DE10066064B4

DE10066064B4 - Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Electrolyten und Verfahren zum Verbinden eines Elektrodenansatzes

Info

Publication number: DE10066064B4
Application number: DE10066064A
Authority: DE
Inventors: Hiromi Suzuki; Tsuyoshi Kitami; Takayuki Inoi; Susumu Saito
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2020-06-29

Abstract

Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten, die ein zylinderförmiges Batterieelement aufweist, das eine positive und eine negative Elektrode und einen zwischen der positiven und der negativen Elektrode eingeschobenen Separator umfasst, wobei die positive und die negative Elektrode einen von aktivem Material freien Bereich haben, und der von aktivem Material freie Bereich einen vorstehenden Randbereich aufweist, der über einen ersten Seitenrand des Separators vorsteht,
wobei ein erstes Ende des zylinderförmigen Batterieelements den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Bereichs einer der beiden Elektroden umfasst sowie einen vertieften Teil hat,
wobei ein Elektrodenansatz einen ersten Teil aufweist, der in den vertieften Teil eingreift und mit diesem verschweißt ist, sowie einen zweiten Teil aufweist, der in elektrischem Kontakt mit einem Elektrodenanschluss ist, und
wobei [der von aktivem Material] die freien Bereiche der positiven und der negativen Elektroden mit einer porösen Folie beschichtet sind, die im Wesentlichen die gleiche Dicke wie eine...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten und insbesondere auf eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten, die mit hohem Wirkungsgrad geladen und entladen werden kann.
Eine typische Batterie dieser Art ist eine Lithiumionen-Sekundärbatterie mit einer negativen Elektrode, die mit Lithium dotiert ist, und mit einer positiven Elektrode, die ein Übergangs-Metalloxid einschließt. Die negative Elektrode enthält einen streifenförmigen negativen Elektrodenkollektor, auf den ein aktives Material für die negative Elektrode aufgebracht ist. Die positive Elektrode weist einen streifenförmigen positiven Elektrodenkollektor auf, auf den ein positives elektrodenaktives Material aufgebracht ist. Die negative Elektrode und die positive Elektrode bilden eine Sandwich-Struktur, also eine Schichtenstruktur. Die Schichtenstruktur sitzt in einer Packung (Gehäuse). Alternativ ist es möglich, daß die Schichtenstruktur gerollt ist, um ein zylinderförmiges Batterieelement zu bilden, so dass das zylinderförmige Batterieelelement in einem zylinderförmigen Batteriebecher sitzt.
Die zylinderförmige Batterie ist überlegen, was die Abdichtbarkeit angeht, und gestattet eine gleichförmige Batteriereaktion über die Plätze des zylinderförmigen Batterieelements. Falls von der Sekundärbatterie mit dem nichtwässrigen Elektrolyten ein starker Strom benötigt wird, dann ist die zylinderförmige Batterie geeignet und wichtig. Die zylinderförmige Sekundärbatterie mit dem nichtwässrigen Elektrolyten ist vorteilhaft als eine große Batterie für Elektroauto, Fahrrad mit Elektrohilfsmotor und ähnlichem.
1 zeigt einen senkrechten Schnitt einer herkömmlichen zylinderförmigen Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten.
1B zeigt eine Ansicht eines Paares positiver und negativer Elektroden, die sich in der herkömmlichen zylinderförmigen Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten, die in 1A gezeigt ist, befinden.
1C ist eine schematische Perspektivansicht eines zylinderförmigen Batterieelements, das eine gerollte Struktur von Schichten eines Separators aufweist, die mit positiven und negativen Elektroden in Sandwichstruktur liegen, und in der herkömmlichen zylinderförmigen Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten liegen, die in 1A gezeigt ist.
Eine zylinderförmige Sekundärbatterie 51 mit einem nichtwässrigen Elektrolyten weist einen zylinderförmigen Batteriebecher 52 und ein zylinderförmiges Batterieelement 56 auf, das in dem zylinderförmigen Batteriebecher sitzt. Das zylinderförmige Batterieelement 56 enthält eine gerollte Struktur von Schichten streifenförmiger positiver und negativer Elektroden 54 und 53, die einen streifenförmigen Separator 55 in Sandwichstruktur aufnehmen. Die streifenförmige positive Elektrode 54 weist einen streifenförmigen positiven Elektrodenkollektor auf, auf den ein positives elektrodenaktives Material aufgebracht ist. Die streifenförmige negative Elektrode 53 weist einen streifenförmigen negativen Elektrodenkollektor auf, der mit negativem elektrodenaktiven Material belegt ist. Der streifenförmige Separator 55 ist breiter als die streifenförmigen negativen und positiven Elektroden 53 und 54, so daß entgegengesetzte Seiten der Schichten gegenüberliegende Seiten des streifenförmigen Separators 55 enthalten. Auf diese Weise enthalten entgegengesetzte Enden der gerollten Struktur der Schichten gegenüberliegende Seiten des streifenförmigen Separators 55. Der zylindrisch geformte Batteriebecher 52 kann als Anschluß auf der Seite der negativen Elektrode dienen, worin die streifenförmige negative Elektrode 53 elektrisch an den zylinderförmigen Batteriebecher durch einen negativen Elektrodenansatz 57 angeschlossen ist. Ein erstes Ende des Ansatzes 57 der negativen Elektrode ist an die streifenförmige negative Elektrode 53 gelegt, und ein zweites Ende des An satzes 57 der negativen Elektrode ist an eine Innenwand des zylinderförmigen Batteriebechers 52 geschweißt.
Falls von der zylinderförmigen Sekundärbatterie mit einem nichtwässrigen Elektrolyten Lade- und Entladevorgänge hohen Wirkungsgrads gefordert werden, so werden mehrere negative Elektrodenansätze miteinander auf die Innenwand des zylinderförmigen Batteriebechers verschweißt, um einen IR-Verlust (Innenwiderstandsverlust) zu verringern und eine gleichförmige Batteriereaktion zu ermöglichen.
Es sind auch Ansätze 58 für positive Elektroden vorhanden. Ein erstes Ende jedes Ansatzes 58 der positiven Elektroden ist an die streifenförmigen positiven Elektroden 54 gelegt, und ein zweites Ende des Ansatzes 58 der positiven Elektrode ist auf ein Batteriekopfstück gelegt, das als Anschluß auf der Seite der positiven Elektrode dient. Das Batteriekopfstück 59 weist ein Druckentlastungsventil oder ein Druckregelventil zum Freisetzen eines Innendrucks der Batterie auf, falls der Innendruck übermäßig ansteigt.
Wie in 1B gezeigt, enthält die streifenförmige positive Elektrode 54 den streifenförmigen positiven Elektrodenkollektor, der mit dem aktiven Material der positiven Elektrode beschichtet ist, ausgenommen auf einem Bereich auf einer Seite, der frei von aktivem Material ist. Der einseitige Bereich, der frei von aktivem Material ist, ist nämlich nicht mit dem aktiven Material der positiven Elektrode belegt. Die Ansätze 58 der positiven Elektrode sind mit dem von aktivem Material freien Bereich des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors der streifenförmigen positiven Elektrode 54 verschweißt. Auch weist die streifenförmige negative Elektrode 53 den streifenförmigen negativen Elektrodenkollektor auf, auf den das aktive Material der negativen Elektrode gelegt ist, mit Ausnahme des auf einer Seite von aktivem Material freien Bereichs. Dieser auf einer Seite von aktivem Material freie Bereich ist nämlich nicht mit dem aktiven Material der negativen Elektrode belegt. Die Ansätze 57 der ne gativen Elektroden sind mit dem auf einer Seite von aktivem Material freien Bereich des streifenförmigen negativen Elektrodenkollektors der streifenförmigen negativen Elektrode 53 verschweißt. Die streifenförmigen negativen und positiven Elektroden 53 und 54 umgeben in Sandwichform den streifenförmigen Separator 55, um die Schichtung zu bilden. Die Schichtung wird dann zum Formen der gerollten Schichtstruktur gerollt, wobei die gerollte Struktur das zylinderförmige Batterieelement bildet, wie in 1C zu sehen ist. Das zylinderförmige Batterieelement sitzt in dem zylinderförmigen Batteriebecher 52. Die Ansätze 57 der negativen Elektrode und die Ansätze 58 der positiven Elektrode sind so lang, daß sie die Stromverluste an den Ansätzen 57 der negativen Elektrode und den Ansätzen 58 der positiven Elektrode erhöhen. Auch ist es schwierig, die Länge der vielen Elektrodenzuleitungen gleichmäßig zu machen, wodurch die Stromverluste zwischen den Ansätzen 57 der negativen Elektrode und den Ansätzen 58 der positiven Elektrode wahrscheinlich nicht gleichmäßig sind. Das kann dazu führen, daß ein Teil der Ansätze 57 der negativen Elektrode und der Ansätze 58 der positiven Elektrode eine Wärmeentwicklung zeigt. Die Stromverteilung ist zwischen dem Teil, der dem Verbundteil des Ansatzes 57 der negativen Elektrode und des Ansatzes 58 der positiven Elektrode nahe- bzw. fernliegt, verschieden. Dadurch wird es schwierig, eine hochwirksame Lade- und Entladeoperation zu realisieren.

