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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen eines Separators für eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Speicherapparats, der den Separator beinhaltet, der durch das Trocknungsverfahren getrocknet ist.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Eine Lithiumionen-Sekundärbatterie ist eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung, die eine elektrolytische Lösung anders als eine Wasserlösung enthält. Die nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung wird für tragbare elektronische Ausrüstung und Autobatterien verwendet. Die nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung speichert viel Energie, und deshalb ist das Gewährleisten der Sicherheit für die nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung wichtig. Die nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung beinhaltet eine positive Elektrode und eine negative Elektrode, die sich gegenüber zugewandt über einen Separator, der aus einem porösen isolierenden Film gebildet ist, angeordnet sind. Wenn der Separator gebrochen bzw. durchbrochen wird, können die positive Elektrode und die negative Elektrode in direkten Kontakt miteinander kommen (Kurzschluss). Deshalb spielt der Separator eine wichtige Rolle in Hinblick auf die Sicherheit.
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Des Weiteren existiert eine Nachfrage die Leistungsfähigkeit der nicht-wässrigen elektrischen Speichervorrichtung zu verbessern, um die nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung auf dem Markt zu verbreiten (siehe
japanische Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnr. 2000-188114 (
JP 2000-188114 )). Wenn zum Zeitpunkt der Assemblierung Feuchtigkeit in die nicht-wässrige elektrolytische Speichervorrichtung gemischt wird, wird die elektrolytische Lösung zersetzt, um zu verhindern, dass die gewünschte Batterieperformance erhalten wird. Deshalb werden, bevor die Injektion der elektrolytischen Lösung ausgeführt wird, ein positives Elektrodenelement, ein negatives Elektrodenelement und ein Separator, nachdem sie ausreichend getrocknet wurden, assembliert.
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Im Allgemeinen werden das positive Elektrodenelement, das negative Elektrodenelement und der Separator in einem erwärmten Zustand unter einem reduzierten Druck getrocknet. Das positive Elektrodenelement und das negative Elektrodenelement können aufgrund ihrer Materialien bei 100°C oder höher getrocknet werden; wobei die Temperatur von 100°C der Siedepunkt von Wasser unter normalem Druck ist (atmosphärischer Druck auf flachem Land). Das positive Elektrodenelement und das negative Elektrodenelement können ferner in einer relativ kurzen Zeit (passender Weise 2 Stunden) getrocknet werden. Typischerweise ist, für die Materialien des positiven Elektrodenelements, das Material der Stromabnehmerfolie Aluminium und ist das Material des Beschichtungsfilms Lithiumoxid. Für das Material des negativen Elektrodenelements, ist das Material der Stromabnehmerfolie Kupfer und ist das Material des Beschichtungsfilms natürlicher Graphit.
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Jedoch ist das Material des Separators typischerweise Polyolefin. Für das Polyolefin beginnt thermisches Schrumpfen bei 100°C oder niedriger. Das Polyolefin schrumpft thermisch, wenn es einer hohen Temperaturumgebung von 100°C oder höher ausgesetzt wird, und dessen gewünschte Eigenschaften werden nicht erhalten, folglich wird verhindert, dass der Separator bei hohen Temperaturen von 100°C oder höher getrocknet wird. Dementsprechend wird der Separator bei einer Temperatur, die niedriger als eine Temperatur ist bei welcher ein aus Polyolefin gebildeter Separator thermisch zu schrumpfen beginnt, und in einer reduzierten Druckumgebung getrocknet. In diesem Fall braucht es ungefähr 12 Stunden, um den Separator bei 70°C in der reduzierten Druckumgebung zu trocknen, und deshalb benötigt das Trocknen des Separators eine längere Zeit als das Trocknen des positiven Elektrodenelements und des negativen Elektrodenelements.
