体、二次電池及び電力使用装置に関する。
【背景技術】
【0002】
二次電池は、エネルギー密度が大きく、出力パワーが高く、サイクル寿命が長く、及び環境汚染が低いなどの利点を有しているため、電気自動車及び消費者向け電子製品に広く適用されている。集電体は、二次電池における重要な構成部分であり、活性材料層を支持すると共に、活性材料層で発生した電流を集めて外部に出力するために用いられる。そのため、集電体は、電極シートや二次電池などの性能に対し重要な影響を有する。現在、通常、「金属－絶縁高分子－金属」というサンドイッチ構造の複合集電体を採用して、二次電池の性能を向上させるが、従来の複合集電体とタブとの溶接には、接合不良などの不具合が存在し、溶接不良品率が高くなってしまう。そのため、従来の複合集電体は、依然として改良の余地がある。
【発明の概要】
【0003】
本願は、上記課題に鑑みなされたものであり、正極集電体、二次電池及び電力使用装置を提供することを目的とする。
【0004】
上記目的を実現するために、本願の第１の態様は、支持層と、支持層の少なくとも１つの表面に位置する導電層とを含む正極集電体を提供し、導電層は、タブに接続されるための第１の金属部を含む。第１の金属部は、導電層の厚さ方向に沿って、３層以上のサブ層を含み、前記３層以上のサブ層の融点は、支持層に近い方向から支持層から離れる方向への勾配で上昇する。
【0005】
これにより、本願の実施例の第１の金属部は、３層以上のサブ層を備え、３層以上のサブ層の融点は、支持層に近い方向から支持層から離れる方向への勾配で上昇し、支持層に接触するサブ層の融点が支持層の融点により近いため、導電層と支持層との複合において、例えば超音波溶接を採用して複合し、導電層は、当該サブ層とより容易に相互に浸透可能であり、冷却後の接合がより強固になり、導電層と支持層との間の接合力の向上に有利であり、導電層と支持層との分離脱落問題を効果的に防止する。また、支持層から離れる距離が最も大きいサブ層の融点が比較的高いため、当該サブ層が溶接機器に粘着される可能性を低下させることができ、溶接の一致性を高める。また、中間層に位置するサブ層は、隣接するサブ層と相互に浸透融着可能であり、支持層に接触するサブ層と、支持層から離れる距離が最も大きいサブ層との融点の差の過大による溶接不良の問題を効果的に防止することができ、各サブ層間の接合力を高める。
【0006】
任意の実施形態において、第１の金属部は、金属マトリックス及びドープ元素を含む。金属マトリックスは、アルミニウム又はアルミニウム系合金から選択される。ドープ元素は、ベリリウム、カルシウム、カドミウム、セリウム、インジウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、スズ、イットリウム、イッテルビウム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ケイ素、ウラン、マグネシウム及び銅のうちの１種又は複数種から選択される。
【0007】
これにより、本願の実施例は、ドープ元素と金属マトリックスの配合によって、第１の金属部の融点を顕著に低下させ、第１の金属部の融点を、勾配的変化を呈するように調整することができる。
【0008】
任意の実施形態において、第１の金属部の質量含有率Ｗを１００％とした場合、ドープ元素の質量含有率Ｗ１は、０．５％～１０％であり、金属マトリックスの質量含有率Ｗ２は、９０％～９９．５％である。これにより、本願の実施例は、上記質量含有率のドープ元素と金属マトリックスを添加することによって、第１の金属部の導電性及び電気化学環境での安定性を確保することができる。
【0009】
任意の実施形態において、支持層は、高分子材料及び高分子系複合材料のうちの１種又は複数種を含む。高分子材料は、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリプロピレンエチレン、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリアセチレン、シリコーンゴム、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルファイド、ポリエチレングリコール、ポリ窒化硫黄系、ポリフェニル、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピリジン、セルロース、澱粉、蛋白質、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、それらの誘導体、それらの架橋物及びそれらの共重合体のうちの１種又は複数種を含む。高分子系複合材料は、高分子材料及び金属材料を含み、選択的に、金属材料は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、鉛、亜鉛、スズ、アンチモン、ビスマス、銀及びルテニウムのうちの１種又は複数種を含む。これにより、本願の実施例の支持層は、厚さが小さく、重量が軽いため、二次電池の体積エネルギー密度を顕著に向上させることができる。
【0010】
任意の実施形態において、高分子系複合材料の質量含有率を１００％とした場合、金属材料のドープ量は、１０％以下であり、選択的に、金属材料のドープ量の範囲は、５％以下である。
【0011】
これにより、本願の実施例は、二次電池の体積エネルギー密度を確保することができると共に、支持層と第１の金属部との間の接合力を向上させることができる。
【0012】
任意の実施形態において、金属材料のＤ５０は、５μｍ以下であり、選択的に、金属材料のＤ５０は、１μｍ～３μｍであり、Ｄ５０とは、金属材料の累積体積分率が５０％に達した時に対応する粒径、即ち、体積分布中央粒径である。
【0013】
これにより、本願の実施例の高分子材料と金属材料により形成された支持層の厚さは均一である。
【0014】
任意の実施形態において、第１の金属部の融点と支持層の融点との比値は、Ｒ４であり、１．３５≦Ｒ４≦１０であり、選択的に、２．０８≦Ｒ４≦３．８８である。これにより、本願の実施例において、第１の金属部は、支持層の融点に近いため、第１の金属部と支持層との間の接合力を高めることができる。
【0015】
任意の実施形態において、第１の金属部の融点は、５４０℃～６５０℃である。選択的に、第１の金属部の融点は、５４０℃～６２０℃である。本願の実施例の第１の金属部の融点は、比較的低いため、第１の金属部と支持層との間の接合力をさら高めることができる。
【0016】
任意の実施形態において、支持層の融点は、６５℃～４００℃である。選択的に、支持層の融点は、１６０℃～２６０℃である。本願の実施例の支持層の融点は、比較的高いため、第１の金属部と支持層との間の接合力をさらに高めることができる。
【0017】
任意の実施形態において、導電層は、正極活物質層に接続されるための第２の金属部を含み、第２の金属部の融点は、６００℃～６６０℃であり、選択的に、第２の金属部の融点は、６２０℃～６６０℃である。本願の実施例の第２の金属部の導電性能は良い。
【0018】
任意の実施形態において、第１の金属部の厚さと第２の金属部の厚さとの比値は、Ａであり、１．０１≦Ａ≦３である。上記厚さの比値の範囲にある第１の金属部は、第１の金属部の溶接効果を高め、通電容量（ｃｕｒｒｅｎｔ－ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ）及び機械抵抗性を向上させることができ、且つ、正極集電体の一体化加工に有利である。
【0019】
任意の実施形態において、第１の金属部は、導電層の厚さ方向に沿って、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第３のサブ層は、支持層の表面に位置し、第２のサブ層は、第３のサブ層における支持層から離れる一側に位置し、第１のサブ層は、第２のサブ層における支持層から離れる一側に位置し、第１のサブ層は、第１の金属マトリックスを含み、及び／又は第２のサブ層は、第２の金属マトリックス及び第２のドープ元素を含み、及び／又は第３のサブ層は、第３の金属マトリックス及び第３のドープ元素を含み、第１の金属マトリックス、第２の金属マトリックス及び第３の金属マトリックスの材料は、それぞれ独立に、アルミニウム又はアルミニウム系合金から選択され、及び／又は第２のドープ元素及び第３のドープ元素は、それぞれ独立に、ベリリウム、カルシウム、カドミウム、セリウム、インジウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、スズ、イットリウム、イッテルビウム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ケイ素、ウラン、マグネシウム及び銅のうちの１種又は複数種から選択される。
【0020】
これにより、本願の実施例において、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層の融点は、勾配変化の傾向を呈し、溶融した場合、第２のサブ層は、第１のサブ層及び第３のサブ層とそれぞれ浸透接合可能であり、これによって、各層間の接合力を高め、第１の金属部内の各層のサブ層にフレーキングや層間剥離が発生する可能性を低下させる。
【0021】
任意の実施形態において、前記第１の金属マトリックスは、アルミニウムから選択される。
【0022】
任意の実施形態において、第２の金属マトリックスは、アルミニウムから選択され、前記第２のドープ元素は、カルシウム、セリウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、イットリウム、イッテルビウム、ウラン及び銅のうちの１種又は複数種から選択され、前記第２のドープ元素は、金属間化合物を形成するためのものであり、前記金属間化合物は、前記第２のサブ層にドープされる。本願の実施例において、ドープ元素は、ナノ硬さの高い金属間化合物相をインサイツ（Ｉｎ－ｓｉｔｕ）で形成することができ、金属間化合物相は、第２のサブ層に拡散分布し、第２のサブ層の引張強度の向上に有利である。
【0023】
任意の実施形態において、第３の金属マトリックスは、アルミニウムから選択され、前記第３のドープ元素は、カルシウム、セリウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、イットリウム、イッテルビウム、ウラン及び銅のうちの１種又は複数種から選択され、前記第３のドープ元素は、金属間化合物を形成するためのものであり、前記金属間化合物は、前記第３のサブ層にドープされる。本願の実施例において、ドープ元素は、ナノ硬さの高い金属間化合物相をインサイツで形成することができ、金属間化合物相は、第３のサブ層に拡散分布し、第３のサブ層の引張強度の向上に有利である。
【0024】
任意の実施形態において、第１のサブ層の融点と第２のサブ層の融点との比値は、Ｒ１であり、１＜Ｒ１≦１．１である。
【0025】
任意の実施形態において、第２のサブ層の融点と第３のサブ層の融点との比値は、Ｒ２であり、１＜Ｒ２≦１．２である。
【0026】
任意の実施形態において、第３のサブ層の融点と支持層の融点との比値は、Ｒ３であり、１．３５≦Ｒ３≦９．２３である。
【0027】
これにより、本願の実施例は、各サブ層の融点の勾配設定によって、第１の金属部と支持層がかしめ構造を形成することに有利であり、溶接における振動による正極集電体の割れや剥離などの問題を低下させることができる。
【0028】
任意の実施形態において、第１のサブ層の融点は、６５０℃～６６０℃である。
【0029】
任意の実施形態において、第２のサブ層の融点は、６００℃～６５０℃である。
【0030】
任意の実施形態において、第３のサブ層の融点は、５４０℃～６００℃である。
【0031】
これにより、本願の実施例は、各サブ層の融点を選出することにより、第１の金属部の融点が勾配変化の傾向を形成するようにし、正極集電体の割れや剥離などの問題をさらに防止することができる。
【0032】
任意の実施形態において、正極集電体は、導電層における厚さ方向に対向する２つの表面のうちの少なくとも一方に設けられる保護層をさらに含む。本願の実施例の保護層は、導電層を保護し、正極集電体の機械強度を高くすることができる。
【0033】
任意の実施形態において、第１の金属部は、金属マトリックス及びドープ元素を含み、保護層の厚さＤ４とドープ元素の含有率百分率Ｗ１は、式Ｄ４＝（５＋Ｗ１＊１００）ｎｍを満たす。
【0034】
これにより、本願の実施例は、ドープ元素の質量含有率の増加に従い、保護層の厚さを増加させ、集電体の電気化学安定性を向上させることができる。
【0035】
本願の第２の態様は、正極シート、セパレータ及び負極シートを含む二次電池を提供し、正極シートは、本願の第１の態様の正極集電体と、正極集電体の少なくとも１つの表面に形成される正極活物質層とを含む、。
【0036】
本願の第３の態様は、電気エネルギーを供給するための本願の第２の態様の二次電池を含む電力使用装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0037】
本願の実施例の技術的解決手段をより明確に説明するために、以下、本願の実施例に使用される図面を簡単に紹介し、明らかなように、以下で記述される図面は、本願のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的労働をすることなく、図面に基づいて他の図面を得ることもできる。