In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 7-6749 ist beschrieben, daß eine zylinderförmige Sekundärbatterie positive und negative Elektroden und Kollektoranschlüsse mit kammförmigen Schweißteilen hat. Diese Veröffentlichung gibt auch ein Verfahren zur Herstellung der zylinderförmigen Sekundärbatterie an.

Dieses herkömmliche Verfahren wendet ein Punktschweißen an, wobei ein Schweißstrom auf vorstehende Teile des Kollektors konzentriert wird. Die verfügbaren Elektrodenmaterialien sind auf solche, wie Nickel, beschränkt, mit denen ein Punktschweißen möglich ist. Es ist auch nötig, daß der Separator thermisch stabil gegen die Wärmeerzeugung aufgrund des Punktschweißens ist.

In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 9-306465 ist beschrieben, dass bei einer zylinderförmigen Sekundärbatterie die Anzahl der Verbindungsteile zwischen der positiven und der negativen Elektrode und den Kollektoren vom innersten Teil zum äußersten Teil des zylinderförmigen Batterieelements zunimmt.

Die positive und die negative Elektrode sind an die Kollektoren mittels Punktschweißung angeschlossen. Diese Punktschweißung wird durch mehrfaches Kontaktieren eines Schweißstabs auf verschiedene Stellen ausgeführt, weswegen es schwierig ist, das genau verlangte Schweißen zu realisieren. Desweiteren ist das Elektrodenmaterial auf das für ein Punktschweißen geeignete Material beschränkt.

In der Druckschrift US 3,732,124 wird eine Anordnung beschrieben, bei der sich kreuz- oder H-förmige Kollektorelemente über die jeweils überstehenden Ränder der Elektroden erstrecken, die dann unter Druck mit einem Kondensator-Entladungsschweißen mit den Elektroden verbunden werden.

Die Druckschrift US 4,554,227 beschreibt Kollektorelemente, die darüberhinaus einen V-förmigen Querschnitt besitzen, um den für die Stromleitung nutzbaren Querschnitt der Kontaktstellen zu vergrößern und somit den Übergangswiderstand zwischen Elektrode und Kollektorelement zu verringern. Jedoch besteht auch bei diesen beiden letztgenannten Verfahren der Nachteil, dass durch eine verhältnismäßig kleine Kontaktfläche der Kollektorelemente mit den Elektroden der Innenwiderstand relativ hoch ist. Durch die große Anzahl von Kontaktflächen besteht weiterhin ein größeres Risiko von fehlerhaften Verbindungen und damit von gestörten elektrischen Kontakten.

Angesichts der obigen Umstände bestand der Bedarf für die Entwicklung einer neuen Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten, die dieses Problem nicht aufwies.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten bereitzustellen, welche die vorgenannten Probleme nicht aufweist.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten zu schaffen, die einen reduzierten Innenwiderstandsverlust durch Elektrodenansätze zwischen einem Batterieelement und einem Batteriebecher oder einer Batteriekappe bei Lade- und Entladeoperationen mit hohem Wirkungsgrad aufweist.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich ferner damit, eine neue Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten bereitzustellen, die eine gleichmäßige Stromverteilung über die Positionen eines Batterieelements zeigt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten gemäß Anspruch 1, die ein zylinderförmiges Batterieelement mit einer positiven und einer negativen Elektrode, sowie einen Separator, der zwischen die positive und die negative Elektrode eingeschoben ist, aufweist. Jede positive und negative Elektrode weist einen von aktivem Material freien Bereich auf, auf den kein aktives Material aufgebracht ist, und der mit einer porösen Folie beschichtet ist, die im Wesentlichen die gleiche Dicke wie eine Schicht des aktiven Materials hat. Der von aktivem Material freie Bereich weist einen vorstehenden Randbereich auf, der über einen ersten Seitenrand des Separators vorsteht oder übersteht, wobei ein erstes Ende des zylinderförmigen Batterie-elements den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Randbereichs der positiven und der negativen Elektrode umfaßt, und das erste Ende des zylinderförmigen Batterieelements einen vertieften Teil hat, und ein Elektrodenansatz einen ersten Teil hat, der mit dem vertieften Teil im Eingriff steht und damit verschweißt ist, und einen zweiten Teil, der mit einem Elektrodenanschluß elektrisch in Kontakt ist.

Die obigen und anderen Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden im einzelnen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

1A einen Aufriß im Querschnitt, der eine herkömmliche zylinderförmige Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten erläutert.

1B ein Paar von positiven und negativen Elektroden, die in der herkömmlichen zylinderförmigen Sekundärbatterie eingesetzt sind, die in 1A dargestellt ist.

1C eine schematische Perspektivansicht eines zylinderförmigen Batterieelements, das eine gerollte Struktur von Schichten eines Separators enthält, der sich zwischen positiven und negativen Elektroden befindet, die in der herkömmlichen zylinderförmigen Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten, die in 1A gezeigt ist, vorhanden sind.

2A einen Aufriß im Querschnitt einer neuen Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten nach einer ersten Ausbildung gemäß vorliegender Erfindung.

2B eine abgebrochene schematische Perspektivansicht einer Seite eines Batterieelements mit einem Ansatz zum Anschluß der positiven Elektrode einer neuen Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten nach 2A.

3A eine fragmentarische Draufsicht der Grundstrukturen der positiven und der negativen Elektrode, die auf den Separator des in den 2A und 2B gezeigten Batterieelements der neuen Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten aufgebracht sind.

3B eine fragmentarische Draufsicht der modifizierten Strukturen der positiven und der negativen Elektrode, die auf den Separator des in den 2A und 2B dargestellten Batterieelements der neuen Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten aufgebracht sind.