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Wie oben beschrieben, benötigt das konventionelle allgemeine Verfahren zum Trocknen des Separators eine lange Trocknungszeit und ist schlecht in der Produktivität. Des Weiteren ist die Trocknungstemperatur gleich zu oder niedriger als der Siedepunkt von Feuchtigkeit. Deshalb hat sogar eine lange Trocknung zur Folge, dass Feuchtigkeit in dem Separator zurückbleibt, sodass ausreichende Batterieperformance nicht erzielt werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zum Trocknen eines Separators und ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Speicherapparats bereitzustellen, in welchem ein azeotropes Phänomen zwischen einem Niedrig-Siedepunkt-Lösungsmittel und Wasser genutzt wird, um den Siedepunkt von Wasser zu erniedrigen, um zu ermöglichen, dass das Trocknen einfach durchgeführt wird ohne zu verursachen, dass der ein organisches Material beinhaltete Separator thermisch schrumpft, dadurch wird es ermöglicht das Trocknen in einer kurzen Zeit zu erzielen, um die Produktivität zu verbessern und das verbleibende Wasser so weit wie möglich zu reduzieren.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Trocknen eines Separators für eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung, das Verfahren beinhaltet:
Imprägnieren eines Separators mit einem Lösungsmittel durch in Kontakt bringen des Separators mit dem Lösungsmittel, das Affinität zu Wasser aufweist und das bei einer Temperatur, die niedriger als ein Siedepunkt von Wasser ist, ein azeotropes Phänomen verursacht, um so die Feuchtigkeit in dem Separator mit dem Lösungsmittel zu mischen, um eine azeotrope Mischung mit einem azeotropen Punkt niedriger als eine thermische Schrumpfstarttemperatur herzustellen, die eine Temperatur ist, bei welcher der Separator beim Erwärmen thermisch zu schrumpfen beginnt; und
Trocknen des Separators, der mit dem Lösungsmittel in Kontakt gebracht worden ist, wobei
der Separator für eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung ein organisches Material mit einer thermischen Schrumpfstarttemperatur von 100°C oder weniger beinhaltet, und
die Lösungsmittelimprägnierung und das Trocknen in dieser Reihenfolge ausgeführt werden.
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In dem oben beschriebenen Aspekt wird, in der Lösungsmittelimprägnierung, der Separator, der mit dem Lösungsmittel in
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Kontakt gebracht worden ist, das bei der Temperatur, die niedriger als der Siedepunkt von Wasser ist, das azeotrope Phänomen verursacht, so dass der azeotrope Punkt der Feuchtigkeit in dem Separator und des Lösungsmittels niedriger ist als die thermische Schrumpfstarttemperatur, die die Temperatur ist, bei welcher der Separator zu schrumpfen beginnt. Folglich wird der mit dem Lösungsmittel in Kontakt gebrachte Separator getrocknet. Da der azeotrope Punkt niedriger als der Siedepunkt von Wasser ist, ermöglicht der Aspekt eine Trocknungszeit verglichen zum Stand der Technik zu reduzieren, das ermöglicht es die Produktivität zu verbessern. In diesem Fall wird, um zu verhindern dass der Separator thermisch schrumpft, das Trocknen bei der Temperatur durchgeführt, die niedriger als die thermische Schrumpftemperatur und gleich zu oder höher als der azeotrope Punkt ist. Dadurch kann die Feuchtigkeit in dem Separator effektiv entfernt und so weit wie möglich reduziert werden.
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In dem Verfahren zum Trocknen eines Separators für eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung in dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann beim Trocknen der Separator bei einer Temperatur getrocknet werden, die niedriger als die thermische Schrumpfstarttemperatur des organischen Materials und höher als der azeotrope Punkt der azeotropen Mischung bei einem Umgebungsdruck, in welchem das Trocknen ausgeführt wird, getrocknet werden. In dem Aspekt kann der Separator noch effizienter getrocknet werden.
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In dem Verfahren zum Trocknen eines Separators für eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung in dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann, beim Trocknen, der Umgebungsdruck niedriger als ein atmosphärischer Druck eingestellt werden. Dies ermöglicht es den azeotropen Punkt in dem reduzierten Druckzustand niedriger als den azeotropen Punkt in dem atmosphärischen Druckzustand einzustellen, dadurch wird ermöglicht das Trocknen dementsprechend effizient zu erzielen.
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In dem Verfahren zum Trocknen eines Separators für eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung in dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann das Lösungsmittel Ethanol sein. Das Ethanol ist sicher und einfach zu handhaben.
