Перезаряжаемая аккумуляторная батарея и способ ее изготовления

Изобретение относится к перезаряжаемой аккумуляторной батарее и способу ее изготовления. Согласно изобретению, перезаряжаемая батарея содержит, по меньшей мере, пористую основу (10), первый электродный слой (11), ионный проводящий слой (13) и второй электродный слой (12), пористая основа (10) содержит электропроводящий каркас (1), каркас (1) имеет пространственную сетчатую структуру, по меньшей мере, на части поверхности каркаса (1) внутри пористой основы (10) первый электродный слой (11), ионный проводящий слой (13) и второй электродный слой (12) уложены слоями в указанном порядке, первый электродный слой (11) и второй электродный слой (12) имеют противоположную полярность. Техническим результатом является высокая плотность энергии на единицу объема, высокая мощность. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящая обычная заявка основана на патентной заявке Японии №2017-251798, поданной 27 декабря 2017 года в патентное ведомство Японии, полное содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники

Настоящее изобретение относится к перезаряжаемой аккумуляторной батарее и способу ее изготовления.

Раскрытие уровня техники

Исследования проводились на перезаряжаемых батареях с пространственной (кубической) структурой электрода (так называемые «3D-батареи»).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фигуре 1 представлена схематическая схема, иллюстрирующая плоскостную структуру электрода.

Обычные перезаряжаемые батареи имеют плоскостную (плоскую) структуру электродов. В частности, подобные батареи содержат плоский положительный электрод 201 и плоский отрицательный электрод 202, обращенные друг к другу.

Что касается перезаряжаемой батареи с подобной плоскостной структурой электрода, то для увеличения плотности энергии на единицу объема (то есть количества энергии, которое может быть запасено единицей объема), необходимо увеличить толщину электродов таким образом, чтобы прочие компоненты (в частности, токосъемное устройство) оставались относительно тонкими. Тем не менее, считается, что чем толще электроды, тем ниже мощность. Это объясняют тем, что при большой толщине электродов велико влияние на мощность скорости носителей заряда, движущихся в направлении толщины электродов. Иными словами, в плоскостной структуре электрода имеет место компромисс между плотностью энергии на единицу объема и мощностью. Существует потребность в инновационной технологии, способной устранить необходимость в этом компромиссе.

На фигуре 2 представлена схематическая схема, иллюстрирующая пространственную структуру электрода.

Феррари (Ferrari) с соавторами описывают пространственную аккумуляторную батарею (S. Ferrari с соавторами, «Последние достижения в производстве пространственных перезаряжаемых литиевых микробатарей», Journal of Power Sources, том 286, 2015, с. 25-46). В пространственной батарее, описанной S. Ferrari с соавторами, положительный электрод 301 в форме гребенки взаимодействует, например, с отрицательным электродом 302 в форме гребенки. Ожидается, что такое размещение положительного и отрицательного электрода, расположенных в форме куба, и примыкающих друг к другу, увеличивает площадь реакции (фронтальную площадь) на единицу объема и сокращает расстояние, на которое перемещаются носители заряда. Ожидается, что такая пространственная аккумуляторная батарея будет обладать высокой плотностью энергии на единицу объема и высокой мощностью. Тем не менее, пространственная аккумуляторная батарея, описанная S.Ferrari с соавторами, имеет микрометрический форм-фактор.

Задачей настоящего изобретения является разработка пространственной аккумуляторной батареи сантиметрового и большего форм-фактора.

Ниже будет описана техническая конструкция и варианты осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что часть механизма действия, описываемого настоящим изобретением, носит предположительный характер. Поэтому защищаемый объем не может определяться корректностью механизма действия.

[1] Перезаряжаемая батарея согласно настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, пористую основу, первый электродный слой, ионный проводящий слой и второй электродный слой. Пористая основа содержит проводящий каркас. Каркас имеет пространственную сетчатую структуру. По меньшей мере, на части поверхности каркаса внутри пористой основы первый электродный слой, ионный проводящий слой и второй электродный слой уложены друг на друга в указанном порядке. Первый электродный слой и второй электродный слой имеют противоположную полярность.

Каркас, служащий основой электродной структуры перезаряжаемой батареи согласно настоящему изобретению, имеет пространственную сетчатую структуру. На поверхности каркаса первый электродный слой, ионный проводящий слой и второй электродный слой уложены друг на друга в указанном порядке. Таким образом, считается, что каждый из этих слоев (первый электродный слой, ионный проводящий слой и второй электродный слой) имеет пространственную сетчатую структуру. Считается, что благодаря наличию таких структур первый электродный слой и второй электродный слой кубически примыкают друг к другу. Иными словами, считается, что перезаряжаемая батарея согласно настоящему изобретению представляет собой пространственную аккумуляторную батарею.

Каркас обладает электропроводящими свойствами. Кроме того, каркас может выполнять функции токосъемника первого электродного слоя. Если каркас выполняет функции токосъемника, структуру токосъема можно упростить. Простая структура токосъема означает малое количество деталей, добавляемых к электродам. Ожидается, что благодаря малому количеству деталей, помимо электродов, аккумуляторная батарея будет иметь больше места для установки электродов.

Первый электродный слой и второй электродный слой отделены друг от друга ионным проводящим слоем. Ионный проводящий слой обеспечивает ионную проводимость между первым электродным слоем и вторым электродным слоем. Например, ионный проводящий слой может содержать твердый электролит. Например, ионный проводящий слой может содержать гелеобразный электролит.

Как было описано ниже в примерах согласно настоящему изобретению, пространственная аккумуляторная батарея, которая может быть выполнена в сантиметровом или большем форм-факторе, может иметь вышеописанную структуру [1].

Под пространством, описываемым как «внутренняя часть пористой основы», понимают часть пространства, расположенную ближе к геометрическому центру пористой основы, чем внешняя поверхность пористой основы.

Под «пространственной сетчатой структурой» понимают структуру, удовлетворяющую, по меньшей мере, следующим условиям (i) и (ii): (i) структура имеет, по меньшей мере, три измерения в трехмерном пространстве; и (ii) отсутствует единая плоскость, на которой могут быть отложены все эти измерения.

[2] Перезаряжаемая батарея согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать жидкий электролит. Как первый, так и второй электродный слой может быть пористым. Ионный проводящий слой может содержать гелеобразный электролит. Жидкий электролит может проникать в первый электродный слой, гелеобразный электролит и второй электродный слой.

Ожидается, что скорость носителей заряда, движущихся внутри жидкого электролита, будет высокой. Ожидается, что распределение жидкого электролита по структуре электродов повысит мощность.