4A bis 4C fragmentarische schematische Perspektivansichten eines Verfahrens zum Verbinden eines Ansatzes zum Anschluß einer positiven Elektrode mit einem vertieften Teil auf der ersten Seite des zylinderförmigen Batterieelements der Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten, gemäß der vorliegenden Erfindung.

5A bis 5D fragmentarische schematische Perspektivansichten eines anderen Verfahrens zum Verbinden eines Ansatzes zum Anschluß einer positiven Elektrode mit einem vertieften Teil auf der ersten Seite des zylinderförmigen Batterieelements der Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten, gemäß der vorliegenden Erfindung.

6 eine schematische Perspektivansicht eines abgeänderten Ansatzes zum Anschluß einer positiven Elektrode, die mit der ersten Seite des zylinderförmigen Batterieelements verbunden ist.

Nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Verbindungsstruktur mit Elektrodenansatz einer Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten bereitgestellt, die ein zylinderförmiges Batterieelement aufweist, das eine positive und eine negative Elektrode und einen zwischen die positive und die negative Elektrode eingeschobenen Separator enthält. Sowohl die positive als auch die negative Elektrode hat einen von aktivem Material freien Bereich, auf den kein aktives Material aufgebracht ist und der mit einer porösen Folie beschichtet ist, die im Wesentlichen die gleiche Dicke wie eine Schicht des aktiven Materials hat. Der von aktivem Material freie Bereich weist einen vorstehenden Randbereich auf, der über einen ersten Rand des Separators herausragt oder sich erstreckt, so daß ein erstes Ende des zylinderförmigen Batterieelements den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Bereichs der positiven und der negativen Elektrode umfaßt, wobei ein Elektrodenansatz einen ersten Bereich hat, der mit einem vertieften Teil des ersten Endes des zylinderförmigen Batterieelements im Eingriff steht und verschweißt ist, und einem zweiten Teil, der elektrisch in Kontakt mit einem Elektrodenanschluss ist.

Es wird bevorzugt, daß der vertiefte Teil eine Rinne aufweist, die sich auf dem ersten Ende des zylinderförmigen Batterieelements erstreckt.

Es wird desweiteren bevorzugt, daß die Rinne eine einzige gerade Rinne darstellt, die sich über den Mittelpunkt des ersten Endes des zylinderförmigen Batterieelements erstreckt, und daß der erste Teil des Elektrodenansatzes ebenfalls die Form einer einzigen Geraden hat.

Vorzugsweise stellt die Rinne auch eine Rinne dar, die sich radial von einer Mitte des ersten Endes des zylinderförmigen Batterieelements erstreckt, und der erste Teil des Elektrodenansatzes hat ebenfalls die Form von mehreren sich radial erstreckenden Segmenten.

Es wird auch bevorzugt, daß der Elektrodenansatz einen Zwischenabschnitt in U-Form hat, der den ersten und den zweiten Abschnitt in einem Stück miteinander verbindet.

Vorzugsweise hat der von aktivem Material freie Bereich der positiven und/oder der negativen Elektrode eine Breite in einer Richtung parallel zu einer Achse des zylinderförmigen Batterieelements, und die Breite liegt in einem Bereich, der nicht weniger als eine Steigung in diametraler Richtung der positiven und der negativen Elektrode bis nicht mehr als ein Radius des zylinderförmigen Batterieelements beträgt.

Vorzugsweise ist auch die positive und/oder die negative Elektrode aus Aluminium hergestellt, und der erste Teil des Elektrodenansatzes ist mittels Ultraschallschweißung verschweißt.

Es wird ferner bevorzugt, daß die eine der positiven und negativen Elektroden die positive Elektrode ist.

Bevorzugt umfasst auch der Elektrodenanschluss, der Kontakt mit dem zweiten Teil des Elektrodenansatzes hat, ein elektrisch leitfähiges Anschlußteil eines Batteriekopfstückes.

Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten, die ein zylinderförmiges Batterieelement besitzt, das eine positive und eine negative Elektrode, sowie einen Separator aufweist, der zwischen die positive und die negative Elektrode eingeschoben ist. Sowohl die positive als auch die negative Elektrode hat einen von aktivem Material freien Bereich, auf dem kein aktives Material aufgebracht ist und der mit einer porösen Folie beschichtet ist, die im Wesentlichen die gleiche Dicke wie eine Schicht des aktiven Materials hat. Der von aktivem Material freie Bereich weist einen vorstehenden Randbereich auf, der über einen ersten Seitenrand des Separators vorsteht oder sich erstreckt, wobei ein erstes Ende des zylinderförmigen Batterieelements den hervorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Bereichs der positiven und der negativen Elektrode umfaßt, und das erste Ende des zylinderförmigen Batterieelements weist einen vertieften Teil auf, und ein Elektrodenansatz hat einen ersten Teil, der mit dem vertieften Teil im Eingriff steht und verschweißt ist, sowie einen zweiten Teil, der in elektrischem Kontakt mit einem Elektrodenanschluß steht.

Vorzugsweise stellt der vertiefte Teil eine Rinne dar, die sich auf dem ersten Ende des zylinderförmigen Batterieelements erstreckt.

Desweiteren stellt die Rinne vorzugsweise eine einzige gerade Rinne dar, die sich über die Mitte des ersten Endes des zylinderförmigen Batterieelements erstreckt, und der erste Teil des Elektrodenansatzes hat ebenfalls die Form einer einzigen Geraden.

Vorzugsweise stellt die Rinne eine Rinne dar, die sich radial von der Mitte des ersten Endes des zylinderförmigen Batterieele ments erstreckt, und der erste Teil des Elektrodenansatzes hat ebenfalls die Form mehrerer sich radial erstreckender Segmente.

Vorzugsweise hat auch der Elektrodenansatz einen U-förmigen Zwischenabschnitt, der den ersten und den zweiten Teil in einem Stück miteinander verbindet.

Bevorzugt hat auch der von aktivem Material freie Bereich der positiven und/oder der negativen Elektrode eine Breite in einer Richtung parallel zu einer Achse des zylinderförmigen Batterieelements, und diese Breite ist in einem Bereich, der nicht weniger als eine Steigung in diametraler Richtung der positiven und der negativen Elektrode bis nicht mehr als ein Radius des zylinderförmigen Batterieelements beträgt.

Bevorzugt umfaßt der Elektrodenanschluß, der sich im Kontakt mit dem zweiten Teil des Elektrodenabschnitts befindet, ein elektrisch leitfähiges Anschlußteil eines Batteriekopfstückes.

Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden des Elektrodenansatzes mit einer Seite eines zylinderförmigen Batterieelements einer Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte: Formen eines zylinderförmigen Batterieelements mit einer positiven und einer negativen Elektrode, und eines Separators, der zwischen die positive und die negative Elektrode eingeschoben wird, wobei sowohl die positive als auch die nega tive Elektrode einen von aktivem Material freien Bereich hat, auf den kein aktives Material aufgebracht wird, und wobei der von aktivem Material freie Bereich einen vorstehenden Randbereich hat, der über einen ersten Seitenrand des Separators vorsteht oder sich erstreckt, so daß ein erstes Ende des zylinderförmigen Batterieelements den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Bereichs einer der positiven und negativen Elektroden umfaßt; Bilden eines vertieften Teils am ersten Ende des zylinderförmigen Batterieelements; Plazieren eines ersten Teils eines Elektrodenansatzes in dem vertieften Teil; und Verschweißen des ersten Teils des Elektrodenansatzes mit dem vertieften Teil.