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In dem Verfahren zum Trocknen eines Separators für eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung in dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann das verwendete organische Material für den Separator Polyolefin sein. Das Polyolefin ist im Allgemeinen vorteilhaft bezüglich der Kosten. Das Polyolefin ist auch auf dem Markt einfach erhältlich.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Speicherapparats bereit, der ein positives Elektrodenelement, ein negatives Elektrodenelement, eine elektrolytische Lösung, einen Separator und ein Gehäuseelement beinhaltet, das das positive Elektrodenelement, das negative Elektrodenelement, die elektrolytische Lösung und den Separator einhaust, wobei das Verfahren Trocknen des Separators durch das Verfahren zum Trocknen eines Separators für eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung in dem oben beschriebenen Aspekt beinhaltet. Das Herstellungsverfahren nutzt ebenfalls das oben beschriebene Verfahren zum Trocknen eines Separators und ermöglicht somit die gleichen Effekt zu erzielen wie die Effekte des Trocknungsverfahrens.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Speicherapparat bereitzustellen, der beinhaltet:
einen Separator, der durch das Verfahren zum Trocknen eines Separators für eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung in dem obigen Aspekt getrocknet ist;
ein positives Elektrodenelement;
ein negatives Elektrodenelement;
eine elektrolytische Lösung; und
ein Gehäuseelement, das das positive Elektrodenelement, das negative Elektrodenelement und die elektrolytische Lösung einhausen. Der Aspekt ermöglicht es die in der elektrolytischen Lösung zurückbleibende Feuchtigkeit zu beschränken, das ermöglicht die Performance des elektrischen Speicherapparats zu verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die zuvor genannten und weiteren Merkmale und Vorteile der Erfindung werden von der folgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen offensichtlich werden, wobei gleiche Zahlen verwendet werden um gleiche Elemente darzustellen, und wobei:
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1 ein Diagramm ist, das einen disassemblierten Zustand eines elektrischen Speicherapparats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt;
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2 eine perspektivische Ansicht ist, die das Aussehen des elektrischen Speicherapparats gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschreibt;
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3 eine Draufsicht ist, die separat ein positives Elektrodenelement, ein negatives Elektrodenelement und einen Separator, die eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung in dem elektrischen Speicherungsapparat bilden, beschreibt;
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4 eine Draufsicht ist, die einen Zustand beschreibt, indem die Elemente der nicht-wässrigen elektrischen Speichervorrichtung, die in 3 beschrieben sind, kombiniert und laminiert sind;
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5 ein Diagramm der Herstellungsschritte des Separators ist;
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6 eine Grafik ist, die Beispiele eines Niedrig-Siedepunkt-Lösungsmittels illustriert, das azeotrop mit Wasser ist;
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7 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines Lösungsmittelimprägnierungsschritts illustriert;
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8 ein Diagramm der Herstellungsschritte eines elektrischen Speicherapparats ist; und
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9 eine Grafik ist, die eine Kapazität-Beibehaltungsrate illustriert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜRHUNGSFORMEN
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung, die als eine Vorrichtung vom Laminations-Typ konfiguriert ist.
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1 illustriert ein Konfigurationskonzept eines elektrischen Speicherapparats 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem disassemblierten Zustand. 2 beschreibt das Aussehen des elektrischen Speicherapparats in einem montierten (bzw. assemblierten) Zustand. Der in 1 beschriebene elektrische Speicherapparat 10 beinhaltet eine nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung 20 und eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung 28, die zwischen Laminatfilmen 12 angeordnet ist, die an vertikalen gegenüberliegenden Seiten des elektrischen Speicherapparats 10 angeordnet sind. Die nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung 20 beinhaltet positive Elektrodenelemente 22, negative Elektrodenelemente 24 und Separatoren 26. In der nicht-wässrigen elektrischen Speichervorrichtung 20 sind die positiven Elektrodenelemente 22 und die negativen Elektrodenelemente 24 alternierend in einem laminierten Zustand angeordnet und die dünnfilm-ähnlichen Separatoren 26 sind jeweils zwischen dem positiven Elektrodenelement 22 und dem negativen Elektrodenelement 24 und an den gegenüberliegenden Enden der nicht-wässrigen elektrischen Speichervorrichtung 20 in einer Laminationsrichtung angeordnet. Das positive Elektrodenelement 22 beinhaltet eine dünne Platte oder Folie dessen Oberfläche beispielsweise mit einem positiven Elektrodenaktivmaterial beschichtet ist. Das negative Elektrodenelement 24 beinhaltet eine dünne Platte oder eine Folie dessen Oberfläche beispielsweise mit einem negativen Elektrodenaktivmaterial beschichtet ist. Wie in 2 beschrieben, sind die positiven Elektrodenelemente 22, die negativen Elektrodenelemente 24 und die Separatoren 26 sandwichartig zusammengepresst (engl. sandwiched), laminiert und versiegelt zwischen den Laminatfilmen 12, die oberhalb und unterhalb der positiven Elektrodenelemente 22, der negativen Elektrodenelemente 24 und der Separatoren 26 lokalisiert sind. In diesem Fall ist eine elektrolytische Lösung 28 ebenfalls in der nicht-wässrigen elektrischen Speichervorrichtung 20 versiegelt und zwischen dem positiven Elektrodenelementen 22, den negativen Elektrodenelementen 24 und den Separatoren 26 eingefügt.