【符号の説明】
【0038】
符号の説明は以下の通りである。
【0039】
Ｘ－第１の方向
Ｙ－厚さ方向
１－電力使用装置
１０－電池パック
１１－下ボックス体
１２－上ボックス体
２０－電池モジュール
３０－二次電池
３１－トップカバーアセンブリ
３２－ケース
４０－電極アセンブリ
４１－正極シート
４２－タブ
５０－正極集電体
６０－正極活物質層
７０－支持層
７０ａ－第１の表面
７０ｂ－第２の表面
８０－導電層
８１－第１の金属部
８１０－サブ層
８１１－第１のサブ層
８１２－第２のサブ層
８１３－第３のサブ層
８２－第２の金属部
９０－保護層
Ｙ－厚さ方向
１－電力使用装置
１０－電池パック
１１－下ボックス体
１２－上ボックス体
２０－電池モジュール
３０－二次電池
３１－トップカバーアセンブリ
３２－ケース
４０－電極アセンブリ
４１－正極シート
４２－タブ
５０－正極集電体
６０－正極活物質層
７０－支持層
７０ａ－第１の表面
７０ｂ－第２の表面
８０－導電層
８１－第１の金属部
８１０－サブ層
８１１－第１のサブ層
８１２－第２のサブ層
８１３－第３のサブ層
８２－第２の金属部
９０－保護層
【発明を実施するための形態】
【0040】
以下、図面の簡単な説明を適切に参照しながら、本願の正極集電体、二次電池及び電力使用装置の実施形態を具体的に説明するが、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項に対する詳細な説明、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、図面及び以下の説明は、当業者の本願に対する十分な理解のために提供されるものであり、特許請求の範囲に記載される主題を限定することを意図するものではない。
【0041】
本願に開示される「範囲」は、下限と上限の形式で限定され、所定の範囲は、１つの下限と１つの上限を選定することによって限定されるものであり、選定される下限と上限は、特定範囲の境界を限定する。このように限定される範囲は、境界値を含むか又は境界値を含まないものであってもよく、かつ、任意に組み合わせてもよく、即ち、任意の下限は、任意の上限と組み合わせて１つの範囲を形成してもよい。例えば、特定のパラメータに対して６０～１２０及び８０～１１０の範囲を挙げると、６０－１１０及び８０－１２０の範囲と理解されることも予想される。なお、最小範囲値１、２を挙げると、かつ、最大範囲値３、４及び５を挙げると、１～３、１～４、１～５、２～３、２～４及び２～５の範囲が全部予想可能である。本願において、特段の断りのない限り、「ａ～ｂ」という数値の範囲は、ａ～ｂ間の任意の実数の集合の省略形を表し、ａとｂはいずれも実数である。例えば、「０～５」という数値範囲は、本明細書において既に全部挙げられた「０～５」間の全ての実数を表し、「０～５」は、これらの数値の集合の省略形に過ぎない。なお、あるパラメータが２以上の整数であることを記述する場合、当該パラメータが、例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２などの整数であることを開示することに相当する。
【0042】
特別な説明がなければ、本願の全ての実施形態及び選択的な実施形態は、相互に組み合わせられて新しい技術的解決手段を形成することができる。特別な説明がなければ、本願の全ての技術的特徴及び選択的な技術的特徴は、相互に組み合わせられて新しい技術的解決手段を形成することができる。
【0043】
特別な説明がなければ、本願の全てのステップは、順序に行われてもよく、ランダムに行われてもよく、順序に行われることが好ましい。例えば、前記方法は、ステップ（ａ）、（ｂ）を含み、前記方法が順序に行われるステップ（ａ）、（ｂ）を含んでもよく、順序に行われるステップ（ｂ）、（ａ）を含んでもよいことを意味する。例えば、上記に言及された前記方法は、ステップ（ｃ）をさらに含んでもよく、ステップ（ｃ）が任意の順序で前記方法に加えられてもいことを表し、例えば、前記方法は、ステップ（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を含んでもよく、ステップ（ａ）、（ｃ）及び（ｂ）を含んでもよく、ステップ（ｃ）、（ａ）及び（ｂ）などを含んでもよい。
【0044】
特別な説明がなければ、本願で言及される「含む」及び「包含」は、オープン式を示し、クローズ式であってもよい。例えば、前記「含む」及び「包含」は、挙げられない他の成分をさらに含んでもよいが又は包含してもよく、挙げられた成分のみを含んでもよいが又は包含してもよいことを意味することができる。
【0045】
特別な説明がなければ、本願において、「又は」という用語は、包括的なものである。例を挙げると、「Ａ又はＢ」という文句は、「Ａ、Ｂ、又はＡ及びＢの両方」を表す。より具体的には、Ａが真（又は存在する）且つＢが偽（又は存在しない）であり、Ａが偽（又は存在しない）且つＢが真（又は存在する）であり、又はＡ及びＢがいずれもが真（又は存在する）であることのうちのいずれか条件は、いずれも「Ａ又はＢ」という条件を満たす。
【0046】
「第１の」、「第２の」という用語などの関係用語は、１つの実体又は操作を他の実体又は操作と区別するのみに用いられ、これらの実体又は操作の間に任意の実際的な関係又は順序が存在することを必ずしも要求したり示唆したりするものではないことが理解すべきである。
【0047】
本願の上記出願内容は、本願における開示された各実施形態又は各実現形態を記述することを意図するものではない。以下のような記述は、例示的な実施形態をより具体的に例を挙げて説明する。本願全体における複数の箇所において、一連の実施例によってガイダンスが提供され、これらの実施例は、様々な組み合わせで使用可能である。各実施例において、代表的のみとしての組が挙げられ、網羅的なものとして解釈されるべきではない。
【0048】
［正極集電体］
【0049】
本願の第１の態様の実施例は、正極集電体を提供する。図１を参照されたく、正極集電体５０は、支持層７０と、支持層７０の少なくとも１つの表面に位置する導電層８０とを含み、導電層８０は、タブに接続されるための第１の金属部８１を含み、第１の金属部８１は、導電層８０の厚さ方向Ｙに沿って、３層以上のサブ層８１０を含み、３層以上のサブ層８１０の融点は、支持層７０に近い方向から支持層７から離れる方向への勾配で上昇する。
【0050】
本願の実施例の第１の金属部８１は、タブを溶接し、正極活物質層で発生した電流を集めた後、タブによって外部に出力するためのものである。
【0051】
本願の実施例の第１の金属部８１とタブとの接続方法は、溶接であってもよい。
【0052】
本願の実施例の導電層８０の厚さ方向Ｙと支持層７０の厚さ方向Ｙは、同一方向であり、本明細書において厚さ方向Ｙと略称される。
【0053】
本願の実施例の支持層７０は、対向する第１の表面７０ａ及び第２の表面７０ｂを厚さ方向Ｙに有し、導電層８０は、支持層７０の第１の表面７０ａ及び第２の表面７０ｂのうちのいずれか一方又は両方に設けられてもよい。導電層８０と支持層７０は、正極集電体５０として複合され、導電層８０の厚さは、従来技術に通常に使用されるアルミニウム箔金属のような集電体の厚さよりもはるかに小さく、且つ、支持層７０は高分子材料又は高分子系複合材料であり、正極集電体５０全体の厚さが小さく、重量が軽いため、当該正極集電体５０を用いた二次電池の体積エネルギー密度を高めることができる。
【0054】
本願の実施例の正極集電体５０によると、第１の金属部８１は、３層以上のサブ層８１０を含み、３層以上のサブ層８１０の融点は、支持層７０に近い方向から支持層７０から離れる方向への勾配で上昇する。支持層７０に接触するサブ層８１０の融点は、支持層７０の融点により近く、導電層８０と支持層７０との複合中に、例えば、超音波溶接を採用して複合し、導電層８０は、当該サブ層８１０とより容易に相互に浸透され、冷却後の接合もより強固になり、導電層８０と支持層７０との間の接合力の向上に有利であり、導電層８０と支持層７０との分離脱落問題を効果的に防止する。かつ、支持層７０から離れる距離が最も大きいサブ層８１０の融点は、比較的高く、当該サブ層８１０が溶接機器に粘着される可能性を低下可能であることによって、溶接の一致性を高める。
【0055】
中間層に位置するサブ層８１０に隣接するサブ層８１０は、支持層７０に接触するサブ層８１０と支持層７０から離れる距離が最も大きいサブ層８１０である。中間層に位置するサブ層８１０の融点は、隣接するサブ層８１０の融点の間に介在し、溶接中に、中間層に位置するサブ層８１０は、支持層７０に接触されるサブ層８１０と相互に浸透可能であり、かつ、支持層７０から離れる距離が最も大きいサブ層８１０と相互に浸透可能であり、溶接時の各サブ層８１０間の浸透力を高めることができ、支持層７０に接触するサブ層８１０と支持層７０から離れる距離が最も大きいサブ層８１０の融点の差の過大による溶接不良の問題を効果的に防止することによって、各サブ層８１０間の接合力を高める。
【0056】
［導電層］
【0057】
本願の実施例の導電層８０は、機械的圧延、接着、気相堆積法（ｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、化学めっき（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｐｌａｔｉｎｇ）、電気めっき（Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ）のうちの少なくとも１種の方法によって、支持層７０に形成されるものであってもよく、そのうち、気相堆積法又は電気めっき法が好ましく、即ち、導電層８０は、気相堆積層又は電気めっき層であることが好ましく、このようにして、導電層８０と支持層７０との間の密着接合をより良好に実現することができ、支持層７０の導電層８０に対する支持及び保護作用を効果的に発揮する。
【0058】
本願の実施例の導電層８０の厚さは小さく、導電層８０の抵抗は大きく、二次電池が異常場合で短絡を発生した時の短絡抵抗をさらに高めて、短絡電流を大幅に減少させ、短絡点に「点断線」を形成することによって、二次電池の安全性能を改善させることができる。導電層８０は、第１の金属部８１及び第２の金属部８２を備える。第１の金属部８１は、タブに接続されるためのものであり、第２の金属部８２は、正極活物質層に接続されるためのものである。
【0059】
いくつかの実施形態において、第１の金属部８１は、金属マトリックス及びドープ元素を含む。金属マトリックスは、アルミニウム又はアルミニウム系合金から選択される。ドープ元素は、ベリリウム、カルシウム、カドミウム、セリウム、インジウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、スズ、イットリウム、イッテルビウム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ケイ素、ウラン、マグネシウム及び銅のうちの１種又は複数種から選択される。上記ドープ元素と金属マトリックスとが配合されることにより、第１の金属部８１の融点を顕著に低下させ、第１の金属部８１の融点を、勾配的変化を呈するように調整することができる。例示的に、金属マトリックスは、アルミニウム、アルミニウムニッケル合金、アルミニウムチタン合金又はアルミニウム銀合金である。第１の金属部８１は、アルミニウムベリリウム合金、アルミニウム、銀及びカルシウムを複合した合金、又はアルミニウム、ベリリウム及びカルシウムを複合した合金である。
【0060】
いくつかの実施形態において、第１の金属部８１の質量含有率Ｗを１００％とした場合、ドープ元素の質量含有率Ｗ１は、０．５％～１０％であり、金属マトリックスの質量含有率Ｗ２は、９０％～９９．５％である。上記質量含有率のドープ元素は、第１の金属部８１の融点を顕著に低下させることができ、第１の金属部８１を超音波の作用で加熱溶融することに必要なエネルギーは低く、タブとの融着に有利であり、溶接効果を向上させる。ドープ元素の元素種類や含有量分布を調整、制御し、第１の金属部８１の各サブ層８１０間に融点勾配が形成可能である。かつ、上記質量含有率のドープ元素と金属マトリックスとが配合されることにより、第１の金属部８１の導電性及び電気化学環境での安定性を確保することができる。
【0061】
ドープ元素の質量含有率は、０．５％～１０％であり、例えば、０．５％、０．８％、１．０％、１．２％、１．５％、１．８％、２．０％、２．５％、３．０％、３．５％、４．０％、４．６％、４．９％、５．０％、５．５％、６．０％、６．５％、７．０％、７．５％、８．０％、８．５％、９．０％、９．５％又は１０．０％であってもよく、又は、ドープ元素の質量含有率の範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。ドープ元素の質量含有率は、選択的に、１．５％～８．０％であり、ドープ元素の質量含有率は、選択的に、５．０％～８．０％である。それに応じて、金属マトリックスの質量含有率は、ドープ元素の質量含有率に合わせて選出される。
【0062】
いくつかの実施形態において、第１の金属部８１の融点と支持層７０の融点との比値は、Ｒ４であり、１．３５≦Ｒ４≦１０である。第１の金属部８１と支持層７０との融点の比値が上記範囲にある場合、溶接時に、第１の金属部８１と支持層７０とはより容易に相互に融着され、同士の接合力が強い。
