JP7055081B2 - 集電体及びバインダーを使用せずに電池タブ連結構造を自立電極に埋め込む方法 - Google Patents

集電体及びバインダーを使用せずに電池タブ連結構造を自立電極に埋め込む方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許出願第６２／５５９，２５４号（２０１７年９月１５日出願、代理人整理番号０３７１１０．０１０１８、発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｔａｂ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ ｔｏ ａ Ｓｅｌｆ－Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｗｉｔｈｏｕｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｏｒ Ｂｉｎｄｅｒ」）の優先権を主張するものであり、この参照により当該米国特許出願の内容全体を援用する。
リチウムイオン電池は、２つの電極（アノード及びカソード）、カソードからアノードを分離する膜、並びに電解質からなる。これら電極は、活物質、バインダー、炭素系添加剤、及び集電体からなる。リチウムイオン電池の集電体は、典型的にはアルミニウム／銅の箔である。通常、活物質、添加剤、バインダー、及び適当な溶媒からなるスラリーを用いて、集電体の表面に活物質を印刷する。電極を製造した後、電池から電流を取り出すための導電性タブを集電体に取り付ける。通常、このタブは帯状のアルミニウム／銅の箔であり、電極の集電体箔に溶接される。
活物質粉末及びカーボンナノチューブマトリックスのみを含み、集電体箔が存在しない自立電極の場合、電極から電流を移す手段が必要とされる。換言すると、集電体箔を有していない電極にタブを取り付けるという問題を解決する必要がある。
本開示の複数の形態についての基本的理解を確立するために、以下、概要を簡単に説明する。この概要は、想定される全ての形態を広範囲に包含するわけではなく、全ての形態の鍵となる要素又は臨界的な要素を特定したり、いずれかの形態又は全ての形態の範囲を詳細に説明することを意図したものでもない。後述する詳細な説明の前置きとして、複数の形態の幾つかの概念を単純化して示すことを目的としている。
幾つかの実施形態において、本開示は、電極活物質とカーボンナノチューブの複合材と、前記複合材に埋め込まれた電池タブ連結構造とを有し、バインダー及び集電体を含まない自立電極であって、前記自立電極は所定の全長、全幅、及び全厚を有し、前記電池タブ連結構造の幅が前記自立電極の全幅の１％～１００％である、自立電極に関する。
幾つかの実施形態において、本開示は、バインダー及び集電体を含まない自立電極の製造方法であって、前記製造方法は、電極活物質をエアロゾル化又は流動化してエアロゾル化電極活物質又は流動化電極活物質を調製する工程と、前記エアロゾル化電極活物質又は前記流動化電極活物質とカーボンナノチューブとを、第１多孔質表面と前記第１多孔質表面の上方に間隔を空けて配置された電池タブ連結構造とに共沈着させて、自立電極材料を形成する工程と、を含み、前記自立電極材料は前記カーボンナノチューブの三次元網目構造中に前記電極活物質を含有する複合材であり、前記電池タブ連結構造は前記自立電極材料中に埋め込まれており、前記自立電極は所定の全長、全幅、及び全厚を有し、前記電池タブ連結構造の幅が前記自立電極の全幅の約１％～約１００％である、製造方法に関する。
以下の詳細な説明によって、本発明のこれらの形態及び他の形態について、より完全な理解が可能となる。
図１Ａは、本開示の幾つかの実施形態による、自立電極に電池タブを取り付ける方法の概要を示す。 図１Ｂは、本開示の幾つかの実施形態による、自立電極に電池タブを取り付ける方法の概要を示す。 図１Ｃは、本開示の幾つかの実施形態による、自立電極に電池タブを取り付ける方法の概要を示す。 図１Ｄは、本開示の幾つかの実施形態による、自立電極に電池タブを取り付ける方法の概要を示す。 図２Ａは、図１Ａ～図１Ｄに示す実施形態による、タブ取り付けの例を示す写真である。 図２Ｂは、図１Ａ～図１Ｄに示す実施形態による、タブ取り付けの例を示す写真である。 図２Ｃは、図１Ａ～図１Ｄに示す実施形態による、タブ取り付けの例を示す写真である。
