特表 2024-523245 集電体、電極板及び集電体の製造方法

(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】2024-06-28

(54)【発明の名称】集電体、電極板及び集電体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/66 20060101AFI20240621BHJP

   H01M 4/74 20060101ALI20240621BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20240621BHJP

   H01M 4/02 20060101ALI20240621BHJP

【ＦＩ】

H01M4/66 A

H01M4/74 C

H01M4/13

H01M4/02 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023576061

(86)(22)【出願日】2022-09-30

(85)【翻訳文提出日】2023-12-26

(86)【国際出願番号】 CN2022123176

(87)【国際公開番号】W WO2023051773

(87)【国際公開日】2023-04-06

(31)【優先権主張番号】202111162977.X

(32)【優先日】2021-09-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】510177809

【氏名又は名称】ビーワイディー カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100169904

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100132698

【弁理士】

【氏名又は名称】川分 康博

(72)【発明者】

【氏名】崔彦▲輝▼

(72)【発明者】

【氏名】潘▲儀▼

(72)【発明者】

【氏名】梅日国

【テーマコード（参考）】

5H017

5H050

【Ｆターム（参考）】

5H017AA03

5H017BB01

5H017BB08

5H017CC25

5H017DD05

5H017EE01

5H017EE07

5H017HH03

5H017HH04

5H050AA12

5H050BA16

5H050BA17

5H050CA01

5H050CA08

5H050CA09

5H050CB07

5H050CB08

5H050DA04

5H050FA16

5H050GA22

5H050GA24

(57)【要約】

集電体、電極板及び集電体の製造方法を開示する。該集電体は、支持層、第１の導電層及び第２の導電層を含み、支持層は、互いに反対側に配置された第１の表面及び第２の表面を有し、第１の導電層は、メッシュ状構造で支持層の第１の表面及び／又は第２の表面に配置され、第１の導電層の支持層から離れた表面に第２の導電層が設置される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持層（１）と、第１の導電層（２）と、第２の導電層（３）とを含む集電体であって、
前記支持層（１）は、互いに反対側に配置された第１の表面（１１）及び第２の表面（１２）を有し、
前記第１の導電層（２）は、メッシュ状構造（２０）を有し、前記第１の導電層（２）は、前記支持層（１）の第１の表面（１１）及び／又は第２の表面（１２）に配置され、
前記第２の導電層（３）は、前記第１の導電層（２）の前記支持層（１）から離れた表面に配置される、ことを特徴とする集電体。

【請求項2】

前記第１の導電層（２）の厚さ範囲は、０．１μｍ～５０μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の集電体。

【請求項3】

前記支持層（１）の厚さ範囲は、０．１μｍ～２０μｍである、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の集電体。

【請求項4】

前記集電体の厚さ範囲は、１μｍ～１００μｍである、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の集電体。

【請求項5】

前記メッシュ状構造（２０）は、面積範囲が０．０１ｃｍ^２～１００ｃｍ^２であるメッシュ孔（２０１）を含む、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の集電体。

【請求項6】

前記メッシュ状構造（２０）は、メッシュ孔（２０１）を含み、メッシュ壁（２０２）によって前記メッシュ孔（２０１）が囲まれ、前記メッシュ壁（２０２）の厚さ範囲が０．１ｍｍ～５０ｍｍである、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の集電体。

【請求項7】

前記第２の導電層（３）の厚さ範囲は、０．１μｍ～５０μｍである、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の集電体。

【請求項8】

前記支持層（１）は、空隙を有する熱可塑性エラストマー層である、ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の集電体。

【請求項9】

第３の導電層（４）を更に含み、前記第３の導電層（４）は、メッシュ状構造（２０）を有し、前記第３の導電層（４）は、前記支持層（１）の第１の表面（１１）又は第２の表面（１２）に配置される、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の集電体。

【請求項10】

前記第１の導電層（２）は、前記支持層（１）の第１の表面（１１）に配置され、前記第３の導電層（４）は、前記支持層（１）の第２の表面（１２）に配置される、ことを特徴とする請求項９に記載の集電体。

【請求項11】

前記第１の導電層（２）は、前記支持層（１）の第２の表面（１２）に配置され、前記第３の導電層（４）は、前記支持層（１）の第１の表面（１１）に配置される、ことを特徴とする請求項９に記載の集電体。

【請求項12】

前記第３の導電層（４）の前記支持層（１）から離れた表面に前記第２の導電層（３）が配置される、ことを特徴とする請求項９～１１のいずれか一項に記載の集電体。

【請求項13】

前記第１の導電層（２）は、金属部材であり、前記第３の導電層（４）は、金属部材である、ことを特徴とする請求項９～１２のいずれか一項に記載の集電体。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれか一項に記載の集電体と、前記第２の導電層（３）に形成された電極ペースト層とを含む、ことを特徴とする電極板。

【請求項15】

集電体の製造方法であって、前記集電体は、請求項１～１３のいずれか一項に記載の集電体であり、前記集電体の製造方法は、
支持層（１）を提供するステップと、
印刷技術、凸版印刷技術、堆積技術及びマグネトロンスパッタリング技術のうちの少なくとも１つを用いて、メッシュ状構造（２０）が支持層（１）上に配置されるように、支持層（１）の第１の表面（１１）上、及び／又は、第２の表面（１２）上に、第１の導電層（２）を形成するステップと、
第１の導電層（２）の表面全体に第２の導電層（３）を形成するステップと、
第２の導電層（３）を乾燥処理して、第２の導電層（３）を硬化させて、集電体を作製するステップとを含む、ことを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、２０２１年９月３０日に中国国家知識産権局に提出された、名称が「集電体、電極板及び集電体の製造方法」である中国特許出願第２０２１１１１６２９７７．Ｘ号の優先権を主張するものであり、その全ての内容は参照により本願に組み込まれるものとする。

【0002】

本願は、電池の技術分野に関し、より具体的には、集電体、電極板及び集電体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