【0063】
第１の金属部８１の融点と支持層７０の融点との比値Ｒ４は、１．３５≦Ｒ４≦１０である。例えば、１．３５、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５、６．０、６．５、７．０、７．５、８．０、８．５、９．０又は１０であってもよく、又はＲ４の値は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、２≦Ｒ４≦７．５である。
【0064】
いくつかの実施形態において、第１の金属部８１の融点は、５４０℃～６５０℃である。ドープ金属は、金属マトリックスにドープされて、融点勾配を含む第１の金属部８１を形成し、第１の金属部８１と支持層７０との溶接に有利であり、従って、第１の金属部８１と支持層７０との接合力を高める。第１の金属部８１の融点は、上記Ｒ４に基づいて選出することができる。
【0065】
第１の金属部８１の融点は、５４０℃～６５０℃であり、例えば、融点は、５４０℃、５５０℃、５６０℃、５７０℃、５８０℃、５９０℃、６００℃、６１０℃、６２０℃、６３０℃、６４０℃又は６５０℃であってもよく、又は、第１の金属部８１の融点は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、第１の金属部８１の融点は、５４０℃～６２０℃である。
【0066】
いくつかの実施形態において、導電層８０は、正極活物質層に接続されるための第２の金属部８２を含み、第２の金属部８２の融点は、６００℃～６６０℃である。例示的に、第２の金属部８２は、金属マトリックスを含み、金属マトリックスは、アルミニウム又はアルミニウム系合金から選択される。例示的に、金属マトリックスは、アルミニウム、アルミニウムニッケル合金、アルミニウムチタン合金又はアルミニウム銀合金である。第２の金属部８２の導電性能を確保した上で、第２の金属部８２は、金属マトリックスにドープ金属がドープされてもよく、例示的に、ドープ元素は、ベリリウム、カルシウム、カドミウム、セリウム、インジウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、スズ、イットリウム、イッテルビウム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ケイ素、ウラン、マグネシウム及び銅のうちの１種又は複数種から選択される。
【0067】
第２の金属部８２の融点は、６００℃～６６０℃であり、例えば、６００℃、６１０℃、６２０℃、６３０℃、６４０℃、６５０℃又は６６０℃であってもよく、又は、第２の金属部８２の融点の数値範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、第２の金属部８２の融点は、６２０℃～６６０℃である。
【0068】
いくつかの実施形態において、第１の金属部８１の厚さと第２の金属部８２の厚さとの比値は、Ａであり、１．０１≦Ａ≦３である。上記厚さの比値範囲にある第１の金属部８１は、第１の金属部８１の溶接効果を高め、通電容量及び機械抵抗性を向上させることができ、且つ、第１の金属部８１の厚さは、厚すぎることなく、正極集電体５０の一体化加工に有利である。Ａが１．０１未満であると、第１の金属部８１の厚さの増加は明らかでなく、溶接、通電及び機械抵抗性を改善する効果を果たすことができない。Ａが３を越えると、第２の金属部８２の厚さは厚すぎ、正極集電体５０自身の一体化加工に有利ではなく、厚すぎる第１の金属部８１が支持層７０に複合された場合、大量の熱の放出に伴い、第１の金属部８１に対応する支持層７０の高温融着及び一部の分解を招きやすく、支持層７０の力学性能を低下させ、かつ、正極集電体５０の溶接性能を低下させ、正極集電体５０が巻き取られる場合、しわの問題が生じやすく、一部の導電層８０にクラックが生じ、導電層８０の導電能力を低下させると共に、二次電池のエネルギー密度も低下させる。
【0069】
第１の金属部８１の厚さと第２の金属部８２の厚さとの比値Ａは、１．０１≦Ａ≦３である。例えば、Ａは、１．０１、１．０５、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９又は３であってもよく、又は、Ａの数値範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、１．２≦Ａ≦２である。さらに選択的に、１．２５≦Ａ≦１．８である。
【0070】
いくつかの実施形態において、第１の金属部８１の厚さＤ２は、３００ｎｍ≦Ｄ２≦２μｍである。第１の金属部８１の厚さは適度であり、第１の金属部８１は、溶接、通電及び機械抵抗性の効果を効果的に改善させることができる。
【0071】
第１の金属部８１の厚さＤ２は、３００ｎｍ≦Ｄ２≦２μｍである。例えば、Ｄ２は、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍ、９００ｎｍ、１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．５μｍ、１．８μｍ又は２μｍであってもよく、又は、第１の金属部８１の厚さの範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、５００ｎｍ≦Ｄ２≦１．５μｍである。さらに選択的に、８００ｎｍ≦Ｄ２≦１．１μｍである。
【0072】
いくつかの実施形態において、第２の金属部８２の厚さＤ３は、３００ｎｍ≦Ｄ３≦２ｕｍである。第２の金属部８２の厚さは適度であり、第２の金属部８２の短絡の内部抵抗の増大に有利であると共に、二次電池の内部短絡に対する抵抗力を改善させることができ、正極集電体５０の後続の加工における破損を防止することもできる。
【0073】
第２の金属部８２の厚さＤ３は、３００ｎｍ≦Ｄ３≦２ｕｍである。例えば、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍ、９００ｎｍ、１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．５μｍ、１．８μｍ、２μｍであってもよく、又は、第２の金属部８２の厚さの範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、５００ｎｍ≦Ｄ３≦１．５μｍである。さらに選択的に、８００ｎｍ≦Ｄ３≦１．１μｍである。
【0074】
いくつかの実施形態において、第１の方向Ｘに沿って、第２の金属部８２の寸法と第１の金属部８１の寸法との比値Ｂは、１０≦Ｂ≦５００である。そのうち、本願の実施例における第１の方向Ｘは、導電層８０の幅方向である。第１の方向Ｘに沿って、第２の金属部８２の寸法は、第２の金属部８２の幅であり、第１の方向Ｘに沿って、第１の金属部８１の寸法は、第１の金属部８１の幅である。第２の金属部８２の幅と第１の金属部８１の幅との比値が上記範囲にある場合、当該正極集電体５０を用いた二次電池のエネルギー密度、サイクル性能及びレート性能の向上に有利である。Ｂが１０未満であると、第１の金属部８１の占有率が高すぎ、二次電池のエネルギー密度の向上に有利ではない。Ｂが５００を越えると、第１の金属部８１の占有率が低すぎ、第２の金属部８２が広すぎ、電流の伝送経路が長すぎ、二次電池の内部の内部抵抗及び発熱が過大となってしまい、二次電池のサイクル性能及びレート性能の向上に有利ではない。
【0075】
第１の方向Ｘに沿って、第２の金属部８２の寸法と第１の金属部８１の寸法との比値Ｂは、１０≦Ｂ≦５００である。例えば、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１８０、１９０、２００、２４０、２５０、２８０、３００、３２０、３５０、３８０、４００、４２０、４５０、４８０又は５００であってもよく、又は、Ｂの範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、５０≦Ｂ≦２００である。さらに選択的に、６０≦Ｂ≦１２０である。
【0076】
いくつかの実施形態において、第１の方向Ｘに沿って、第１の金属部８１の寸法Ｃ１は、１ｍｍ＜Ｃ１≦２０ｍｍである。第１の金属部８１の寸法Ｃ１が１ｍｍ未満であると、第１の金属部８１の幅が狭すぎ、溶接面積が小さすぎ、第１の金属部８１が受け可能な機械力が小さすぎ、二次電池の溶接信頼性の要求を満たすことが困難である。第１の金属部８１の寸法Ｃ１が２０ｍｍを越えると、第１の金属部８１の幅が広すぎ、二次電池の内部の空間利用率の向上に有利ではなく、二次電池のエネルギー密度を低下させてしまい、広すぎる第１の金属部８１は、ダイカット時に正極集電体５０の無駄を引き起こし、正極集電体５０の利用率を低下させ、且つ、タブと正極集電体５０が重なるリスクを増加させる。
【0077】
第１の方向Ｘに沿って、第１の金属部８１の寸法は、Ｃ１であり、１ｍｍ＜Ｃ１≦２０ｍｍであり、例えば、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍ、１７ｍｍ、１８ｍｍ、１９ｍｍ又は２０ｍｍであってもよく、又は、Ｃ１の数値範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、２ｍｍ≦Ｃ１≦１０ｍｍであり、さらに選択的に、３ｍｍ≦Ｃ１≦５ｍｍである。
【0078】
いくつかの実施形態において、第１の方向Ｘに沿って、第２の金属部８２の寸法Ｃ２は、１００ｍｍ＜Ｃ２≦８００ｍｍである。第２の金属部８２の幅は適度であり、第２の金属部８２の導電性を高めることができ、二次電池のエネルギー密度を確保することができる。
【0079】
第１の方向Ｘに沿って、第２の金属部８２の寸法Ｃ２は、２００ｍｍ≦Ｃ２≦８００ｍｍであり、例えば、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍ、７００ｍｍ又は８００ｍｍであってもよく、又は、第２の金属部８２の幅の範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、２００ｍｍ≦Ｃ２≦８００ｍｍであり、さらに選択的に、３００ｍｍ≦Ｃ２≦５００ｍｍである。
【0080】
いくつかの実施形態において、図２を参照されたく、第１の金属部８１は、厚さ方向Ｙに沿って、第１のサブ層８１１、第２のサブ層８１２及び第３のサブ層８１３を含む。第３のサブ層８１３は、支持層７０の表面に位置し、第２のサブ層８１２は、第３のサブ層８１３における支持層７０から離れる一側に位置し、第１のサブ層８１１は、第２のサブ層８１２における支持層７０から離れる一側に位置する。説明すべきこととして、第１の金属部８１は、３層のサブ層を含み、３層のサブ層は、融点勾配が形成されてもよい。当然のことながら、第１の金属部８１は、４層、５層以上のサブ層を含み、より多段階の融点勾配を形成してもよい。例示的に、第１の金属部８１は、４層のサブ層、即ち、厚さ方向Ｙに沿って順次に積層配置された第１のサブ層８１１、第２のサブ層８１２、第４のサブ層及び第３のサブ層８１３を含み、第２のサブ層８１２と第４のサブ層の融点は、同じでもよく、異なってもよい。
【0081】
第１のサブ層８１１は、第１の金属マトリックスを含み、第１の金属マトリックスは、アルミニウム又はアルミニウム系合金から選択される。第１のサブ層８１１の融点は、比較的高く、溶融に必要なエネルギーが高く、溶接機器との粘着が発生しにくい。
【0082】
第２のサブ層８１２は、第２の金属マトリックス及び第２のドープ元素を含み、第２の金属マトリックスは、アルミニウム又はアルミニウム系合金から選択され、第２のドープ元素は、ベリリウム、カルシウム、カドミウム、セリウム、インジウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、スズ、イットリウム、イッテルビウム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ケイ素、ウラン、マグネシウム及び銅のうちの１種又は複数種から選択される。第２のドープ元素は、第２の金属マトリックスにドープされ、第２のサブ層８１２の融点を適切に低下させることができる。第１のサブ層８１１、第２のサブ層８１２及び第３のサブ層８１３の融点は、勾配変化の傾向を呈し、第１の金属部８１が加熱溶融した場合、各層に必要な溶融エネルギーは異なり、特に、第１のサブ層８１１と第３の
サブ層８１３に必要な溶融エネルギーの差が大きく、溶融が発生した時に、第２のサブ層８１２は、第１のサブ層８１１及び第３のサブ層８１３とそれぞれ浸透接合可能であり、これによって、各層間の接合力を高め、第１の金属部８１内の各層のサブ層８１０にフレーキングや層間剥離が発生する可能性を低下させる。
サブ層８１３に必要な溶融エネルギーの差が大きく、溶融が発生した時に、第２のサブ層８１２は、第１のサブ層８１１及び第３のサブ層８１３とそれぞれ浸透接合可能であり、これによって、各層間の接合力を高め、第１の金属部８１内の各層のサブ層８１０にフレーキングや層間剥離が発生する可能性を低下させる。
【0083】
