[0001] 本实用新型涉及一种单极性电极和电池。

[0002] 已知在电池中使用在集电体的两面分别配置了具有同一极性的活性物质层的单极性电极。另外，在电池领域中，正在研究将通过电池的充放电从活性物质层产生的气体向电极或电池的外部排出的技术。

[0003] 例如专利文献1中公开了一种蓄电装置，其具有配置于活性物质层间的隔板层和配置于活性物质层与隔板层之间的粘接层，在活性物质层的表面形成有槽。另外，专利文献2中公开了一种方形电池和隔板沿着排列方向层叠而成的电池模块，其中，隔板在与方形电池相对的面具有槽。

[0004] 专利文献1：日本特开2022‑026679号公报

[0005] 专利文献2：日本特开2022‑092269号公报实用新型内容

[0006] 如上述专利文献1那样在活性物质层的表面设置了槽的情况下，虽然气体排出性良好，但是由于活性物质层的体积减少，因此电池的体积效率(单位体积的电池的能量密度)有可能降低。

[0007] 本实用新型鉴于上述实际情况而完成，其主要目的在于提供一种能够使电池中的气体排出性和能量密度良好的单极性电极。

[0008] 本实用新型的第1方式为一种单极性电极，其具有：集电体；和活性物质层，在所述单极性电极的厚度方向上分别配置于所述集电体的两面，从所述厚度方向俯视所述单极性电极时，所述集电体具有缺口部，所述缺口部具有：开口部；空间部，从所述开口部开始沿着相当于所述集电体的内部方向的第1方向延伸；和底部，相当于所述空间部的内侧端部，在将所述集电体在所述第1方向上的长度设为L1A、将所述缺口部在所述第1方向上的长度设为L1B的情况下，L1B相对于L1A的比例为0.5以上。

[0009] 本实用新型的第2方式为，在第1方式所述的单极性电极中，从所述厚度方向俯视所述单极性电极时，在将所述集电体在与所述第1方向正交的第2方向上的长度设为L2A、将所述缺口部在所述第2方向上的长度设为L2B的情况下，L2B相对于L2A的比例为0.02以上。

[0010] 本实用新型的第3方式为，在第1方式或第2方式所述的单极性电极中，从所述厚度方向俯视所述单极性电极时，所述第1方向与所述集电体的长边方向平行。

[0011] 本实用新型的第4方式为，在第1方式或第2方式所述的单极性电极中，从所述厚度方向俯视所述单极性电极时，所述第1方向与所述集电体的短边方向平行。

[0012] 本实用新型的第5方式为，在第1至4中任一方式所述的单极性电极中，所述集电体在与所述第1方向正交的第2方向上具有多个所述缺口部。

[0013] 本实用新型的第6方式为一种电池，其具有：第1单极性电极；第2单极性电极，具有与所述第1单极性电极相反的极性；和隔板，配置于所述第1单极性电极和所述第2单极性电极之间，其中，所述第1单极性电极和所述第2单极性电极中的至少一方为上述第1至5中任一方式所述的单极性电极。

[0014] 根据本实用新型，起到以下效果：能够提供一种能够使电池的气体排出性和能量密度良好的单极性电极。

[0021] 以下对本实用新型所涉及的单极性电极和电池进行详细说明。以下所示的各图是示意性地表示的图，为了容易理解，适当地夸张了各部的大小、形状。另外，在本说明书中，在表现相对于某个部件配置其他部件的方式时，在仅表述为“之上”或“之下”的情况下，如果没有特别说明，则包括以与某个部件相接的方式在正上方或正下方配置其他部件的情况和通过其他部件在某个部件的上方或下方配置其他部件的情况这两种情况。

[0022] 在此，将集电体中的缺口部以外的部分称为非缺口部。

[0023] 图1A和图1B以及图2A和图2B为说明本实用新型中的单极性电极的示意性侧视图和示意性俯视图。具体地，图1A和图2A为从缺口部的开口部侧观察单极性电极的示意性侧面图，图1B和图2B为从厚度方向观察单极性电极的示意性俯视图。另外，在图1B和图2B中省略了活性物质层。

