[发明专利]可再充电电池和其制造方法

说明书

本发明涉及可再充电电池和其制造方法。一种可再充电电池，至少包含多孔基材(10)、第一电极层(11)、离子传导体层(13)和第二电极层(12)。所述多孔基材(10)包含导电性的骨架(1)。所述骨架(1)具有三维网络结构。在所述多孔基材(10)的内部的所述骨架(1)的至少一部分表面上，依次层叠有所述第一电极层(11)、所述离子传导体层(13)和所述第二电极层(12)。所述第一电极层(11)和所述第二电极层(12)具有相反的极性。

本非临时申请基于2017年12月27日向日本专利局提交的日本专利申请第2017-251798号，其全部内容通过引用被并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及可再充电电池和其制造方法。

背景技术

已经对具有三维(立体)电极结构的可再充电电池(所谓的“三维电池”)进行了研究。

图1是示出二维电极结构的概念图。

常规的可再充电电池具有二维(平面)电极结构。更具体地，这种电池具有彼此对置的平面正极201和平面负极202。

对于具有这种二维电极结构的可再充电电池，为了增加体积能量密度(即每单位体积可存储的电量)，需要增加电极的厚度而使得其它部件(如集电器)相对较薄。然而，认为电极越厚则输出越低。原因被认为是当电极厚时，在电极的厚度方向上移动的电荷载体的速度对输出的影响大。换句话说，在二维电极结构中，在体积能量密度与输出之间存在权衡。需要能够解决这种权衡的创新技术。

图2是示出三维电极结构的概念图。

Ferrari等公开了一种三维电池(S.Ferrari等，“制造3D可再充电锂微电池的最新进展(Latest advances in the manufacturing of 3D rechargeable lithiummicrobatteries)”，电源杂志(Journal of Power Sources)，第286卷，2015，第25-46页)。法拉利等公开的三维电池具有例如其中梳状正极301与梳状负极302啮合的结构。预期这种将正极和负极放置成彼此立体相邻的布置会增加每单位体积的反应面积(对置面积)并缩短电荷载体移动的距离。在这种三维电池中，预期会获得高体积能量密度和高输出两者。然而，Ferrari等公开的三维电池是微米级的。

发明内容

本公开内容的目的是提供一种能够是厘米级以上的三维电池。

在下文中，描述了根据本公开内容的技术结构和效果。应注意，根据本公开内容的作用机制的一部分是基于推断的。因此，权利要求的范围不应受作用机制是否正确的限制。

[1]根据本公开内容的可再充电电池至少包含多孔基材、第一电极层、离子传导体层和第二电极层。所述多孔基材包含导电性的骨架。所述骨架具有三维网络结构。在所述多孔基材的内部的所述骨架的至少一部分表面上，依次层叠有第一电极层、离子传导体层和第二电极层。第一电极层和第二电极层具有相反的极性。

骨架作为根据本公开内容的可再充电电池的电极结构的基础，具有三维网络结构。在所述骨架的表面上，依次层叠有第一电极层、离子传导体层和第二电极层。因此，认为第一电极层、离子传导体层和第二电极层中的每一个均具有三维网络结构。认为由于这些结构，第一电极层与第二电极层彼此立体相邻。换句话说，认为根据本公开内容的可再充电电池是三维电池。

所述骨架是导电的。此外，所述骨架能够起到第一电极层的集电器的作用。当所述骨架起到集电器的作用时，集电结构能够是简单的。具有简单的集电结构意味着除电极之外的部件为少量。预期除电极之外的部件为少量的可再充电电池具有大的用于电极占据的空间。

第一电极层和第二电极层由离子传导体层彼此分隔开。所述离子传导体层是负责第一电极层与第二电极层之间的离子传导的层。例如，离子传导体层可以包含固体电解质。例如，离子传导体层可以包含胶凝电解质。