リチウムイオン電池は、ポータブル電源及びエネルギー貯蔵の分野に広く適用されているが、社会の発展に伴い、人々の電源のエネルギー密度への要求がますます高くなり、リチウムイオン電池のエネルギー密度の向上はますます差し迫っている。

【0004】

関連技術において、エネルギー密度を向上させる最も基礎的な手段は、電池材料系の変更によってエネルギー密度を根本的に向上させることである。しかしながら、短期間で電池材料の革新及び商用化を実現することは、非常に困難である。

【0005】

したがって、従来の材料系が制限されている場合に、どのように集電体構造の技術革新に基づいて、エネルギー密度がより高い電池を設計して、長い航続距離の要求を満たすかということは、業界でずっと考えており、早急に解決すべき問題である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本願の目的は、集電体、電極板及び集電体の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願の実施例の第１の態様によれば、集電体が提供される。前記集電体は、支持層と、第１の導電層と、第２の導電層とを含み、
前記支持層は、互いに反対側に配置された第１の表面及び第２の表面を有し、
前記第１の導電層は、メッシュ状構造で前記支持層の第１の表面及び／又は第２の表面に配置され、
前記第２の導電層は、前記第１の導電層の前記支持層から離れた表面に設置される。

【0008】

好ましくは、前記第１の導電層の厚さ範囲は、０．１μｍ～５０μｍである。

【0009】

好ましくは、前記支持層の厚さ範囲は、０．１μｍ～２０μｍである。

【0010】

好ましくは、前記集電体の厚さ範囲は、１μｍ～１００μｍである。

【0011】

好ましくは、前記メッシュ状構造は、面積範囲が０．０１ｃｍ^２～１００ｃｍ^２であるメッシュ孔を含む。

【0012】

前記メッシュ状構造は、メッシュ孔を含み、メッシュ壁によって前記メッシュ孔が囲まれ、前記メッシュ壁の幅範囲が０．１ｍｍ～５０ｍｍである。

【0013】

好ましくは、前記第２の導電層の厚さ範囲は、０．１μｍ～５０μｍである。

【0014】

好ましくは、前記支持層は、空隙を有する熱可塑性エラストマー層である。

【0015】

好ましくは、前記集電体は、第３の導電層を更に含み、前記第３の導電層は、メッシュ状構造で前記支持層の第１の表面又は第２の表面に配置される。

【0016】

好ましくは、前記第１の導電層は、前記支持層の第１の表面に配置され、前記第３の導電層は、前記支持層の第２の表面に配置される。

【0017】

好ましくは、前記第１の導電層は、前記支持層の第２の表面に配置され、前記第３の導電層は、前記支持層の第１の表面に配置される。

【0018】

好ましくは、前記第３の導電層の前記支持層から離れた表面に前記第２の導電層が設置される。

【0019】

好ましくは、前記第１の導電層は、金属部材であり、前記第３の導電層は、金属部材である。

【0020】

本願の第２の態様によれば、電極板が提供される。前記電極板は、第１の態様に記載の集電体と、前記第２の導電層に形成された電極ペースト層とを含む。

【0021】

本願の第３の態様によれば、集電体の製造方法が提供される。集電体の製造方法は、
支持層を提供するステップと、
印刷技術、凸版印刷技術、堆積技術及びマグネトロンスパッタリング技術のうちの少なくとも１つを用いて、メッシュ状構造で支持層に配置されるように第１の導電層を支持層の第１の表面及び／又は第２の表面に形成するステップと、
第１の導電層の表面全体に第２の導電層を形成するステップと、
第２の導電層を乾燥処理して、第１の導電層の表面にある第２の導電層を硬化させて、前記集電体を製造するステップとを含む。

【発明の効果】

【0022】

本願の技術的効果は、集電体を提供することである。この集電体は、支持層と、メッシュ状構造の第１の導電層と、第１の導電層に形成された第２の導電層とを含む。支持層を設置することにより、集電体の強度要求が満たされ、第１の導電層及び第２の導電層により、集電体の導電性が実現される。本願の実施例では、第１の導電層がメッシュ状構造で支持層に形成されると、集電体の単位面積当たりの重量が低下し、電池のエネルギー密度が向上する。メッシュ構造が形成された第１の導電層が支持層に形成され、集電体全体は、多孔質構造を有してもよく、多孔質集電体は、集電体の厚さ方向に垂直な方向にイオンを透過させることができ、即ち、集電体は、リチウムイオンを透過させることができ、該集電体の適用シーンを増加させる。

【0023】

以下、図面を参照しながら、本願の例示的な実施例を詳細に説明すると、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】

【0024】

明細書の一部となる図面は、本願の実施例を説明し、かつ明細書とともに本願の原理を解釈する。

【0025】

【図1】本願の集電体の第１の概略構成図である。

【図2】本願の集電体の第２の概略構成図である。

【図3】本願の集電体の第３の概略構成図である。

【図4】本願の集電体の第４の概略構成図である。

【図5】本願の集電体の第５の概略構成図である。

【図6】本願の集電体の第６の概略構成図である。

【図7】本願の集電体の第１の導電層の概略構成図である。

【図8】本願の集電体の製造のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図面を参照しながら、本願の様々な例示的な実施例を詳細に説明する。なお、特に断らない限り、これらの実施例において記載された部材及びステップの相対的な配置、数字表現式及び数値は、本願の範囲を限定しない。

【0027】

以下、少なくとも１つの例示的な実施例についての説明は、本質的に例示的なものに過ぎず、本願及びその適用又は使用を限定することは決して意図されていない。

【0028】

当業者が知っている技術及び装置について詳細に検討していないが、適切な場合には、上記技術及び装置は、明細書の一部と見なすべきである。

【0029】

ここで示され検討された全ての例では、いかなる具体的な値は、例示的なものに過ぎず、限定的なものではないと解釈されるべきである。したがって、例示的な実施例の他の例は、異なる値を有してもよい。