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。以下の詳細な説明は様々な構成を示すことを目的としており、説明した構成のみが実施され得るわけではない。以下の詳細な説明では、様々な概念の十分な理解を確立するために詳細な具体例を示す。しかしながら、詳細な具体例が無くても、その概念が実施され得ることは当業者には明らかである。
本開示は、カーボンナノチューブと電極活物質の複合材を含み、該複合材中に電池タブ連結構造（ｂａｔｔｅｒｙ ｔａｂ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が埋め込まれた自立電極、並びに該自立電極の製造方法を提供する。
幾つかの実施形態において、本開示は、電極活物質とカーボンナノチューブの複合材と、該複合材に埋め込まれた電池タブ連結構造とを有する自立電極であって、この電極は所定の全長、全幅、及び全厚を有し、電池タブ連結構造の幅は、電極の全幅の約１％～約１００％である、自立電極に関する。幾つかの実施形態において、電池タブ連結構造の幅は電極の全幅の約１０％～約７５％である。
本明細書において、「電極活物質」は電極中の導電性物質を表す。「電極」は電解質及び外部回路との間でイオン及び電子を交換する導電体を表す。「正極」及び「カソード」は本明細書において同義であり、電気化学電池中で電極電位が高いほうの電極（即ち、負極よりも高い電極電位を示す電極）を表す。「負極」及び「アノード」は本明細書において同義であり、電気化学電池中で電極電位が低いほうの電極（即ち、正極よりも低い電極電位を示す電極）を表す。カソード還元はある化学種が電子を獲得することを表し、アノード酸化はある化学種が電子を放出することを表す。
非限定的な一例において、電極活物質はエアロゾル化が可能であればどのような固体金属酸化物粉末であってもよい。例えば、金属酸化物は電池のカソード用の材料であってよい。金属酸化物の非限定的な例としては、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、及びこれらの混合物の酸化物等が挙げられる。金属酸化物をリチオ化してもよい。ある具体例において、金属酸化物はリチウム－ニッケル－マンガン－コバルト酸化物（ＬｉＮｉＭｎＣｏＯ2）である。金属酸化物粉末の粒子サイズは約１ｎｍ～約１００μであってよい。非限定的な一例において、金属酸化物粒子は約１ｎｍ～約１０ｎｍの平均粒子サイズを有する。幾つかの実施形態において、電極活物質はグラファイト、硬質炭素、ケイ素、酸化ケイ素、リチウム金属酸化物、リン酸鉄リチウム、及びリチウム金属から選択される。
本開示で用いるリチウム金属酸化物中の金属は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、アルミニウム、ポスト遷移金属、及びこれらの水和物の１種以上であってよいが、これらに限定されない。
「アルカリ金属」は元素周期表の第Ｉ族の金属（リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウム等）である。
「アルカリ土類金属」は元素周期表の第ＩＩ族の金属（ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム等）である。
「遷移金属」は元素周期表のｄブロックの金属（ランタニド類及びアクチニド類を含む）である。遷移金属としてはスカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、水銀、アクチニウム、トリウム、プロトアクチニウム、ウラン、ネプツニウム、プルトニウム、アメリシウム、キュリウム、バークリウム、カリホルニウム、アインスタイニウム、フェルミウム、メンデレビウム、ノーベリウム、ローレンシウム等が挙げられるが、これらに限定されない。