[0024] 如图1A和图2A所示，单极性电极10具有集电体1和在厚度方向z上分别配置于集电体1的两面(P、Q)的活性物质层2。另外，如图1B和图2B所示，在从厚度方向z俯视单极性电极10的情况下，集电体1具有缺口部S。另外，缺口部S具有开口部Sa、从开口部Sa开始沿着相当于集电体1的内部方向的第1方向x延伸的空间部Sc、和相当于空间部Sc的内侧端部的底部Sb。另外，在将集电体1在第1方向x上的长度设为L1A、将缺口部S在第1方向x上的长度设为L1B的情况下，L1B相对于L1A的比例为0.5以上。

[0025] 根据本实用新型，由于集电体具有规定的缺口部，因此成为能够使电池中的气体排出性和能量密度良好的单极性电极。

[0026] 在本实用新型的单极性电极中，由于缺口部不设置于活性物质层而设置于集电体，因此能够维持活性物质层的量，能够实现使用了单极性电极的电池的体积效率良好。这里，如后述的对比例所示，在电极的中央部分等距电极的端部较远的部分，气体排出性有可能降低。与此相对，在本实用新型的单极性电极中，在第1方向上缺口部的长度相对于集电体的长度的比例为0.5以上，因此在电极的中央部分也设置有作为气体排出路径的缺口部。其结果是能够实现使用了单极性电极的电池的气体排出性良好。

[0027] 如图1B和图2B所示，在从厚度方向z俯视的情况下，本实用新型中的集电体1具有缺口部S，该缺口部S具有开口部Sa、沿第1方向x延伸的空间部Sc和底部Sb。在上述俯视下，第1方向x可以与集电体1的长边方向平行(图1B)，也可以与短边方向平行(图2B)。另外，本说明书中“平行”是指2个方向所成的角度为30°以下。

[0028] 在此，设集电体1在第1方向x上的长度为L1A，设缺口部S在第1方向x上的长度为L1B。L1B相对于L1A的比例(L1B/L1A)为0.5以上，可以为0.6以上，也可以为0.7以上。另一方面，L1B/L1A通常小于1.0，可以为0.9以下，也可以为0.8以下。这里，缺口部的长度能够视为空间部的从开口部到底部的长度。

[0029] 另外，在上述俯视下，将集电体1在与第1方向x正交的第2方向y上的长度设为L2A，将缺口部S在第2方向y上的长度设为L2B。这种情况下，L2B相对于L2A的比例(L2B/L2A)例如为0.02以上，可以为0.05以上，也可以为0.1以上。另一方面，L2B/L2A例如为0.5以下，可以为
0.4以下，也可以为0.3以下。

[0030] 如图1B所示，集电体1可以具有1个缺口部S。另一方面，如图2B所示，集电体1也可以在与第1方向x正交的第2方向y上具有多个缺口部(S1、S2、S3)。在集电体具有多个缺口部的情况下，缺口部的数量可以为3以上，也可以为5以上。在多个缺口部中，上述L1B/L1A和L2B/L2A可以分别相同，也可以不同。

[0031] 另外，在集电体具有多个缺口部的情况下，如图3所示，作为缺口部，也可以具有从开口部Sa朝向底部Sb的方向彼此相反的缺口部Sα和Sβ。

[0032] 如图1A和图2A所示，在厚度方向z上，缺口部S通常贯穿集电体1。另外，如图4A和图4B所示，在从厚度方向俯视单极性电极10的情况下，可以是缺口部S的全部并且非缺口部的全部(集电体1的全部)与活性物质层2重叠(图4A)，也可以是缺口部S的一部分并且非缺口部的一部分与活性物质层2重叠(图4B)。另外，虽然没有特别图示，但也可以是缺口部的全部与活性物质层重叠，并且非缺口部的一部分与活性物质层重叠。

[0033] 在上述俯视下，缺口部的面积相对于集电体的面积的比例没有特别限定，例如为0.1以上且0.5以下。另外，集电体具有多个缺口部的情况下，缺口部的面积是指多个缺口部的面积的合计。