【0030】

なお、類似した符号及びアルファベットが以下の図面において類似した要素を表すため、いずれか１つの要素が１つの図面において定義された場合、後続図面においてそれをこれ以上検討する必要がない。

【0031】

現在既に知られている材料の制限の上に、業界では、電池における不活性成分の割合を低下させることにより電池のエネルギー密度の向上を実現することが考慮されている。多孔質集電体の技術は、不活性成分の割合を低下させる重要な技術であり、そして、多孔質集電体はまた、電池のエネルギー密度を向上させることができる。現在、多孔質集電体の種類は、発泡金属シート、開孔金属箔材、炭素繊維シートなどを含む。従来の多孔質集電体の技術において、発泡金属シートは、厚さが大きく、単位面積当たりの重量が大きいため、電池の比エネルギー密度を低下させるという問題があり、開孔金属箔材は、開孔コストが高いという問題がある。開孔が大きいと、集電体の強度が大幅に低下する。カーボンクロスなどの炭素繊維シートは、材質が脆く、かつ高価であるという問題がある。

【0032】

上記技術的問題に基づいて、本願の第１の態様では、集電体が提供される。図１～図３に示すように、集電体は、支持層１、第１の導電層２及び第２の導電層３を含む。

【0033】

上記支持層１は、互いに反対側に配置された第１の表面１１及び第２の表面１２を有する。上記第１の導電層２は、メッシュ状構造２０で上記支持層１の第１の表面１１及び／又は第２の表面１２に配置される。上記第１の導電層２の上記支持層１から離れた表面に上記第２の導電層３が設置される。

【0034】

換言すれば、集電体は、主に、支持層１、第１の導電層２及び第２の導電層３を含む。支持層１は、構造強度を有し、集電体の強度を確保し、電池の組立ニーズを満たし、そして、支持層１はまた、空隙を有するため、リチウムイオンを通過させることができ、第１の導電層２が支持層１に形成され、第２の導電層３が第１の導電層２に形成され、導電層にメッシュ構造が形成されることにより、集電体全体が多孔質構造となり、リチウムイオンを通過させることができ、集電体のリチウムイオン輸送能力を確保する。多孔質集電体は、その二次元面の垂直方向（即ち、多孔質集電体の厚さ方向）にリチウムイオンを透過させることができ、多孔質集電体の適用シーンを拡大し、例えば、該集電体は、電気化学的リチウム補充などに適用することができる。

【0035】

一実施例では、図１に示すように、第１の導電層２は、メッシュ状構造２０で支持層１の第１の表面１１に配置され、第１の導電層２に第２の導電層３が形成され、支持層１の第２の表面１２に導電層が設置されず、このように第１の集電体が形成される。第１の集電体は、支持層１、第１の導電層２及び第２の導電層３のみを含む。

【0036】

別の実施例では、図２に示すように、第１の導電層２は、メッシュ状構造２０で支持層１の第２の表面１２に配置され、第１の導電層２に第３の導電層３が形成され、支持層１の第１の表面１１に導電層が設置されず、このように第１の集電体が形成される。図２に示す第１の集電体の構造と図１に示す第１の集電体の構造との相違点は、第１の導電層２が支持層１の異なる表面に設置されることである。

【0037】

また別の実施例では、図３に示すように、第１の導電層２は、メッシュ状構造２０で支持層１の第１の表面１１及び第２の表面１２に配置され、２層の第１の導電層２にそれぞれ第３の導電層が形成され、このように第１の集電体が形成される。図３に示す第１の集電体の構造と図１及び図２に示す第１の集電体の構造との相違点は、図３に示す第１の集電体において、支持層１の第１の表面１１及び第２の表面１２にいずれも第１の導電層２が形成され、図１及び図２に示す第１集電体において、支持層１の第１の表面１１又は第２の表面１２のみに第１の導電層２が形成されることである。

【0038】

本願の実施例では、第１の導電層２は、メッシュ状構造２０で支持層１に配置され、第１の導電層２がメッシュ状構造２０となるため、リチウムイオンがメッシュ状構造２０のメッシュ孔を容易に通過する。第１の導電層２のメッシュ状構造は、リチウムイオンの正常な透過を保証する一方で、第１の導電層２がメッシュ状構造２０であるため、集電体の単位面積当たりの重量が低下し、電池のエネルギー密度が向上し、また集電体の内部抵抗が低下し、大きな電流を形成して外部に出力し、第１の導電層２は導電性を有するため、集電体の導電性も保証する。したがって、メッシュ状の第１の導電層２は、集電体の電子収集能力及びリチウムイオン輸送能力を保証する。

【0039】

第１の導電層２の支持層１から離れた表面に第２の導電層３が設置されると、リチウムイオンの透過を妨げないとともに、第２の導電層３により集電体の電子導電性を更に向上させる。具体的には、第２の導電層３は、第１の導電層２の表面全体に設置され、メッシュ壁２０２において第２の導電層３と第１の導電層２とが協働して（例えば、メッシュ領域を覆う第２の導電層３が第１の導電層２の不足を補う）、集電体の電子収集能力及びリチウムイオン輸送能力を保証する。具体的には、第３の導電層３は、メッシュの中空領域の電子を収集するとともに、リチウムイオンの輸送に影響を与えない。

【0040】

本願の実施例の集電体は、強度が高く、質量が軽く、導電性に優れているとともに、多孔質構造を有し、リチウムイオンの正常な輸送を保証する。

【0041】

一実施例では、上記第１の導電層２の厚さ範囲は、０．１μｍ～５０μｍである。好ましくは、第１の導電層２の厚さ範囲は、１μｍ～１０μｍである。

【0042】

一実施例では、上記支持層１の厚さ範囲は、０．１μｍ～２０μｍである。好ましくは、上記支持層１の厚さ範囲は、５μｍ～１５μｍである。

【0043】

一実施例では、上記第２の導電層３の厚さ範囲は、０．１μｍ～５０μｍである。好ましくは、第２の導電層３の厚さ範囲は、５μｍ～２０μｍである。

【0044】

一実施例では、上記集電体の厚さ範囲は、１μｍ～１００μｍである。好ましくは、集電体の厚さ範囲は、１５μｍ～５０μｍである。

【0045】

具体的には、本実施例は、第１の導電層２の厚さを限定する。集電体全体の導電性能及びイオン輸送性能を統合する場合に、第１の導電層２の厚さをこの範囲にすることにより、集電体全体の厚さに影響を与えない前提の下で、集電体の単位面積当たりの重量が低下し、不活性物質の割合が低下するため、電池のエネルギー密度が向上する。