第３のサブ層８１３は、第３の金属マトリックス及び第３のドープ元素を含み、第３の金属マトリックスは、アルミニウム又はアルミニウム系合金から選択され、第３のドープ元素は、ベリリウム、カルシウム、カドミウム、セリウム、インジウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、スズ、イットリウム、イッテルビウム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ケイ素、ウラン、マグネシウム及び銅のうちの１種又は複数種から選択される。第３のドープ元素は、第３の金属マトリックスにドープされ、第３のサブ層８１３の融点を顕著に低下させることができる。第３のサブ層８１３の溶融に必要なエネルギーは低く、溶融が発生した時に、支持層７０と相互に浸透し、冷却後、相互に接合可能であり、第３のサブ層８１３と支持層７０との間の接合力を高めることができる。
【0084】
いくつかの選択的な実施例において、第１の金属マトリックスは、アルミニウムから選択される。第２の金属マトリックスは、アルミニウムから選択され、第２のドープ元素は、カルシウム、セリウム、インジウム、ランタン、リチウム、ネオジム、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、スズ、イットリウム、イッテルビウム、亜鉛のうちの１種又は複数種から選択される。第３の金属マトリックスは、アルミニウムから選択され、第３のドープ元素は、ガリウム、ゲルマニウム、ケイ素、マグネシウム、銅のうちの１種又は複数種から選択される。
【0085】
前述した材質の金属マトリックス元素は、良好な導電性を有する。前述したドープ元素と前述した金属マトリックスが合金を形成して、第１の金属部８１の融点を低下させ、第１の金属部８１と支持層７０との間の接合力の更なる向上に有利であることによって、正極集電体５０全体の溶接品質を高める。
【0086】
いくつかの選択的な実施例において、第１の金属マトリックスは、アルミニウムから選択される。第２の金属マトリックスは、アルミニウムから選択され、第２のドープ元素は、カルシウム、セリウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、イットリウム、イッテルビウム、ウラン及び銅のうちの１種又は複数種から選択される。第３の金属マトリックスは、アルミニウムから選択され、第３のドープ元素は、カルシウム、セリウム、ランタン、リチウム、ネオジム、ニッケル、パラジウム、プラセオジム、サマリウム、イットリウム、イッテルビウム、ウラン及び銅のうちの１種又は複数種から選択される。第１のサブ層８１１の引張強度が高い。第２のドープ元素は、ナノ硬さの高い金属間化合物相をインサイツで形成することができ、金属間化合物相は、第２のサブ層８１２に拡散分布し、第２のサブ層８１２の引張強度の向上に有利である。第３のドープ元素は、ナノ硬さの高い金属間化合物相をインサイツで形成することができ、金属間化合物相は、第３のサブ層８１３に拡散分布し、第３のサブ層８１３の引張強度の向上に有利である。第１のサブ層８１１、第２のサブ層８１２及び第３のサブ層８１３の引張強度の向上は、第１の金属部８１全体の引張強度の向上に有利である。
【0087】
いくつかの選択的な実施例において、第１の金属マトリックスは、アルミニウムから選択される。第２の金属マトリックスは、アルミニウムから選択され、第２のドープ元素は、セリウム、ランタン、ニッケル、プラセオジム、サマリウム、ウラン、イッテルビウム及びイットリウムのうちの１種又は複数種から選択され、第２のドープ元素は、金属間化合物を形成するために用いられ、第２のサブ層８１２にドープされる。第３の金属マトリックスは、アルミニウムから選択され、第３のドープ元素は、セリウム、ランタン、ニッケル、プラセオジム、サマリウム、ウラン、イッテルビウム、イットリウムのうちの１種又は複数種から選択され、第３のドープ元素は、金属間化合物を形成するために用いられ、第３のサブ層８１３にドープされる。上記第２のドープ元素と第３のドープ元素は、金属間化合物相をそれぞれ形成し、サブ層８１０に分布することができ、且つ、微量のドープだけで第２のサブ層８１２及び第３のサブ層８１３の融点を顕著に低下させることができる。かつ、第１のサブ層８１１の融点が高く、微量のドープ元素のドープによって、第１の金属部８１の融点勾配がより容易に形成される。
【0088】
いくつかの実施形態において、第１のサブ層８１１の融点と第２のサブ層８１２の融点との比値は、Ｒ１であり、１＜Ｒ１≦１．１である。選択的に、１．０５≦Ｒ１≦１．１である。
【0089】
第２のサブ層８１２の融点と第３のサブ層８１３の融点との比値は、Ｒ２であり、１＜Ｒ２≦１．２である。選択的に、１．１≦Ｒ２≦１．２である。
【0090】
第３のサブ層８１３の融点と支持層７０の融点との比値は、Ｒ３であり、１．３５≦Ｒ３≦９．２３である。選択的に、２≦Ｒ３≦４である。
【0091】
各サブ層の融点の勾配設定は、第１の金属部８１と支持層７０との相互の浸透融着に有利であり、第１の金属部８１と支持層７０との間の接合力を高め、第１の金属部８１と支持層７０の割れを効果的に防止することができる。
【0092】
いくつかの選択的な実施例において、第１のサブ層８１１の融点は、６５０℃～６６０℃である。例えば、６５０℃、６５２℃、６５５℃、６５８℃又は６６０℃であってもよく、又は、第１のサブ層８１１の融点範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。
【0093】
いくつかの選択的な実施例において、第２のサブ層８１２の融点は、６００℃～６５０℃である。例えば、６００℃、６１０℃、６２０℃、６３０℃、６４０℃又は６５０℃であってもよく、又は、第２のサブ層８１２の融点範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。
【0094】
いくつかの選択的な実施例において、第３のサブ層８１３の融点は、５４０℃～６００℃である。例えば、５４０℃、５５０℃、５６０℃、５７０℃、５８０℃、５９０℃又は６００℃であってもよく、又は、第３のサブ層８１３の融点範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。
【0095】
いくつかの実施形態において、第１のサブ層８１１の厚さと第２のサブ層８１２の厚さとの比値は、Ｎ１であり、０．８≦Ｎ１≦１．２である。例えば、０．８、０．９、１．０、１．１又は１．２であってもよく、又は、Ｎ１の数値範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、０．９≦Ｎ１≦１．１である。
【0096】
第２のサブ層８１２の厚さと第３のサブ層８１３の厚さとの比値は、Ｎ２であり、０．８≦Ｎ２≦１．２である。例えば、０．８、０．９、１．０、１．１又は１．２であってもよく、又は、Ｎ２の数値範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、０．９≦Ｎ２≦１．１である。
【0097】
第３のサブ層８１３の厚さと支持層７０の厚さとの比値は、Ｎ３であり、０．０２≦Ｎ３≦０．５である。例えば、０．０２、０．０５、０．１、０．１５、０．１８、０．２０、０．２５、０．３０、０．３５、０．４０、０．４５又は０．５であってもよく、又は、Ｎ３の数値範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、０．０５≦Ｎ３≦０．１である。
【0098】
各サブ層の厚さの比値が前述した範囲にある場合、各サブ層の厚さは適度であり、溶接におけるエネルギーの伝達に有利であり、各サブ層の溶接における効果的な融着を確保することができる。
【0099】
第３のサブ層８１３の厚さと支持層７０の厚さとの比値が前述した範囲にある場合、低融点の第３のサブ層８１３において、溶接中に、十分な含有量の第３のドープ元素が支持層７０に浸透し、有効な融着深さが形成されることを確保可能であることによって、溶接の強度を向上させる。
【0100】
いくつかの実施形態において、第１のサブ層８１１の厚さは、１００ｎｍ～１０００ｎｍである。例えば、第１のサブ層８１１の厚さは、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、９５０ｎｍ又は１０００ｎｍであってもよく、又は、第１のサブ層８１１の厚さの範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、第１のサブ層８１１の厚さは、２００ｎｍ～５００ｎｍである。
【0101】
第２のサブ層８１２の厚さは、１００ｎｍ～１０００ｎｍである。例えば、第２のサブ層８１２の厚さは、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、９５０ｎｍ又は１０００ｎｍであってもよく、又は、第２のサブ層８１２の厚さの範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、第２のサブ層８１２の厚さは、２００ｎｍ～５００ｎｍである。
【0102】
第３のサブ層８１３の厚さは、１００ｎｍ～１０００ｎｍであり、例えば、第３のサブ層８１３の厚さは、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、２５０ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、９５０ｎｍ又は１０００ｎｍであってもよく、又は、第３のサブ層８１３の厚さの範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、第３のサブ層８１３の厚さは、２００ｎｍ～５００ｎｍである。
【0103】
第１のサブ層８１１、第２のサブ層８１２及び第３のサブ層８１３の具体的な厚さ値は、前述した各サブ層８１０間の比値関係に基づいて選出可能であり、各サブ層が溶接中に効果的に融着できることを確保する。
【0104】
［支持層］
【0105】
本願の実施例の支持層７０は、導電層８０に対し支持及び保護作用を果たすことができ、その抵抗が大きく、二次電池が異常場合で短絡を発生した時の短絡抵抗を高め、短絡電流を大幅に減少させ、短絡点に「点断線」を形成して、二次電池の安全性能を改善させることができる。
【0106】
いくつかの実施形態において、支持層７０は、高分子材料及び高分子系複合材料のうちの１種又は複数種を含む。支持層７０は、厚さが小さく、重量が軽く、二次電池のエネルギー密度を顕著に向上させることができる。
【0107】
いくつかの選択的な実施例において、高分子材料は、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ，ＰＡと略称する）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ，ＰＩと略称する）、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ），ＰＥＴと略称する）、ポリブチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔ，ＰＢＴと略称する）、ポリエチレンナフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ ｔｗｏ ｆｏｒｍｉｃ ａｃｉｄ ｇｌｙｃｏｌ ｅｓｔｅｒ，ＰＥＮと略称する）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ，ＰＣと略称する）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ，ＰＥと略称する）、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ，ＰＰと略称する）、ポリプロピレンエチレン（ＰＰＥと略称する）、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ，ＡＢＳと略称する）、ポリビニルアルコール（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ，ＰＶＡと略称する）、ポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ，ＰＳと略称する）、ポリ塩化ビニル（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ，ＰＶＣと略称する）、ポリフッ化ビニリデン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ，ＰＶＤＦと略称する）、ポリテトラフルオロエチレン（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ，ＰＴＦＥと略称する）、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム（Ｐｏｌｙ（ｓｏｄｉｕｍ－ｐ－ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ），ＰＳＳ）、ポリアセチレン（Ｐｏｌｙａｃｅｔｙｌｅｎｅ）、シリコーンゴム（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）、ポリオキシメチレン（Ｐｏｌｙｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ，ＰＯＭと略称する）、ポリフェニレンエーテル（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｏｘｉｄｅ，ＰＰＯと略称する）、ポリフェニレンスルファイド（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ，ＰＰＳと略称する）、ポリエチレングリコール（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ，ＰＥＧと略記する）、ポリ窒化硫黄系（Ｐｏｌｙｔｈｉａｘｙｌ）、ポリフェニル（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌ）、ポリピロール（Ｐｏｌｙｐｙｒｒｐｌｅ，ＰＰｙと略称する）、ポリアニリン（Ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ，ＰＡＮと略称する）、ポリチオフェン（Ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ，ＰＴと略称する）、ポリピリジン（Ｐｏｌｙｐｙｒｉｄｉｎｅ，ＰＰＹと略称する）、セルロース、澱粉、蛋白質、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ）、フェノール樹脂（Ｐｈｅｎｏｌ－ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ ｒｅｓｉｎ）、それらの誘導体、それらの架橋物及びそれらの共重合体のうちの１種又は複数種を含む。選択的に、高分子材料は、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルファイドのうちの１種又は複数種である。