Vorzugsweise wird der erste Teil des Elektrodenansatzes nach einem Ultraschall-Schweißverfahren angeschweißt.

Vorzugsweise wird der vertiefte Teil durch Drücken eines Preßwerkzeuges in das erste Ende des zylinderförmigen Batterieelements gebildet.

Vorzugsweise wird der vertiefte Teil durch folgende Schritte geformt:
Erzeugen von Schnittlinien, die sich durch den vorstehenden Randbereich erstrecken, um mehrere teilweise geschnittene Teile des vorstehenden Randbereichs, wie durch die Schnittlinien definiert, zu bilden, und Biegen teilweise geschnittener Teile in einer Richtung parallel zu einer Ebene des ersten Endes des zylinderförmigen Batterieelements, wodurch der vertiefte Teil gebildet wird.

Vorzugsweise werden die Schnittlinien durch Laser-Bestrahlung auf dem vorstehenden Randbereich gebildet.

Ein erstes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung wird detalliert mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. 2A ist ein Aufriß im Querschnitt, der eine neue Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten in einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. 2B ist eine fragmentarische schematische Perspektivansicht, die eine Seite eines Batterielements mit einem Ansatz zum Anschluß für die positive Elektrode einer neuen nichtwässrigen Sekundärbatterie nach 2A zeigt.
Eine zylinderförmige Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten 1 umfaßt einen zylinderförmigen Batteriebecher 2 und ein zylinderförmiges Batterieelement 6, das in dem zylinderförmigen Batteriebecher enthalten ist. Das zylinderförmige Batterieelement 6 umfaßt eine gerollte Struktur von Schichten streifenförmiger positiver und negativer Elektroden 3 und 4, zwischen die ein streifenförmiger Separator 5 eingeschoben ist. Die streifenförmige positive Elektrode 3 umfaßt einen streifenförmigen positiven Elektrodenkollektor, auf den ein aktives Material für die positive Elektrode aufgebracht ist. Die streifenförmige negative Elektrode 4 umfaßt einen streifenförmigen negativen Elektrodenkollektor, auf den ein aktives Material für die negative Elektrode aufgebracht ist.
Der streifenförmige positive Elektrodenkollektor weist einen von aktivem Material freien Seitenbereich 7 auf, auf den kein aktives Material aufgebracht ist. Der von aktivem Material freie Seitenbereich 7 erstreckt sich über einen Seitenrand des streifenförmigen Separators 5 und auch über einen Seitenrand der streifenförmigen negativen Elektrode 4 in einer Richtung parallel zu einer Achse der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6, so daß eine erste Seite der gerollten Struktur der Schichten, welche das zylinderförmige Batterieelement bilden, den von aktivem Material freien Bereich 7 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 umfaßt. Die erste Seite der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6, welche den von aktivem Material freien Bereich 7 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 umfaßt, weist einen vertieften Teil 8 auf. Der vertiefte Teil 8 wird nämlich in dem von aktivem Material freien Bereich 7 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 gebildet. Der vertiefte Teil 8 auf der ersten Seite der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 bildet eine gerade dünne Rinne, die sich diametral über die Mittelachse der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 erstreckt. Der vertiefte Teil 8 in der Form der geraden dünnen Rinne nimmt ein erstes Kontaktteil 9a eines Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode auf. Das erste Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode erstreckt sich entlang der Rinne 8 und ist damit im Eingriff. Falls die streifenförmige positive Elektrode 3 aus Aluminium hergestellt ist, wird das erste Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode mittels eines Ultraschallschweißverfahrens mit dem vertieften Teil 8 auf der ersten Seite der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 verbunden. Das erste Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode wird mit dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 verbunden. Die erste Seite der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 ragt nach oben. Der zylinderförmige Batteriebecher 2 hat einen oberen Teil, der mit einem Batteriekopfstück 10 in Eingriff steht, das als Kappe für den zylinderförmigen Batteriebecher 2 dient. Das Batteriekopfstück 10 weist einen elektrisch leitfähigen Anschlußteil 11 auf, der eine elektrisch leitfähige ebene Fläche darstellt. Ein zweites Kontaktteil 9b des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode erstreckt sich auf einer Bodenfläche des elektrisch leitfähigen Teils des Batteriekopfstückes 10 und ist damit verbunden, so daß die streifenförmige positive Elektrode 3 über den Ansatz 9 zum Anschluß der positiven Elektrode elektrisch mit dem elektrisch leitfähigen Anschlußteil 11 verbunden ist, der als äußerer Anschluß dient. Das erste und das zweite Kontaktteil 9a und 9b des Ansatzes 9 für den Anschluß der positiven Elektrode sind in einem Stück über ein U-förmiges Zwischenteil 9c miteinander verbunden. Der Ansatz 9 zum Anschluß der positiven Elektrode umfaßt nämlich ein einzelnes elektrisch leitfähiges Teil, das in U-Form gebogen ist, und der gebogene Teil entspricht dem U-förmigen Zwischenteil 9c. Das einzelne elektrisch leitfähige streifenförmige Teil ist elastisch, so daß der Ansatz 9 zum Anschluß der positiven Elektrode eine elastische Kraft hervorbringt, welche das zylinderförmige Batterieelement 6 nach unten drückt, wodurch das zylinderförmige Batterieelement 6 in dem zylinderförmigen Batteriebecher 2 stabilisiert wird. Die stabilisierende Struktur kann einen von außen aufgebrachten mechanischen Stoß auf das zylinderförmige Batterieelement 6 auffangen. Das Batteriekopfstück 10 enthält auch eine druckentlastende Platte 12, die einen übermäßig angestiegenen Innendruck im zylinderförmigen Batteriebecher 2 freigibt. Das Batteriekopfstück 10 kann auch ein elektrisches Element zum Abschalten eines übermäßigen Stroms haben. Der zylinderförmige Batteriebecher 2 hat einen eingepreßten Abschnitt 13 nahe dem Oberteil des zylinderförmigen Batteriebechers 2, so daß das obere Teil des zylinderförmigen Batteriebechers 2 zwischen dem Oberteil und dem eingepreßten Abschnitt 13 definiert ist. Eine Dichtung 14 sitzt zwischen den Innenwänden des oberen Teils des zylinderförmigen Batteriebechers 2 und einem Außenrand des Batteriekopfstückes 10, so daß der obere Teil des zylinderförmigen Batteriebechers 2 abgedichtet ist, und der zylinderförmige Batteriebecher versiegelt ist.
Wie oben beschrieben, umfaßt die streifenförmige negative Elektrode 4 den streifenförmigen negativen Elektrodenkollektor, auf den das aktive Material der negativen Elektrode aufgebracht ist. Der streifenförmige Kollektor der negativen Elektrode weist einen von aktivem Material freien Bereich 15 auf, auf den kein aktives Material aufgebracht ist. Der von aktivem Material freie Seitenbereich 15 erstreckt sich über einen Seitenrand des streifenförmigen Separators 5 und auch über einen Seitenrand der streifenförmigen positiven Elektrode 3 in einer Richtung parallel zu einer Achse der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6, so daß die zweite Seite der gerollten Struktur der Schichten, welche das zylinderförmige Batterieelement bildet, den von aktivem Material freien Seitenbereich 15 der streifenförmigen negativen Elektrode 4 umfaßt. Die zweite Seite der gerollten Struktur der Schichten, die das zylinderförmige Batterieelement bildet, ist mit einem Boden des zylinderförmigen Batteriebechers 2 verbunden und in elektrischem Kontakt, wobei der zylinderförmige Batteriebecher 2 als ein äußerer Anschluß auf der Seite der negativen Elektrode dient.
3A ist eine Teilansicht, welche die Basisstrukturen der positiven und der negativen Elektrode zeigt, die auf den Separator des Batterieelements der neuen Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten laminiert sind, wie in den 2A und 2B zu sehen ist. Wie vorstehend beschrieben, umfaßt die streifenförmige positive Elektrode 3 einen streifenförmigen positiven Elektrodenkollektor 21, der eine Aluminiumfolie darstellt. Der streifenförmige Kollektor 21 der positiven Elektrode ist selektiv mit einer Schicht 22 aus aktivem Material für die positive Elektrode versehen. Die Schicht 22 aus aktivem Material für die positive Elektrode kann durch selektives Aufbringen einer Dispersion des aktiven Materials der positiven Elektrode auf den streifenförmigen Kollektor 21 der positiven Elektrode und Trocknen des aufgebrachten aktiven Materials der positiven Elektrode gebildet werden. Die streifenförmige negative Elektrode 4 umfaßt einen streifenförmigen Kollektor 23 für die negative Elektrode, der eine Kupferfolie darstellt. Der streifenförmige Kollektor 23 der negativen Elektrode wird selektiv mit einer aktiven Materialschicht 24 für die negative Elektrode geformt. Die Schicht 24 des aktiven Materials der negativen Elektrode läßt sich durch selektives Aufbringen einer Dispersion aktiven Materials der negativen Elektrode auf den streifenförmigen Kollektor 23 der negativen Elektrode und Trocknen des aufgebrachten aktiven Materials der negativen Elektrode erzeugen.