【0046】

本実施例は、支持層１の厚さを限定する。支持層１の厚さをこの範囲にすることにより、集電体全体の強度に影響を与えない前提の下で、集電体の単位面積当たりの重量が低下し、不活性物質の割合が低下し、電池に適用されると、電池のエネルギー密度が向上する。

【0047】

本実施例は、第２の導電層３の厚さを限定する。第２の導電層３の厚さは、第１の導電層２の集電体の電子収集能力及びリチウムイオン輸送における第２の導電層３の補助に影響を与える。第２の導電層３の厚さが小さいほど、集電体の、収集した電子が少なくなり、リチウムイオン輸送能力が向上し、逆に、集電体の、収集した電子が多くなり、リチウムイオン輸送能力が低下する。本実施例では、第２の導電層３の厚さをこの範囲に制御することにより、集電体の正常な電子収集能力及びリチウムイオン輸送能力を効果的に向上させることができる。

【0048】

本実施例は、支持層１、第１の導電層２及び第２の導電層３の厚さを限定することにより、製造された集電体の厚さを合理的な範囲に限定する。本実施例は、集電体の厚さをこの範囲に限定することにより、集電体全体の導電性を確保する一方で、不活性物質の割合を低下させ、電池のエネルギー密度を確保することができる。

【0049】

一実施例では、図７に示すように、上記メッシュ状構造２０は、アレイ状に配列されたメッシュ孔２０１を複数含み、各上記メッシュ孔２０１の面積範囲が０．０１ｃｍ^２～１００ｃｍ^２である。

【0050】

更に、具体的には、メッシュ壁２０２によって上記メッシュ孔２０１が囲まれ、上記メッシュ壁２０２の厚さ範囲が０．１ｍｍ～５０ｍｍである。

【0051】

具体的には、メッシュ壁２０２の厚さは、第１の導電層２の導電性能及び単位面積当たりの重量に影響を与える。第１の導電層２の導電性能と第１の導電層２の単位面積当たりの重量とのバランスをどのようにとれるかについて、本実施例は、メッシュ壁２０２の厚さを限定し、メッシュ壁２０２の厚さをこの範囲に限定することにより、第１の導電層２の単位面積当たりの重量が低下し、電池のエネルギー密度が向上し、また集電体の導電性能も確保する。

【0052】

該実施例では、メッシュ構造は、アレイ状に配列されたメッシュ孔２０１を複数含み、メッシュ孔２０１は、支持層１にアレイ状に配置される。メッシュ孔２０１の形状は、矩形、円形、菱形などであってもよい。本実施例では、メッシュ孔２０１の形状を特に限定せず、該実施例では、各メッシュ孔２０１の面積範囲は、０．０１ｃｍ^２～１００ｃｍ^２であり、好ましくは、各メッシュ孔２０１の面積範囲は、１ｃｍ^２～１０ｃｍ^２である。

【0053】

具体的には、メッシュ孔２０１の面積は、第１の導電層２の導電性能及び集電体の単位面積当たりの重量に影響を与える。第１の導電層２の導電性能と第１の導電層２の単位面積当たりの重量とのバランスをどのようにとれるかについて、本実施例は、メッシュ孔２０１の面積を限定する。研究したところ、メッシュ孔２０１の面積をこの範囲に限定することにより、第１の導電層２の単位面積当たりの重量が低下し、電池のエネルギー密度が向上するだけでなく、集電体の導電性能が確保される。

【0054】

一実施例では、上記支持層１は、空隙を有する熱可塑性エラストマー層である。

【0055】

具体的には、支持層１を基体とし、支持層１に第１の導電層２を形成し、第１の導電層２に第２の導電層３を形成する。支持層１は、空隙を有する熱可塑性エラストマー層である。例えば、支持層１には、直径が１００μｍ未満の空隙を形成する。

【0056】

本実施例では、支持層１として熱可塑性エラストマー層を選択することにより、集電体の構造強度が向上する。

【0057】

具体的には、熱可塑性エラストマー層は、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー層、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー層又はポリアミド系熱可塑性エラストマー層のうちの１種である。支持層１は、複合膜層であってもよく、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー層、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー層又はポリアミド系熱可塑性エラストマー層のうちの少なくとも２種を物理的に圧着して複合膜層を形成する。

【0058】

１つの具体的な実施例では、支持層１の材料は、リチウム電池のセパレータの材料と同じであり、集電体が一定の強度を有することを保証し、電池の生産ニーズを満たすとともに、リチウムイオンの正常な透過性を保証する。

【0059】

一実施例では、支持層１の表面に、堆積方式でメッシュ構造の第１の導電層２を形成する。

【0060】

一実施例では、第２の導電層３は、導電剤及び接着剤を含み、上記導電剤及び接着剤を均一に混合した後に上記第１の導電層２の表面に設置して、第２の導電層３を形成する。

【0061】

具体的には、導電剤としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ又はグラフェンのうちの１種を用いる。接着剤は、導電性接着剤であり、具体的には、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）接着剤、又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）接着剤、又はＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）接着剤又はＳＢＲ（スチレンブタジエンラテックス）接着剤である。

【0062】

粘着剤と導電剤とを質量比０．５：９９．５～５０：５０の割合で混合し、一定の溶媒（ＮＭＰ、水など）を加えてペーストを調製し、ペーストを第１の導電層２の表面に塗布して第２の導電層３を形成する。