Гелеобразный электролит можно получить путем введения жидкого электролита (наполнителя) в полимерный материал (основу) и, тем самым, набухания полимерного материала. Гелеобразный электролит может быть гибким и эластичным. Считается, что первый электродный слой и второй электродный слой расширяются и сжимаются в процессе заряда и разряда. Считается, что гелеобразный электролит может деформироваться при таких изменениях объема первого и второго электродного слоя. Ожидается, что при наличии гелеобразного электролита в ионном проводящем слое возникает стабильное соединение между первым электродным слоем, ионным проводящим слоем и вторым электродным слоем. Также считается, что при наличии гелеобразного электролита в ионном проводящем слое возможна деформация, обусловленная изменением объема первого и второго электродного слоя. Ожидается, что эти явления, например, увеличат длительность цикла.

[3] Как первый, так и второй электродный слой может быть фиксированным.

Под «фиксированным слоем» понимают слой, зафиксированный на подложке. Первый электродный слой может быть зафиксирован на поверхности каркаса (подложки). Второй электродный слой может быть зафиксирован на поверхности ионного проводящего слоя (подложки). Как первый, так и второй электродный слой можно зафиксировать на подложке, например, при помощи связующего, содержащегося в слое. Связующее может обеспечивать слипание друг с другом составляющих первого электродного слоя и второго электродного слоя, соответственно. Составляющие первого электродного слоя и второго электродного слоя относятся, например, к активному материалу положительного электрода (или активному материалу отрицательного электрода), электропроводящему материалу и твердому электролиту.

В случае фиксированного состояния первого и второго электродного слоя по сравнению с состоянием, в котором первый и второй электродный слой может перемещаться, ожидается, что как первый, так и второй электродный слой будет иметь высокий коэффициент заполнения. Иными словами, ожидается повышение плотности энергии на единицу объема.

[4] В поперечном сечении, в котором каркас окружает второй электродный слой, первый электродный слой и ионный проводящий слой могут окружать второй электродный слой.

В этой конфигурации поры внутри пористой основы могут быть без зазоров заполнены первым электродным слоем, ионным проводящим слоем и вторым электродным слоем. В результате ожидается повышение плотности энергии на единицу объема.

[5] Второй электродный слой может быть открыто расположен на части наружной поверхности пористой основы.

Считается, что соединение компонента токоприемника (в частности, токосъемной вставки) с открытой частью второго электродного слоя позволяет снимать ток со всего второго электродного слоя. Иными словами, ожидается дополнительное упрощение структуры токосъема.

[6] Перезаряжаемая аккумуляторная батарея согласно настоящему изобретению может представлять собой литий-ионную перезаряжаемую аккумуляторную батарею.

Настоящим изобретением может быть предложена пространственная литий-ионная перезаряжаемая батарея с достаточным для практического использования уровнем емкости.

[7] Пространственная сетчатая структура может представлять собой гироид.

[8] Пространственная сетчатая структура может представлять собой инвертированную опалоподобную структуру.

[9] Способ изготовления перезаряжаемой аккумуляторной батареи согласно настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, следующие этапы (А) и (В):

(A) изготовление пористой основы, содержащей электропроводящий каркас, имеющий пространственную сетчатую структуру; и

(B) укладка первого электродного слоя, ионного проводящего слоя и второго электродного слоя в указанном порядке, по меньшей мере, на части поверхности каркаса внутри пористой основы.

Первый электродный слой и второй электродный слой имеют противоположную полярность.

Такой способ позволяет изготовить перезаряжаемую батарею согласно описанию в любом из вышеприведенных пунктов [1]-[8].

Вышеизложенные и прочие цели, отличительные признаки аспекты и преимущества настоящего раскрытия изобретения станут более очевидными из последующего подробного раскрытия настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлен схематичный вид, иллюстрирующий плоскостную структуру электрода.

На фиг. 2 представлен схематичный вид, иллюстрирующий пространственную структуру электрода.

На фиг. 3 схематично изображена структура перезаряжаемой батареи согласно настоящему варианту осуществления.

На фиг. 4 схематично изображено сечение структуры перезаряжаемой батареи согласно настоящему варианту осуществления.

На фиг. 5 представлен схематичный вид, иллюстрирующий каркас.

На фиг. 6 представлен схематичный вид, иллюстрирующий структуру электрода.

На фиг. 7 изображена блок-схема, схематично показывающая способ изготовления перезаряжаемой батареи согласно настоящему варианту осуществления.

РАСКРЫТИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже описаны варианты осуществления настоящего изобретения (в дальнейшем «настоящие варианты осуществления»). Защищаемый объем изобретения не ограничивается нижеследующим описанием. Например, хотя нижеследующее описание относится преимущественно к литий-ионным перезаряжаемым батареям, исполнение перезаряжаемой батареи согласно настоящему варианту осуществления не ограничивается литий-ионным вариантом. Настоящий вариант осуществления может быть также применен, например, к натрий-ионным и щелочным перезаряжаемым батареям.

<Перезаряжаемая батарея>

На фиг. 3 схематично изображена структура перезаряжаемой батареи согласно настоящему варианту осуществления.

Перезаряжаемая батарея 100 представляет собой литий-ионную перезаряжаемую батарею (также называемую «литий-ионной вторичной батареей»). Точнее говоря, перезаряжаемая батарея 100 представляет собой литиевый аккумулятор, рассчитанный на перезарядку.

Перезаряжаемая батарея 100 содержит корпус 20. Выбор материала и формы корпуса 20 не ограничен. Корпус 20 может быть выполнен, например, в виде мешочка из алюминиевой ламинированной фольги или иного подобного материала. Корпус 20 может представлять собой, например, контейнер из металла, смолы или иного подобного материала. Корпус 20 может иметь плоский или цилиндрический профиль или, например, форму прямоугольного параллелепипеда.

На фиг. 4 схематично изображено сечение структуры перезаряжаемой батареи согласно настоящему варианту осуществления.

В корпусе 20 размещена пористая основа 10. К пористой основе 10 присоединен первый контакт 21 токосъемника и второй контакт 22 токосъемника. Первый контакт 21 токосъемника и второй контакт 22 токосъемника выступают из корпуса 20. Как первый контакт 21 токосъемника, так и второй контакт 22 токосъемника могут выполнять функцию внешней клеммы. Как первый контакт 21 токосъемника, так и второй контакт 22 токосъемника могут представлять собой, например, тонкую пластину из металла или иного подобного материала.

Второй электродный слой 12 (см. описание ниже) может быть открыто расположен на части наружной поверхности пористой основы 10. Соединение второго контакта 22 токосъемника с открытой частью второго электродного слоя 12 позволяет упростить съем тока. Желательно, чтобы в этом случае второй электродный слой 12 содержал активный материал, отличающийся высокой электропроводностью. Считается, что активным материалом с высокой электропроводностью является, например, графит. Второй электродный слой 12 может быть непосредственно соединен со вторым контактом 22 токосъемника. Между вторым электродным слоем 12 и вторым контактом 22 токосъемника может быть установлена металлическая фольга (не показано). «Пористая основа»

Выбор внешнего профиля пористой основы 10 не ограничен. Пористая основа 10 может иметь, например, профиль в форме призмы, прямоугольного параллелепипеда, цилиндра, листа или диска.