Der streifenförmige positive Elektrodenkollektor 21 weist einen von aktivem Material freien Seitenbereich 7 auf, auf den kein aktives Material aufgebracht ist. Der von aktivem Material freie Seitenbereich 7 weist einen überstehenden Randbereich auf, der über einen ersten Seitenrand des streifenförmigen Separators 5 übersteht oder sich erstreckt, und zwar um einen Abstand "h" in einer ersten Richtung parallel zur Achse der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6. Der vorstehende Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 hat eine Breite mit dem Abstand "h" in der ersten Richtung von nicht weniger als einer Steigung in diametraler Richtung zur positiven Elektrode 3 in Form des zylinderförmigen Batterieelements 6 bis nicht mehr als einem Radius des zylinderförmigen Batterieelements 6. Der gesamte Bereich der Schicht 22 des aktiven Materials der positiven Elektrode ist im Kontakt mit dem streifenförmigen Separator 5.
Der streifenförmige negative Elektrodenkollektor 23 weist ebenfalls einen von aktivem Material freien Seitenbereich 15 auf, auf den kein aktives Material aufgebracht ist. Der von aktivem Material freie Seitenbereich 15 besitzt einen vorstehenden Randbereich, der um einen Abstand "h" in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung über einen zweiten Seitenrand des streifenförmigen Separators 5 hinausragt oder sich erstreckt. Der vorstehende Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 15 hat eine Breite mit dem Abstand "h" in der zweiten Richtung von nicht weniger als einer Steigung in einer Richtung diametral zur negativen Elektrode 4 in Form des zylinderförmigen Batterieelements 6, bis nicht mehr als ein Radius des zylinderförmigen Batterieelements 6. Der gesamte Bereich der Schicht 24 des aktiven Materials der negativen Elektrode ist im Kontakt mit dem streifenförmigen Separator 5. Eine erste Kontaktfläche zwischen der Schicht 22 des aktiven Materials der positiven Elektrode und dem streifenförmigen Separator 5 ist kleiner als eine zweite Kontaktfläche zwischen der Schicht 24 des aktiven Materials der negativen Elektrode und dem streifenförmigen Separator 5.
3B ist eine fragmentarische Draufsicht von modifizierten Strukturen der positiven und der negativen Elektrode, die auf den Separator des Batterieelements der neuen Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten, wie in den 2A und 2B ge zeigt, laminiert sind. Wie vorstehend beschrieben, umfaßt die streifenförmige positive Elektrode 3 einen streifenförmigen positiven Elektrodenkollektor 21 aus einer Aluminiumfolie. Der streifenförmige positive Elektrodenkollektor ist selektiv mit einer Schicht 22 aus aktivem Material der positiven Elektrode gebildet. Die Schicht 22 aus aktivem Material der positiven Elektrode kann durch selektives Aufbringen einer Dispersion eines aktiven Materials der positiven Elektrode auf den streifenförmigen Kollektor 21 der positiven Elektrode und Trocknen des aufgebrachten aktiven Materials der positiven Elektrode gebildet werden. Die streifenförmige negative Elektrode 4 umfaßt einen streifenförmigen Kollektor 23 der negativen Elektrode aus einer Kupferfolie. Der streifenförmige Kollektor 23 der negativen Elektrode ist selektiv mit einer Schicht 24 des aktiven Materials der negativen Elektrode gebildet. Die Schicht 24 des aktiven Materials der negativen Elektrode kann durch selektives Aufbringen einer Dispersion eines aktiven Materials der negativen Elektrode auf den streifenförmigen Kollektor 23 der negativen Elektrode und Trocknen des aufgebrachten aktiven Materials der negativen Elektrode gebildet werden.
Der streifenförmige Kollektor 21 der positiven Elektrode weist einen von aktivem Material freien Seitenbereich 7 auf, auf den kein aktives Material aufgebracht wird. Der von aktivem Material freie Seitenbereich 7 hat einen vorstehenden Randbereich, der über einen ersten Seitenrand des streifenförmigen Separators 5 um einen Abstand "h" in einer ersten Richtung parallel zur Achse der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 vorsteht oder sich erstreckt. Der vorstehende Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 hat eine Breite mit dem Abstand "h" in der ersten Richtung von nicht weniger als einer Steigung diametral zur positiven Elektrode 3 in Form des zylinderförmigen Batterieelements 6, bis nicht mehr als einem Radius des zylinderförmigen Batterieelements 6. Der gesamte Bereich der Schicht 22 des aktiven Materials der positiven Elektrode ist im Kontakt mit dem streifenförmigen Separator 5.
Weiterhin ist bei dieser abgeänderten Ausführungsform eine streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite selektiv auf dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 vorgesehen. Die streifenförmige poröse Folie 25 an der Seite der positiven Elektrode weist eine Dicke auf, die gerade gleich oder angenähert gleich einer Dicke der Schicht 22 aus aktivem Material der positiven Elektrode ist. Die streifenförmige poröse Folie 25 kann auf der Seite der positiven Elektrode irgendeine verfügbare poröse Folie einschließen, wie z.B. ein Wirrvlies aus Kunstharz und ein Metall- und ein Schaumstoffharz. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite kann nach irgendeinem verfügbaren Verbundverfahren mit dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 verbunden werden. Falls ein Kunstharz für die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite benutzt wird, kann zum Verbinden der streifenförmigen porösen Folie 25 der positiven Elektrodenseite mit dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 des streifenförmigen Positivelektrodenkollektors ein thermisches Schweißverfahren angewendet werden. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite erstreckt sich vorzugsweise auf den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7. Deswegen wird bevorzugt die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite vom Rand des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 um den Abstand "h" zurückgezogen, der nicht weniger als eine Steigung in diametraler Richtung zur negativen Elektrode 4 in Form des zylinderförmigen Batterieelements 6 bis nicht mehr als der Radius des zylinderförmigen Batterieelements 6 beträgt. Jedoch ist es als eine Abänderung möglich, daß die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite sich teilweise auf den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 erstreckt. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite dient als ein Abstandsstück im zylinderförmigen Batterieelement 2, so daß die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite als Abstandsstück den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 stabilisiert und eine Deformation des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 verhütet, insbesondere, wenn ein Beschallkopf in Kontakt mit einer Schweißposition des vertieften Teils 8 des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 gebracht wird, um ein Ultraschallschweißen auszuführen. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite hat Poren, die ein Durchdringen des Elektrolyten erlauben, sowie ein Ausströmen eines Gases ermöglichen, das im zylinderförmigen Batterieelement 6 erzeugt wird.
Der streifenförmige negative Elektrodenkollektor 23 weist auch einen von aktivem Material freien Seitenbereich 15 auf, auf dem kein aktives Material aufgebracht ist. Der von aktivem Material freie Seitenbereich 15 hat einen vorstehenden Randbereich, der über einen zweiten Seitenrand des streifenförmigen Separators 5 in einem Abstand "h" in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung vorsteht oder sich erstreckt. Der vorstehende Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 15 hat eine Breite des Abstands "h" in der zweiten Richtung im Bereich von nicht weniger als einer Steigung in diametraler Richtung zur negativen Elektrode 4 in Form des zylinderförmigen Batterieelements 6, bis nicht mehr als ein Radius des zylinderförmigen Batterieelements 6. Der gesamte Bereich der Schicht 24 des aktiven Materials der negativen Elektrode steht in Kontakt mit dem streifenförmigen Separator 5. Ein erstes Kontaktgebiet zwischen der Schicht 22 des aktiven Materials der positiven Elektrode und dem streifenförmigen Separator 5 ist kleiner als ein zweites Kontaktgebiet zwischen der Schicht 24 des aktiven Materials der negativen Elektrode und dem streifenförmigen Separator 5.