【0063】

一実施例では、図４～図６に示すように、上記集電体は、第３の導電層４を更に含み、上記第３の導電層４は、メッシュ状構造２０で上記支持層１の第１の表面１１又は第２の表面１２に配置される。

【0064】

上記第１の導電層２は、上記支持層１の第１の表面１１に配置され、上記第３の導電層４は、上記支持層１の第２の表面１２に配置される。或いは、上記第１の導電層２は、上記支持層１の第２の表面１２に配置され、上記第３の導電層４は、上記支持層１の第１の表面１１に配置される。上記第３の導電層４は、メッシュ状構造２０で上記支持層１の第１の表面１１又は第２の表面１２に配置され、上記第３の導電層４の上記支持層１から離れた表面に上記第２の導電層３が設置される。

【0065】

具体的には、集電体は、第３の導電層４を更に含む。一実施例では、第３の導電層４は、メッシュ状構造２０で支持層１の第１の表面１１に配置される。別の実施例では、第３の導電層４は、メッシュ状構造２０で支持層１の第２の表面１２に配置される。

【0066】

図６に示すように、第３の導電層４は、上記支持層１の第１の表面１１に配置され、第１の導電層２は、支持層１の第２の表面１２に配置され、第１の導電層２の表面及び第３の導電層４の表面にそれぞれ第２の導電層３が形成され、このように第３の集電体が形成される。第３の集電体は、支持層１、第１の導電層２、第２の導電層３及び第３の導電層４を含む。

【0067】

或いは、一実施例では、第３の導電層４は、上記支持層１の第２の表面１２に配置され、第１の導電層２は、支持層１の第１の表面１１に配置され、第１の導電層２の表面及び第３の導電層４の表面にそれぞれ第２の導電層３が形成され、このように第３の集電体が形成される。

【0068】

図６に示すように、第１の導電層２は、支持層１の第２の表面１２に配置され、第３の導電層４は、支持層１の第１の表面１１に配置される。この場合に、集電体の両面にそれぞれ正極ペースト及び負極ペーストを塗布し、裁断した後、セルとして用いてもよい。

【0069】

或いは、一実施例では、図４に示すように、第３の導電層４は、メッシュ状構造２０で支持層１の第１の表面１１に配置され、第３の導電層４の表面に第２の導電層３が形成され、支持層１の第２の表面１２に導電層が設置されず、このように第２の集電体が形成される。第２の集電体は、支持層１、第３の導電層４及び第２の導電層３のみを含む。

【0070】

別の実施例では、図５に示すように、第３の導電層４は、メッシュ状構造２０で支持層１の第２の表面１２に配置され、第３の導電層４の表面に第２の導電層３が形成され、支持層１の第１の表面１１に導電層が設置されず、このように第２の集電体が形成される。

【0071】

また別の実施例では、第３の導電層４は、メッシュ状構造２０で支持層１の第１の表面１１及び第２の表面１２に配置され、２層の第３の導電層４の表面にそれぞれ第２の導電層３が形成され、このように第２の集電体が形成される。

【0072】

１つの具体的な実施例では、第１の導電層２は、正極導電層であり、第３の導電層４は、負極導電層である。具体的には、支持層１は、イオンのみを伝導し、電子を伝導せず、電池のセパレータと見なすことができ、第１の導電層２は、支持層１の一側に位置する正極導電層であり、第３の導電層４は、支持層１の他側に位置する負極導電層である。或いは、第１の導電層２は、負極導電層であり、第３の導電層４は、正極導電層である。本実施例では、第１の導電層２が正極導電層であり、第３の導電層４が負極導電層であることを例として本実施例を説明する。例えば、正極導電層は、アルミニウムメッシュ構造であり、負極導電層は、銅メッシュ構造である。

【0073】

一実施例では、正極導電層は、支持層１の第１の表面１１に配置され、第２の導電層３は、正極導電層に形成され、このように正極集電体が形成される。或いは、正極導電層は、支持層１の第２の表面１２に配置され、第２の導電層３は、正極導電層に形成され、このように正極集電体が形成される。或いは、正極導電層は、支持層１の第１の表面１１及び第２の表面１２に配置され、第２の導電層３は、正極導電層に形成され、このように正極集電体が形成される。即ち、第１の集電体は、正極集電体である。

【0074】

一実施例では、負極導電層は、支持層１の第１の表面１１に配置され、第２の導電層３は、負極導電層に形成され、このように負極集電体が形成される。或いは、負極導電層は、支持層１の第２の表面１２に配置され、第２の導電層３は、負極導電層に形成され、このように負極集電体が形成される。或いは、負極導電層は、支持層１の第１の表面１１及び第２の表面１２に配置され、第２の導電層３は、負極導電層に形成され、このように負極集電体が形成される。即ち、第２の集電体は、負極集電体である。

【0075】

一実施例では、支持層１は、イオンのみを伝導し、電子を伝導せず、電池のセパレータと見なすことができ、第１の導電層２は、支持層１の一側に位置する正極導電層であり、第３の導電層４は、支持層１の他側に位置する負極導電層である。例えば、正極導電層は、支持層１の第１の表面１１に配置され、第２の導電層３は、正極導電層に形成され、そして、負極導電層は、支持層１の第２の表面１２に配置され、第２の導電層３は、負極導電層に形成され、このように第３の集電体が形成される。即ち、第３の集電体は、正極集電体と負極集電体とが一体的に統合された構造である。

【0076】

一実施例では、上記第１の導電層２は、金属部材であり、上記第３の導電層４は、金属部材である。

【0077】

具体的には、第１の導電層２及び第３の導電層４は、いずれも金属メッシュ部材である。第１の導電層２は、正極導電層であってもよく、第３の導電層４は、負極導電層であってもよく、或いは、第１の導電層２は、負極導電層であってもよく、第３の導電層４は、正極導電層であってもよい。

【0078】

第１の導電層２が正極導電層である場合に、第１の導電層２は、アルミニウム金属部材である。例えば、アルミニウム金属部材によりメッシュ状構造２０の第１の導電層２を形成する。