На фиг. 5 представлен схематический вид, иллюстрирующий каркас.

Пористая основа 10 содержит каркас 1. Каркас 1 служит основой структуры электродов. Каркас 1 имеет пространственную сетчатую структуру. Считается, что в пористой основе 10 каркас 1 сформирован непрерывным. Пространственная сетчатая структура может иметь правильное строение. Пространственная сетчатая структура может иметь неправильное строение. Каркас 1 может быть образован из волокон. Каркас 1 может быть криволинейным. Каркас 1 может иметь, например, структуру гироида. Иными словами, пространственная сетчатая структура может представлять собой гироид. Каркас 1 может иметь, например, инвертированную опалоподобную структуру. Иными словами, пространственная сетчатая структура может представлять собой инвертированную опалоподобную структуру.

Каркас 1 обладает электропроводящими свойствами. Выражение «каркас обладает электропроводящими свойствами» относится к следующему: каркас 1 выполнен из материала, имеющего сопротивление не выше 10^-3 Ω⋅м при температуре в диапазоне не ниже 0°С и не выше 25°С. Сопротивление материала может быть указано в документе, например, «Kagaku Binran (Справочник по химии)» (под редакцией Японского химического общества, изданного Maruzen Publishing, Co., Ltd.)».

Каркас 1 может быть изготовлен, например, из металла. Пористая основа 10 может представлять собой, например, пенометалл. Например, под металлом может пониматься алюминий (Al), медь (Cu) и/или никель (Ni). Каркас 1 может быть изготовлен, например, из электропроводящего углерода. Электропроводящий углерод может представлять собой, например, графит. Каркас 1 может быть сплошным. Каркас 1 может быть пустотелым.

Часть пористой основы 10, которая не занята каркасом 1, занята порами 2. Пористая основа 10 может иметь пористость, например, не ниже 25% и не более 75%. Пористость описывается объемным соотношением пор в пористом основании 10. Для расчета пористости используют следующее уравнение:

Пористость = {1 - ((кажущийся удельный вес пористой основы) / (истинный удельный вес материала пористой основы))} × 100.

Кажущийся удельный вес относится к величине удельного веса, рассчитанной по внешним размерам пористой основы 10.

Поры 2 могут быть сформированы проходящими сквозь всю пористую основу 10. Иными словами, поры 2 могут быть непрерывными порами. Выбор формы пор 2 не ограничен. Форма пор 2 может быть случайной.

Поры 2 могут иметь средний диаметр, например, не менее 50 мкм и не более 1000 мкм. Средний диаметр пор 2 измеряют следующим образом: Рассчитывают количество пор 2 на единицу длины наружной поверхности пористой основы 10. За средний диаметр пор 2 принимают величину, обратную результирующему количеству пор 2 на единицу длины. Средний диаметр измеряют не менее трех раз. После этого используют среднее арифметическое, по меньшей мере, трех этих измерений.

На фиг. 6 представлено схематическое сечение, иллюстрирующее структуру электрода.

По меньшей мере, на части поверхности каркаса 1 внутри пористой основы 10, согласно настоящему варианту осуществления изобретения, укладывают в стопку первый электродный слой 11, ионный проводящий слой 13 и второй электродный слой 12 в указанном порядке. Первый электродный слой 11 и второй электродный слой 12 отделены друг от друга ионным проводящим слоем 13.

Первый электродный слой 11, ионный проводящий слой 13 и второй электродный слой 12 могут быть сформированы по всему внутреннему пространству пористой основы 10. Объем пространства, доступный для формирования структуры электродов, можно изменить, при необходимости, в соответствии с техническими характеристиками перезаряжаемой батареи 100.

Предполагается, что первый электродный слой 11, ионный проводящий слой 13 и второй электродный слой 12 сформированы вдоль поверхности каркаса 1. Таким образом, считается, что каждый из этих слоев (первый электродный слой 11, ионный проводящий слой 13 и второй электродный слой 12) имеет пространственную сетчатую структуру. Ожидается, что такое размещение первого электродного слоя 11 и второго электродного слоя 12, расположенных в форме куба и примыкающих друг к другу, увеличивает площадь реакции на единицу объема и сокращает расстояние, на которое перемещаются носители заряда. Таким образом, ожидается получение высокой плотности энергии на единицу объема и высокой мощности.

Носителями заряда в настоящем варианте осуществления изобретения служат ионы лития. Носители заряда движутся внутри ионного проводящего слоя 13, перемещаясь между первым электродным слоем 11 и вторым электродным слоем 12.

Желательно, чтобы первый электродный слой 11, ионный проводящий слой 13 и второй электродный слой 12 были непрерывными на всем своем протяжении. Точнее говоря, желательно, чтобы первый электродный слой 11, ионный проводящий слой 13 и второй электродный слой 12, по существу, не имели изолированных участков. Тем не менее, до тех пор, пока возможна зарядка и разряд перезаряжаемой батареи 100, первый электродный слой 11, ионный проводящий слой 13 и второй электродный слой 12 могут иметь разрывы.

Каркас 1 может служить токоприемником первого электродного слоя 11. Предполагается, что когда первый контакт 21 токосъемника соединен с частью каркаса 1 на внешней поверхности пористой основы 10, съем тока возможен со всего первого электродного слоя 11. Иными словами, можно получить простую токосъемную конструкцию.

На фиг. 6 показано поперечное сечение, в котором каркас 1 окружает второй электродный слой 12. В поперечном сечении первый электродный слой 11 и ионный проводящий слой 13 могут окружать второй электродный слой 12. В этой конфигурации поры 2 (фиг. 5) могут быть заполнены первым электродным слоем 11, ионным проводящим слоем 13 и вторым электродным слоем 12 без зазора. В результате ожидается повышение плотности энергии на единицу объема.

«Первый электродный слой и второй электродный слой»

Как первый электродный слой 11, так и второй электродный слой 12 может иметь толщину, например, не менее 2 мкм и не более 500 мкм. В настоящем варианте осуществления толщину первого электродного слоя 11, второго электродного слоя 12 и ионного проводящего слоя 13 измеряют на изображении, полученном с помощью электронной микроскопии поперечного сечения. Направление толщины от определенной точки в первом электродном слое 11 представляет собой, например, кратчайшее расстояние между этой точкой и вторым электродным слоем 12 в поперечном сечении согласно фиг. 6. Толщину каждого компонента измеряют, по меньшей мере, в трех положениях. После этого используют среднее арифметическое, по меньшей мере, трех этих измерений толщины.