Des weiteren ist bei diesem modifizierten Beispiel eine streifenförmige poröse Folie 26 der negativen Elektrodenseite selektiv auf dem von aktivem Material freien Seitenbereich 15 des streifenförmigen negativen Elektrodenkollektors 23 vorgesehen. Die streifenförmige poröse Folie 26 der negativen Elektrodenseite weist eine Dicke auf, die gerade gleich oder ungefähr gleich einer Dicke der Schicht 24 des aktiven Materials der negativen Elektrode ist. Die streifenförmige poröse Folie 26 der negativen Elektrodenseite kann irgendeine verfügbare poröse Folie umfassen, wie z.B. ein Wirrvlies aus Kunstharz und ein Metall- und ein Schaumstoffharz. Die streifenförmige poröse Folie 26 der negativen Elektrodenseite läßt sich mittels irgendeiner der verfügbaren Verbundverfahren mit dem von aktivem Material freien Seitenbereich 15 des streifenförmigen negativen Elektrodenkollektors 23 verbinden. Falls das Kunstharz für die streifenförmige poröse Folie 26 der negativen Elektrodenseite verwendet wird, steht ein thermisches Schweißen zum Verbinden der streifenförmigen porösen Folie 26 der negativen Elektrodenseite mit dem von aktivem Material freien Bereich 15 des streifenförmigen negativen Elektrodenkollektors 23 zur Verfügung. Die streifenförmige poröse Folie 26 der negativen Elektrodenseite erstreckt sich vorzugsweise ausschließlich auf den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 15. Deswegen ist vorzugsweise die streifenförmige poröse Folie 26 der negativen Elektrodenseite vom Rand des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 15 um den Abstand "h" zurückgezogen, die nicht weniger als eine Steigung in diametraler Richtung zur negativen Elektrode 4 in Form des zylinderförmigen Batterieelements 6 bis nicht mehr als der Radius des zylinderförmigen Batterieelements 6 beträgt. Als Abänderung ist es jedoch möglich, daß die streifenförmige poröse Folie 26 der negativen Elektrodenseite sich teilweise auf den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 15 erstreckt. Die streifenförmige poröse Folie 26 der negativen Elektrodenseite dient als ein Abstandsstück im zylinderförmigen Batterieelement 2, so daß die streifenförmige poröse Folie 26 der negativen Elektrodenseite als Abstandshalter den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 15 stabilisiert und eine Verformung des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 15 verhindert.
Die streifenförmige poröse Folie 26 der negativen Elektrodenseite weist Poren auf, die ein Durchdringen des Elektrolyten erlauben, sowie das Ausströmen eines Gases, das im zylinderförmigen Batterieelement 6 erzeugt wird.
Die 4A bis 4C sind aufgebrochene schematische Perspektivansichten, die ein Verfahren zum Verbinden eines Ansatzes zum Anschluß einer positiven Elektrode mit einem vertieften Teil auf der ersten Seite des zylinderförmigen Batterieelements der Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
Bezugnehmend auf 4A sind der streifenförmige Separator 5 und die streifenförmigen positiven und negativen Elektroden 3 und 4 so geschichtet, daß der streifenförmige Separator 5 zwischen die streifenförmigen positiven und negativen Elektroden 3 und 4 geschoben ist, worin der vorstehende Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 vom ersten Seitenrand des streifenförmigen Separators 5 hervorsteht, während der vorstehende Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 15 des streifenförmigen negativen Elektrodenkollektors 23 der streifenförmigen negativen Elektrode 4 vom zweiten Seitenrand des streifenförmigen Separators 5 hervorsteht, und dadurch eine Schichtstruktur bildet. Die Schichtstruktur wird dann zum Formen des zylinderförmigen Batterieelements 6 gerollt, so daß die erste Seite des zylinderförmigen Batterieelements 6 den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 umfaßt, während die zweite Seite des zylinderförmigen Batterieelements 6 den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 15 des streifenförmigen negativen Elektrodenkollektors 23 der streifenförmigen negativen Elektrode 4 umfaßt.
Unter Bezugnahme auf 4B wird ein geradkantiges Preßwerkzeug 31 auf die erste Seite der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 gedrückt, so daß der vertiefte Teil 8 auf der ersten Seite der Rollstruktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 geformt wird, worin der vertiefte Teil 8 die gerade schlanke Rinne bildet, die sich diametral über die Mittelachse der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 erstreckt.
Bezugnehmend auf 4C ist der Ansatz 9 zum Anschluß der positiven Elektrode so plaziert, daß der vertiefte Teil 8 in Gestalt der geraden schlanken Rinne das erste Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode aufnimmt. Das erste Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode erstreckt sich entlang und ist im Eingriff mit der Rinne des vertieften Teils 8. Die streifenförmige positive Elektrode 3 ist aus Aluminium gefertigt. Ein Halter 33 wird zum Halten des zylinderförmigen Batterieelements 6 benutzt. Ein Beschallkopf 32 mit geradem Rand wird in Kontakt mit dem ersten Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode gebracht, das im Eingriff innerhalb des vertieften Teils 8 in Form der geraden schlanken Rinne steht, so daß das erste Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode mittels eines Ultraschallschweißverfahrens mit dem vertieften Teil 8 auf der ersten Seite der Rollstruktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 verbunden wird. Das erste Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode wird mit dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 verbunden.
Als Option ist es möglich, daß die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite selektiv auf dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 vorgesehen ist. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite weist eine Dicke auf, die gerade gleich oder ungefähr gleich einer Dicke der aktiven Materialschicht 22 der positiven Elektrode ist. Die strei fenförmige poröse Folie der positiven Elektrodenseite kann irgendeine verfügbare poröse Folie umfassen, wie z.B. ein Wirrvlies aus Kunstharz und ein Metall- und ein Schaumstoffharz. Die streifenförmige Folie 25 der positiven Elektrodenseite kann mittels irgendeines der verfügbaren Verbundverfahren mit dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 verbunden werden. Falls das Kunstharz für die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite verwendet wird, so ist ein thermisches Schweißen zum Verbinden der streifenförmigen porösen Folie 25 der positiven Elektrodenseite mit dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 des streifenförmigen Elektrodenkollektors 21 anwendbar. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite erstreckt sich ausschließlich auf dem vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7. Auf diese weise ist die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite vom Rand des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 um den Abstand "h" zurückgezogen, der nicht weniger als eine Steigung diametral zur negativen Elektrode 4 in Form des zylinderförmigen Batterieelements 6 bis nicht mehr als der Radius des zylinderförmigen Batterieelements 6 beträgt. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite dient als ein Abstandsstück im zylinderförmigen Batterieelement 2, so daß die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite als das Abstandsstück den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 stabilisiert und eine Deformation des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 verhütet, insbesondere wenn ein Beschallkopf in Kontakt mit einer Schweißposition des vertieften Teils 8 des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 gebracht wird, um ein Ultraschallschweißen durchzuführen. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite weist Poren auf, die ein Durchdringen des Elektrolyten gestatten und auch das Ausströmen von Gas erlauben, das im zylinderförmigen Batterieelement 6 erzeugt wird.
Die 5A bis 5D sind fragmentarische schematische Perspektivansichten, die ein anderes Verfahren des Verbindens eines Ansatzes zum Anschluß der positiven Elektrode mit einem vertieften Teil auf der ersten Seite des zylinderförmigen Batterieelements der Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Bezugnehmend auf 5A sind der streifenförmige Separator 5 und die streifenförmigen positiven und negativen Elektroden 3 und 4 so geschichtet, daß der streifenförmige Separator 5 zwischen die streifenförmigen positiven und negativen Elektroden 3 und 4 eingeschoben ist, worin der vorstehende Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 vom ersten Seitenrand des streifenförmigen Separators 5 vorsteht, während der vorstehende Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 15 des streifenförmigen negativen Elektrodenkollektors 23 der streifenförmigen negativen Elektrode 4 vom zweiten Seitenrand des streifenförmigen Separators 5 vorsteht und dadurch eine Schichtstruktur bildet. Diese Schichtstruktur wird dann gerollt, um das zylinderförmige Batterieelement 6 zu bilden, so daß die erste Seite des zylinderförmigen Batterieelements 6 den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 umfaßt, während die zweite Seite des zylinderförmigen Batterieelements 6 den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 15 des streifenförmigen negativen Elektrodenkollektors 23 der streifenförmigen negativen Elektrode 4 umfaßt.