【0079】

第３の導電層４が負極導電層である場合に、第３の導電層４は、銅金属部材である。例えば、銅金属部材によりメッシュ状構造２０の第３の導電層４を形成する。

【0080】

リチウムイオン電池の正極の電位が高く、アルミニウムの酸化層が比較的緻密であり、集電体の酸化を防止することができ、銅が高電位でリチウム吸蔵反応を起こすため、正極導電層としての使用に適しておらず、正極導電層として、一般的にアルミニウム箔を用い、負極の電位が低く、アルミニウムが低電位でアルミニウムリチウム合金を形成しやすいため、負極導電層として、一般的に銅箔を用い、銅箔とアルミニウム箔とは、互換性がない。

【0081】

本願の第２の態様によれば、電極板が提供される。電極板は、第１の態様に記載の集電体と、上記第２の導電層３に形成された電極ペースト層とを含む。例えば、電極ペースト層は、第２の導電層３に塗布又は溶射される。電極板は、正極板及び負極板を含む。

【0082】

一実施例では、上記電極ペースト層は、電極活物質、導電剤及び接着剤を含む。活物質は、電池用の正極活物質又は負極活物質である。例えば、正極活物質は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、三元系材料などのうちの１種を含む。負極活物質は、炭素材料を含む。例えば、負極活物質は、黒鉛である。例えば、導電剤は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェンなどのうちの１種を含む。例えば、接着剤は、導電性接着剤である。例えば、接着剤は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）接着剤、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）接着剤、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）接着剤、ＳＢＲ（スチレンブタジエンラテックス）接着剤である。

【0083】

一実施例では、第１の導電層２は、上記支持層１の第１の表面１１及び／又は第２の表面１２に配置され、第１の導電層２の表面に第２の導電層３が形成され、このように第１の集電体が形成され、そして第１の集電体に正極ペースト層が設置され、このように正極板である第１の電極板が形成される。

【0084】

一実施例では、第３の導電層４は、上記支持層１の第１の表面１１及び／又は第２の表面１２に配置され、第３の導電層４の表面に第２の導電層３が形成され、このように第２の集電体が形成され、そして第２の集電体に負極ペースト層が設置され、このように負極板である第２の電極板が形成される。

【0085】

一実施例では、第１の導電層２は、支持層１の第１の表面１１に配置され、第１の導電層２に第２の導電層３が設置され、第２の導電層３に正極ペースト層が設置され、そして、第３の導電層４は、支持層１の第２の表面１２に配置され、第３の導電層４に第２の導電層３が形成され、第２の導電層３に負極ペースト層が形成されることにより、正極板と負極板とが一体的に統合された構造になり、正極板と負極板とが一体的に統合された構造を、第３の電極板として定義する。第３の電極板において、支持層は、電池のセパレータ構造に相当し、支持層は、イオンのみを伝導し、電子を伝導しない。

【0086】

一実施例では、セルが提供される。セルは、正極板、負極板、及び正極板と負極板との間に設置されたセパレータを含む。正極板及び負極板が独立した構造である場合に、正極板、セパレータ及び負極板が巻回してセルを形成する。或いは、片面正極板における活物質層と片面負極板における支持層１の一方の表面とが貼り合わされ、更に巻回してセルを形成する。本実施例は、更に、セル集電体の厚さを低減し、電池のエネルギー密度を向上させる。

【0087】

正極板と負極板が統合された構造である場合に、セルは、複数の第３の電極板を含み、隣接する第３の電極板の間にセパレータが設置される。

【0088】

本願の第３の態様によれば、集電体の製造方法が提供される。図８に示すように、上記集電体の製造方法は、
支持層１を提供するステップＳ１０１と、
印刷技術、凸版印刷技術、堆積技術及びマグネトロンスパッタリング技術のうちの少なくとも１つを用いて、メッシュ状構造２０で支持層１に配置されるように第１の導電層２を支持層１の第１の表面１１及び／又は第２の表面１２に形成するステップＳ１０２と、
第１の導電層２の表面全体にペーストを塗布して第２の導電層３を形成するステップＳ１０３と、
第２の導電層３を乾燥処理して、第１の導電層２の表面にある第２の導電層３を硬化させて、上記集電体を製造するステップＳ１０４とを含む。

【0089】

具体的には、支持層１として熱可塑性エラストマー層を選択することにより、集電体の構造強度が向上する。

【0090】

具体的には、熱可塑性エラストマー層は、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー層、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー層又はポリアミド系熱可塑性エラストマー層のうちの少なくとも１種である。したがって、支持層１は、複合膜層であってもよく、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー層、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー層又はポリアミド系熱可塑性エラストマー層のうちの少なくとも２種を物理的に圧着して複合膜層を形成する。

【0091】

１つの具体的な実施例では、支持層１の材料は、リチウム電池のセパレータの材料と同じであり、集電体が一定の強度を有することを保証し、電池の生産ニーズを満たすとともに、リチウムイオンの正常な透過性を保証する。

【0092】

上記ステップＳ１０２では、スクリーン印刷技術などの方式で支持層１に第１の導電層２を印刷する。或いは、３Ｄプリント技術で支持層１に第１の導電層２を印刷する。或いは、堆積技術で支持層１に第１の導電層２を形成するか、マグネトロンスパッタリング技術で支持層１に第１の導電層２を形成する。

【0093】

具体的な実施例では、第１の導電層２は、
支持層１にメッシュ状構造２０を印刷してから、物理気相堆積技術、化学気相堆積技術、電気化学的堆積技術及びマグネトロンスパッタリング技術のうちの少なくとも１種を用いて金属メッシュ構造を形成し、そして、第１の導電層２を洗浄し、乾燥すればよい、方式１）と、
支持層１に第１の導電層２を直接的に印刷するか又は３Ｄプリントし、乾燥すればよい、方式２）と、
支持層１にメッシュ状構造２０を印刷してから、電気めっき技術を用いてメッシュ状構造２０に金属層を電気めっきし、洗浄し、乾燥すればよく、電気めっきされた金属層が第１の導電層２の導電性を増加させる、方式３）とで実現されてもよい。