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3 beschreibt separat das positive Elektrodenelement 22, das negative Elektrodenelement 24 und den Separator 26, die die nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung 20 bilden. Das positive Elektrodenelement 22, das negative Elektrodenelement 24 und der Separator 26 weisen jeweils eine Plattenform auf. Das positive Elektrodenelement 22 und das negative Elektrodenelement 24 werden jeweils mit einem positiven Elektrodenterminal 22A und einem negativen Elektrodenterminal 24A an einer Endoberfläche davon bereitgestellt. Beim Laminieren werden der positive Elektrodenterminal 22A und der negative Elektrodenterminal 24A an verschiedenen Positionen angeordnet. 4 beschreibt einen Anordnungszustand in welchem das positive Elektrodenelement 22 und das negative Elektrodenelement 24 laminiert sind.
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Das positive Elektrodenelement 22 ist in einer bekannten Art und Weise konfiguriert. Das positive Elektrodenelement 22 wird durch Aufbringen, Trocknen und Rollen (bzw. Walzen, engl. rolling) einer Paste auf einer oder beiden Seiten eines Stromabnehmers hergestellt; wobei die Paste ein positives Elektrodenaktivmaterial, ein Bindemittel und ein leitfähiges Mittel, wie benötigt, enthält, welche geknetet und in einem Lösungsmittel dispergiert sind. Der Stromabnehmer beinhaltet eine Aluminiumfolie, die Drehmaschinenbearbeitung (engl. lath machining) (Bearbeitung bei welcher Einschnitte in ein Material gemacht werden, welches dann gezogen wird, um eine netzähnliche Struktur zu werden) oder einem Ätzen unterworfen ist. Als das positive Elektrodenaktivmaterial, wird eine lithiumenthaltende Übergangsmetallverbindung verwendet, die Lithiumionen als Gäste (engl. guests) empfangen kann. Das positive Elektrodenelement 22 kann eine Dicke von 130 µm bis 200 µm aufweisen und kann flexibel sein.
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Das negative Elektrodenelement 24 ist ebenfalls in einer bekannten Art und Weise konfiguriert. Das negative Elektrodenelement 24 wird durch Aufbringen, Trocknen und Rollen einer Paste auf einer oder beiden Seiten eines Stromabnehmers hergestellt, wobei die Paste ein negatives Elektrodenaktivmaterial, ein Bindemittel und ein leitfähiges Mittel, wie benötigt, enthält, welche geknetet und in einem Lösungsmittel dispergiert werden. Der Stromabnehmer kann Kupfer oder eine Kupferlegierung sein. Der Stromabnehmer kann auch eine gerollte (bzw. gewalzte) Folie oder eine elektrolytische Folie sein und kann wie eine Folie, eine poröse Folie oder ein expandiertes Material, ein Drehmaschinenmaterial (engl. lath material) oder ähnliches geformt sein, das durch Herstellen von Einsschnitten in einem Rohmaterial erhalten ist, welches dann gezogen wird, um eine netzähnliche Struktur zu sein. Als das negative Elektrodenaktivmaterial wird natürlicher oder künstlicher Graphit verwendet, der Lithiumionen absorbieren und desorbieren kann. Das negative Elektrodenelement 24 kann eine Dicke von 140 µm bis 210 µm aufweisen und kann flexibel sein.
