DE10020413A1 - Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten bereit, die aufweist: ein Batteriegehäuse; ein Batterieelement, das in dem Batteriegehäuse untergebracht ist, wobei das Batterieelement Schichtungen aus einer Elektrode eines ersten Polaritätstyps, einer Elektrode eines zweiten Polaritätstyps und eines Separators aufweist, der zwischen der Elektrode des ersten Polaritätstyps und der Elektrode des zweiten Polaritätstyps sandwichartig angeordnet ist, wobei die Elektrode des ersten Polaritätstyps einen Kollektor des ersten Polaritätstyps aufweist, der mit mindestens einer Schicht aus einem aktiven Material der Elektrode des ersten Polaritätstyps versehen ist, außer auf einem ersten Seitengebiet, das sich entlang einer Seite des Kollektors des ersten Polaritätstyps erstreckt, und wobei die Elektrode des zweiten Polaritätstyps einen Kollektor des zweiten Polaritätstyps aufweist, der mit mindestens einer Schicht aus einem aktiven Material der Elektrode des zweiten Polaritätstyps versehen ist, außer auf einem zweiten Seitengebiet, das sich entlang einer Seite des Kollektors vom zweiten Polaritätstyp erstreckt, wobei das erste Seitengebiet des Kollektors vom ersten Polaritätstyp von der ersten Seitenkante des Separators hervorsteht und wobei das zweite Seitengebiet des Kollektors vom zweiten Polaritätstyp von der zweiten Seitenkante des Separators hervorsteht, so dass das Batterieelement einen Bodenabschnitt hat, der das erste ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sekundärbatterie, die einen nichtwässrigen Elektrolyten verwendet, und insbesondere eine Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten, die mit einer hohen Stromdichte geladen und entladen werden kann.

Eine Lithiumionen-Sekundärbatterie ist ein typischer Vertreter von Sekundärbatterien mit einem nichtwässrigen Elektrolyten. Die Lithiumionen-Sekundärbatterie verwendet eine negative Elektrode und eine positive Elektrode, wobei die negative Elektrode mit Lithium dotiert bzw. dedotiert sein kann und die positive Elek­ trode ein Übergangsmetalloxid enthalten kann. Die negative Elek­ trode ist aus einer Folie bzw. einem Blatt geformt. Die folien­ förmige, negative Elektrode weist einen Sammler bzw. Kollektor der negativen Folienelektrode auf, der mit einem aktiven Mate­ rial der negativen Elektrode versehen ist.

Die positive Elektrode ist aus einer Folie bzw. einem Blatt ge­ formt. Die folienförmige, positive Elektrode weist einen Kollek­ tor der positiven Folienelektrode auf, der mit einem aktiven Ma­ terial der positiven Elektrode versehen ist. Die Lithiumionen- Sekundärbatterie hat eine Schichtstruktur aus negativen und po­ sitiven Elektroden, die durch eine Trenneinrichtung bzw. einen Abstandshalter oder Separator getrennt sind. Die Schichtstruktur kann mit einem Packmaterial überzogen sein. In Alternative kann die Schichtstruktur gerollt bzw. eingerollt sein, um eine ge­ rollte Struktur mit zylindrischer Form auszubilden, die in einem Batteriegehäuse enthalten ist.

Die zuletzt erwähnte Struktur, die die zylindrisch geformte Rollstruktur hat, die in einem Batteriegehäuse enthalten ist, ist insbesondere in den Abdichteigenschaften überlegen bzw. von Vorteil. Die zylindrische Form ermöglicht eine gleichmäßige Bat­ teriereaktion über dem Ort der Schichtstruktur. Die Sekundärbat­ terie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten wird zum Erreichen eines großen Stromes verwendet. Die zylindrische Form ist für die Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten wich­ tig. Es wird erwartet, dass die zylindrisch geformte Sekundär­ batterie bzw. Rollsekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten als Großbatterie zum Antreiben eines elektrischen Autos oder eines Fahrrads mit elektrischem Hilfsantrieb verwen­ det werden wird.

Fig. 1 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die eine herkömm­ liche, zylindrisch geformte Sekundärbatterie mit einem geform­ ten, nichtwässrigen Elektrolyten erläutert.

Eine Batterie 51 hat ein Batteriegehäuse 52, in dem ein Bat­ terieelement 56 untergebracht ist, das eine gerollte Struktur aus Schichtungen von folienförmigen, negativen und positiven Elektroden 53 und 54 aufweist, die durch einen Separator 55 von­ einander getrennt sind, wobei die negative Elektrode 53 einen Sammler bzw. Kollektor der negativen Elektrode aufweist, der mit einem aktiven Material der negativen Elektrode versehen ist, während die positive Elektrode 54 einen Kollektor bzw. Sammler der positiven Elektrode aufweist, der mit einem aktiven Material der positiven Elektrode versehen ist. Der Separator 55 ist grö­ ßer bzw. weiter als die negative Elektrode 53 bzw. die positive Elektrode 54. Das Batteriegehäuse 52 hat eine zylindrische Form, um die zylindrisch geformte Rollstruktur aus den Schichtungen aufnehmen zu können. Die Schichtstruktur ist um eine Zentra­ lachse des Zylinders herum eingerollt. Eine Weitenrichtung des Separators 55 und der negativen und positiven Elektroden 53 bzw. 54 entspricht der Richtung der Zentralachse des Zylinders. Der Separator 55 ist derart größer bzw. weiter als die negativen und positiven Elektroden 53 und 54, dass die gegenüberliegenden Sei­ ten des zylindrisch geformten Batterieelements 56 Seitenab­ schnitte des Separators 55 aufweisen, wobei die Seitenabschnitte des Separators 55 von den Seitenabschnitten der negativen und positiven Elektroden 53 bzw. 54 hervorstehen. Das Batteriege­ häuse 52 kann als Negativ-Elektrodenanschluss dienen. In diesem Fall ist die folienförmige, negative Elektrode mit einem strei­ fenförmigen, negativen Elektrodenanschluss 57 angebracht. Dieser streifenförmige, Negativ-Elektrodenanschluss 57 ist an einer In­ nenwand des Batteriegehäuses 52 angeschweißt. Ein Positiv-Elek­ trodenanschluss 58 ist an einem Batteriekopf 59 angebracht. Der Batteriekopf 59 dient als Positiv-Elektrodenanschluss. Der Bat­ teriekopf 59 hat ein Druckfreigabeventil, das einen internen Druck der Batterie freigibt bzw. absenkt, wenn der interne Druck zu stark ansteigt.