「ポスト遷移金属」としてはガリウム、インジウム、スズ、タリウム、鉛、ビスマス、ポロニウム等が挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書において、電極活物質と単層カーボンナノチューブの適当な複合材としては、米国特許出願第１５／６６５，１７１号（２０１７年７月３１日出願、代理人整理番号０３７１１０．００６８７、発明の名称「Ｓｅｌｆ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｔｈｅｒｅｏｆ」）及び米国特許出願第１５／６６５，１４２号（２０１７年７月３１日出願、代理人整理番号０３７１１０．００６８８、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｎｄｅｒ ａｎｄ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ－Ｌｅｓｓ Ｓｅｌｆ－Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｆｏｒ Ｌｉ－Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｓ ａｎ Ａｄｄｉｔｉｖｅ」）が開示しているものが挙げられるが、これらに限定されない。これら米国特許出願は全てこの参照により本開示に含まれる。幾つかの実施形態においては、電極活物質は、グラファイト、硬質炭素、リチウム金属酸化物、及びリン酸鉄リチウムから選択される。
幾つかの実施形態において、電池タブ連結構造は金属を含む。幾つかの実施形態において、該金属は銅、アルミニウム、ニッケル、又はステンレス鋼である。非限定的な一例において、ステンレス鋼は本技術分野で公知のものであってよく、例としてはＳＳ３０４やＳＳ３１６等が挙げられるが、これらに限定されない。幾つかの実施形態において、電池タブ連結構造は導電性炭素構造を有する。導電性炭素構造は、カーボンナノチューブ、グラフェン（二次元構造又は三次元構造のグラフェンであってよく、例えばグラフェンフォーム等）、炭素繊維、グラファイト、その他の導電性炭素同素体、これらの組み合わせ、又はこれらの複合材を含んでよい。カーボンナノチューブは、単一の層、幾つかの層、又は複数の層からなるカーボンナノチューブであってよく、これらの組み合わせであってもよい。中でも単層カーボンナノチューブが好ましい。カーボンナノチューブ及び／又は炭素繊維を使用する場合、これらはナノチューブ糸（ｙａｒｎ）、ナノチューブ糸（ｔｈｒｅａｄ）、ナノチューブ布、ナノチューブワイヤ、ナノチューブ紙（即ちバッキーペーパー）、ナノチューブマット、ナノチューブシート、又はナノチューブフェルトの形態であってよい。電池タブ連結構造はいかなる物理的形状の固形物であってもよく、箔状、帯状、ワイヤ状、格子状、ロープ状、メッシュ箔状、穿孔箔状、布状、ガーゼ状、又はメッシュ状等であってよく、これらに限定されない。エアロゾル化電極活物質又は流動化電極活物質と単層カーボンナノチューブとを、電池タブ連結構造が上方に間隔を空けて配置されている第１多孔質表面上に共沈着させることによって、電池タブ連結構造は複合材中に埋め込まれる。エアロゾル化電極活物質又は流動化電極活物質と単層カーボンナノチューブの両方が１つの混合物中に存在していてもよく、或いは、共沈着させる前にこれらを互いに接触させなくてもよい。共沈着する方法及び装置は公知のものであってよく、例えば米国特許出願第１５／６６５，１７１号（２０１７年７月３１日出願、発明の名称「Ｓｅｌｆ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｔｈｅｒｅｏｆ」）及び米国特許出願第１５／６６５，１４２号（２０１７年７月３１日出願、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｎｄｅｒ ａｎｄ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ－Ｌｅｓｓ Ｓｅｌｆ－Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｆｏｒ Ｌｉ－Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｓ ａｎ Ａｄｄｉｔｉｖｅ」）が記載しているものが挙げられるが、これらに限定されない。これら米国特許出願は全てこの参照により本開示に含まれる。