【0108】
いくつかの選択的な実施例において、高分子系複合材料は、高分子材料及び金属材料を含む。選択的に、金属材料は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、鉛、亜鉛、スズ、アンチモン、ビスマス、銀及びルテニウムのうちの１種又は複数種を含む。金属が高分子材料にドープされた場合、支持層７０は、溶融時に第１の金属部８１の金属元素と融着することができ、支持層７０と第１の金属部８１は相互に浸透し、溶接の強度及び良品率を顕著に向上させることができ、接合不良が発生する可能性を低下させることができる。
【0109】
いくつかの選択的な実施例において、高分子系複合材料の質量含有率を１００％とした場合、金属材料のドープ量は、１０％以下であり、選択的に、金属材料のドープ量の範囲は、５％以下である。上記ドープ量の範囲にある金属材料は、二次電池の体積エネルギー密度を確保することができると共に、支持層７０と第１の金属部８１との間の接合力を向上させることができる。
【0110】
いくつかの選択的な実施例において、金属材料のＤ５０は、５μｍ以下である。選択的に、金属材料のＤ５０の範囲は、１μｍ～３μｍであり、Ｄ５０とは、金属材料の累積体積分率が５０％に達した時に対応する粒径、即ち、体積分布中央粒径である。Ｄ５０は、上記数値範囲を満たし、金属材料の粒度は適度であり、粒子の一部の凝集を防止することができ、金属粒子は、高分子材料に均一にドープされることができ、金属粒子は、基本的に、支持層７０から突出すことはなく、高分子材料と金属材料により形成された支持層７０の厚さは均一である。
【0111】
いくつかの実施形態において、支持層７０の融点は、６５℃～４００℃である。支持層７０の融点は、第１の金属部８１における支持層７０に近いサブ層の融点に近く、大きい融点の差による加熱変形が大きくなり、溶接引張力が小さくなり、したがって、溶接不良品率が高まることを防止することができる。支持層７０と当該サブ層の融点の差は小さく、溶融時に相互に浸透可能であり、冷却後、接合力が強い。支持層７０の融点は、上記Ｒ４に基づいて選出することができる。
【0112】
支持層７０の融点は、６５℃～４００℃であり、例えば、６５℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１２０℃、１５０℃、１８０℃、２００℃、２２０℃、２５０℃、２８０℃、３００℃、３５０℃又は４００℃であってもよく、又は、支持層７０の融点は、上記任意の２つの数値から構成された数値範囲にあってもよい。選択的に、支持層７０の融点は、１５０℃～３００℃である。さらに選択的に、支持層７０の融点は、１６０℃～２６０℃である。
【0113】
いくつかの実施形態において、支持層７０のビカ軟化温度は、３００℃以下であり、選択的に、支持層７０のビカ軟化温度は、２５０℃以下である。ここで、ビカ軟化温度の支持層７０は、より容易に溶融して第１の金属部８１に接合される。
【0114】
ビカ軟化温度（Ｖｉｃａｔ Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）は、支持層７０を、液体伝熱媒体（液体パラフィン／グリセリン／シリコーンオイル）に置き、負荷１０Ｎ、等速昇温５０℃／ｈの条件で、支持層７０が１ｍｍ２の押圧ピンのヘッドによって１ｍｍの深さに圧入された時の温度である。
【0115】
いくつかの実施形態において、支持層７０の厚さＤ１は、１μｍ≦Ｄ１≦２０μｍである。上記厚さの範囲にある支持層７０は、機械強度を向上させることができ、加工及び使用中に破断が発生しにくく、導電層８０に対し良好な支持及び保護作用を果たして、正極集電体５０が良好な機械安定性及び長い使用寿命を有するように確保することができる。支持層７０の厚さは、選択的に、２０μｍ以下であり、より選択的に、１０μｍ以下であり、より選択的に、６μｍ以下であり、二次電池が小さい体積及び重量を有するようにすることに有利であり、したがって、二次電池のエネルギー密度を高める。
【0116】
支持層７０の厚さＤ１は、１μｍ≦Ｄ１≦２０μｍであり、例えば、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、６μｍ、７μｍ、８μｍ、１０μｍ、１２μｍ、１５μｍ、１８μｍ又は２０μｍであってもよく、又は、支持層７０の厚さＤ１の範囲は、前述した任意の２つの数値から構成されてもよい。選択的に、２μｍ≦Ｄ１≦１０μｍである。さらに選択的に、２μｍ≦Ｄ１≦６μｍである。
【0117】
［保護層］
【0118】
いくつかの実施形態において、図３を参照されたく、正極集電体５０は、保護層９０をさらに備え、保護層９０は、導電層８０における厚さ方向Ｙに対向する２つの表面のうちの少なくとも一方に設けられる。導電層８０は、対向する２つの表面を厚さ方向Ｙに含み、保護層９０は、導電層８０の２つの表面のうちのいずれか一方又は両方に積層配置されることにより、導電層８０を保護し、導電層８０に化学腐食や機械的破壊などの損害が発生することを防止し、正極集電体５０が高い動作安定性及び使用寿命を有することを確保する。なお、保護層９０は、正極集電体５０の機械強度を高くこともできる。
【0119】
保護層９０の材料は、金属、金属酸化物及び導電性炭素のうちの１種又は複数種であってもよい。そのうち、金属材料を用いた保護層９０は、金属保護層であり、金属酸化物材料を用いた保護層９０は、金属酸化物保護層である。上記金属は、例えば、ニッケル、クロム、ニッケル系合金及び銅系合金のうちの１種又は複数種である。前述したニッケル系合金は、純ニッケルをベースとして、１種又は複数種の他の元素を加えて構成された合金であり、ニッケルクロム合金が好ましい。
【0120】
上記金属酸化物は、例えば、酸化アルミニウム、酸化コバルト、酸化クロム及び酸化ニッケルのうちの１種又は複数種である。
【0121】
上記導電性炭素は、例えば、黒鉛、超伝導炭素、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素ドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーのうちの１種又は複数種であり、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、アセチレンブラック及びグラフェンのうちの１種又は複数種が好ましい。
【0122】
いくつかの実施形態において、保護層９０の厚さＤ４とドープ元素の質量含有率Ｗ１は、保護層９０の厚さＤ４＝（５＋Ｗ１＊１００）ｎｍを満たす。ドープ元素の質量含有率の増加に従い、保護層９０の厚さを増加させ、二次電池のサイクル性能を向上させることができる。
【0123】
いくつかの実施形態において、保護層９０の厚さＤ４は、５ｎｍ以上である。保護層９０の厚さは、上記範囲にあり、導電層８０に対し効果的な保護作用を果たすと共に、二次電池が良好なサイクル性能を有するようにすることができる。保護層９０の厚さＤ４は、Ｄ４＝（５＋Ｗ１＊１００）ｎｍに基づいて選出することができる。
【0124】
出願者により見出されたように、導電層におけるドープ元素の含有率の増加に従い、正極集電体は、より容易に電解液と化学反応し、従って、正極集電体が腐食されることを招く。かつ、二次電池の充放電を行うことに従い、正極集電体は、繰り返し膨張及び収縮応力を受け、導電層の表面の保護層が徐々に破壊されてしまい、導電層に含まれる金属元素（金属マトリックスとドープ元素）と電解液との接触面積が大きくなることによって、正極集電体の腐食が厳しくなってしまい、深刻な場合、正極集電体の導電能力に影響を与える可能性があり、導電ネットワークが妨害され、従って、二次電池のサイクル性能が急激に悪化してしまう。発明者により見出されたように、二次電池のサイクル性能を向上させるために、本願の実施例において、ドープ元素の含有率の増加に従い、保護層９０の厚さを増加させ、二次電池の長期サイクル性能をより確実に確保することができる。
【0125】
保護層９０の厚さＤ４は、５ｎｍ以上であり、例えば、Ｄ４は、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１５０ｎｍ、１８０ｎｍ、２００ｎｍ、２２０ｎｍ、２５０ｎｍ、２８０ｎｍ、３００ｎｍ又は４００ｎｍであってもよい。選択的に、保護層９０の厚さＤ４は、５ｎｍ≦Ｄ４≦２００ｎｍである。
【0126】
なお、以下、図面を適切に参照しながら、本願の電極シート、二次電池、電池モジュール、電池パック及び電力使用装置を説明する。
【0127】
［正極シート］
【0128】
いくつかの実施形態において、図４を参照されたく、正極シート４１は、正極集電体５０と、正極集電体５０の少なくとも１つの表面に形成される正極活物質層６０とを含む。
【0129】
一例として、正極シート４１は、積層配置された支持層７０、導電層８０及び正極活物質層６０を含み、支持層７０は、対向する第１の表面７０ａ及び第２の表面７０ｂを含み、導電層８０は、支持層７０の第１の表面７０ａ及び／又は第２の表面７０ｂに積層配置され、正極活物質層６０は、導電層８０における支持層７０から離れる表面に設けられる。理解できることとして、支持層７０の対向する２つの表面にいずれも導電層８０が設けられた場合、正極集電体５０の両面に活物質を塗布して得られた正極シート４１は、二次電池に直接に適用可能である。支持層７０の１つの表面に導電層８０が設けられた場合、正極集電体５０の片面に活物質を塗布して得られた正極シート４１は、折り曲げられた後、二次電池に適用可能である。
【0130】
いくつかの実施形態において、正極活物質層６０に用いられる正極活物質は、本分野の公知の二次電池用の正極活物質であってもよい。一例として、正極活物質は、オリビン構造のリチウム含有リン酸塩、リチウム遷移金属酸化物及びそれら各々の変性化合物のうちの少なくとも１種を含んでもよいが。本願は、これらの材料に限定されず、その他の正極活物質として用いられる従来の材料を使用してもよい。これらの正極活物質は、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。そのうち、リチウム遷移金属酸化物の一例として、リチウムコバルト酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ２）、リチウムマンガン酸化物（例えば、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムマンガンコバルト酸化物、リチウムニッケルマンガン酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（例えば、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２（ＮＣＭ３３３と略称してもよい）、ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２（ＮＣＭ５２３と略称してもよい）、ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２５Ｍｎ０．２５Ｏ２（ＮＣＭ２１１と略称してもよい）、ＬｉＮｉ０．６Ｃｏ０．２Ｍｎ０．２Ｏ２（ＮＣＭ６２２と略称してもよい）、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１Ｏ２（ＮＣＭ８１１と略称してもよい）、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（例えば、ＬｉＮｉ０．８５Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２）及びその変性化合物などのうちの少なくとも１種を含んでもよいが、これらに限定されない。オリビン構造のリチウム含有リン酸塩の一例として、リン酸鉄リチウム（例えば、ＬｉＦｅＰＯ４（ＬＦＰと略称してもよい））、リン酸鉄リチウムと炭素の複合材料、リン酸マンガンリチウム（例えば、ＬｉＭｎＰＯ４）、リン酸マンガンリチウムと炭素の複合材料、リン酸マンガン鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウムと炭素の複合材料のうちの少なくとも１種を含んでもよいが、これらに限定されない。