In der oben erwähnten Batterie sind die streifenförmigen Elek­ trodenanschlüsse an den Kollektoren angebracht. Wenn ein großer Strom der Batterie entzogen wird, ist eine Stromverteilung zwi­ schen einer Stelle oder Position benachbart zu einer Anbrin­ gungsposition des Elektrodenanschlusses und einer Stelle, die weit von dem Elektrodenanschluss entfernt ist, unterschiedlich. In der japanischen, offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 7-192717 wird offenbart, dass zum Lösen des vorstehenden Pro­ blems ein Elektrodenanschluss verwendet wird, der eine große Querschnittsfläche hat. Es wird auch offenbart, dass eine große Anzahl der Elektrodenanschlüsse angebracht ist, wodurch ein An­ bringungsabschnitt des Elektrodenanschlusses dick bzw. vergrös­ sert wird, was einen ungleichmäßigen Abstand zwischen der posi­ tiven Elektrode und der negativen Elektrode in der Form der Rollstruktur ergibt. Dies erzeugt einen negativen Einfluss auf die Eigenschaften der Batterie.

In der japanischen, offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 6-36756 wird offenbart, dass zum Zwecke einer gleichmäßigen Stromentnahme über den Stellen der gerollten Struktur eine Nickel-Cadmium-Batterie eines gesinterten Typs vorgesehen ist, in der eine große Anzahl von plattenförmigen Kollektoren mit einer Dichtungskappe verbunden ist, die in dem Batteriegehäuse vorgesehen ist, und in der eine Metallfeder für den Kontakt mit der Dichtungskappe der Kollektoren und zum Ausbilden eines Lei­ tungswegs zwischen der Dichtungskappe und den Kollektoren vor­ gesehen ist.

In der japanischen, offengelegten Gebrauchsmusterveröffentli­ chung Nr. 5-45898 ist es offenbart, dass ein Metallschaum ver­ wendet wird, um einen stromaufgeteilten Weg auszubilden.

Die Ausbildung des stromverteilten Weges bewirkt einen Redukti­ onseffekt des IR-Verlustes, wenn mit dem Fall verglichen wird, bei dem nur die Elektrodenanschlüsse vorgesehen sind, aber die­ ser Effekt ist nicht so unterschiedlich zu dem Effekt, bei dem eine große Anzahl von Elektrodenanschlüssen vorgesehen ist. Wenn diese Technik auf eine Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyt angewendet wird, können Probleme bezüglich eines mög­ lichen Brechens des Verbindungsteils der Elektrodenanschlüsse aufgrund von Vibrationen der Batterie auftreten.

Um die Elektrodenanschlüsse mit dem Positiv-Elektrodenkollektor und dem Negativ-Elektrodenkollektor verbinden zu können, ist es notwendig, dass ein aktives Material der positiven Elektrode und ein aktives Material der negativen Elektrode an den Positiv- Elektrodenkollektor bzw. den Negativ-Elektrodenkollektor ange­ legt werden, bevor die Metallstreifen durch ein Schweißverfahren mit den von aktivem Material befreiten Flächen der Verbindungs­ teile der Elektrodenanschlüsse verbunden werden. Um den IR-Ver­ lust reduzieren zu können, wird eine große Anzahl von Elektro­ denanschlüssen gesteckt, was eine lange Zeit zum Verbinden der Elektrodenanschlüsse benötigt. Dies bedeutet, dass die Herstel­ lungsverfahren aufwendig sind.

In der japanischen, offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 9-306465 ist eine Nickel-Wasserstoff-Sekundärbatterie offenbart, die ein Sekundärbatterieelement vom gewickelten Typ verwendet, in der die Anzahl der Verbindungsteile pro Windung oder Rolllage der Elektrodenplatten, die mit dem Kollektoranschluss verbunden sind, von einer am weitesten innen liegenden Position zu einer am weitesten außen liegenden Position ansteigt, um die Gleich­ mässigkeit der Stromentnahme von dem gerollten Körper zu verbes­ sern. Es ist jedoch notwendig, dass die Elektrodenplatten durch ein Schweißverfahren mit dem Kollektoranschluss verbunden sind. Dieser Bondvorgang verlängert die notwendige Zeit für die Her­ stellung der Batterie.