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Als der Separator 26 wird ein organisches Material mit einer thermischen Schrumpfstarttemperatur von 100°C oder weniger (beispielsweise 80°C) verwendet. Die thermische Schrumpfstarttemperatur ist eine Temperatur, bei welcher das organische Material bei Erwärmung thermisch zu schrumpfen startet (bzw. beginnt). Beispiele bevorzugter organischer Materialien für den Separator beinhalten mikroporöse Polyolefinharze, wie etwa ein Polyethylenharz und ein Polypropylenharz. Die Polyolefinharze funktionieren als eine Sicherheitsvorrichtung falls die elektrische Speichervorrichtung 20 überhitzt wird und sind einfach zu handhaben und nicht teuer. Ein Verfahren zur Herstellung des Separators 26 unter Verwendung des organischen Materials gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
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Die elektrolytische Lösung 28 ist ebenfalls gut bekannt und enthält einen Elektrolyt, der in einem nicht-wässrigen Lösungsmittel gelöst ist. Als das nicht-wässrige Lösungsmittel, kann Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat oder ähnliches verwendet werden. Die nicht-wässrigen Lösungsmittel können jeweils als ein einzelnes Lösungsmittel verwendet werden oder können als ein gemischtes Lösungsmittel von zumindest zwei von diesen Lösungsmitteln verwendet werden.
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In der nicht-wässrigen elektrischen Speichervorrichtung 20, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, wird die Lithium(Li)-enthaltende Übergangsmetallverbindung als das positive Elektrodenaktivmaterial für das positive Elektrodenelement 22 verwendet. Dadurch emittiert das positive Elektrodenelement 22 Lithium in der Form von Ionen zum Zeitpunkt des Ladens und adsorbiert Lithiumionen zum Zeitpunkt des Entladens. Natürlicher oder künstlicher Graphit wird als das negative Elektrodenaktivmaterial für das negative Elektrodenelement 24 verwendet. Das negative Elektrodenelement 24 adsorbiert Lithiumionen zum Zeitpunkt des Ladens und emittiert die Lithiumionen zum Zeitpunkt des Entladens.
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Der Separator 26 ist zwischen dem positiven Elektrodenelement 22 und dem negativen Elektrodenelement 24 angeordnet, um es dem positive Elektrodenelement 22 und dem negative Elektrodenelement 24 zu ermöglichen Tätigkeiten (engl. operations) des Emittierens und Adsorbierens von Lithiumionen zum Zeitpunkt des Ladens und des Entladens durchzuführen, während des Verhinderns, dass das positive Elektrodenelement 22 und das negative Elektrodenelement 24 kurz geschlossen werden. Deshalb ist der Separator 26 normalerweise konfiguriert, um eine Dreischichtstruktur aufzuweisen. Eine zentrale Schicht ist eine amorphe poröse Schicht eines Polyethylenharzes (PE) und gegenüberliegende Endschichten sind hoch kristalline Schichten aus einem Polypropylenharz (PP). Dementsprechend wird es den Lithiumionen gestattet, durch sehr enge Passagen zu passieren, die in jeder Schicht gebildet sind, und können deshalb durch das positive Elektrodenelement und das negative Elektrodenelement emittiert und adsorbiert werden. Wenn jedoch Wärme erzeugt wird, wird der Separator 26 schmelzen ohne gebrochen (bzw. durchbrochen) zu werden, um die in jeder Schicht gebildeten sehr engen Passagen zu verschließen, dadurch werden die Passagen für die Lithiumionen blockiert. Dies verhindert, dass die Temperatur der Batterie weiter ansteigt, um Sicherheit sicherzustellen. Wie oben beschrieben, ist der Separator 26 eine wichtige Komponente im Hinblick auf die Sicherheit.
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Jetzt wird ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Separators 26 beschrieben. In der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform wird ein Separatormaterial, das Herstellungsschritten unterworfen worden ist und bis dahin Feuchtigkeit entfernt worden ist, durch die Referenznummer 26A gekennzeichnet. Der Separator, aus welchem die Feuchtigkeit entfernt worden ist, wird mit der Referenznummer 26 gekennzeichnet.