【0131】
いくつかの実施形態において、正極活物質層６０は、選択的に、接着剤をさらに含んでもよい。一例として、接着剤は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデン－テトラフルオロエチレン－プロピレン三元共重合体、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン－テトラフルオロエチレン三元共重合体、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体及びフッ素含有アクリル酸エステル樹脂のうちの少なくとも１種を含んでもよい。
【0132】
いくつかの実施形態において、正極活物質層６０は、選択的に、導電剤をさらに含んでもよい。一例として、導電剤は、超伝導炭素、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素ドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーのうちの少なくとも１種を含んでもよい。
【0133】
いくつかの実施形態において、以下の方法によって正極シート４１を製造してもよい。上記の正極シート４１を製造するための成分、例えば、正極活物質、導電剤、接着剤及び任意のその他の成分を、溶媒（例えば、Ｎ－メチルピロリドン）に分散して、正極スラリーを形成し、正極スラリーを、正極集電体に塗布し、乾燥、冷間プレスなどの工程を経た後、正極シート４１を得ることができる。
【0134】
［負極シート］
【0135】
いくつかの実施形態において、負極シートは、負極集電体と、負極集電体の表面に形成された負極活物質層とを含む、負極集電体は、銅箔である。
【0136】
いくつかの実施形態において、負極活物質層における負極活物質は、本分野の公知の二次電池用の負極活物質を採用してよい。一例として、負極活物質は、人造黒鉛、天然黒鉛、軟質炭素、硬質炭素、ケイ素系材料、スズ系材料及びチタン酸リチウム等のうちの少なくとも１種を含んでもよい。ケイ素系材料は、単体ケイ素、ケイ素酸化合物、ケイ素炭素複合体、ケイ素窒素複合体及びケイ素合金のうちの少なくとも１種から選択されてもよい。スズ系材料は、単体スズ、スズ酸化合物及びスズ合金のうちの少なくとも１種から選択されてもよいが、本願は、これらの材料に限定されず、その他の電池の負極活物質として用いられる従来の材料を使用してもよい。これらの負極活物質は、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0137】
いくつかの実施形態において、負極活物質層は、選択的に、接着剤をさらに含んでもよい。接着剤は、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリアクリル酸ナトリウム（ＰＡＡＳ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、アルギン酸ナトリウム（ＳＡ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡＡ）及びカルボキシメチルキトサン（ＣＭＣＳ）のうちの少なくとも１種から選択されてもよい。
【0138】
いくつかの実施形態において、負極活物質層は、選択的に、導電剤をさらに含んでもよい。導電剤は、超伝導炭素、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素ドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーのうちの少なくとも１種から選択されてもよい。
【0139】
いくつかの実施形態において、負極活物質層は、選択的に、例えば増粘剤（例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ－Ｎａ））などのその他の助剤をさらに含んでもよい。
【0140】
いくつかの実施形態において、以下の方法によって負極シートを製造してもよい。上記の負極シートを製造するための成分、例えば、負極活物質、導電剤、接着剤及び任意のその他の成分を、溶媒（例えば、脱イオン水）に分散して、負極スラリーを形成し、負極スラリーを、負極集電体に塗布し、乾燥、冷間プレスなどの工程を経た後、負極シートを得ることができる。
【0141】
［電解質］
【0142】
電解質は、正極シートと負極シートとの間でイオンを伝導する作用を果たす。本願の実施例は、電解質の種類を具体的に限定せず、必要に応じて選択することができる。例えば、電解質は、液体状、ゲル状又は全固体状であってもよい。
【0143】
いくつかの実施形態において、電解質に、電解液が採用される。電解液は、電解質塩及び溶媒を含む。
【0144】
いくつかの実施形態において、電解質塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム、ヘキサフルオロヒ酸リチウム、ビスフルオロスルホニルイミドリチウム、ビストリフルオロメタンスルホニルリチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウム、ジフルオロシュウ酸ホウ酸リチウム、ジシュウ酸ホウ酸リチウム、ジフルオロジシュウ酸リン酸リチウム及びテトラフルオロシュウ酸リン酸リチウムのうちの少なくとも１種から選択されてもよい。
【0145】
いくつかの実施形態において、溶媒は、エチリデンカーボネート、プロピリデンカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチリデンカーボネート、フルオロエチリデンカーボネート、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、１，４－ブチロラクトン、スルホラン、ジメチルスルホン、メチルエチルスルホン及びジエチルスルホンのうちの少なくとも１種から選択されてもよい。
【0146】
いくつかの実施形態において、電解液は、選択的に、添加剤をさらに含んでもよい。例えば、添加剤は、負極成膜添加剤、正極成膜添加剤を含んでもよく、例えば、電池の過充電性能を改善する添加剤、電池の高温又は低温性能を改善する添加剤などの電池のなんらかの性能を改善できる添加剤を含んでもよい。
【0147】
［セパレータ］
【0148】
いくつかの実施形態において、二次電池には、セパレータをさらに含む。本願の実施例は、セパレータの種類を特に限定せず、良好な化学安定性及び機械安定性を有する任意の公知の多孔質構造セパレータを選用してもよい。
【0149】
いくつかの実施形態において、セパレータの材質は、ガラスファイバー、不織布、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリフッ化ビニリデンのうちの少なくとも１種から選択されてもよい。セパレータは、単層フィルムであってもよく、多層複合フィルムであってもよく、特に限定はない。セパレータが多層複合フィルムである場合、各層の材料は、同一又は異なってもよく、特に限定はない。
【0150】
いくつかの実施形態において、正極シート、負極シート及びセパレータは、巻回プロセス又は積層プロセスによって電極アセンブリを製造してもよい。
【0151】
いくつかの実施形態において、二次電池は、外装体を含んでもよい。当該外装体は、上記正極シート、負極シート、セパレータ及び電解質を封入することに用いることができる。
【0152】
いくつかの実施形態において、二次電池の外装体は、例えば、硬質プラスチック材質のシェル、アルミニウム材質のシェル、スチール材質のシェルなどのハードシェルであってもよい。二次電池の外装体は、例えば、袋式ソフトパッケージのようなソフトパッケージであってもよい。ソフトパッケージの材質は、プラスチックであってもよく、プラスチックとして、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート及びポリブチレンサクシネートなどが挙げられる。
【0153】
［二次電池］
【0154】
本願の第２の態様の実施例は、二次電池３０を提供する。
【0155】
図４～図６を参照されたく、二次電池３０は、トップカバーアセンブリ３１及びケース３２と、ケース３２に収容される電極アセンブリ４０及び電解質とを含む。電極アセンブリ４０は、正極シート４１、負極シート及びセパレータを含む。正極シート４１又は負極シートは、タブ４２を含む。二次電池３０の充放電中に、活性イオンは、正極シート４１と負極シートとの間に挿入および脱離を繰り返す。電解質は、正極シート４１と負極シートとの間でイオンを伝導する作用を果たす。セパレータは、正極シート４１と負極シートとの間に設けられ、正負極の短絡を防止する作用を主に果たすと共に、イオンを通過させることができる。具体的に、当該二次電池３０は、巻回式又は積層式の電池、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウム一次電池、ナトリウムイオン電池、マグネシウムイオン電池のうちの１種であってもよいが、これに限らない。
【0156】
正極シート４１は、本願の第１の態様の実施例の正極集電体５０を含む。本願の実施例の二次電池３０は、本願の第１の態様の正極集電体５０を採用したため、従来の二次電池に比べて、良好な溶接性能を有する。
【0157】
本願は、二次電池の形状を特に限定せず、円筒形、角形又は他の任意の形状であってもよい。例えば、図５は、一例としての角形構造の二次電池３０である。
【0158】
いくつかの実施形態において、図６を参照されたく、外装体は、ケース３２及びトップカバーアセンブリ３１を含んでもよい。そのうち、ケース３２は、底板と、底板に接続された側板と、底板と側板で囲まれた収容チャンバーとを含んでもよい。ケース３２は、収容チャンバーに連通する開口を有し、トップカバーアセンブリ３１は、収容チャンバーを密封するように、開口に覆設されることができる。正極シート４１、負極シート及びセパレータは、巻回プロセス又は積層プロセスによって電極アセンブリ４０を形成してもよい。電極アセンブリ４０は、収容チャンバーに封入される。電解液は、電極アセンブリ４０に浸潤する。二次電池３０に含まれる電極アセンブリ４０の数は、１つ又は複数であってもよく、当業者は、具体的な実際の需要に応じて選択してもよい。
【0159】
いくつかの実施形態において、二次電池３０は、電池モジュールとして組立てられてもよく、電池モジュールに含まれる二次電池３０の数は、１つ又は複数であってもよく、具体的な数は、当業者によって電池モジュールの適用や容量に応じて選択されてもよい。
【0160】
図７は、一例としての電池モジュール２０である。図７を参照されたく、電池モジュール２０において、複数の二次電池３０は、電池モジュール２０の長さ方向に沿って順に並列設置されたものであってもよい。当然のことながら、他の任意の方式で並列配置されてもよい。さらに、当該複数二次電池３０を締め具を介して固定してもよい。
【0161】
選択的に、電池モジュール２０は、収容空間を有するハウジングをさらに含んでもよく、複数の二次電池３０が、当該収容空間に収容されてもよい。
【0162】
いくつかの実施形態において、上記電池モジュール２０は、電池パックとして組立てられてもよく、電池パックに含まれる電池モジュール２０の数は、１つ又は複数であってもよく、具体的な数は、当業者によって電池パックの適用や容量に応じて選択されてもよい。
【0163】
図８及び図９は、一例としての電池パックである。図８及び図９を参照されたく、電池パック１０には、電池ボックスと、電池ボックスに設けられる複数の電池モジュール２０とを含んでもよい。電池ボックスは、上ボックス体１２及び下ボックス体１１を含み、上ボックス体１２は、下ボックス体１１に覆設されて、電池モジュール２０を収容するための密封空間を形成することができる。複数の電池モジュール２０は、任意の方法で電池ボックスに並列配置されてもよい。
【0164】
また、本願は、電力使用装置をさらに提供し、図１０を参照されたく、電力使用装置１は、本願により提供された二次電池３０、電池モジュール２０又は電池パック１０のうちの少なくとも１種を含む。二次電池３０、電池モジュール２０又は電池パック１０は、電力使用装置１の電源として用いられてもよく、電力使用装置１のエネルギー蓄積ユニットとして用いられてもよい。電力使用装置１は、携帯機器（例えば、携帯電話、ノートパソコンなど）、電動車両（例えば、純電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電動自転車、電動スクーター、電動ゴルフカート、電動トラックなど）、電気列車、船舶及び衛星、エネルギー貯蔵システムなどが含まれてもよいが、これらに限らない。
【0165】
電力使用装置１として、その使用の需要に応じて、二次電池３０、電池モジュール２０又は電池パック１０を選択してもよい。
【0166】