Unter den vorstehenden Umständen war es erforderlich, eine neu­ artige, Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten zu entwickeln, die frei von dem vorstehenden Problem ist.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten bereitzustellen, die frei von den oben stehenden Problemen ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten bereitzustellen, die einen IR-Verlust bzw. einen ohmschen Ver­ lust auch in einem hocheffektiven Entladevorgang reduzieren kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten bereitzustellen, die verhindert, dass eine leitende Verbindung zwischen einem Batterieelement und einem Batteriegehäuse auf­ grund von Schwingungen bzw. Vibrationen der Batterie bricht.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elek­ trolyten bereitzustellen, die eine hohe Zuverlässigkeit hat.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigem Elek­ trolyten bereitzustellen, die einen vereinfachten Herstellungs­ vorgang ermöglicht.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elek­ trolyten bereitzustellen, die ein Verkürzen der notwendigen Zeit für die Herstellungsvorgänge ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten bereit, die aufweist: ein Batterie­ gehäuse, ein Batterieelement, das in dem Batteriegehäuse unter­ gebracht ist, wobei das Batterieelement Schichtungen aus einer Elektrode eines ersten Polaritätstyps, einer Elektrode eines zweiten Polaritätstyps und eines Separators aufweist, der zwi­ schen der Elektrode des ersten Polaritätstyps und der Elektrode des zweiten Polaritätstyps sandwichartig angeordnet ist, wobei die Elektrode des ersten Polaritätstyps einen Kollektor des er­ sten Polaritätstyps aufweist, der mit mindestens einer Schicht mit einem aktiven Material der Elektrode vom ersten Polarität­ styp außer für ein erstes Seitengebiet versehen ist, das sich entlang einer Seite des Kollektors des ersten Polaritätstyps er­ streckt, und wobei die Elektrode vom zweiten Polaritätstyp einen Kollektor vom zweiten Polaritätstyp aufweist, der mit mindestens einer Schicht aus aktivem Material der Elektrode des zweiten Po­ laritätstyps außer für ein zweites Seitengebiet versehen ist, das sich entlang einer Seite des Kollektors vom zweiten Polari­ tätstyp erstreckt, wobei das erste Seitengebiet des Kollektors vom ersten Polaritätstyp von einer ersten Seitenkante des Sepa­ rators hervorsteht und wobei das zweite Seitengebiet des Kollek­ tors vom zweiten Polaritätstyp von einer zweiten Seitenkante des Separators hervorsteht, so dass das Batterieelement einen Bode­ nabschnitt bzw. unteren Abschnitt hat, der das erste Seitenge­ biet des Kollektors vom ersten Polaritätstyp aufweist, und einen oberen Abschnitt hat, der das zweite Seitengebiet des Kollektors vom zweiten Polaritätstyp aufweist, ein leitendes, elastisches Bodenmaterial auf bzw. an einem Boden des Batteriegehäuses, wo­ bei das leitende, elastische Bodenmaterial in Kontakt mit einem im wesentlichen gesamten Teil des Bodenabschnitts des Batteriee­ lements ist, und ein oberseitiges, leitendes, elastisches Mate­ rial an einer Oberseite des Batteriegehäuses, wobei das obersei­ tige, leitende, elastische Material in Kontakt mit einem im we­ sentlichen gesamten Teil des oberseitigen Abschnitts des Bat­ terieelements ist.

Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus den nachfolgenden Be­ schreibungen ersichtlich.

Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Detail mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen nachfolgend beschrieben.

Fig. 1 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die eine her­ kömmliche Sekundärbatterie mit einem zylindrisch geform­ ten, nichtwässrigen Elektrolyten erläutert;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine neuartige Sekun­ därbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten in einer bevorzugten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3A ist eine Ansicht, die eine positive Elektrode der Bat­ terie der Fig. 2 zeigt;

Fig. 3B ist eine Ansicht, die eine negative Elektrode der Bat­ terie der Fig. 2 zeigt;

Fig. 4 ist eine erläuternde Ansicht einer Querschnittsstruktur der Batterie der Fig. 2; und

Fig. 5 ist ein Kurvenverlauf, der Änderungen eines zulässigen Stromes in Abhängigkeit von einer Kontaktfläche in Fäl­ len verschiedener Materialien, z. B. Aluminium, Nickel und rostfreiem Material bzw. Stahl, der neuartigen Bat­ terie zeigt.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt bereit, die aufweist: ein Batteriege­ häuse, ein Batterieelement, das in dem Batteriegehäuse unterge­ bracht ist, wobei das Batterieelement Schichtungen aus einer Elektrode eines ersten Polaritätstyps, einer Elektrode eines zweiten Polaritätstyps und eines Separators aufweist, der sand­ wichartig zwischen der Elektrode des ersten Polaritätstyps und der Elektrode des zweiten Polaritätstyps angeordnet ist, wobei die Elektrode des ersten Polaritätstyps einen Kollektor des er­ sten Polaritätstyps aufweist, der mit mindestens einer Schicht eines aktiven Materials der Elektrode des ersten Polaritätstyps außer auf einem ersten Seitengebiet versehen ist, das sich ent­ lang einer Seite des Kollektors des ersten Polaritätstyps er­ streckt, und wobei die Elektrode des zweiten Polaritätstyps einen Kollektor des zweiten Polaritätstyps aufweist, der mit mindestens einer Schicht aus einem aktiven Material der Elektro­ de des zweiten Polaritätstyps außer auf einem zweiten Seitenge­ biet versehen ist, das sich entlang einer Seite des Kollektors des zweiten Polaritätstyps erstreckt, wobei das erste Seitenge­ biet des Kollektors vom ersten Polaritätstyps von einer ersten Seitenkante des Separators hervorsteht und wobei das zweite Sei­ tengebiet des Kollektors vom zweiten Polaritätstyp von einer zweiten Seitenkante des Separators hervorsteht, so dass das Bat­ terieelement einen Bodenabschnitt hat, der das erste Seitenge­ biet des Kollektors vom ersten Polaritätstyp aufweist, und einen oberseitigen Abschnitt hat, der das zweite Seitengebiet des Kol­ lektors vom zweiten Polaritätstyp aufweist; ein leitendes, ela­ stisches Bodenmaterial an einem Boden des Batteriegehäuses, wo­ bei das leitende, elastische Bodenmaterial in Kontakt mit einem im wesentlichen gesamten Teil des Bodenabschnitts des Batteriee­ lements ist, und ein oberseitiges, leitendes, elastisches Mate­ rial an einer Oberseite des Batteriegehäuses, wobei das obersei­ tige, leitende, elastische Material in Kontakt mit einem im we­ sentlichen gesamten Teil des oberen bzw. oberseitigen Abschnitts des Batterieelements ist.