本開示の自立電極は、その全体（複合材とそれに埋め込まれた電池タブ連結構造とを含む全体）の長さ、幅、及び厚さによって特徴付けられる。幾つかの実施形態において、電極の全厚は約１０μｍ～約５０００μｍ、例えば約２０μｍ～約３００μｍであり、或いはこの範囲内の整数値又はより狭い範囲内である。幾つかの実施形態において、電極の全厚は約２０μｍ～約１００μｍである。幾つかの実施形態において、電極の全厚は約２０μｍ～約７５μｍであり、約２０μｍ～約５０μｍであり、約２０μｍ～約４０μｍである。
本開示において、電池タブ連結構造の幅は自立電極の全幅の約１０％～約７５％である。幾つかの実施形態において、電池タブ連結構造の幅は電極全幅の約１０％～約５０％である。幾つかの実施形態において、電池タブ連結構造の幅は電極全幅の約１０％～約３０％である。幾つかの実施形態において、電池タブ連結構造の幅は電極全幅の約３％～約１０％である。
他の実施形態において、本開示は、バインダーも集電体も含まない自立電極の製造方法であって、該方法は、電極活物質をエアロゾル化又は流動化してエアロゾル化電極活物質又は流動化電極活物質を調製する工程と、エアロゾル化電極活物質又は流動化電極活物質とカーボンナノチューブとを、第１多孔質表面と該表面の上方に間隔を空けて配置された電池タブ連結構造とに共沈着させて、自立電極材料を形成する工程とを含み、自立電極材料はカーボンナノチューブの三次元網目構造中に電極活物質を含有する複合材であり、電池タブ連結構造は自立電極材料中に埋め込まれており、自立電極は所定の全長、全幅、及び全厚を有し、電池タブ連結構造の幅は自立電極の全幅の約１％～約１００％である、製造方法に関する。上述した自立電極の全ての態様は、この製造方法にも同じく有効であり、その逆も同様である。カーボンナノチューブは、単一の層、幾つかの層、又は複数の層からなるカーボンナノチューブであってよく、これらの組み合わせであってもよい。
幾つかの実施形態において、エアロゾル化電極活物質又は流動化電極活物質とカーボンナノチューブを、第１多孔質表面と該表面の上方に間隔を空けて配置された電池タブ連結構造とに共沈着させる工程では、エアロゾル化電極活物質又は流動化電極活物質とカーボンナノチューブとを、第１多孔質表面と該表面の上に間隔を空けて配置された電池タブ連結構造とに、同時に接触させる。この工程を行う前は、エアロゾル化電極活物質又は流動化電極活物質とカーボンナノチューブとは互いに接触しない。カーボンナノチューブを調製し、電極活物質をエアロゾル化又は流動化して、エアロゾル化電極活物質又は流動化電極活物質と単層カーボンナノチューブとを互いに接触させず、その後これらを同時に沈着させるために適当な方法及び装置は、当業者に公知のものであってよく、例えば米国特許出願第１５／６６５，１４２号（２０１７年７月３１日出願、代理人整理番号０３７１１０．００６８８、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｎｄｅｒ ａｎｄ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ－Ｌｅｓｓ Ｓｅｌｆ－Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｆｏｒ Ｌｉ－Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｓ ａｎ Ａｄｄｉｔｉｖｅ」）が記載しているものが挙げられるが、これらに限定されない。この米国特許出願は全てこの参照により本開示に含まれる。
幾つかの実施形態において、エアロゾル化電極活物質又は流動化電極活物質とカーボンナノチューブを、第１多孔質表面と該表面の上方に間隔を空けて配置された電池タブ連結構造とに共沈着させる工程では、キャリアガス中でエアロゾル化電極活物質の粉末をカーボンナノチューブに接触させて、エアロゾル化電極活物質粉末とカーボンナノチューブとの混合物を調製し、この混合物を第１多孔質表面と該表面の上方に間隔を空けて配置された電池タブ連結構造とに集め、キャリアガスを除去する。キャリアガス中でエアロゾル化電極活物質粉末をカーボンナノチューブに接触させ、エアロゾル化電極活物質粉末と単層カーボンナノチューブの混合物を調製するための適当な方法及び装置や、適当な多孔質表面、並びにキャリアガスを除去するための適当な方法及び装置は、当業者に公知のものであってよく、例えば米国特許出願第１５／６６５，１７１号（２０１７年７月３１日出願、代理人整理番号０３７１１０．００６８７、発明の名称「Ｓｅｌｆ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｔｈｅｒｅｏｆ」）が開示しているものが挙げられるが、これらに限定されない。この米国特許出願は全てこの参照により本開示に含まれる。