図１０は、一例としての電力使用装置である。当該電力使用装置１は、純電気自動車、ハイブリッド電気自動車又はプラグインハイブリッド電気自動車などである。当該電力使用装置１の二次電池３０の高パワー及び高エネルギー密度に対する要求を満足するために、電池パック又は電池モジュールを採用してもよい。
【0167】
他の一例としての装置は、携帯電話、タブレットコンピュータ、ノートパソコンなどであってもよい。当該装置は、一般的に薄型化が要求され、二次電池３０を電源として採用してもよい。
【0168】
実施例
【0169】
以下、本願の実施例を説明する。以下に記述される実施例は、例示的なものであり、本願を解釈するのみに用いられ、本願に対する限定であると理解すべきではない。実施例において、具体的な技術又は条件が明記されていないものは、本分野の文献に記載されている技術又は条件に従って、或いは製品の説明書に従って実施される。使用される試薬又は機器に生産メーカーが明記されていないものは、いずれも市販で入手できる一般的な製品である。
【0170】
実施例１
【0171】
１、正極集電体の製造
【0172】
６μｍの厚さのＰＥＴ支持層（融点は２６０℃）を選出して、支持層を表面洗浄処理し、表面洗浄処理された支持層を真空めっき室内に置き、５５０℃～１５００℃の高温で、金属蒸発室内のアルミニウムワイヤ及びドープ金属を溶融して蒸発させ、蒸発された金属は、真空めっき室内の冷却システムにより、支持層の２つの表面に堆積し、導電層を形成する。そのうち、アルミニウムワイヤ及びドープ金属は、幅方向に沿って並べ且つ個別に制御されるいくつかの溶融ユニットからなり（溶融ユニットは、蒸着ボート、ワイヤ送給機構及び加熱電流回路を含む）、溶融ユニットを制御することによって、導電層の第１の金属部及び第２の金属部が得られ、第１の金属部は、２％ケイ素及び９８％アルミニウムを含み、第２の金属部は、アルミニウムである。第１の金属部の厚さは、８００ｎｍであり、第２の金属部の厚さは、８００ｎｍであり、第１の金属部及び第２の金属部の厚さの比値は、１である。第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層は、アルミニウムであり、第１のサブ層の融点は、６６０℃であり、第２のサブ層は、０．５％ケイ素及び９９．５％アルミニウムを含み、第２のサブ層の融点は、６５４℃であり、第３のサブ層は、１．５％ケイ素及び９８．５％アルミニウムを含み、第３のサブ層の融点は、６３６℃である。第１の金属部の融点は、６４５℃である。
【0173】
各サブ層の製造
【0174】
各サブ層は、数回の蒸着堆積によって製造されたものであり、支持層の移動速度（３００ｍ／ｍｉｎ）及び蒸発源のパラメータ（パワー、電圧３８０Ｖ）を制御することによって、１回のサブ層の堆積量（１回の堆積厚さは５０ｎｍ程度）を制御する。具体的には、支持層の最初の６回の蒸着中に、アルミニウム溶融ユニットのパワーは、７．５ＫＷに設定され、ケイ素溶融ユニットのパワーは、１５．７ＫＷに設定され、ケイ素が堆積したドープ含有率が１．５％の第３のサブ層を製造するために用いられ、総厚さは、３００ｎｍであり、次の６回の蒸着中に、アルミニウム溶融ユニットのパワーは、７．５ＫＷに設定され、ケイ素溶融ユニットのパワーは、１２．５ＫＷに設定され、ケイ素が堆積したドープ含有率が０．５％である第２のサブ層を製造するために用いられ、総厚さは、３００ｎｍであり、最後の４回の蒸着中に、アルミニウム溶融ユニットのパワーは、７．５ＫＷに維持され、ケイ素溶融ユニットの加熱パワーを遮断し、純アルミニウムが堆積した第１のサブ層を製造するために用いられ、総厚さは、２００ｎｍである。
【0175】
２、正極シートの製造
【0176】
正極活物質としてのＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２（ＮＣＭ３３３）、導電性カーボンブラック、接着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を、均一な正極スラリーを形成するように、９３：２：５の重量比で、適量のＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に十分に撹拌して混合させ、正極スラリーを正極集電体の表面に塗布し、乾燥などの工程を経た後、正極シートを得た。
【0177】
３、通常の負極集電体
【0178】
厚さが８μｍである銅箔を採用した。
【0179】
４、通常の負極シートの製造
【0180】
負極活物質としての黒鉛、導電性カーボンブラック、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ）、接着剤としてのスチレンブタジエンゴム乳液（ＳＢＲ）を、均一な負極スラリーを形成するように、９６．５：１．０：１．０：１．５の重量比で、適量の脱イオン水に十分に撹拌して混合させ、負極スラリーを負極集電体に塗布し、乾燥などの工程を経た後、負極シートを得た。
【0181】
５、セパレータ
【0182】
ＰＰフィルムを採用した。
【0183】
６、電解液の調製
【0184】
３：７の体積比のエチレンカーボネート（ＥＣ）とメチルエチルカーボネート（ＥＭＣ）を均一に混合し、有機溶媒が得られた後、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６を、上記有機溶媒に均一に溶解した。
【0185】
７、二次電池の製造
【0186】
正極シート、セパレータ、負極シートを、順序に積層配置した後、電池コアとして巻回し、ハウジングに入れ、上記電解液を電池コアに注入した後、封止、静置、熱間及び冷間プレス、化成などの工程を経て、二次電池を得た。
【0187】
実施例２
【0188】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６６０℃であり、第２のサブ層の融点は、６３０℃であり、第３のサブ層の融点は、６６０℃であり、支持層の融点は、２６０℃である。
【0189】
実施例３
【0190】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６５０℃であり、第２のサブ層の融点は、６３０℃であり、第３のサブ層の融点は、５７０℃であり、支持層の融点は、２６０℃である。
【0191】
実施例４
【0192】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６５０℃であり、第２のサブ層の融点は、６３０℃であり、第３のサブ層の融点は、５４０℃であり、支持層の融点は、４００℃である。
【0193】
実施例５
【0194】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６５０℃であり、第２のサブ層の融点は、６３０℃であり、第３のサブ層の融点は、６００℃であり、支持層の融点は、６５℃である。
【0195】
実施例６
【0196】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６５０℃であり、第２のサブ層の融点は、６３０℃であり、第３のサブ層の融点は、５４０℃であり、支持層の融点は、２６０℃である。
【0197】
実施例７
【0198】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、７８０℃であり、第２のサブ層の融点は、６５０℃であり、第３のサブ層の融点は、６００℃であり、支持層の融点は、２６０℃である。
【0199】
実施例８
【0200】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６５０℃であり、第２のサブ層の融点は、６３０℃であり、第３のサブ層の融点は、５４０℃であり、支持層の融点は、４５０℃である。
【0201】
実施例９
【0202】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６６０℃であり、第２のサブ層の融点は、６００℃であり、第３のサブ層の融点は、５８０℃であり、支持層の融点は、２６０℃である。
【0203】
実施例１０
【0204】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６６０℃であり、第２のサブ層の融点は、６５０℃であり、第３のサブ層の融点は、５４０℃であり、支持層の融点は、２６０℃である。
【0205】
実施例１１
【0206】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、０．５％ケイ素及び９９．５％アルミニウムを含む。
【0207】
実施例１２
【0208】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、７％ケイ素及び９３％アルミニウムを含む。
【0209】
実施例１３
【0210】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、１０％ケイ素及び９０％アルミニウムを含む。
【0211】
実施例１４
【0212】
実施例１との違いとして、支持層は、３％スズ及び９７％ＰＥＴを含む。スズのＤ５０は、３μｍである。
【0213】
実施例１５
【0214】
実施例１との違いとして、支持層は、５％スズ及び９５％ＰＥＴを含む。スズのＤ５０は、３μｍである。
【0215】
実施例１６
【0216】
実施例１との違いとして、支持層は、１０％スズ及び９０％ＰＥＴを含む。スズのＤ５０は、３μｍである。
【0217】
実施例１７
【0218】
実施例１との違いとして、支持層は、５％スズ及び９５％ＰＥＴを含む。スズのＤ５０は、５μｍである。
【0219】
実施例１８
【0220】
実施例１との違いとして、支持層は、５％スズ及び９５％ＰＥＴを含む。スズのＤ５０は、３μｍである。
【0221】
実施例１９
【0222】
実施例１との違いとして、支持層は、５％スズ及び９５％ＰＥＴを含む。スズのＤ５０は、１μｍである。
【0223】
実施例２０
【0224】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、９９％アルミニウム及び１％ニッケルを含み、支持層は、ＰＩである。
【0225】
実施例２１
【0226】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、９９％アルミニウム及び１％ニッケルを含み、支持層は、ＰＥである。
【0227】
実施例２２
【0228】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、９２％アルミニウム及び８％銅を含み、支持層は、ＰＩである。
【0229】
実施例２３
【0230】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、９２％アルミニウム及び８％銅を含み、支持層は、ＰＥである。
【0231】
実施例２４
【0232】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、９３％アルミニウム及び７％ケイ素を含み、支持層は、ＰＰである。
【0233】
実施例２５
【0234】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、９３％アルミニウム及び７％ケイ素を含み、支持層は、ＰＥＴである。
【0235】
実施例２６
【0236】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、９２％アルミニウム及び８％銅を含み、支持層は、ＰＰである。
【0237】
実施例２７
【0238】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、９２％アルミニウム及び８％銅を含み、支持層は、ＰＥＴである。
【0239】
実施例２８
【0240】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、９０％アルミニウム及び１０％マグネシウムを含み、支持層は、ＰＰである。
【0241】
実施例２９
【0242】
実施例１との違いとして、第１の金属部の厚さは、８１０ｎｍであり、第２の金属部の厚さは、８００ｎｍである。
【0243】
実施例３０
【0244】
実施例１との違いとして、第１の金属部の厚さは、１２００ｎｍであり、第２の金属部の厚さは、８００ｎｍである。
【0245】
実施例３１
【0246】
実施例１との違いとして、第１の金属部の厚さは、２４００ｎｍであり、第２の金属部の厚さは、８００ｎｍである。
【0247】
実施例３２
【0248】
実施例１との違いとして、第１の金属部の厚さは、９００ｎｍであり、第２の金属部の厚さは、８００ｎｍである。
【0249】
実施例３３
【0250】
実施例１との違いとして、第１の金属部の厚さは、３２００ｎｍであり、第２の金属部の厚さは、８００ｎｍである。
【0251】
実施例３４
【0252】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、０．５％スズ及び９９．５％アルミニウムを含み、第１の金属部の表面に保護層が設けられており、保護層の厚さＤ４は、５．５ｎｍである。
【0253】
保護層の形成は以下の通りである。導電層を有する集電体の表面において、気相堆積法、インサイツ形成法又はコーティング法によって、導電層における支持層から離れる表面に保護層を形成する。