Es wird bevorzugt, dass weiterhin ein Kollektor über dem Bat­ terieelement vorhanden ist und dass der Kollektor Vorsprünge hat, die in das oberseitige, leitende, elastische Material ein­ treten, um eine elektrische Verbindung zwischen dem oberseiti­ gen, leitenden elastischen Material und einem Batteriekopf auszubilden.

Es wird bevorzugt, dass weiterhin ein Federteil in Kontakt mit dem Kollektor ist, um den Kollektor zu dem Batterieelement hin­ zudrücken.

Es wird bevorzugt, dass das oberseitige, leitende, elastische Material und auch das leitende, elastische Bodenmaterial ein Fa­ sermaterial aufweisen, das aus Metall besteht.

Es wird bevorzugt, dass sowohl das oberseitige, leitende, ela­ stische Material als auch das leitende, elastische Bodenmaterial ein Fasermaterial mit einer Metalloberfläche aufweisen.

Es wird bevorzugt, dass sowohl das oberseitige, leitende, ela­ stische Material als auch das leitende, elastische Bodenmaterial ein Material mit Netzwerkstruktur aufweisen, das aus Metall be­ steht.

Es wird bevorzugt, dass sowohl das oberseitige, leitende, ela­ stische Material als auch das leitende, elastische Bodenmaterial ein Material mit Netzwerkstruktur mit einer Metalloberfläche aufweisen.

Es wird bevorzugt, dass sowohl das oberseitige, leitende, ela­ stische Material als auch das leitende, elastische Bodenmaterial ein expandiertes bzw. geschäumtes Metall bzw. Material auf­ weisen, das aus Metall besteht.

Es wird bevorzugt, dass sowohl das oberseitige, leitende, ela­ stische Material als auch das leitende, elastische Bodenmaterial ein expandiertes bzw. aufgeschäumtes Metall mit einer Metall­ oberfläche aufweisen.

Es wird bevorzugt, dass die Schicht aus aktivem Material der Elektrode vom zweiten Polaritätstyp eine geringere Abmessung bzw. Weite als die Schicht mit aktivem Material der Elektrode des zweiten Polaritätstyps hat und dass eine Kante der Schicht aus aktivem Material der Elektrode des zweiten Polaritätstyps nicht zu einer Kante der Schicht aus aktivem Material der Elek­ trode vom ersten Polaritätstyp ausgerichtet ist.

Eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine neuartige Sekun­ därbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten in einer be­ vorzugten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegen­ den Erfindung zeigt. Eine neuartige Sekundärbatterie 1 mit nichtwässrigem Elektrolyt umfasst eine Batteriedose 2, in der ein Batterieelement 4 untergebracht ist. Die Batteriedose 2 hat einen Boden 6, der einen leitenden, elastischen Bodenkörper 3 hat. Das Batterieelement 4 ist auf dem leitenden, elastischen Bodenkörper 3 gelagert bzw. wird von diesem getragen. Die Bat­ teriedose 2 dient als ein Batteriegehäuse. Die Batteriedose 2 hat eine zylindrische Form. Das Batterieelement 4 hat auch eine zylindrische Form. Das Batterieelement 4 umfasst Schichtungen aus einem Positiv-Elektrodenkollektor, einem Negativ-Elektroden­ kollektor und einem Separator, der zwischen diesen sandwichartig angeordnet ist, wobei die Schichtungen in der Form eines Zylin­ ders gewickelt sind. Eine Weitenrichtung des Positiv-Elektroden­ kollektors und des Negativ-Elektrodenkollektors und des Separa­ tors ist parallel zu einer Richtung der Achse des Zylinders des Batterieelements 4. Der Positiv-Elektrodenkollektor hat einen vorstehenden Abschnitt 7 des Positv-Elektrodenkollektors, der nach oben von der Seitenkante des Separators hervorsteht. Der Negativ-Elektrodenkollektor hat einen vorstehenden Abschnitt 5 des Negativ-Elektrodenkollektors, der nach unten von der Seiten­ kante des Separators hervorsteht. Der hervorstehende Teil 5 des Kollektors der negativen Elektrode ist direkt mit dem leitenden, elastischen Bodenkörper 3 derart kontaktiert, dass der leitende, elastische Bodenkörper 3 eine leitende Verbindung zwischen dem Boden 6 der Batteriedose 2 und dem vorstehenden Teil 5 des Kol­ lektors der negativen Elektrode des Batterieelements 4 ausbil­ det. Ein oberseitiger, leitender, elastischer Körper 8 ist an dem hervorstehenden Teil 7 des Positiv-Elektrodenkollektors des Batterieelements 4 vorgesehen. Der oberseitige, leitende, ela­ stische Körper 8 ist in direktem Kontakt mit dem vorstehenden Teil 7 des Positiv-Elektrodenkollektors des Batterieelements, um eine leitende Verbindung zwischen ihnen herzustellen. Ein Kol­ lektor 9 ist über dem oberseitigen, leitenden, elastischen Kör­ per 8 vorgesehen. Der Kollektor 9 hat vorstehende Abschnitte 10, die in den oberseitigen, leitenden, elastischen Körper 8 derart eingreifen, dass die vorstehenden Abschnitte 10 leitende Verbin­ dungen zwischen dem Kollektor 9 und dem oberen, leitenden, ela­ stischen Körper 8 ausbilden. Der Kollektor 9 ist auch mit einer Spitze bzw. einem Ansatz 11 versehen, der mit einem Elektroden­ kopf 12 verbunden ist, der auch als externer Verbindungsan­ schluss dient.