図１Ａ～図１Ｄは、本開示の幾つかの実施形態による、自立電極に電池タブを取り付ける方法の概要を示している。適当な手段によって、電池タブ連結構造１０１は、第１多孔質表面の上方に間隔を空けて配置される。この手段は当業者に公知のものであってよく、例えば、１つ以上のスペーサー１０３を第１多孔質表面１０２上に配置し、電池タブ連結構造１０１を該スペーサー１０３上に配置してもよいが、これに限定されない。好ましくは、電池タブ連結構造１０１の長さ方向の一部において、電池タブ連結構造１０１と第１多孔質表面１０２との間に縦間隔ｈが空くように、１つ以上のスペーサー１０３を第１多孔質表面１０２上に配置し、電池タブ連結構造１０１をスペーサー１０３上に配置する。これにより、電池タブ連結構造１０１の上下に（即ち、電池タブ連結構造１０１と第１多孔質表面１０２の両方の上と、電池タブ連結構造１０１の下に）、エアロゾル化電極活物質とカーボンナノチューブを共沈着させることができる。縦間隔ｈは、電池タブ連結構造１０１の厚さと比較して、いかなる大きさであってもよい。電池タブ連結構造１０１の厚さは任意でよく、例えば、約５μｍ～約２０００μｍ、約１０μｍ～約２９０μｍ、約１００μｍ～約１５μｍ、或いはこれら範囲内の整数値又はさらに狭い範囲内であってよい。タブ連結構造の幅及び厚さは、電極のサイズ及び該電極中の活物質の重量（従って、タブが移動させる必要のある電流）に応じて決定できる。タブ連結構造の導電性、タブに用いる材料、及びタブが移動させる必要のある電流に基づいて、タブ連結構造の最小の形状（特に断面積）を計算できる。複合材中に任意の深さまで電池タブ連結構造を埋め込んでもよい。幾つかの実施形態では、自立電極の全厚の半分程度の深さまで、電池タブ連結構造は埋め込まれる。
幾つかの実施形態において、２つのスペーサー１０３を使用してよい。適当なスペーサー材料としては、紙、セルロース、ポリマー材料等が挙げられるが、これらに限定されない。１つ以上のスペーサー１０３は、多孔質表面１０２及び／又は電池タブ連結構造１０１に対して、任意の寸法及び形状を有していてもよいが、共沈着後に自立電極材料を容易に分離するためには、１つ以上のスペーサー１０３の幅は、電池タブ連結構造よりも大きいことが好ましい。
共沈着は任意の時間にわたって行われてよい。特定の理論に結び付ける意図はないが、自立電極の全厚は１つ以上の要因によって決定され得る。この要因としては、共沈着の時間、エアロゾル化電極活物質若しくは流動化電極活物質及び／又は単層カーボンナノチューブの流量、エアロゾル化電極活物質若しくは流動化電極活物質及び／又は単層カーボンナノチューブの濃度、電池タブ連結構造の厚さ、縦間隔ｈの大きさ等が挙げられるが、これらに限定されない。幾つかの実施形態において、共沈着を約２０分間行うと、全厚が約３０μｍの自立電極が得られる。幾つかの実施形態において、共沈着を約２時間行うと、全厚が約１００μｍの自立電極が得られる。当業者は、これらの要因を調整し、所望の厚さ及び／又は他の特性（電荷、エネルギー量等）を有する自立電極を得ることができる。例えば、米国特許出願第１５／６６５，１７１号（２０１７年７月３１日出願、代理人整理番号０３７１１０．００６８７、発明の名称「Ｓｅｌｆ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｔｈｅｒｅｏｆ」）及び米国特許出願第１５／６６５，１４２号（２０１７年７月３１日出願、代理人整理番号０３７１１０．００６８８、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｎｄｅｒ ａｎｄ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ－Ｌｅｓｓ Ｓｅｌｆ－Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｆｏｒ Ｌｉ－Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｓ ａｎ Ａｄｄｉｔｉｖｅ」）が開示している方法及び装置を用いて、上記流量及び／又は濃度を変化させてよい。これら出願は全てこの参照により本開示に含まれる。