[0034] 上述俯视下的缺口部的形状(缺口部的平面形状)没有特别限定，可以是矩形等四边形，也可以是半椭圆、圆形等。另外，集电体的平面形状典型地为四边形，但不限于此。

[0035] 这里，如图1A、图2A、图4A和图4B所示，通常在厚度方向上的缺口部之上、之下(缺口部的全部或一部分之上、之下)配置活性物质层。换言之，活性物质层通常不填充于集电体中的缺口部。因此，集电体中的缺口部能够视为连通单极性电极的内部与外部的孔。

[0036] 集电体的材料没有特别限定，能够是作为正极集电体或负极集电体使用的以往公知的材料。作为正极集电体的材料，例如能够列举出Al、SUS、Ni。作为负极集电体的材料，例如能够列举出Cu、SUS、Ni。集电体的厚度没有特别限定。

[0037] 如图1A和图2A所示，活性物质层2分别配置于厚度方向z上的集电体1的两面(P、Q)。在单极性电极中，2个活性物质层具有相同的极性。

[0038] 活性物质层至少含有活性物质。在活性物质层为正极活性物质层的情况下，活性物质为正极活性物质。作为正极活性物质，典型地能够列举出氧化物活性物质。作为氧化物活性物质，例如可列举出LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LiVO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等岩盐层状型活性物质、LiMn2O4、Li(Ni0.5Mn1.5)O4等尖晶石型活性物质、LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCuPO4等橄榄石型活性物质。

[0039] 活性物质层为负极活性物质层的情况下，活性物质为负极活性物质。作为负极活性物质，例如能够列举出碳活性物质、氧化物活性物质和金属活性物质。作为碳活性物质，例如能够列举出中间相碳微珠(MCMB)、高取向性石墨(HOPG)、硬碳和软碳等。作为氧化物活性物质，例如能够列举出Nb2O5、Li4Ti5O12和SiO。作为金属活性物质，例如能够列举出In、Al、Si和Sn。

[0040] 另外，活性物质层根据需要可以含有导电材料和粘结剂中的至少一种。作为导电材料，例如能够列举出碳材料、金属粒子、导电性聚合物。作为碳材料，例如可列举出乙炔黑(AB)和科琴黑(KB)等粒子状碳材料、碳纤维、碳纳米管(CNT)和碳纳米纤维(CNF)等纤维状碳材料。另外，作为粘结剂，例如可列举出聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE)等含氟粘结剂、丁二烯橡胶等橡胶系粘结剂和丙烯酸系粘结剂。

[0041] 本实用新型中的单极性电极可以是正极、也可以是负极。即，上述集电体可以是正极集电体，也可以是负极集电体。另外，上述活性物质层可以是正极活性物质层，也可以是负极活性物质层。

[0042] 本实用新型中的单极性电极例如能够通过以下的方法制造。首先，准备在第1方向具有短边方向且在与第1方向正交的第2方向具有长边方向的金属箔(集电体)。然后，例如使用刀具和激光对金属箔进行切断加工，得到具有上述缺口部的集电体。另外，在缺口部中插入调整为与集电体的厚度相同的厚度的嵌件。嵌件的表面优选进行了镀硬铬和DLC(Diamond‑LikeCarbon)涂层等表面加工。由于能够减弱与活性物质层的粘结，因此在后述的加压后拉拔嵌件时，活性物质层容易从嵌件剥离，能够抑制活性物质层产生欠缺。

[0043] 接下来，一边在第2方向上输送上述集电体，一边在集电体上涂布至少含有活性物质的混合材料，通过加压，形成上述活性物质层。之后，通过拉拔嵌件，能够得到在第1方向上具有短边方向且具有上述缺口部的单极性电极。另外，通过切断在第1方向上具有短边方向的单极性电极(在第2方向上具有长边方向的单极性电极)，能够得到在第1方向上具有长边方向的单极性电极。