Как первый электродный слой 11, так и второй электродный слой 12 могут быть пористыми. Если первый электродный слой 11 и второй электродный слой 12 являются пористыми, жидкий электролит может проникать в пространство внутри слоя. Иными словами, перезаряжаемая батарея 100 может дополнительно содержать жидкий электролит. Если перезаряжаемая батарея 100 дополнительно содержит жидкий электролит, ожидается увеличение ее мощности. Это обусловлено тем, что скорость носителей заряда, движущихся внутри жидкого электролита, как предполагается, будет высокой.

Как первый электродный слой 11, так и второй электродный слой 12 может иметь пористость, например, не ниже 5% и не выше 50%. Как первый электродный слой 11, так и второй электродный слой 12 может иметь пористость, например, не ниже 15% и не выше 40%. Пористость первого электродного слоя 11 (или второго электродного слоя 12), например, на изображении первого электродного слоя 11 (или второго электродного слоя 12), полученном с помощью электронной микроскопии поперечного сечения, можно рассчитать как отношение общей площади пор 2 к общей площади изображения.

Если ионный проводящий слой 13 содержит твердый электролит, желательно, чтобы первый электродный слой 11 и второй электродный слой 12 были плотными, то есть, точнее говоря, чтобы каждый первый электродный слой 11 и второй электродный слой 12 мог иметь пористость, например, ниже 5%.

Если ионный проводящий слой 13 содержит твердый электролит, первый электродный слой 11 и второй электродный слой 12 могут дополнительно содержать твердый электролит. Твердый электролит может присутствовать, например, в форме частиц. Твердый электролит может иметь параметр D50, например, не менее 0,1 мкм и не более 30 мкм. Параметр D50 описывает размер частиц в объемном распределении частиц по размерам, полученном способом лазерной дифракции и рассеяния, при котором объем кумулятивных частиц (аккумулированных со стороны малых размеров) достигает 50% от общего объема частиц.

Содержание твердого электролита в первом электродном слое 11 (или втором электродном слое 12) может составлять, например, не менее 1 об. % и не более 60 об. % от объема первого электродного слоя 11 (или второго электрода слой 12). Содержание (объемное отношение) твердого электролита, например, на изображении первого электродного слоя 11 (или второго электродного слоя 12), полученного с помощью электронной микроскопии поперечного сечения, можно рассчитать как отношение общей площади твердого электролита к общей площади изображения.

Как первый электродный слой 11, так и второй электродный слой 12 может быть фиксированным. Если первый электродный слой 11 и второй электродный слой 12 зафиксированы, ожидается, что коэффициенты заполнения первого электродного слоя 11 и второго электродного слоя 12 внутри пористого основания 10 будут высокими.

Первый электродный слой 11 и второй электродный слой 12 имеют противоположную полярность. Точнее говоря, первый электродный слой 11 представляет собой положительный электрод, а второй электродный слой 12 - отрицательный электрод, или первый электродный слой 11 представляет собой отрицательный электрод, а второй электродный слой 12 - положительный электрод. Первый электродный слой 11 может представлять собой положительный электрод. Первый электродный слой 11 может представлять собой отрицательный электрод.

Носители заряда (ионы лития) могут быть предоставлены перезаряжаемой батарее 100 активным материалом положительного электрода. В альтернативном варианте носители заряда могут предоставлены перезаряжаемой батареи 100 активным материалом отрицательного электрода. Иными словами, перед начальной зарядкой и разрядом ионы лития могут содержаться в активном материале положительного электрода или в активном материале отрицательного электрода.

(Положительный электрод)

Положительный электрод содержит, по меньшей мере, активный материал положительного электрода. Кроме того, положительный электрод может содержать твердый электролит, электропроводящий материал и связующее. Активный материал положительного электрода обычно присутствует в форме частиц. Показатель D50 активного материала положительного электрода может составлять, например, не менее 1 мкм и не более 30 мкм.

Форма активного материала положительного электрода не имеет конкретных ограничений. Активный материал положительного электрода может представлять собой, например, сложный оксид лития (переходного металла). Сложный оксид лития (переходного металла) может иметь любой из нескольких вариантов кристаллической структуры. Сложный оксид лития (переходного металла) может иметь кристаллическую структуру по типу пластинчатой каменной соли, шпинели или оливина. Сложный оксид лития (переходного металла) может иметь, например, формулу LiCoO₂, LiNiO₂, LiMnO₂, LiMn₂O₄, LiNi₁/3Co_1/3Mn₁/₃O₂, LiNi_0,8Co_0,15Al_0.05O₂ и/или LiFePO₄. Каждый тип активного материала положительного электрода может использоваться обособленно. Два и более типов активного материала положительного электрода могут быть использованы в комбинации.

Форма электропроводящего материала не имеет конкретных ограничений. Например, электропроводящий материал может представлять собой углеродную сажу. Содержание электропроводящего материала в положительном электроде может составлять, например, не менее 1 массовой части и не более 20 массовых частей от 100 массовых частей активного материала положительного электрода. Выбор связующего не имеет конкретных ограничений. Связующее вещество может представлять собой, например, поливинилидендифторид (ПВДФ). Содержание связующего в положительном электроде может составлять, например, не менее 1 массовой части и не более 10 массовых частей от 100 массовых частей активного материала положительного электрода.

(Отрицательный электрод)

Отрицательный электрод содержит, по меньшей мере, активный материал отрицательного электрода. Кроме того, отрицательный электрод может содержать твердый электролит, электропроводящий материал и связующее. Активный материал отрицательного электрода обычно присутствует в форме частиц. Показатель D50 активного материала отрицательного электрода может составлять, например, не менее 1 мкм и не более 30 мкм.

Форма активного материала отрицательного электрода не имеет конкретных ограничений. Активный материал отрицательного электрода может представлять собой, например, графит, мягкий углерод, твердый углерод, кремний, оксид кремния, сплав на основе кремния, олово, оксид олова, сплав на основе олова и/или Li₄Ti₅O₁₂. Графит может представлять собой искусственный графит. Графит может представлять собой природный графит. Каждый тип активного материала отрицательного электрода может использоваться обособленно. Два и более типов активного материала отрицательного электрода можно использовать в сочетании друг с другом.

Форма электропроводящего материала не имеет конкретных ограничений. Например, электропроводящий материал может представлять собой углеродную сажу. Содержание электропроводящего материала в отрицательном электроде может составлять, например, не менее 1 массовой части и не более 10 массовых частей от 100 массовых частей активного материала отрицательного электрода. В случае использования активного материала отрицательного электрода с высокой электропроводностью (например, графита), по существу, необходимость в электропроводящем материале отсутствует.