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5 ist ein Prozessdiagram, das die Herstellungsschritte des Separators 26 illustriert. Zuerst ist der Schritt 100 ein Bildungsschritt für das Separatormaterial 26A. Der Bildungsschritt 100 für das Separatormaterial 26A wird ausgeführt, um das Separatormaterial 26A zu bilden. Als ein Material für das Separatormaterial 26A wird ein organisches Material mit einer thermischen Schrumpfstarttemperatur von 100°C oder weniger verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein mikroporöses Polyolefinharz verwendet. Die Form und Größe des Separatormaterials 26A sind wie in 2 bis 4 beschrieben; das Separatormaterial 26A weist eine rechteckige Plattenform auf und ist gebildet, um eine Außengröße (engl. external size) etwas größer als jene von dem positiven Elektrodenelement 22 und dem negativen Elektrodenelement 24 aufzuweisen.
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Nach dem Bildungsschritt 100 schreitet der Prozess voran, zu einem Lösungsmittelimprägnierungsschritt 101. Der Lösungsmittelimprägnierungsschritt 101 wird als ein vorgeschalteter Schritt eines Trockenschritts (bzw. Trocknungsschritt) 102 ausgeführt. Wenn der Separator 26 für die nicht-wässrige elektrische Speichervorrichtung 20 verwendet wird, verursacht Mischung von Feuchtigkeit in der nicht-wässrigen elektrischen Speichervorrichtung 20 dass die elektrolytische Lösung 28 zersetzt wird, um die zu erhaltende gewünschte Batterieperformance zu verhindern. Deshalb wird ein Trockenschritt benötigt, in welchem die Feuchtigkeit aus der nicht-wässrigen elektrischen Speichervorrichtung 20, die den Separator 26 beinhaltet, entfernt wird. Deshalb wird auch für das Separatormaterial 26A Trocknen in dem Trockenschritt 102 durchgeführt, welcher dem Lösungsmittelimprägnierungsschritt 101 folgt, um die Feuchtigkeit zu entfernen. Um zu gewähren dass der Trockenschritt 102 effektiv in einer kurzen Trocknungszeit ausgeführt wird, wird das Separatormaterial 26A, das in dem Bildungsschritt 100 gebildet ist, in dem Lösungsmittelimprägnierungsschritt 101 mit einem Lösungsmittel imprägniert.
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Als das Lösungsmittel mit welchem das Separatormaterial 26A imprägniert wird, wird ein Material verwendet, welches in Wasser gelöst werden kann oder zu (bzw. gegenüber) Wasser Affinität aufweist und welches ein azeotropes Phänomen bei einem niedrigeren Siedepunkt als Wasser verursacht. Die wie hierin verwendete Affinität ist eine Eigenschaft, die dem Lösungsmittel gewährt (bzw. ermöglicht) mit Wasser gemischt zu werden. Das azeotrope Phänomen bezieht sich auf ein Phänomen, in welchem, wenn eine Flüssigkeitsmischung kocht, eine flüssige Phase und eine Gasphase die gleiche Zusammensetzung aufweisen. Solch eine Mischung wird als eine azeotrope Mischung bezeichnet. Imprägnierung mit einem Lösungsmittel von solch einem Material ermöglicht es, das Wasser während des Trockenschritts unter Verwendung des azeotropen Phänomens zu entfernen. Des Weiteren ermöglicht die Erniedrigung des azeotropen Punkts unter den Siedepunkt von Wasser eine Reduktion in der Trocknungszeit. Während eine normale Flüssigkeitsmischung kocht verändert sich die Zusammensetzung der Mischung und eine Siedetemperatur steigt graduell an. Jedoch ist die Zusammensetzung für die azeotrope Mischung trotz des Kochens während der Siedepunkt konstant bleibt unverändert. Beispielsweise ist der Siedepunkt (azeotrope Punkt) von einer azeotrope Mischung aus Wasser (Siedepunkt: 100°C) und Ethanol (Siedepunkt: 78,3°C) niedriger als der Siedepunkt von sowohl Wasser als auch Ethanol und ist 78,2°C, und die azeotrope Mischung kocht (bzw. siedet) bei der konstanten Temperatur. (Einige azeotropische Mischungen weisen einen größeren Siedepunkt als jede der Komponenten der Mischung auf.) Das hierin verwendet azeotrope Phänomen betrifft ein Phänomen, in welchem, wenn Flüssigkeiten zu einer azeotropen Mischung gemischt werden, die azeotrope Mischung einen niedrigeren Siedepunkt als diejenigen von jeder der Flüssigkeiten aufweist und eine konstante Temperatur während des Kochens aufweist.