[0044] 图5A和图5B为表示本实用新型所涉及的电池的例子的示意性侧视图。另外，图5A和图5B所示的电池是将多个单极性电极隔着隔板在厚度方向上层叠而成的层叠型电池。另外，图5A和图5B为从缺口部的开口部侧观察上述层叠型电池的示意侧面图。图5A和图5B所示的电池100具有第1单极性电极10A、极性与第1单极性电极10A相反的第2单极性电极10B、和配置于第1单极性电极10A和第2单极性电极10B之间的隔板20。另外，第1单极性电极10A和第2单极性电极10B分别具有分别配置于集电体(1A、1B)的两面的活性物质层(2A、2B)。例如，第1单极性电极10A为正极，第2单极性电极10B为负极。在本实用新型的电池中，第1单极性电极和第2单极性电极中的至少一方为上述单极性电极(具有缺口部的单极性电极)。可以如图5A所示，在电池100中，第1单极性电极10A和第2单极性电极10B双方是本实用新型中的上述单极性电极，也可以如图5B所示，仅第1单极性电极10A是本实用新型中的上述单极性电极。虽然没有特别图示，但也可以只有第2单极性电极10B为上述单极性电极。

[0045] 本实用新型中的电池由于第1单极性电极和第2单极性电极中的至少一方为上述单极性电极，因此成为气体排出性和能量密度良好的电池。

[0046] 第1单极性电极和第2单极性电极是具有彼此相反的极性的电极，是正极或负极。对于正极和负极，与上面的关于单极性电极的记载中的内容相同，因此此处省略相关记载。

[0047] 隔板是配置于第1单极性电极和第2单极性电极之间的构件。作为隔板的材料，没有特别限定，只要是多孔质膜即可，例如能够列举出聚乙烯(PE)等树脂。另外，隔板可以是单层结构，也可以是多层结构。隔板可以是树脂无纺布和玻璃纤维无纺布等无纺布。

[0048] 本实用新型中的电池可以是将第1单极性电极、隔板和第2单极性电极在厚度方向上层叠而成的层叠型电池，也可以是将第1单极性电极、隔板和第2单极性电极卷绕而成的卷绕型电池，优选前者。

[0049] 本实用新型中的电池典型地是含有液态电解质(电解液)作为电解质的液态电池。电解液含有非水溶剂和支持盐。作为非水溶剂，能够列举出碳酸酯类、醚类、酯类、腈类、砜类、内酯类等有机溶剂。作为支持盐，例如能够列举出LiPF6等锂盐。

[0050] 本实用新型中的电池典型地为锂离子二次电池。另外，作为电池的用途，例如可列举出混合动力车(HEV)、插电式混合动力车(PHEV)、电动汽车(BEV)、汽油汽车、柴油汽车等车辆的电源。特别优选用于混合动力车(HEV)、插电式混合动力车(PHEV)或电动汽车(BEV)的驱动用电源。另外，本实用新型中的电池可以用作车辆以外的移动体(例如轨道车、船舶、飞机)的电源，也可以用作信息处理装置等电气产品的电源。

[0051] 另外，本实用新型不限于上述实施方式。上述实施方式是例示，具有与本实用新型的技术方案记载的技术思想实质上相同的构成，起到同样的作用效果的任何方式，都属于本实用新型的技术范围。

[0052] 下面，对实施例和对比例进行说明。

[0053] 通过CAE(ComputerAidedEngineering)制作集电体不具有缺口部的单极性电极(对比例)和集电体具有缺口部的单极性电极(实施例)，对电极中气体的产生和气体的移动现象进行了仿真。仿真结果示于图6A和图6B，图6A为对比例的仿真结果，图6B为实施例的仿真结果。另外，实施例中的缺口部的尺寸设定为L1B/L1A＝0.5。

[0054] 如图6A所示，在未设置缺口部的情况下，在电极的中心部分气体密度成为最大，气体密度从电极的中心部分朝向端部降低。另一方面，如图6B所示，在设置了规定的缺口部的情况下，电极的中心部分的气体密度显著地降低，气体的密度分布发生了变化。另外，与对比例相比，气体密度的最大值也降低。

[0055] 这表示本实用新型中的单极性电极能够使电池中的气体排出性和能量密度良好。