Der Kollektor 9 kann bevorzugt aus dem gleichen Material wie der oberseitige, leitende, elastische Körper 8 ausgebildet sein. Die vorstehenden Abschnitte 10 können bevorzugt eine spitz zulaufen­ de Oberseite haben, damit die vorstehenden Abschnitte 10 leicht in den oberseitigen, leitenden, elastischen Körper 8 eintreten bzw. eindringen können. Es wird bevorzugt, dass die vorstehenden Abschnitte 10 gleichmäßig über die gesamte Fläche bzw. Oberflä­ che des oberseitigen, leitenden, elastischen Körpers 8 derart verteilt sind, dass eine Verteilungsdichte der vorstehenden Ab­ schnitte 10 über die gesamte Oberfläche des oberseitigen, lei­ tenden, elastischen Körpers 8 gleichmäßig ist. Es ist erforder­ lich, dass die Höhe der vorstehenden Abschnitte 10 kleiner als eine Dicke des oberseitigen, leitenden, elastischen Körpers 8 ist, wenn dieser zusammengepresst ist.

Eine Feder 13 ist über dem Kollektor 9 vorgesehen. Eine Isolati­ onskappe 14 ist vorgesehen, die mit einem Anschluss eines Endes der Feder 13 verbunden ist. Die Isolationskappe 14 ist durch einen gestuften Abschnitt 15 bzw. Anschlag befestigt, der in der Batteriedose 2 vorgesehen ist.

Das eine Ende der Feder 13 ist durch die Isolationskappe 14 be­ festigt. Das Batterieelement 4 wird durch die Federwirkung der­ art zusammengedrückt, dass der leitende Kontakt des Batterieele­ ments 4 mit dem leitenden, elastischen Bodenkörper 3 und dem oberseitigen, leitenden, elastischen Körper 8 sichergestellt ist. Die Feder 13 kann eine Schraubenfeder oder eine Blattfeder sein.

Die vorstehenden Abschnitte 10 des Kollektors 9 greifen in den oberen, leitenden, elastischen Körper 8 ein. Die vorstehenden Abschnitte 10 dienen als leitende Kontakte zwischen dem oberen, leitenden, elastischen Körper 8 und dem Kollektor 9. Der Ansatz 11, der an dem Kollektor 9 vorgesehen ist, ist mit einem Elek­ trodenkopf 12 verbunden, der auch als externer Verbindungsan­ schluss dient.

Im Ergebnis wird eine leitende Verbindung zwischen dem gesamten, hervorstehenden Teil 5 des Kollektors der negativen Elektrode und dem leitenden, elastischen Bodenkörper 3 ausgebildet. Eine leitende Verbindung wird zwischen dem gesamten, vorstehenden Teil 7 des Kollektors der positiven Elektrode und dem oberen, leitenden, elastischen Körper 8 ausgebildet. Dies bedeutet, dass eine kurze, leitende Verbindung mit einem kleinen bzw. kurzen Abstand zwischen dem gesamten Reaktionsabschnitt des Batteriee­ lements mit dem leitenden Verbindungsglied ausgebildet wird, wo­ durch ein hocheffizienter Stromfluss zwischen dem Batterieele­ ment und dem reaktiven Batterieabschnitt ermöglicht wird.

Das Batterieelement wird durch die elastischen Kräfte des lei­ tenden, elastischen Bodenkörpers 3, des oberseitigen, leitenden, elastischen Körpers 8 und der Feder 13 derart gehalten, dass verhindert wird, dass die leitenden Verbindungsabschnitte auf­ grund einer von außen anliegenden Schwingung brechen und dass auch das aktive Material von den Oberflächen des Positiv-Elek­ trodenkollektors und des Negativ-Elektrodenkollektors entfernt wird.

Der leitende, elastische Körper, der in dieser Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten verwendet wird, kann ein Material mit einer Elastizität und einer elektrischen Leitfähig­ keit aufweisen, z. B. ein Metall mit einer Elastizität und ein elastisches Material mit einer Metalloberfläche, z. B. Fasern, die aus einem Metall hergestellt sind, oder Fasern mit einer Me­ talloberfläche, die als Metallwolle bezeichnet werden, ein ex­ pandiertes bzw. aufgeschäumtes Metall, das aus einem Metall her­ gestellt ist, oder ein aufgeschäumtes Metall mit einer Metall­ oberfläche, eine Netzwerkstruktur, die aus einem Metall besteht, eine Netzwerkstruktur mit Metalloberfläche, ein Federglied, das aus Metall hergestellt ist, oder ein Federglied mit Metallober­ fläche, synthetische Fasern mit Metalloberfläche, natürlichen Fasern mit Metalloberfläche oder ein Material, das durch Einbet­ ten bzw. Vergraben von Fasern mit Metalloberfläche hergestellt ist.

Die Querschnittsform dieses Glieds kann kreisförmig, rechteckig, polygonartig, z. B. hexagonal oder oktagonal, sein. Teile mit einem polygonförmigen Querschnitt haben größere Kontaktflächen als Teile mit einem kreisförmigen Querschnitt, wodurch die Teile mit polygonförmigem Querschnitt einen verbesserten leitenden Kontakt haben.

Der leitende, elastische Körper kann die vorgenannten Fasern aufweisen, die einen kleineren Durchmesser haben, um innere Räu­ me des Fasernetzwerks bzw. der Faservernetzung derart auszubil­ den, dass die inneren Räume eine elektrolytische Lösung aufneh­ men können, um eine Reduktion der elektrolytischen Lösung auf­ grund einer Zersetzung der elektrolytischen Lösung durch eine Entladung der Batterie über längere Zeit zu unterdrücken.