Выбор связующего не имеет конкретных ограничений. Связующее может представлять собой, например, карбоксиметилцеллюлозу (CMC) и/или стирол-бутадиеновый каучук (SBR). Содержание связующего в отрицательном электроде может составлять, например, не менее 1 массовой части и не более 10 массовых частей от 100 массовых частей активного материала отрицательного электрода. Если ионный проводящий слой 13 содержит гелеобразный электролит, связующее, по существу, не требуется. Это обусловлено тем, что активный материал отрицательного электрода может прилипать к гелеобразному электролиту (полимерному материалу) с образованием фиксированного слоя. Связующее обычно обладает высоким сопротивлением. Например, в отсутствие связующего ожидается увеличение мощности.

«Ионный проводящий слой»

Ионный проводящий слой 13 помещен между первым электродным слоем 11 и вторым электродным слоем 12. Ионный проводящий слой 13 служит разделителем. Точнее говоря, ионный проводящий слой 13 служит сепаратором. Ионный проводящий слой 13 может иметь толщину, например, не менее 1 мкм и не более 50 мкм.

(Твердый электролит)

Ионный проводящий слой 13 может содержать, например, твердый электролит. Ионный проводящий слой 13, по существу, может состоять из твердого электролита. Дополнительно к твердому электролиту ионный проводящий слой 13 может содержать, например, связующее. В качестве связующего может быть взят материал, описанный выше в качестве связующего для положительного и/или отрицательного электрода.

Состав твердого электролита, по существу, не ограничен. Твердый электролит может представлять собой, например, твердый электролит на основе оксида. Твердый электролит может представлять собой, например, LiNbO₃, Li₃BO₃, LiBO₂, Li₂O-B₂O₃-ZnO, LiAlO₂, Li₄SiO₄-Li₃PO₄, Li_zO-SiO₂, Li₂SiO₃, Li₃PO₄, Li₃PO₄N, Li₂SO₄, Li_0.5La_0..5TiO₃, Li₅La₃Ta₂O₁₂, Li₂ZrO₃, Li₇La₃Zr₂O₁₂, Li₂MoO₄ и/или Li₂WO₄.

Твердый электролит может представлять собой, например, твердый электролит на основе сульфида. Твердый электролит может представлять собой, например, Li₂S-P₂S₅, Li₂S-P₂S₅-LiI, Li₂S-P₂S₅-LiCl, Li₂S-P₂S₅-LiBr, Li₂S-P₂S₅-Li₂O, Li₂S-P₂S₅-Li₂O-LiI, Li₂S-SiS₂, Li₂S-SiS₂-LiI, Li₂S-SiS₂-LiBr, Li₂S-SiS₂-LiCl, Li₂S-SiS₂-B₂S₃-LiI, Li₂S-SiS₂-P₂S₅-LiI, Li₂S-B₂S₃, Li₂S-GeS₂, Li₂S-SiS₂-Li₃PO₄ и/или Li₁₀GeP₂S₁₂.

Каждый тип твердого электролита можно использовать обособленно. Два или более типов твердого электролита можно использовать в сочетании друг с другом. Как было описано выше, упомянутый твердый электролит может содержаться в первом электродном слое 11 и втором электродном слое 12.

(Гелеобразный электролит)

Ионный проводящий слой 13 может содержать гелеобразный электролит. Ионный проводящий слой 13, по существу, может состоять из гелеобразного электролита. Ионный проводящий слой 13 может содержать, например, гелеобразный и твердый электролит.

Гелеобразный электролит содержит полимерный материал и жидкий электролит. Гелеобразный электролит можно получить путем введения жидкого электролита (наполнителя) в полимерный материал (основу) и, тем самым, набухания полимерного материала. Гелеобразный электролит может быть как гибким, так и эластичным. Ожидается, что при наличии гелеобразного электролита в ионном проводящем слое 13 возникает стабильное соединение между первым электродным слоем 11, ионным проводящим слоем 13 и вторым электродным слоем 12. Также считается, что при наличии гелеобразного электролита в ионном проводящем слое возможна деформация, обусловленная изменением объема первого электродного слоя 11 и второго электродного слоя 12. Ожидается, что эти явления, например, увеличат длительность цикла.

Вид полимерного материала не ограничен при условии, что он способен поглощать жидкий электролит и, тем самым, образовывать гель. Полимерный материал может представлять собой, например, полиэтиленгликоль (ПЭГ), полиэтиленоксид (ПЭО), поливиниловый спирт (ПВС), полиметилметакрилат (ПММА), полиакриловую кислоту (ПАА), полиакрилонитрил (ПАН), ПВДФ и/или сополимер винилиденфторида и гексафторпропена (ПВДФ-ГФП). Каждый тип полимерного материала можно использовать обособленно. Два или более типов полимерного материала можно использовать в сочетании друг с другом.

Полимерный материал может содержать сшивки. Точнее говоря, полимерный материал может представлять собой полимерный матричный материал. Если полимерный материал представляет собой полимерный матричный материал, ожидается улучшение свойств гелеобразного электролита, например, эластичности и способности удерживать жидкость.

(Жидкий электролит)

Перезаряжаемая батарея 100 может дополнительно содержать жидкий электролит. Если первый электродный слой 11 и второй электродный слой 12 являются пористыми, а ионный проводящий слой 13 содержит гелеобразный электролит, жидкий электролит может проникать в первый электродный слой 11, ионный проводящий слой 13 и второй электродный слой 12. Ожидается, что распределение жидкого электролита по структуре электродов повысит мощность. Жидкий электролит может представлять собой, например, электролитический раствор. Жидкий электролит может представлять собой, например, ионную жидкость.

Электролитический раствор представляет собой раствор электролита. Электролитический раствор содержит растворитель и поддерживающую соль. Выбор растворителя не имеет конкретных ограничений. Растворитель может представлять собой, например, этиленкарбонат (ЭК), пропиленкарбонат (ПК), диметилкарбонат (ДМК), этилметилкарбонат (ЭМК), диэтилкарбонат (ДЭК), ацетонитрил (АН), N,N-диметилформамид (ДМФ), 1,2-диметоксиэтан (ДМЭ) и/или диметилсульфоксид (ДМСО). Каждый тип растворителя можно использовать обособленно. Два или более типов растворителя можно использовать в сочетании друг с другом.

Электролитический раствор может содержать, например, поддерживающую соль в количестве не ниже 0,5 моль/л и не выше 5 моль/л. Выбор поддерживающей соли не имеет конкретных ограничений. Поддерживающая соль может представлять собой, например, LiPF₆, LiBF₄ и/или LiN(SO₂F)₂. Каждый тип поддерживающей соли можно использовать обособленно. Два или более типов поддерживающей соли можно использовать в сочетании друг с другом. Кроме того, электролитический раствор может содержать дополнительные различные присадки.