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Eine Graphik in 6 illustriert Beispiele eines Niedrig-Siedepunkt-Lösungsmittels, das azeotrop mit Wasser ist. Die Graphik illustriert auch den Zusammenhang zwischen dem azeotropen Punkt, bei welchem das Lösungsmittel azeotrop mit Wasser ist, und der Zusammensetzung an Wasser. Die Konzentration an Wasser in der azeotropen Mischung in der Graphik, in anderen Worten eine azeotrop limitierende Konzentration (Gew.-%), ist die limitierende Konzentration, bei welcher ein Siedepunkt erniedrigendes Phänomen von Wasser beibehalten werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform wird Ethanol als das Lösungsmittel verwendet. Ethanol ist sicher und einfach zu handhaben. Wenn Ethanol als das Lösungsmittel verwendet wird, ist der azeotrope Punkt in einem atmosphärischen Zustand 78,17°C und der Siedepunkt von Wasser erniedrigt sich um ungefähr 20°C. In diesem Fall ist die azeotrope limitierte Konzentration 4,0 Gew.-%. Dies bedeutet, dass beispielsweise wenn das Separatormaterial 26A mit Ethanol von ungefähr 100 g imprägniert wird bis zu 4 g an Wasser in der azeotropen Mischung von 100 g durch Verdampfung bei der azeotropen Temperatur entfernt werden kann. Der Wassergehalt des Separatormaterials 26A ist viel niedriger als die azeotrope limitierende Konzentration von 4,0 Gewichts-% und stellt kein praktisches Problem dar.
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7 illustriert ein Beispiel eines Verfahrens zum imprägnieren des Separatormaterials 26A mit einem Lösungsmittel 30 aus Ethanol. Bei dem Verfahren des Imprägnierens mit dem Lösungsmittel, das in 7 illustriert ist, wird das Separatormaterial 26A in einen Container 32 so mit Ethanol platziert, um mit dem Ethanol imprägniert zu werden, das heißt was als Eintauchen bezeichnet wird, wird durchgeführt. Andere Verfahren zum Imprägnieren beinhalten verschiedene Verfahren, wie etwa Herabtropfen von Ethanol auf das Separatormaterial 26A unter Verwendung eines Tropfers.
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Wenn das Separatormaterial 26A mit dem Lösungsmittel 30 aus Ethanol imprägniert wird, wird anschließend das resultierende Separatormaterial 26A in dem Trockenschritt 102 getrocknet. Das Trocknen beinhaltet Erwärmen in einer Umgebung in einem reduzierten Druckzustand. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Trocknen in einem Vakuumzustand durchgeführt, der durch Druckreduktion etabliert ist. Der Vakuumzustand ist bei einem Druck von ungefähr 1 × 10–1 Pa. Die Druckreduzierung ermöglicht eine Reduktion im azeotropen Punkt unter den azeotropen Punkt in dem atmosphärischen Zustand, das ermöglicht dass das Trocknen noch effizienter durchgeführt wird. Die Trocknungstemperatur wird niedriger als eine Temperatur eingestellt, bei welcher das Separatormaterial 26A des organischen Materials thermisch schrumpft und größer als der azeotrope Punkt in dem reduzierten Druckzustand. In der vorliegenden Ausführungsform wird Polyolefin als das Separatormaterial 26A verwendet, welches bei einer Temperatur von ungefähr 80°C oder größer thermisch schrumpft. In dem Vakuumzustand ist der azeotrope Punkt von Ethanol, das als das Lösungsmittel verwendet wird, niedriger als 70°C und deshalb wurde die Trocknungstemperatur auf 70°C eingestellt. Dadurch wurde während Erwärmungstrocknung das Separatormaterial 26A ohne thermisches Schrumpfen getrocknet. Entsprechend des Trocknungsverfahrens in der vorliegenden Ausführungsform kann der Durchgang an Ionen noch zuverlässiger blockiert werden, um einfach Sicherheit herzustellen, wenn der elektrische Speicherapparat überhitzt wird, da Polyolefin eine thermische Schrumpfstarttemperatur von ungefähr 80°C aufweist und thermisch bei einer niedrigeren Temperatur als ein Material mit einer thermischen Schrumpfstarttemperatur von 100°C oder weniger schrumpft.