Der leitende, elastische Körper in Kontakt mit dem Kollektor der positiven Elektrode kann bevorzugt aus hochleitenden Materialien bestehen, die keine Elution bzw. Zersetzung oder Abgabe bei einem Potential der positiven Elektrode haben, z. B. aus Alu­ minium und Titan. Der leitende, elastische Körper in Kontakt mit dem Kollektor der negativen Elektrode kann vorzugsweise aus einem hochstabilen Material hergestellt sein, z. B. einem rost­ freien Material bzw. rostfreiem Stahl und Nickel.

Die Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyt kann wie folgt hergestellt werden. Schichtungen aus folienförmigen, positiven und negativen Elektroden und eine Trennfolie bzw. ein folienförmiger Separator, der zwischen diesen sandwichartig an­ geordnet ist, werden gewickelt, um ein Batterieelement mit zy­ lindrischer Form auszubilden, das ein Ende hat, an dem der Posi­ tiv-Elektrodenkollektor hervorsteht, und das ein weiteres Ende hat, an dem der Negativ-Elektrodenkollektor hervorsteht.

Das leitende, elastische Bodenmaterial wird auf einem Boden der Batteriedose angeordnet.

Das Batterieelement wird auf dem leitenden, elastischen Körper in der Batteriedose angeordnet.

Der oberseitige, leitende, elastische Körper wird an der Ober­ seite des Batterieelements angeordnet und eine elektrolytische Lösung wird auch eingespeist.

Der Kollektor mit dem Ansatz wird auf dem oberen, leitenden, elastischen Körper angeordnet und weiterhin wird die Isolations­ kappe mit der Feder angeordnet.

Die Oberseite der Batterie kann einem vertiefungsbildenden Vor­ gang unterzogen werden, um einen abgestuften Abschnitt an einer Innenwand der Batterie derart auszubilden, dass die Isolations­ kappe befestigt wird.

Der Ansatz, der an dem Kollektor vorgesehen ist, wird an dem Batteriekopf angebracht bzw. angebondet.

Der Batteriekopf wird mit einem Dichtring bzw. einer Dichtung abgedichtet, um die Batterie abzudichten bzw. zu versiegeln.

Fig. 3A ist eine ebene Ansicht einer positiven Elektrode der Batterie von Fig. 2. Eine positive Elektrode 21 weist einen streifenförmigen Positiv-Elektrodenkollektor 22 auf, z. B. ein Aluminiumband bzw. eine Aluminiumfolie. Eine Schicht 23 aus ak­ tivem Material der positiven Elektrode ist teilweise an dem Po­ sitiv-Elektrodenkollektor 22, außer über einem Seitengebiet 24 entlang einer Seite des Positiv-Elektrodenkollektors 22 ausge­ bildet. Die Schicht 23 aus aktivem Material der positiven Elek­ trode kann durch Anmischen eines leitenden Materials mit einem Lithiumübergangsmetallkomplexoxid hergestellt werden.

Fig. 3B ist eine ebene Ansicht einer negativen Elektrode der Batterie der Fig. 2. Die negative Elektrode 25 umfasst einen streifenförmigen Negativ-Elektrodenkollektor 26, z. B. ein Alu­ miniumband bzw. eine Aluminiumfolie. Eine Schicht 27 aus aktivem Material der negativen Elektrode ist teilweise an dem Negativ- Elektrodenkollektor 26, außer über einem Seitengebiet 28 entlang einer Seite des Kollektors 26 der negativen Elektrode, ausgebil­ det. Die Schicht 27 aus aktivem Material der negativen Elektrode kann aus einem Material wie zum Beispiel Kohlenstoffmaterial be­ stehen, das zur Dotierung bzw. Dedotierung von Lithiumionen in der Lage ist.

Ein Teil des Seitengebiets 24 des Positiv-Elektrodenkollektors 22 kann von der Kante des Separators hervorstehen. Ein Teil des Seitengebiets 28 des Negativ-Elektrodenkollektors 26 kann von der Kante des Separators hervorstehen.

Fig. 4 ist eine Ansicht, die eine Querschnittsstruktur der Bat­ terie von Fig. 2 zeigt. Ein Teil des Seitengebiets 24 des Posi­ tiv-Elektrodenkollektors 22 der positiven Elektrode 21 steht von der Kante des Separators 29 hervor. Ein Teil des Seitengebiets 28 des Negativ-Elektrodenkollektors 26 der negativen Elektrode 25 steht von der Kante des Separators 29 hervor.

Die Schicht 23 mit aktivem Material der positiven Elektrode ist unterschiedlich in der Ausdehnung bzw. Weite gegenüber der Schicht 27 mit aktivem Material der negativen Elektrode. Die Kante der Schicht 23 mit aktivem Material der positiven Elektro­ de ist nicht zu der Kante der Schicht 27 aus aktivem Material der negativen Elektrode ausgerichtet. Die Kante der Schicht 23 aus aktivem Material der positiven Elektrode ist bevorzugt in­ nerhalb der Schicht 27 mit aktivem Material der negativen Elek­ trode mit Hinsicht auf Sicherheit angeordnet.