<Способ изготовления перезаряжаемой батареи>

На фиг. 7 изображена блок-схема, схематично показывающая способ изготовления перезаряжаемой батареи согласно настоящему варианту осуществления изобретения.

Способ изготовления перезаряжаемой батареи согласно настоящему варианту осуществления содержит, по меньшей мере, этап «(А) подготовки пористой основы» и этап «(В) укладки слоями».

«(А) Подготовка пористой основы»

Способ изготовления перезаряжаемой батареи согласно настоящему варианту осуществления изобретения включает подготовку пористой основы 10. Пористая основа 10 детально описана выше. Более конкретно, пористая основа 10 содержит каркас 1, обладающий электропроводящими свойствами. Каркас 1 имеет пространственную сетчатую структуру.

Пористая основа 10 может быть получена путем приобретения коммерчески доступного продукта или изготовления пористой основы 10. Пористую основу 10 можно изготовить, например, вспениванием металла. В альтернативном варианте, например, можно нанести покрытие для склеивания металла с пористой смолой, а после склеивания металла можно выполнить термообработку для удаления пористой смолы с целью получения пористой основы 10 на базе металла.

К пористой основе 10 можно присоединить первый контакт 21 токосъемника для формирования первого электродного слоя Пи/или иного подобного слоя. Первый контакт 21 токосъемника можно соединить с пористой основой 10, например, сваркой.

«(В) Укладка слоями»

Способ изготовления перезаряжаемой батареи согласно настоящему варианту осуществления изобретения содержит этап укладки слоями в указанном порядке первого электродного слоя 11, ионного проводящего слоя 13 и второго электродного слоя 12, по меньшей мере, на части поверхности каркаса 1 внутри пористой основы 10. Как было описано выше, первый электродный слой 11 и второй электродный слой 12 имеют противоположную полярность.

1. Вариант, в котором ионный проводящий слой содержит твердый электролит

Если ионный проводящий слой 13 содержит твердый электролит, перезаряжаемую батарею 100 можно изготовить, например, следующим способом.

Первый электродный слой 11 и ионный проводящий слой 13 можно последовательно сформировать, например, посредством погружения. Погружение относится к способу формирования слоя покрытия на поверхности изделия (субъекта покрытия) путем погружения изделия в жидкое покрытие и извлечения изделия из жидкого покрытия с последующей сушкой.

Например, активный материал положительного электрода (или активный материал отрицательного электрода), электропроводящий материал, твердый электролит, связующее вещество, растворитель и тому подобное смешивают для получения суспензии первого электрода. При необходимости растворитель можно выбирать, например, в зависимости от типа активного материала положительного электрода (или активного материала отрицательного электрода), твердого электролита и/или связующего. Суспензия первого электрода является фазой, предшествующей первому электродному слою 11. Суспензию иногда называют «шламом».

В суспензию первого электрода погружают пористую основу 10. Пористую основу 10 извлекают из суспензии первого электрода. Суспензию первого электрода, налипшую на пористую основу 10, просушивают. Таким образом может быть сформирован первый электродный слой 11. Считается, что первый электродный слой 11 уложен на поверхность каркаса 1.

Твердый электролит, связующее и растворитель смешивают для получения суспензии твердого электролита. Полученная суспензия твердого электролита является фазой, предшествующей ионному проводящему слою 13. В эту суспензию твердого электролита погружают пористую основу 10, полученную после формирования первого электродного слоя 11. Пористую основу 10 поднимают из суспензии твердого электролита. Суспензию твердого электролита, налипшую на пористую основу 10, просушивают. Таким образом может быть сформирован ионный проводящий слой 13. Считается, что ионный проводящий слой 13 уложен на поверхность первого электродного слоя 11. Ионный проводящий слой 13 содержит твердый электролит.

Ионный проводящий слой 13 формируют таким образом, чтобы поры 2 пористой основы 10 оставались частично полыми. В этот момент времени внутренние стенки пор 2 покрыты первым электродным слоем 11 и ионным проводящим слоем 13. На полых участках пор 2, оставшихся после образования ионного проводящего слоя 13, формируется второй электродный слой 12. Эта операция приводит к отделению первого электродного слоя 11 от второго электродного слоя 12 ионным проводящим слоем 13.

Второй электродный слой 12 может быть сформирован, например, способом фильтрации. Например, активный материал отрицательного электрода (или активный материал положительного электрода), электропроводящий материал, твердый электролит, связующее вещество, растворитель и тому подобное смешивают для получения суспензии второго электрода. Полученная суспензия второго электрода является фазой, предшествующей второму электродному слою 12.

Суспензию второго электрода пропускают через пористую основу 10 (служащую фильтром), полученную после формирования ионного проводящего слоя 13. В ходе этой операции полые участки пор 2, оставшиеся в пористой основе 10, заполняются твердым материалом (в частности, активным материалом). Таким образом может быть сформирован второй электродный слой 12. Считается, что второй электродный слой 12 уложен на поверхность ионного проводящего слоя 13. Растворитель в суспензии второго электрода отделяют в виде фильтрата.

Второй электродный слой 12 может быть выполнен таким образом, чтобы он открыто располагался на части наружной поверхности пористой основы 10. После образования второго электродного слоя 12 пористую основу 10 просушивают.

После просушивания пористой основы 10 второй контакт 22 токосъемника можно соединить со вторым электродным слоем 12. Второй контакт 22 токосъемника можно непосредственно соединить со вторым электродным слоем 12. В альтернативном варианте между вторым контактом 22 токосъемника и вторым электродным слоем 12 может быть сформирована металлическая фольга. Например, тонкую фольгу из золота (Au) или иного подобного материала можно сформировать на поверхности второго электродного слоя 12 посредством осаждения или других способов, после чего к полученной тонкой фольге можно приварить второй контакт 22 токосъемника.

После образования второго электродного слоя 12 пористую основу 10 помещают в корпус 20. Корпус 20 детально описан выше. Корпус 20 герметично закрывают. Таким образом можно изготовить перезаряжаемую батарею 100.

2. Вариант, в котором ионный проводящий слой содержит гелеобразный электролит

Если ионный проводящий слой 13 содержит гелеобразный электролит, перезаряжаемую батарею 100 можно изготовить, например, следующим способом.

Например, активный материал положительного электрода (или активный материал отрицательного электрода), электропроводящий материал, связующее вещество, растворитель и тому подобное смешивают для получения суспензии первого электрода. В полученную суспензию первого электрода погружают пористую основу 10. Пористую основу 10 извлекают из суспензии первого электрода. Суспензию первого электрода, налипшую на пористую основу 10, просушивают. Таким образом может быть сформирован первый электродный слой 11. Считается, что первый электродный слой 11 уложен на поверхность каркаса 1. Первый электродный слой 11 может быть выполнен пористым. Это обусловлено тем, что между частицами (например, частицами активного материала положительного электрода) может образовываться пространство.