【0254】
実施例３５
【0255】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、２％スズ及び９８％アルミニウムを含み、第１の金属部の表面に保護層が設けられており、保護層の厚さＤ４は、７ｎｍである。
【0256】
保護層の形成は以下の通りである。導電層を有する集電体の表面において、気相堆積法、インサイツ形成法又はコーティング法によって、導電層における支持層から離れる表面に保護層を形成する。
【0257】
実施例３６
【0258】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、７％スズ及び９３％アルミニウムを含み、第１の金属部の表面に保護層が設けられており、保護層の厚さＤ４は、１２ｎｍである。
【0259】
保護層の形成は以下の通りである。導電層を有する集電体の表面において、気相堆積法、インサイツ形成法又はコーティング法によって、導電層における支持層から離れる表面に保護層を形成する。
【0260】
実施例３７
【0261】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、１０％スズ及び９０％アルミニウムを含み、第１の金属部の表面に保護層が設けられており、保護層の厚さＤ４は、１５ｎｍである。
【0262】
保護層の形成は以下の通りである。導電層を有する集電体の表面において、気相堆積法、インサイツ形成法又はコーティング法によって、導電層における支持層から離れる表面に保護層を形成する。
【0263】
実施例３８
【0264】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、２％スズ及び９８％アルミニウムを含み、第１の金属部の表面に保護層が設けられており、保護層の厚さＤ４は、２０ｎｍである。
【0265】
保護層の形成は以下の通りである。導電層を有する集電体の表面において、気相堆積法、インサイツ形成法又はコーティング法によって、導電層における支持層から離れる表面に保護層を形成する。
【0266】
実施例３９
【0267】
実施例１との違いとして、第１の金属部の表面に保護層が設けられており、保護層の厚さＤ４は、７ｎｍである。
【0268】
保護層の形成は以下の通りである。導電層を有する集電体の表面において、気相堆積法、インサイツ形成法又はコーティング法によって、導電層における支持層から離れる表面に保護層を形成する。
【0269】
比較例１
【0270】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６５０℃であり、第２のサブ層の融点は、６５０℃であり、第３のサブ層の融点は、６００℃であり、支持層の融点は、２６０℃である。
【0271】
比較例２
【0272】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、５４０℃であり、第２のサブ層の融点は、６５０℃であり、第３のサブ層の融点は、６００℃であり、支持層の融点は、２６０℃である。
【0273】
比較例３
【0274】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６６０℃であり、第２のサブ層の融点は、６６０℃であり、第３のサブ層の融点は、５４０℃であり、支持層の融点は、２６０℃である。
【0275】
比較例４
【0276】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６６０℃であり、第２のサブ層の融点は、６００℃であり、第３のサブ層の融点は、６６０℃であり、支持層の融点は、２６０℃である。
【0277】
比較例５
【0278】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６５０℃であり、第２のサブ層の融点は、６３０℃であり、第３のサブ層の融点は、６６０℃であり、支持層の融点は、６５℃である。
【0279】
比較例６
【0280】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、第１のサブ層、第２のサブ層及び第３のサブ層を含み、第１のサブ層の融点は、６６０℃であり、第２のサブ層の融点は、６６０℃であり、第３のサブ層の融点は、６６０℃であり、支持層の融点は、２６０℃である。
【0281】
比較例７
【0282】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、アルミニウムである。
【0283】
比較例８
【0284】
実施例１との違いとして、第１の金属部は、アルミニウムであり、支持層は、ＰＥである。
【0285】
比較例は、実施例の製造方法と類似して、異なる製品のパラメータを、表１～表１４に示す。
【0286】
二、性能パラメータの試験方法
【0287】
１、正極シートの各パラメータの試験
【0288】
（１）第１の金属部／第１のサブ層／第２のサブ層／第３のサブ層／支持層の融点の試験
【0289】
示差走査熱量計（ドイツＮＥＴＺＳＣＨ社製ＳＴＡ４４９ Ｆ３）を用いて、第１の金属部／第１のサブ層／第２のサブ層／第３のサブ層／支持層の融点を試験する。具体的に、３０ｍｇ～５０ｍｇの第１の金属部／第１のサブ層／第２のサブ層／第３のサブ層／支持層のサンプルを秤量して、白金るつぼに入れ、窒素ガスを通気して保護雰囲気を形成し、窒素ガスの流量は、２０ｍＬ／ｍｉｎに設定され、１０℃／ｍｉｎ昇温速度で昇温させ、最高温度１０００℃まで昇温させ、最大吸熱ピークのピーク値を読み取り、第１の金属部／第１のサブ層／第２のサブ層／第３のサブ層／支持層に対応する融点である。
【0290】
（２）第１の金属部／第２の金属部／保護層の厚さの試験
【0291】
アルゴンイオンエッチング機器（日本電子株式会社製ＩＢ１９５００ＣＰ）を用いて、第１の金属部／第２の金属部／保護層の横断面サンプルを製造し、エッチング電圧は、７．５ＫＶであり、エッチング時間は、２０ｍｉｎである。走査型電子顕微鏡（Ｃａｒｌ ＺＥＩＳＳ社製Ｓｉｇｍａ３００）を用いて、サンプルを１０００～５０００倍に拡大し、サンプルの横断面の二次電子相形態を観察し、第１の金属部／第２の金属部／保護層の厚さを測定し、動作電圧が１０ＫＶであり、動作距離が４．５ｍｍであり、最小解像度がナノスケールに達する。
【0292】
（２）正極シートの抵抗の試験
【0293】
正極シートの抵抗の測定方法は、以下の通りである。ＲＴＳ－９型二重電気測定四探針テスタを用いて、試験環境を、常温２３±２℃、相対湿度≦６５％とした。試験時に、正極シートを表面洗浄した後、水平に試験ステージに置き、四探針を正極シートの表面に接触させた後、材料の電流レンジを指定するように自動試験モードを調節して、電流レンジ１００ｕＡ～１００ｍＡで、正極シートの抵抗を測定する。
【0294】
（３）正極シートとタブとの溶接個所の溶接引張力の試験
【0295】
高速レールテンショナを用いて、正極シートとタブとの溶接個所の溶接引張力を測定する。正極シートとタブとの溶接領域で、幅が３０ｍｍであり、長さが６０ｍｍであるサンプルを切断し、サンプルを５ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張り、溶接位置が破断した時の最大引張力値を読み取る。３２個のサンプルをランダムに選出して試験する。サンプルの溶接引張力の平均値によって、溶接の機械接合効果を評価する。そのうち、溶接引張力の平均値の計算式は、以下の通りである。
【0296】
溶接引張力の平均値＝３２個のサンプルの溶接引張力値の和／３２。
【0297】
（４）溶接不良品率の試験
【0298】
１０００個の二次電池の内部抵抗値を収集し、基準値（６０Ａｈ二次電池，基準は≦１．１ｍΩ）と比較し、基準値を越えた二次電池を不良品と定義する。不良品を解体し、内部抵抗が基準を越えた原因を識別し、そのうちの溶接不良による不良品数を統計する。そのうち、溶接不良品率の定義は、以下の通りである。
【0299】
溶接不良品率＝溶接不良品数／１０００＊１００％。
【0300】
（５）金属材料のＤ５０試験
【0301】
レーザー回折粒度分布測定装置（Ｍａｌｖｅｒｎ Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ３０００）を用いて、粒度分布レーザ回折法ＧＢ／Ｔ１９０７７－２０１６に準じて、金属材料の粒径分布を測定し、Ｄ５０を得た。
【0302】
２、電池の各パラメータの試験
【0303】
（１）電池の体積エネルギー密度の試験
【0304】
製作された二次電池に対し、常温で、１Ｃレートの電流で１回目の充電を行い、充電は、定電流定電圧充電であり、終止電圧は４．２Ｖであり、カットオフ電流は０．０５Ｃであり、１Ｃレートの電流で放電を行い、放電終止電圧は２．８Ｖであり、二次電池が初回サイクル時の放電容量Ｃｂ及び放電プラトー電圧Ｕを記録する。
【0305】
最小目盛り値が１ｍｍである巻き尺又は鋼尺を用いて、電池の長さ（Ｌ）、幅（Ｗ）及び高さ（Ｈ）を測定すれば、二次電池の体積エネルギー密度は、以下のような式によって計算される。
【0306】
体積エネルギー密度＝Ｃｂ＊Ｕ／（Ｌ＊Ｗ＊Ｈ）。
【0307】
（２）電池のサイクル性能の試験
【0308】
サイクル寿命の検出は、以下の通りである。試験条件を常温条件とし、製作された二次電池を、１Ｃレートで充電し、１Ｃレートで放電し、二次電池の容量が初期容量の８０％に減衰するまで、フル充電及びフル放電サイクルの試験を行い、試験を停止し、サイクルの回数を記録する。
【0309】
三、各実施例、比較例の試験結果
【0310】
上記方法に応じて、実施例及び比較例の二次電池をそれぞれ製造し、二次電池の各項性能パラメータを測定し、結果を表１～表１４に示す。
【0311】
説明すべきこととして、実施例Ｐは、正極集電体Ｐ、正極シートＰ及び電池Ｐに対応し、例えば、実施例１は、正極集電体１、正極シート１及び電池１に対応する。比較例Ｐは、比較正極集電体Ｐ、比較正極シートＰ及び比較電池Ｐに対応し、例えば、比較例１は、比較正極集電体１、比較正極シート１及び比較電池１に対応する。
【0312】
【表1】
【0313】
【表2】
【0314】
表１及び表２から明らかなように、電池１～電池１０の第１の金属部は、３層のサブ層を含み、各層のサブ層の融点は、いずれも異なり、融点は、勾配変化の傾向を有し、第１の金属部の溶接性能を顕著に改善可能であり、溶接不良品率が低い。比較電池１～比較電池６の第１の金属部は、３層のサブ層を含むが、３層のサブ層は、三つの融点の勾配変化の傾向を呈していなく、第１の金属部の溶接信頼性が比較的低く、溶接不良品率が高い。
【0315】
【表3】
【0316】
【表4】
【0317】
表３及び表４から明らかなように、比較電池７の導電層は、アルミニウム箔を採用し、極片の溶接引張力が比較的小さく、溶接の信頼性が低く、溶接不良品率が高い。電池１、電池１１～電池１３に採用された導電層の第１の金属部には、ドープ金属がドープされており、アルミニウム箔の溶接引張力に比べて、極片の溶接引張力が向上した。
【0318】
【表5】
【0319】
【表6】
【0320】
表５及び表６から明らかなように、電池１に比べて、電池１４～電池１６は、支持層の高分子材料に、適量の金属材料を添加し、二次電池の溶接信頼性を効果的に向上可能であり、かつ、二次電池の溶接不良品率が低い。
【0321】
【表7】
【0322】
【表8】
【0323】
表７及び表８から明らかなように、電池１に比べて、電池１７～電池１９は、支持層の高分子材料に、適切な粒度の金属材料を添加し、二次電池の溶接信頼性を効果的に向上可能であり、かつ、二次電池の溶接不良品率が低い。
【0324】
【表9】
【0325】
【表10】
【0326】
表９及び表１０から明らかなように、比較電池８に比べて、電池２０～電池２８の第１の金属部にドープ元素がドープされた場合、極片の溶接性能の信頼性がより良好になることができ、溶接不良品率がより低い。特に、第１の金属部の融点と支持層の融点との比値Ｒ４が１．３５～１０である場合、二次電池の溶接信頼性を効果的に向上可能であり、かつ、二次電池の溶接不良品率が低い。
【0327】
【表11】
【0328】
【表12】
【0329】
表１１及び表１２から明らかなように、電池１に比べて、電池２９～電池３３は、第１の金属部の溶接性能を顕著に改善することができ、二次電池のエネルギー密度を確保することができる。特に、第１の金属部の厚さと第２の金属部の厚さとの比値Ａが１．０１～３である場合、二次電池のエネルギー密度が比較的高い。
【0330】
【表13】
【0331】
【表14】
【0332】
表１３及び表１４から明らかなように、電池１に比べて、電池３４～電池３９の導電層の表面に保護層が設けられており、電池のサイクル性能を顕著に向上可能である。
【0333】
説明すべきこととして、本願は、上記実施形態に限定されない。上記実施形態は、例示的なものに過ぎず、本願の技術的解決手段の範囲で、技術的思想と実質的に同等の構成を有し、同等の作用効果を発揮する実施形態は、いずれも本願の技術的範囲に含まれる。なお、本願の主題から逸脱しない限り、実施形態について当業者によって考えられる各種の変形を加え、実施形態における一部の構成要素を組み合わせて構築された他の形態も、本願の範囲に含まれる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【国際調査報告】