【0094】

本実施例は、第１の導電層が支持層１に形成される方式を特に限定せず、第１の導電層２がメッシュ状構造２０であることを満たし、第１の導電層２の厚さ及びメッシュのサイズの要求を満たせばよい。第１の導電層２の形成方式と同じ方式で支持層１に第３の導電層４を形成する。

【0095】

上記ステップ１０３では、溶射又はコーティングの方式で第１の導電層２に第２の導電層３を形成してもよい。溶射又はコーティングの方式で第２の導電層３を形成すると、第２導電層３の厚さを制御しやすい。

【0096】

上記ステップ１０４では、第２の導電層３を乾燥処理する前に、第２の導電層３の平坦性を確保するために、第２の導電層３をロールプレスしてもよい。例えば、１００～１５０℃の条件下で５～１２ｈ保温して、第１の導電層２の表面の第２の導電層３を硬化させてもよい。

【0097】

本願の実施例は、集電体を提供する。集電体は、支持層１と、メッシュ状構造２０の第１の導電層２と、第１の導電層２に形成された第２の導電層３とを含む。支持層１を設置することにより、集電体の強度要求が満たされ、第１の導電層２及び第２の導電層３により、集電体の導電性が実現される。本願の実施例では、第１の導電層２がメッシュ状構造２０で支持層１に形成され、集電体の単位面積当たりの重量が低下し、電池のエネルギー密度が向上する。

【0098】

具体的な実施例を設置することにより、具体的な実施形態で製造された集電体の性能及び集電体で製造された電池の性能を検証する。

【0099】

実施例１
１）５μｍ厚さのポリプロピレン支持層の第１の表面１１及び第２の表面１２にメッシュを印刷し（ＣＭＣとシリカとを質量比１：９の割合で混合して水を加えて印刷ペーストを調製し、印刷した後に乾燥させる）、物理気相堆積技術を用いてメッシュが印刷された支持層にアルミニウムを堆積して洗浄し（洗浄過程において、支持層に印刷されたメッシュが溶解され、洗浄中に除去される）乾燥させて、第１の導電層２を形成し、堆積されたアルミニウムの厚さが５μｍであり、メッシュ孔は、辺長１ｃｍの方形であり、間隔が１ｍｍであり、
ＰＶＤＦとカーボンナノチューブとを質量比５：９５の割合で混合してＮＭＰを加えて均一なペーストを調製し、第１の導電層の両面に塗布し、第１の導電層に第２の導電層を形成し、乾燥させ、ローリングすれば、多孔質集電体を得て、正極集電体をＳ１とし、
リン酸鉄リチウム、ＰＶＤＦ、カーボンナノチューブ、カーボンブラックを質量比９５：２：１．５：１．５の割合で混合し、ＮＭＰを加えて正極ペーストを調製し、第２の導電層に塗布し、乾燥させ、ローリングし、裁断して正極板を形成し、正極板の面密度が２００ｇ／ｍ^２であり、
２）５μｍ厚さのポリプロピレン支持層の第１の表面１１及び第２の表面１２にメッシュを印刷し（ＣＭＣとシリカとを質量比１：９の割合で混合して水を加えて印刷ペーストを調製し、印刷した後に乾燥させる）、物理気相堆積技術を用いてメッシュが印刷された支持層１に銅を堆積して洗浄し乾燥させて、第１の導電層２を形成し、堆積された銅の厚さが５μｍであり、メッシュ孔は、辺長１ｃｍの方形であり、間隔が１ｍｍであり、
ＰＶＤＦとカーボンナノチューブとを質量比５：９５の割合で混合してＮＭＰを加えて均一なペーストを調製し、第１の導電層の両面に塗布し、第１の導電層に第２の導電層を形成し、乾燥させ、ローリングすれば、多孔質集電体を得て、負極集電体をＳ２とし、
黒鉛、ＣＭＣ、カーボンナノチューブ、カーボンブラックを９５：２：１．５：１．５の割合で混合し、ＮＭＰを加えて負極ペーストを調製し、第２の導電層に塗布し、乾燥させ、ローリングし、裁断して負極板を形成し、負極板の面密度が９０ｇ／ｍ^２であり、
３）上記正極板と負極板を合わせて、６．１ｃｍ＊７．２ｃｍのパウチ電池を製造し、注液量を２ｍＬとし、浸潤、化成、エージング、容量選別を行ってから、０．５Ｃ充放電試験を行った。

【0100】

比較例１
リン酸鉄リチウム、ＰＶＤＦ、カーボンナノチューブ、カーボンブラックを質量比９５：２：１．５：１．５の割合で混合し、ＮＭＰを加えて正極ペーストを調製し、１０μｍ厚さのアルミニウム箔集電体Ｄ１に塗布し、乾燥させ、ローリングし、裁断して正極板を形成し、正極板の面密度が２００ｇ／ｍ^２であり、
黒鉛、ＣＭＣ、カーボンナノチューブ、カーボンブラックを質量比９５：２：１．５：１．５で混合し、水を加えてペーストを調製し、１０μｍ厚さの銅箔集電体Ｄ２に塗布し、乾燥させ、ローリングし、裁断して負極板を形成し、負極板の面密度が９０ｇ／ｍ^２である。

【0101】

上記電極板を合わせて、６．１ｃｍ＊７．２ｃｍのパウチ電池を製造し、注液量を２ｍＬとし、浸潤、化成、エージング、容量選別を行ってから、０．５Ｃ充放電試験を行った。

【0102】

上記集電体Ｓ１、Ｓ２、Ｄ１、Ｄ２をそれぞれ秤量し、単位面積当たりの重量を算出した。各電池を常温で０．５Ｃの定電流で３．８Ｖまで充電し、０．５Ｃの定電流で２Ｖまで放電し、電池の放電容量と充電容量を記録した。