Die hervorstehenden Abschnitte des Positiv-Elektrodenkollektors und des Negativ-Elektrodenkollektors von den Kanten des Separa­ tors sind vorzugsweise direkt in Kontakt mit dem leitenden, ela­ stischen Material für den Eingang und Ausgang von Strom, wenn die Batterie montiert wird. Wenn das Batterieelement in die Bat­ teriedose eingesetzt wird, ist es erforderlich, zu verhindern, dass die hervorstehenden Abschnitte des Kollektors in Kontakt miteinander gebracht werden, aber die hervorstehenden Abschnitte des Kollektors werden direkt in Kontakt mit dem leitenden, ela­ stischen Körper gebracht. Für diesen Zweck wird es bevorzugt, die Größe der hervorstehenden Abschnitte von der Kante des Kol­ lektors unter Berücksichtigung der Festigkeit der Kantenoberflä­ che des zylindrisch geformten Batterieelements und der Starrheit des Separators auszulegen bzw. einzustellen. Z. B. kann die Ab­ messung der vorstehenden Abschnitte des Positiv-Elektrodenkol­ lektors und des Negativ-Elektrodenkollektors gleich der Dicke oder kleiner als die Dicke des Separators sein.

Wenn die Windungsanzahl oder Rollwindungsanzahl klein ist, ist die Festigkeit gegenüber dem Druck klein, der auf die Kante ein­ wirkt. Es wird deshalb bevorzugt, dass die Rollwindungs- oder Windungsanzahl nicht kleiner als 16 ist und dass ein Durchmesser der Rollstruktur oder des zylindrisch geformten Batterieelements nicht kleiner als 18 Millimeter ist.

Wenn der vom Boden hervorstehende Abschnitt, der von dem Separa­ tor nach unten hervorsteht, so groß ist, dass der vom Boden her­ vorstehende Abschnitt gefaltet werden kann, werden die hervor­ stehende Abschnitte in Kontakt miteinander gebracht, um einen leitenden Kontakt zwischen ihnen auszubilden, wodurch ein Strom­ eingang oder Stromausgang durch die hervorstehenden Abschnitte ermöglicht werden kann. Wenn der Durchmesser der Batterie und die Höhe der Batterie klein sind und weiterhin die Windungsspan­ nung des Batterieelements klein ist, ist es wahrscheinlich, dass die elektrolytische Lösung in das Batterieelement eindringt bzw. dieses in der elektrolytischen Lösung eingetaucht ist. Aus die­ sem Grund ist dann sichergestellt, auch wenn die hervorstehenden Abschnitte der Kollektoren gefaltet sind, dass die elektrolyti­ sche Lösung in das Batterieelement eindringt bzw. dieses in der elektrolytischen Lösung eingetaucht ist.

Wenn der Durchmesser der Batterie und die Höhe der Batterie groß sind und weiterhin die Wicklungs- bzw. Windungsspannung des Bat­ terieelements groß ist, wird der Durchmesser der einzelnen Ele­ mente, die den leitenden, elastischen Körper bilden, klein ge­ macht, so dass es auch dann, wenn die hervorstehenden Abschnitte des Kollektors gefaltet sind, ermöglicht wird, einen Weg für die elektrolytische Lösung in das zylindrisch geformte Batterieele­ ment hinein sicherzustellen. Es ist nämlich dann möglich, dass der Weg für die elektrolytische Lösung zwischen den Kollektoren sichergestellt wird. Eine ausreichende Menge der elektrolyti­ schen Lösung kann nämlich dem zylindrisch geformten Batterieele­ ment zugeführt werden.

Der leitende, elastische Körper, der in der Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigem Elektrolyten verwendet wird, kann ein Mate­ rial mit einer Elastizität und einer elektrischen Leitfähigkeit sein, z. B. ein Metall mit einer Elastizität, und ein elastisches Material mit einer Metalloberfläche, z. B. Fasern, die aus Metall hergestellt sind, oder Fasern mit einer Metalloberfläche, die sogenannte Metallwolle, ein aufgeschäumtes Metall, das aus einem Metall hergestellt ist, oder ein aufgeschäumtes Metall mit Me­ talloberfläche, eine Netzwerkstruktur bzw. eine vernetzte Struk­ tur, die aus Metall hergestellt ist, oder eine Netzwerkstruktur mit Metalloberfläche, ein Federteil, das aus Metall besteht, oder ein Federteil mit Metalloberfläche, synthetische Fasern mit Metalloberfläche, natürliche Fasern mit Metalloberfläche oder ein Material, das durch Einbetten bzw. Vergraben von Fasern mit Metalloberfläche erhalten wird.

Der leitende, elastische Körper in Kontakt mit dem Positiv-Elek­ trodenkollektor kann bevorzugt aus hochleitenden Materialien hergestellt sein, die keine Elution bzw. Zersetzung bei einem Potential der positiven Elektrode haben, zum Beispiel Aluminium und Titan. Der leitende, elastische Körper in Kontakt mit dem Negativ-Elektrodenkollektor kann bevorzugt aus einem hochstabi­ len Material bei einem Potential der negativen Elektrode sein, zum Beispiel aus einem rostfreien Stahl bzw. einem rostfreiem Material und Nickel.

Die verwendete Menge des leitenden, elastischen Körpers kann un­ ter Berücksichtigung der Kontaktfläche zwischen dem leitenden, elastischen Körper und dem Kollektor oder der Batteriedose be­ stimmt werden.

Fig. 5 ist ein Kurvenverlauf, der Änderungen eines zulässigen Stromes in Abhängigkeit von der Kontaktfläche in Fällen ver­ schiedener Materialien wie z. B. Aluminium, Nickel und rostfreiem Stahl bzw. rostfreies Material der neuartigen Batterie zeigt. ∎ gibt Aluminium wieder. ⚫ gibt Nickel wieder. ▲ gibt rostfrei­ en Stahl bzw. Material wieder. Wenn Aluminium verwendet wird, ist der zulässige Strom am höchsten. Wenn Nickel verwendet wird, ist der zulässige Strom höher als, wenn rostfreier Stahl verwen­ det wird. Wenn rostfreier Stahl verwendet wird, entsteht kein Problem, da der gesamte Boden in Kontakt mit dem leitenden, elastischen Körper ist.