加えて、プレス処理によって自立電極の全厚を変えてもよい。プレス処理によって全厚を半分まで小さくしてもよい。例えば、全厚１００μｍの自立電極を、５０μｍの厚さまでプレス処理してよい。プレス処理によって複合材及び／又は電池タブ連結構造の密度を変更してもよい。当該技術分野で知られている、電極をプレス処理するための適当な方法及び装置としては、米国特許出願第１５／６６５，１７１号（２０１７年７月３１日出願、代理人整理番号０３７１１０．００６８７、発明の名称「Ｓｅｌｆ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｔｈｅｒｅｏｆ」）及び米国特許出願第１５／６６５，１４２号（２０１７年７月３１日出願、代理人整理番号０３７１１０．００６８８、発明の名称「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｎｄｅｒ ａｎｄ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ－Ｌｅｓｓ Ｓｅｌｆ－Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｆｏｒ Ｌｉ－Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｓ ａｎ Ａｄｄｉｔｉｖｅ」）が開示しているものが挙げられるが、これらに限定されない。当該出願は全てこの参照により本開示に含まれる。
実施例
形成過程において、幅及び厚さが小さい導電性の帯／ワイヤ／格子が、自立電極に埋め込まれる（図１Ａ～図１Ｄ）。この目的のため、金属片１０１が、（スペーサー１０３を用いて）フリット又はメッシュ１０２の上方に間隔ｈを開けて、配置される（図１Ａ～図１Ｂ）。金属片１０１は、アルミニウム又は銅の薄い帯、ワイヤ、又はメッシュであってよく、フリット又はメッシュ１０２は、電極活物質粉末とカーボンナノチューブ添加剤の混合物を同時に沈着させるための基板／フィルターとして機能する。非限定的な一例において、カーボンナノチューブ添加剤は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、又はこれらの混合物を含んでよい。帯又はワイヤ１０１の寸法は、電極サイズと比べて、大幅に小さくすることができる。混合物１０４を沈着させて電極フィルムを形成する間、金属帯、ワイヤ、又はメッシュ１０１の周囲、下方、上方に、及び／又は接触して、電極活物質及びカーボンナノチューブ添加剤が成長し、電極活物質とカーボンナノチューブ添加剤の混合物中に金属構造１０１が封入される（図１Ｃ～図１Ｄ）。フリット１０２は、方向１０５において、ガスフィルターとしても機能する。その後、ローラーミル又は他の方法によって、金属構造１０１を内部に有する電極フィルム１０６を所望の密度までプレス処理し、金属構造が埋め込まれた自立複合材電極を得る。金属構造１０１（箔、帯、ワイヤ、メッシュ、格子等）が電極１０６の外部に突出し、電気的タブ連結位置を形成していてもよい。溶接又は他の方法によってタブを連結してもよい。この方法の変形例では、埋め込まれた導電性構造は、それ自体が電極形成／沈着時に基板／フィルターとして機能する、金属メッシュ又は（例えば導電性ポリマーからなる）導電性の透過性膜であってよい。このような構造は、気相（例えばエアロゾル）から電極を成長させる際にも、液相（例えば混合物又は懸濁液）から沈着させる際にも使用できる。次に、上述したように、プレス処理によって導電性の基板／フィルターを材料中に埋め込む。図２Ａは、フリット上のアルミニウムメッシュ１０１の例を示している。図２Ｂは、図２Ａの物にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）と電極活物質の混合物を沈着させた例を示している。図２Ｃは自立電極中に埋め込まれたアルミニウムメッシュ１０１の例を示している。