Например, полимерный материал можно растворить в растворителе в целях получения раствора полимера. В полученный раствор полимера погружают пористую основу 10, полученную после формирования первого электродного слоя 11. Пористую основу 10 извлекают из раствора полимера. Полимерный раствор, налипший на пористую основу 10, просушивают. Таким образом можно сформировать полимерный слой. Полученный полимерный слой является фазой, предшествующей гелеобразному электролиту. Считается, что полимерный слой уложен на поверхность первого электродного слоя 11.

Полимерный слой формируют таким образом, чтобы поры 2 пористой основы 10 оставались частично полыми. В этот момент времени внутренние стенки пор 2 покрыты первым электродным слоем 11 и полимерным слоем. На полых участках пор 2, оставшихся после образования полимерного слоя, формируется второй электродный слой 12. Эта операция приводит к отделению первого электродного слоя 11 от второго электродного слоя 12 полимерным слоем. Полимерный слой может иметь толщину, например, не менее 1 мкм и не более 50 мкм. Толщина может увеличиться, если полимерный слой будет набухать после введения жидкого электролита на последующих этапах.

Например, активный материал отрицательного электрода (или активный материал положительного электрода), электропроводящий материал, связующее вещество, растворитель и тому подобное смешивают для получения суспензии второго электрода. Полученная суспензия второго электрода является фазой, предшествующей второму электродному слою 12.

Суспензию второго электрода пропускают через пористую основу 10 (служащую фильтром), полученную после формирования полимерного слоя. В ходе этой операции полые участки пор 2, оставшиеся в пористой основе 10, заполняются твердым материалом. Таким образом может быть сформирован второй электродный слой 12. Считается, что второй электродный слой 12 уложен на поверхность полимерного слоя. Второй электродный слой 12 может быть выполнен пористым. Это обусловлено тем, что между частицами (например, частицами активного материала отрицательного электрода) может образовываться пространство. Растворитель в суспензии второго электрода отделяют в виде фильтрата.

Второй электродный слой 12 может быть выполнен таким образом, чтобы он открыто располагался на части наружной поверхности пористой основы 10. После образования второго электродного слоя 12 пористую основу 10 просушивают. После просушивания пористой основы 10 второй контакт 22 токосъемника можно соединить со вторым электродным слоем 12. Способ присоединения второго контакта 22 токосъемника аналогичен описанному выше.

После образования второго электродного слоя 12 пористую основу 10 помещают в корпус 20. В корпус 20 вводят жидкий электролит. Жидкий электролит детально описан выше. Корпус 20 герметично закрывают. Первый электродный слой 11, полимерный слой и второй электродный слой 12 пропитывают жидким электролитом. Проникновение жидкого электролита в полимерный слой вызывает набухание полимерного слоя с возможным образованием гелеобразного электролита. Таким образом может быть сформирован ионный проводящий слой 13. Иными словами, ионный проводящий слой 13 содержит гелеобразный электролит. Таким образом можно изготовить перезаряжаемую батарею 100.

<Области применения>

Перезаряжаемая батарея 100 согласно настоящему варианту осуществления изобретения может иметь сантиметровый или больший форм-фактор. Поэтому уровень емкости перезаряжаемой батареи 100 согласно настоящему варианту осуществления может быть достаточен для практического применения. Если перезаряжаемая батарея 100 согласно настоящему варианту осуществления представляет собой литий-ионную перезаряжаемую батарею, ее емкость может составлять, например, не менее 2 Ач. Иными словами, ожидается, что емкость перезаряжаемой батареи 100 согласно настоящему варианту осуществления будет эквивалентна или будет превышать емкость литий-ионной перезаряжаемой батареи 18650 (диаметр 18 мм, высота 65 мм).

Ожидается, что перезаряжаемая батарея 100 согласно настоящему варианту осуществления, представляющая собой пространственную батарею, будет иметь высокую плотность энергии и мощность. Поэтому ожидается, что перезаряжаемая батарея 100 согласно настоящему варианту осуществления подойдет для источников питания, приводящих в движение, например, гибридные транспортные средства (HV), подключаемые гибридные транспортные средства (PHV) и электрические транспортные средства (EV). Следует отметить, что использование перезаряжаемой батареи 100 в соответствии с настоящим вариантом осуществления не ограничивается установкой на транспортные средства. Считается, что перезаряжаемую батарею 100 согласно настоящему варианту осуществления можно использовать в любых областях.

[Примеры]

Ниже будут описаны примеры, соответствующие настоящему изобретению. Защищаемый объем изобретения не ограничивается нижеследующим описанием.

<Изготовление перезаряжаемой батареи>

Перезаряжаемая батарея 100, используемая в примерах, была изготовлена следующим образом.

«(А) Подготовка пористой основы»

В качестве пористой основы 10 было взято пористое производное никеля (торговое наименование Celmet (зарегистрированная торговая марка); номер продукта #4; средний диаметр пор примерно 900 мкм) производства Sumitomo Electric Industries, Ltd. Пористая основа 10 имеет внешние размеры 0,5 см × 0,5 см × 3,5 см.

«(В) Укладка слоями»

Подготовлены следующие материалы.

Активный материал положительного электрода: LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ (порошок)

Электропроводящий материал: углеродная сажа

Связующее вещество: ПВДФ

Растворитель: N-метил-2-пирролидон (НМП)

Активный материал положительного электрода, электропроводящий материал, связующее вещество и растворитель смешали для получения суспензии первого электрода. Пропорции смешивания твердого содержимого составили: «(активный материал положительного электрода): (электропроводящий материал): связующее = 90,5:8:1,5 (отношение масс)». В полученную суспензию первого электрода погрузили пористую основу 10. Пористую основу 10 извлекли из суспензии первого электрода. Пористую основу 10 просушили. Таким образом, был сформирован первый электродный слой 11. Считается, что первый электродный слой 11 уложен на поверхность каркаса 1. Масса составного материала положительного электрода (первый электродный слой 11), заполняющего внутреннюю часть пористой основы 10, составляет 0,85 г.

Первый электродный слой 11 сформирован на площади пористой основы 10 с внешними размерами 0,5 см × 0,5 см × 2 см. К оставшемуся участку, на котором не был сформирован первый электродный слой 11, был приварен первый контакт 21 токосъемника. Первый контакт 21 токосъемника представляет собой тонкую никелевую пластину.