【表1】

【0103】

比較して分かるように、本願で製造された集電体の単位面積当たりの重量は、従来技術において適用された集電体の単位面積当たりの重量の１０～１５％であり、電池における集電体の質量の割合を大幅に低減する。そして、該集電体は、性能に優れ、電池容量の発揮が従来の集電体の９８％以上に達する。

【0104】

上記実施例では、各実施例の間の相違点に重点を置いて説明し、各実施例の間の異なる最適な特徴は、矛盾しない限り、組み合わせてより好ましい実施例を構成することができ、説明を簡潔にするために、ここでは、説明を省略する。

【0105】

例を挙げて本願のいくつかの特定の実施例を詳細に説明したが、当業者であれば、以上の例が説明するためのものに過ぎず、本願の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。当業者であれば、本願の範囲及び趣旨から逸脱しない場合に、以上の実施例を修正できることを理解すべきである。本願の範囲は、添付した特許請求の範囲によって限定した。

【符号の説明】

【0106】

１ 支持層
１１ 第１の表面
１２ 第２の表面
２ 第１の導電層
３ 第２の導電層
４ 第３の導電層
２０ メッシュ状構造
２０１ メッシュ孔
２０２ メッシュ壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2023-12-26

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持層（１）と、第１の導電層（２）と、第２の導電層（３）とを含む集電体であって、
前記支持層（１）は、互いに反対側に配置された第１の表面（１１）及び第２の表面（１２）を有し、
前記第１の導電層（２）は、メッシュ状構造（２０）を有し、前記第１の導電層（２）は、前記支持層（１）の第１の表面（１１）及び／又は第２の表面（１２）に配置され、
前記第２の導電層（３）は、前記第１の導電層（２）の前記支持層（１）から離れた表面に配置される、ことを特徴とする集電体。

【請求項2】

前記第１の導電層（２）の厚さ範囲は、０．１μｍ～５０μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の集電体。

【請求項3】

前記支持層（１）の厚さ範囲は、０．１μｍ～２０μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の集電体。

【請求項4】

前記集電体の厚さ範囲は、１μｍ～１００μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の集電体。

【請求項5】

前記メッシュ状構造（２０）は、面積範囲が０．０１ｃｍ^２～１００ｃｍ^２であるメッシュ孔（２０１）を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の集電体。

【請求項6】

前記メッシュ状構造（２０）は、メッシュ孔（２０１）を含み、メッシュ壁（２０２）によって前記メッシュ孔（２０１）が囲まれ、前記メッシュ壁（２０２）の厚さ範囲が０．１ｍｍ～５０ｍｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の集電体。

【請求項7】

前記第２の導電層（３）の厚さ範囲は、０．１μｍ～５０μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の集電体。

【請求項8】

前記支持層（１）は、空隙を有する熱可塑性エラストマー層である、ことを特徴とする請求項１に記載の集電体。

【請求項9】

第３の導電層（４）を更に含み、前記第３の導電層（４）は、メッシュ状構造（２０）を有し、前記第３の導電層（４）は、前記支持層（１）の第１の表面（１１）又は第２の表面（１２）に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の集電体。

【請求項10】

前記第１の導電層（２）は、前記支持層（１）の第１の表面（１１）に配置され、前記第３の導電層（４）は、前記支持層（１）の第２の表面（１２）に配置される、ことを特徴とする請求項９に記載の集電体。

【請求項11】

前記第１の導電層（２）は、前記支持層（１）の第２の表面（１２）に配置され、前記第３の導電層（４）は、前記支持層（１）の第１の表面（１１）に配置される、ことを特徴とする請求項９に記載の集電体。

【請求項12】

前記第３の導電層（４）の前記支持層（１）から離れた表面に前記第２の導電層（３）が配置される、ことを特徴とする請求項９に記載の集電体。

【請求項13】

前記第１の導電層（２）は、金属部材であり、前記第３の導電層（４）は、金属部材である、ことを特徴とする請求項９に記載の集電体。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれか一項に記載の集電体と、前記第２の導電層（３）に形成された電極ペースト層とを含む、ことを特徴とする電極板。

【請求項15】

集電体の製造方法であって、前記集電体は、請求項１～１３のいずれか一項に記載の集電体であり、前記集電体の製造方法は、
支持層（１）を提供するステップと、
印刷技術、凸版印刷技術、堆積技術及びマグネトロンスパッタリング技術のうちの少なくとも１つを用いて、メッシュ状構造（２０）が支持層（１）上に配置されるように、支持層（１）の第１の表面（１１）上、及び／又は、第２の表面（１２）上に、第１の導電層（２）を形成するステップと、
第１の導電層（２）の表面全体に第２の導電層（３）を形成するステップと、
第２の導電層（３）を乾燥処理して、第２の導電層（３）を硬化させて、集電体を作製するステップとを含む、ことを特徴とする方法。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0036】

別の実施例では、図２に示すように、第１の導電層２は、メッシュ状構造２０で支持層１の第２の表面１２に配置され、第１の導電層２に第２の導電層３が形成され、支持層１の第１の表面１１に導電層が設置されず、このように第１の集電体が形成される。図２に示す第１の集電体の構造と図１に示す第１の集電体の構造との相違点は、第１の導電層２が支持層１の異なる表面に設置されることである。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0039】

第１の導電層２の支持層１から離れた表面に第２の導電層３が設置されると、リチウムイオンの透過を妨げないとともに、第２の導電層３により集電体の電子導電性を更に向上させる。具体的には、第２の導電層３は、第１の導電層２の表面全体に設置され、メッシュ壁２０２において第２の導電層３と第１の導電層２とが協働して（例えば、メッシュ領域を覆う第２の導電層３が第１の導電層２の不足を補う）、集電体の電子収集能力及びリチウムイオン輸送能力を保証する。具体的には、第２の導電層３は、メッシュの中空領域の電子を収集するとともに、リチウムイオンの輸送に影響を与えない。

【国際調査報告】