本明細書では、本発明を好ましい実施形態と共に開示し、当業者による本発明の実施（装置又はシステムの製造、装置又はシステムの使用、及び方法の実施を含む）を可能にするために、例を挙げている。請求項によって規定される本発明の特許可能な範囲は、当業者が想到する他の例も含み得る。このような他の例も、その構造要素が請求項の文言との相違を有していない場合、又はその構造要素と請求項の文言との相違が僅かであり等価である場合は、請求項の範囲に含まれる。当業者は、上述した様々な実施形態の態様、並びに他の公知の均等物を、本願の原理に従って更なる実施形態及び技術を構築するために、組み合わせたり適合させたりすることが可能である。

Claims (14)

  1. 電極活物質と、三次元網目構造を有するカーボンナノチューブとの複合材よりなる自立電極材料と、前記自立電極材料に埋め込まれた電池タブ連結構造とを有し、バインダー及び集電体を含まない自立電極であって、
    前記電池タブ連結構造は、第１面と、前記第１面と反対側の第２面と、を有し、
    前記第１面及び前記第２面の各々の少なくとも一部は、前記自立電極材料に接触する、
    自立電極。
  2. 請求項１記載の自立電極において、
    前記電極活物質は、グラファイト、硬質炭素、ケイ素、酸化ケイ素、リチウム金属酸化物、及びリン酸鉄リチウムから選択される、
    自立電極。
  3. 請求項１記載の自立電極において、
    前記電池タブ連結構造は、金属を含む、
    自立電極。
  4. 請求項３記載の自立電極において、
    前記金属は、銅、アルミニウム、ニッケル、又はステンレス鋼である、
    自立電極。
  5. 請求項１記載の自立電極において、
    前記自立電極の全厚は、１０μｍ～５０００μｍである、
    自立電極。
  6. 請求項１記載の自立電極において、
    前記自立電極の全厚は、２０μｍ～１００μｍである、
    自立電極。
  7. 請求項１記載の自立電極において、
    前記電池タブ連結構造の幅は、前記自立電極の全幅の１０％～５０％である、
    自立電極。
  8. 請求項１記載の自立電極において、
    前記電池タブ連結構造の幅は、前記自立電極の全幅の１０％～３０％である、
    自立電極。
  9. 請求項１記載の自立電極において、
    前記電池タブ連結構造の幅は、前記自立電極の全幅の３％～１０％である、
    自立電極。
  10. 請求項１記載の自立電極において、
    前記電池タブ連結構造は、導電性炭素構造を有する、
    自立電極。
  11. 請求項１０記載の自立電極において、
    前記導電性炭素構造は、前記カーボンナノチューブ、グラフェン、炭素繊維、グラファイト、その他の導電性炭素同素体、これらの組み合わせ、又はこれらの複合材を含む、
    自立電極。
  12. 請求項１１記載の自立電極において、
    前記導電性炭素構造の前記カーボンナノチューブ及び／又は前記炭素繊維は、ナノチューブ糸（ｙａｒｎ、ｔｈｒｅａｄ）、ナノチューブ布、ナノチューブワイヤ、ナノチューブ紙、ナノチューブマット、ナノチューブシート、又はナノチューブフェルトの形態である、
    自立電極。
  13. 請求項１記載の自立電極において、
    前記自立電極は、所定の全長、全幅及び全厚を有し、前記電池タブ連結構造は、前記自立電極の幅の１％～５０％の幅を有する、
    自立電極。
  14. 請求項１記載の自立電極の製造方法であって、前記自立電極材料は、
    前記電極活物質をエアロゾル化又は流動化してエアロゾル化電極活物質又は流動化電極活物質を調製する工程と、
    前記エアロゾル化電極活物質又は前記流動化電極活物質を、前記カーボンナノチューブと共に第１多孔質表面の上に堆積させて、前記電池タブ連結構造が内部に埋め込まれた前記自立電極材料を形成する工程と、
    前記第１多孔質表面から前記自立電極材料を剥離させる工程と、により形成される、
    自立電極の製造方法。
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