Подготовлен раствор полимера (раствор ПВДФ-ГФП). В растворе полимера используется растворитель НМП. В раствор полимера погрузили пористую основу 10. Пористую основу 10 извлекли из раствора полимера. Пористую основу 10 просушили. Это позволило сформировать полимерный слой. Был проведен предварительный эксперимент по изучению условий формирования такого полимерного слоя и толщины полученного полимерного слоя; по его результатам было принято, что толщина полимерного слоя не ниже 5 цм и не выше 10 ц.м. Считается, что полимерный слой уложен на поверхность первого электродного слоя И. После образования полимерного слоя поры 2 пористой основы 10 оставались частично полыми, а диаметр полых участков составил около 200 мкм. Считается, что на этот момент времени внутренние стенки пор 2 покрыты первым электродным слоем 11 и полимерным слоем.

Подготовлены следующие материалы.

Активный материал отрицательного электрода: искусственный графит (порошок, D50 = примерно 10 мкм) Растворитель: этанол

Активный материал отрицательного электрода и растворитель смешали для получения суспензии второго электрода. Полученную суспензию второго электрода пропустили через пористую основу 10, полученную после формирования полимерного слоя, в результате чего был образован второй электродный слой 12. Считается, что второй электродный слой 12 уложен на поверхность полимерного слоя. Второй электродный слой 12 выполнен таким образом, чтобы он располагался частично открыто на наружной поверхности пористой основы 10. Пористую основу 10 подвергли вакуумной сушке при 80°С в течение 12 часов. На части наружной поверхности (в частности, на части с открыто расположенным вторым электродным слоем 12) осаждали золото с образованием тонкой золотой фольги. К полученной золотой фольге приварили второй контакт 22 токосъемника. Второй контакт 22 токосъемника представляет собой тонкую никелевую пластину.

В качестве корпуса 20 был подготовлен алюминиевый ламинированный мешок. В корпус 20 поместили пористую основу 10, полученную после формирования второго электродного слоя 12.

В качестве жидкого электролита был подготовлен электролитический раствор. Электролитический раствор содержит растворитель и поддерживающую соль (описание см. ниже).

Растворитель: [EC:DEC=3:7 (объемное отношение)]

Поддерживающая соль: LiPF₆ (1 моль/л)

Электролитический раствор ввели в корпус 20. Отверстие в корпусе 20 герметизировали термосваркой. Электролитическим раствором пропитали первый электродный слой 11, полимерный слой и второй электродный слой 12. Считается, что проникновение электролитического раствора в полимерный слой приведет к образованию гелеобразного электролита. Таким образом, получен ионный проводящий слой 13, содержащий гелеобразный электролит.

Таким образом была изготовлена перезаряжаемая батарея 100.

Перезаряжаемая батарея 100 представляет собой пространственную батарею сантиметрового форм-фактора. Сантиметровый форм-фактор в 10000 раз превышает микрометрический форм-фактор.

<Зарядно-разрядный тест>

Зарядно-разрядный тест проводился постоянным током при напряжении от 3 до 4,3 В и скорости 0,2 С. При скорости «0,2 С» перезаряжаемая батарея 100 разряжалась с полного уровня заряда за пять часов. Исходная емкость разряда составила 81,6 мАч. Объем площади со сформированным таким образом электродом (0,5 см × 0,5 см × 2 см) и среднее напряжение разряда использовались для расчета плотности энергии на единицу объема перезаряжаемой батареи 100. Плотность энергии на единицу объема перезаряжаемой батареи 100 составляет 584 Вт*ч л. Считается, что это значение эквивалентно или превышает плотность энергии на единицу объема стандартной цилиндрической литий-ионной перезаряжаемой батареи (типоразмер 18650).

Согласно полученным результатам, перезаряжаемая батарея по настоящему изобретению представляет собой пространственную аккумуляторную батарею сантиметрового или большего форм-фактора.

Считается, что подобно литий-ионной перезаряжаемой батарее с плоскостной структурой электродов, отношение (коэффициент заполнения объема) объема активного материала, заполняющего внутреннюю часть корпуса 20, к объему внутренней части корпуса 20 составляет примерно от 30% до 45%. Считается, что перезаряжаемая батарея согласно настоящему изобретению, отличающаяся простым съемом тока и уменьшенным объемом токосъемника, а также содержащая активный материал, заполняющий оставшееся пространство, может иметь, в том числе, коэффициент заполнения объема не ниже 50%.

Раскрытые выше варианты осуществления и примеры приведены исключительно для примера и ни в коем случае не носят ограничительного характера. Защищаемый объем изобретения, определенный формулой изобретения, включает в себя любые модификации в пределах значения и объема, эквивалентных формуле изобретения.

1. Перезаряжаемая батарея, содержащая, по меньшей мере:

пористую основу (10);

первый электродный слой (11);

ионный проводящий слой (13); и

второй электродный слой (12),

пористая основа (10) содержит электропроводящий каркас (1),

каркас (1) имеет пространственную сетчатую структуру,

по меньшей мере, на части поверхности каркаса (1) внутри пористой основы (10) первый электродный слой (11), ионный проводящий слой (13) и второй электродный слой (12) уложены слоями в указанном порядке,

первый электродный слой (11) и второй электродный слой (12) имеют противоположную полярность.

2. Перезаряжаемая батарея по п. 1, дополнительно содержащая жидкий электролит, проникающий в первый электродный слой (11),

гелеобразный электролит и второй электродный слой (12);

ионный проводящий слой (13), содержащий гелеобразный электролит, и

первый электродный слой (11) и второй электродный слой (12) выполнены пористыми.

3. Перезаряжаемая батарея по п. 1 или 2, в которой

первый электродный слой (11) и второй электродный слой (12) представляют собой фиксированные слои.

4. Перезаряжаемая батарея по любому из пп. 1-3, в которой

в поперечном сечении, в котором каркас (1) окружает второй электродный слой (12),

первый электродный слой (11) и ионный проводящий слой (13) окружают второй электродный слой (12).

5. Перезаряжаемая батарея по любому из пп. 1-4, в которой

второй электродный слой (12) оставлен непокрытым на части наружной поверхности пористой основы (10).

6. Перезаряжаемая батарея по любому из пп. 1-5, представляющая собой литий-ионную перезаряжаемую аккумуляторную батарею.

7. Перезаряжаемая батарея по любому из пп. 1-6, в которой пространственная сетчатая структура представляет собой гироид.

8. Перезаряжаемая батарея по любому из пп. 1-6, в которой пространственная сетчатая структура представляет собой инвертированную опалоподобную структуру.

9. Способ изготовления перезаряжаемой батареи, содержащий, по меньшей мере, следующие этапы:

изготовление пористой основы (10), содержащей электропроводящий каркас (1), имеющий пространственную сетчатую структуру; и

укладка слоями первого электродного слоя (11), ионного проводящего слоя (13) и второго электродного слоя (12) в указанном порядке, по меньшей мере, на части поверхности каркаса (1) внутри пористой основы (10), где

первый электродный слой (11) и второй электродный слой (12) имеют противоположную полярность.