Unter Bezugnahme auf 5B wird die erste Seite der gerollten Struktur oder das zylinderförmige Batterieelement 6 einer Bestrahlung mit Laserstrahl 34 mittels eines YAG-Laser unterzogen, wobei die Laserbestrahlung 34 auf zwei parallele gerade Schnittlinien 35 angewandt wird, was einen geraden streifenförmigen Bereich definiert, der sich diametral und über die Mitte der Mittelachse der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 erstreckt, so daß der vorstehende Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 entlang der zwei parallelen geraden Schnittlinien 35 geschnitten wird, um fragmentarische Schnittabschnitte zu bilden, die zwischen den zwei parallelen geraden Schnittlinien 35 gebildet werden.
Unter Bezugnahme auf 5C sind die fragmentarischen Schnittabschnitte des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 in einer Richtung parallel zu einer Ebene der ersten Seite des zylinderförmigen Batterielements 6 gebogen, so daß der vertiefte Teil 8 auf der ersten Seite der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 gebildet wird, wobei der vertiefte Teil 8 die gerade schlanke Rinne bildet, die sich diametral über die Mittelachse der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 ausdehnt. Der vertiefte Teil 8 hat einen Boden, der die gebogenen fragmentarischen Schnittabschnitte des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 umfaßt.
Mit Bezug auf 5D ist der Ansatz 9 zum Anschluß der positiven Elektrode so plaziert, daß der vertiefte Teil 8 in Form der geraden schlanken Rinne das erste Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode aufnimmt. Das erste Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode erstreckt sich entlang und greift in die Rinne des vertieften Teils 8 ein. Die streifenförmige positive Elektrode 3 ist aus Aluminium hergestellt. Ein Halter 33 wird zum Halten des zylinderförmigen Batterieelements 6 benutzt. Ein Beschallkopf 32 mit geradem Rand wird in Kontakt mit dem ersten Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode gebracht, die im vertieften Teil 8 in die Form der geraden schlanken Rinne eingreift, so daß das erste Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum An schluß der positiven Elektrode mittels eines Ultraschallschweißverfahrens mit dem vertieften Teil 8 auf der ersten Seite der Rollstruktur oder des zylinderförmigen Batterieelements verbunden wird. Das erste Kontaktteil 9a des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode wird nämlich mit dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 verbunden.
Als Option ist es möglich, daß die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite selektiv auf dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 vorgesehen ist. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite hat eine Dicke gerade gleich oder ungefähr gleich einer Dicke der aktiven Materialschicht 22 der positiven Elektrode. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite kann irgendeine verfügbare poröse Folie umfassen, wie z.B. ein Wirrvlies aus Kunstharz und ein Metall- und ein Schaumstoffharz. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite kann mittels irgendeines verfügbaren Bindeverfahrens mit dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 verbunden werden. Falls das Kunstharz für die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite benutzt wird, so ist ein thermisches Schweißen zum Verbinden der streifenförmigen porösen Folie 25 der positiven Elektrodenseite mit dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 des streifenförmigen positiven Elektrodenkollektors 21 verfügbar. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite erstreckt sich ausschließlich auf den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7. Auf diese Weise wird die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite vom Rand des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 um den Abstand "h" zurückgezogen, der nicht weniger als eine Steigung diametral über die negative Elektrode 4 in Form des zylinderförmigen Batterieelements 6 bis nicht mehr als der Radius des zylinderförmigen Batterieelements 6 beträgt. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite dient als ein Abstandsstück im zylinderförmigen Batterieelement 2, so daß die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite als Abstandsstück den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 stabilisiert, und eine Deformation des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 verhütet, insbesondere wenn ein Beschallkopf in Kontakt mit einer Schweißposition des vertieften Teils 8 des vorstehenden Randbereichs des von aktivem Material freien Seitenbereichs 7 zum Durchführen einer Ultraschallschweißung gebracht wird. Die streifenförmige poröse Folie 25 der positiven Elektrodenseite hat Poren, die ein Durchdringen des Elektrolyten gestatten, und erlaubt ein Ausströmen eines im zylinderförmigen Batterieelement 6 erzeugten Gases.
Die 6 gibt eine schematische Perspektivansicht eines modifizierten Ansatzes zum Anschluß der positiven Elektrode wieder, die mit der ersten Seite des zylinderförmigen Batterieelements verbunden ist. Die erste Seite der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6, welche den von aktivem Material freien Seitenbereich 7 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 umfaßt, weist einen abgeändert geformten vertieften Teil auf. Der modifiziert geformte vertiefte Teil ist im von aktivem Material freien Seitenbereich 7 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 gebildet. Der abgeändert geformte vertiefte Teil auf der ersten Seite der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 bildet eine Rinne, die sich radial von einer Mitte der ersten Seite des zylinderförmigen Batterieelements 6 erstreckt. Das erste Kontaktteil 36 des Ansatzes 36Iso zum Anschluß der positiven Elektrode hat die Form radial sich erstreckender vielfacher Segmente, so daß der vertiefte Teil 8 in Form der radial sich erstreckenden Rinne das erste Kontaktteil 36 des Ansatzes zum Anschluß der positiven Elektrode aufnimmt. Das sich radial erstreckende erste Kontaktteil 36 des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode erstreckt sich entlang und ist im Eingriff in der radial sich erstreckenden Rinne des vertieften Teils 8. Falls die streifenförmige positive Elektrode 3 aus Aluminium hergestellt ist, wird das sich radial erstreckende erste Kontaktteil 36 des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode mittels eines Ultraschallschweißverfahrens mit dem sich radial erstreckenden vertieften Teil 8 auf der ersten Seite der gerollten Struktur oder des zylinderförmigen Batterieelements 6 verbunden. Das sich radial erstreckende erste Kontaktteil 36 des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode wird mit dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 der streifenförmigen positiven Elektrode 3 verbunden. Das sich radial erstreckende erste Kontaktteil 36 des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode und die sich radial erstreckende Rinne des vertieften Teils 8 erhöhen die Kontaktfläche zwischen dem Ansatz 9 zum Anschluß der positiven Elektrode und dem von aktivem Material freien Seitenbereich 7 der streifenförmigen positiven Elektrode 3. Des weiteren gestatten das radial sich erstreckende erste Kontaktteil 36 des Ansatzes 9 zum Anschluß der positiven Elektrode und die sich radial erstreckende Rinne des vertiefter Teils 8 eine gleichförmige Stromverteilung.
Die oben beschriebene Erfindung kommt zur Anwendung, wenn der zylinderförmige Batteriebecher 2 aus Aluminium hergestellt ist, und auch als Anschluß der positiven Elektrode dient.
Es wird kein Schweißvorgang zum Verbinden des Ansatzes mit dem Kollektor vor dem Vorgang des Rollens der Schichten positiver und negativer Elektroden unter Einschieben des Separators ausgeführt. Es ist nicht nötig, eine Mehrzahl von Ansätzen bereitzustellen. Das Verbinden des Ansatzes mit dem Kollektor wird nur mittels des einzigen Vorgangs des Anschweißens des Ansatzes an den vertieften Teil auf der einen Seite des zylinderförmigen Batterieelements durchgeführt. Die mehrfachen Positionen des Kollektors werden elektrisch durch den einzelnen Ansatz an den Anschluß angeschlossen, wodurch die Impedanz reduziert wird. Der einzelne U-förmige Zwischenabschnitt des Ansatzes erstreckt sich durch den Zwischenraum zwischen der ersten Seite des zylinderförmigen Batterieelements und dem Anschluß des Batteriekopfstücks, wobei der Koeffizient im Gebrauch des Zwischenraums zwi schen der ersten Seite des zylinderförmigen Batterieelements und dem Anschluß des Batteriekopfstücks erhöht wird.