In der vorstehenden Ausführungsform kann die Batterie elektrisch mit dem Negativ-Elektrodenkollektor verbunden werden. Die vor­ liegende Erfindung kann selbstverständlich auch verwendet wer­ den, wenn die Batteriedose als positive Elektrode dient. In die­ sem Fall kann die Batteriedose aus Aluminium bestehen. Die vor­ stehenden Beschreibungen sind auch auf diesen Fall anwendbar, vorausgesetzt, dass die positive Polarität und die negative Po­ larität umgekehrt werden.

Soweit Modifikationen der vorliegenden Erfindung für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich sind, der für die Erfindung zuständig ist, wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen, die durch Beispiele gezeigt und beschrieben wurden, unter keinen Umständen in einem beschränkenden Sinne betrachtet werden dür­ fen. Dementsprechend ist es beabsichtigt, durch Ansprüche alle Modifikationen abzudecken, die in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims (10)

1. Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten, die aufweist:
ein Batteriegehäuse;
ein Batterieelement, das in dem Batteriegehäuse unterge­ bracht ist, wobei das Batterieelement Schichtungen aus einer Elektrode eines ersten Polaritätstyps, einer Elektrode eines zweiten Polaritätstyps und eines Separators aufweist, der zwischen der Elektrode des ersten Polaritätstyps und der Elektrode des zweiten Polaritätstyps sandwichartig angeord­ net ist, wobei die Elektrode des ersten Polaritätstyps einen Kollektor des ersten Polaritätstyps aufweist, der mit min­ destens einer Schicht aus einem aktiven Material der Elek­ trode des ersten Polaritätstyps versehen ist, außer auf einem ersten Seitengebiet, das sich entlang einer Seite des Kollektors des ersten Polaritätstyps erstreckt, und wobei die Elektrode des zweiten Polaritätstyps einen Kollektor des zweiten Polaritätstyps aufweist, der mit mindestens einer Schicht aus einem aktiven Material der Elektrode des zweiten Polaritätstyps versehen ist, außer auf einem zweiten Seiten­ gebiet, das sich entlang einer Seite des Kollektors vom zweiten Polaritätstyp erstreckt, wobei das erste Seitenge­ biet des Kollektors vom ersten Polaritätstyp von der ersten Seitenkante des Separators hervorsteht und wobei das zweite Seitengebiet des Kollektors vom zweiten Polaritätstyp von der zweiten Seitenkante des Separators hervorsteht, so dass das Batterieelement einen Bodenabschnitt hat, der das erste Seitengebiet des Kollektors des ersten Polaritätstyps auf­ weist, und einen oberseitigen Abschnitt hat, der das zweite Seitengebiet des Kollektors vom zweiten Polaritätstyp auf­ weist;
ein leitendes, elastisches Bodenmaterial an einem Boden des Batteriegehäuses, wobei das leitende, elastische Bodenma­ terial in Kontakt mit einem im wesentlichen gesamten Teil des Bodenabschnitts des Batterieelements ist; und
ein leitendes, elastisches Oberseitenmaterial an einer Ober­ seite des Batteriegehäuses, wobei das leitende, elastische Oberseitenmaterial in Kontakt mit einem im wesentlichen ge­ samten Teil des oberseitigen Abschnitts des Batterieelements ist.

2. Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten, wie in Anspruch 1 beansprucht, die weiterhin einen Kollektor über dem Batterieelement aufweist, wobei der Kollektor vor­ stehende Abschnitte hat, die in das leitende, elastische Oberseitenmaterial eintreten, um eine elektrische Verbindung zwischen dem leitenden, elastischen Oberseitenmaterial und einem Batteriekopf auszubilden.

3. Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten, wie im Anspruch 2 beansprucht, die weiterhin ein Federglied in Kontakt mit dem Kollektor aufweist, um den Kollektor zu dem Batterieelement hinzudrücken.

4. Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten, wie im Anspruch 1 beansprucht, worin das leitende, elastische Oberseitenmaterial und auch das leitende, elastische Boden­ material ein Fasermaterial aufweisen, das aus Metall be­ steht.

5. Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten, wie im Anspruch 1 beansprucht, worin das leitende, elastische Oberseitenmaterial und auch das leitende, elastische Boden­ material ein Fasermaterial mit einer Metalloberfläche auf­ weisen.

6. Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten, wie im Anspruch 1 beansprucht, worin das leitende, elastische Oberseitenmaterial und auch das leitende, elastische Boden­ material ein Material mit Netzwerkstruktur aufweisen, das aus Metall besteht.

7. Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten, wie im Anspruch 1 beansprucht, worin das leitende, elastische Oberseitenmaterial und auch das leitende, elastische Boden­ material ein Material mit Netzwerkstruktur mit Metallober­ fläche aufweisen.

8. Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten, wie im Anspruch 1 beansprucht, worin das leitende, elastische Oberseitenmaterial und auch das leitende, elastische Boden­ material ein expandiertes bzw. aufgeschäumtes Metall auf­ weisen, das aus einem Metall besteht.

9. Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten, wie im Anspruch 1 beansprucht, worin das leitende, elastische Oberseitenmaterial und auch das leitende, elastische Boden­ material ein expandiertes bzw. aufgeschäumtes Metall mit einer Metalloberfläche aufweisen.

10. Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten, wie im Anspruch 1 beansprucht, worin die Schicht mit aktivem Ma­ terial der Elektrode vom zweiten Polaritätstyp kleiner in der Abmessung bzw. Weite als die Schicht mit aktivem Mate­ rial der Elektrode des ersten Polaritätstyps ist und worin eine Kante der Schicht mit aktivem Material der Elektrode des zweiten Polaritätstyps nicht zu einer Kante der Schicht mit aktivem Material der Elektrode des ersten Polaritätstyps ausgerichtet ist.