Claims

Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten, die ein zylinderförmiges Batterieelement aufweist, das eine positive und eine negative Elektrode und einen zwischen der positiven und der negativen Elektrode eingeschobenen Separator umfasst, wobei die positive und die negative Elektrode einen von aktivem Material freien Bereich haben, und der von aktivem Material freie Bereich einen vorstehenden Randbereich aufweist, der über einen ersten Seitenrand des Separators vorsteht, wobei ein erstes Ende des zylinderförmigen Batterieelements den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Bereichs einer der beiden Elektroden umfasst sowie einen vertieften Teil hat, wobei ein Elektrodenansatz einen ersten Teil aufweist, der in den vertieften Teil eingreift und mit diesem verschweißt ist, sowie einen zweiten Teil aufweist, der in elektrischem Kontakt mit einem Elektrodenanschluss ist, und wobei [der von aktivem Material] die freien Bereiche der positiven und der negativen Elektroden mit einer porösen Folie beschichtet sind, die im Wesentlichen die gleiche Dicke wie eine Schicht des aktiven Materials hat.
Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten nach Anspruch 1, wobei der vertiefte Teil eine Rinne umfasst, die sich auf dem ersten Ende des zylinderförmigen Batterieelements erstreckt.
Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten nach Anspruch 2, wobei die Rinne eine einzige gerade Rinne darstellt, die sich über die Mitte des ersten Endes des zylinderförmigen Batterieelements erstreckt, und der erste Teil des Elektrodenansatzes die Form einer einzigen Geraden hat.
Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten nach Anspruch 2, wobei die Rinne mehrere Rinnensegmente aufweist, die sich radial von der Mitte des ersten Endes des zylinderförmigen Batterieelements erstrecken, und der erste Teil des Elektrodenansatzes die Form von mehreren sich radial erstreckenden Segmenten hat.
Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten nach Anspruch 1, wobei der Elektrodenansatz einen U-förmigen Zwischenteil aufweist, der den ersten und den zweiten Teil einstückig miteinander verbindet.
Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten nach Anspruch 1, worin eine der beiden Elektroden aus Aluminium gefertigt ist, und der erste Teil des Elektrodenansatzes durch Ultraschallschweißung angeschweißt ist.
Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten nach Anspruch 6, wobei die eine der beiden Elektroden die positive Elektrode ist.
Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten nach Anspruch 6, wobei der Elektrodenanschluss in Kontakt mit dem zweiten Teil des Eltrodenansatzes einen elektrisch leitfähigen Anschlussteil eines Batteriekopfstücks darstellt.
Verfahren zum Verbinden eines Elektrodenansatzes mit einer Seite eines zylinderförmigen Batterieelements einer Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten, welches folgende Schritte umfasst: Formen eines zylinderförmigen Batterieelements mit einer positiven und einer negativen Elektrode und einem zwischen die positive und die negative Elektrode eingeschobenen Separator, wobei die positive und die negative Elektrode einen von aktivem Material freien Bereich haben und der von aktivem Material freie Bereich einen vorstehenden Randbereich hat, der über einen ersten Seitenrand des Separators vorsteht, so dass ein erstes Ende des zylinderförmigen Batterieelements den vorstehenden Randbereich des von aktivem Material freien Bereichs der positiven und der negativen Elektrode umfasst; Beschichten der von aktivem Material freien Bereiche der positiven und der negativen Elektroden mit einer porösen Folie, die im Wesentlichen die gleiche Dicke wie eine Schicht des aktiven Materials hat; Erzeugen von Schnittlinien, die sich durch den vorstehenden Randbereich erstrecken, durch Laser-Bestrahlung des vorstehenden Randbereichs, um mehrere teilweise geschnittene Teile des vorstehenden Randbereichs mittels der Schnittlinien zu formen; Biegen der teilweise geschnittenen Teile in eine Richtung parallel zu einer Ebene des ersten Endes des zylinderförmigen Batterieelements, wodurch ein vertiefter Teil auf dem ersten Ende des zylinderförmigen Batterieelements gebildet wird; Aufbringen eines ersten Teils eines Elektrodenansatzes in den vertieften Teil; und Verschweißen eines ersten Teils des Elektrodenansatzes mit dem vertieften Teil.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Teil des Elektrodensatzes durch Ultraschallschweißung angeschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der vertiefte Teil durch Eindrücken eines Presswerkzeuges in das erste Ende des zylinderförmigen Batterieelements geformt wird.