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Als ein Resultat des Trocknens unter den oben beschriebenen Bedingungen wurde im Wesentlichen die komplett verbleibende Feuchtigkeit in dem Separatormaterial 26A erfolgreich eliminiert. Absolutes Trocknen kann abhängig von den Bedingungen erzielt werden. Im nächsten Schritt 103 wird der Separator 26 komplettiert (bzw. vollendet) und die Herstellung des Separators 26 ist komplett. Das Trocknungsverfahren in der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform benötigt eine Trocknungszeit von ungefähr einer Stunde, welches eine drastische Reduktion ist, verglichen zum Stand der Technik, welcher eine Trocknungszeit von 12 Stunden benötigt.
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Nun wird ein Verfahren zum Herstellen des elektrischen Speicherapparats 10 unter Verwendung des Separators 26, der durch Trocknen gemäß dem oben beschriebenen Trocknungsverfahren hergestellt ist, basierend auf einem Prozessdiagramm, das in 8 beschrieben ist, beschrieben.
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Zuerst werden in Schritten 110 bis 112 die Separatoren 26, die positiven Elektrodenelemente 22 und die negativen Elektrodenelemente 24 hergestellt und im Voraus zubereitet. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Separator 26 unter Verwendung des oben beschriebenen Trocknungsverfahrens hergestellt. Das positive Elektrodenelement 22 und das negative Elektrodenelement 24 sind so konfiguriert wie oben beschrieben. Für beide das positive Elektrodenelement 22 und das negative Elektrodenelement 24 beinhalten die Herstellungsschritte einen Trocknungsschritt. Das positive Elektrodenelement 22 und das negative Elektrodenelement 24 können von Hause aus aufgrund der darin verwendeten Materialien bei einer großen Temperatur getrocknet werden. Dementsprechend kann die Trocknung in einer relativ kurzen Zeit erzielt werden, dies resultiert in einer kurzen Herstellungszeit.
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Nun wird Schritt 113 ausgeführt, um separat ein Gehäuseelement zuzubereiten. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Gehäuseelement die laminierten Filme 12, die in 1 und 2 beschrieben sind. Ein Material für das Gehäuseelement kann eine Aluminiumlegierung, die eine kleine Menge an Metall, wie etwa Mangan oder Kupfer enthält, oder Eisen mit Nickelplattierung, welche nicht teuer ist, in Anbetracht des Druckwiderstands, sein.
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Im Schritt 114 werden die positiven Elektrodenelemente 22, die negativen Elektrodenelemente 24 und die Separatoren 26 in einer zuvor festgelegten Anordnung in dem Gehäuseelement eingehaust, das in dem Schritt 113 separat zubereitet ist. Dann wird im Schritt 116 die elektrolytische Lösung (bzw. Elektrolytlösung) 28 separat in das Gehäuseelement injiziert, die in Schritt 115 zubereitet ist. Dadurch wird im Schritt 117 der elektrische Speicherapparat (bzw. Speicherungsapparat) 10 komplettiert.
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Die signifikant reduzierte Herstellungszeit für den Separator 26 reduziert auch signifikant die Herstellungszeit für den elektrischen Speicherapparat 10, der in den oben beschriebenen Schritten hergestellt ist. Des Weiteren, für den elektrischen Speicherapparat 10, der unter Verwendung des durch Trocknen gemäß dem Verfahren zum Trocknen des Separators 26 in der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform hergestellten Separators 26 hergestellt ist, hat eine Kapazitätsbeibehaltungsrate (engl. capacity maintenance rate) nach Lade- und Entladezyklentests um ungefähr 10%, wie in 9 beschrieben, zugenommen.
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Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde beschrieben. Jedoch kann die vorliegende Erfindung in verschiedenen anderen Ausführungsformen implementiert werden. Beispielsweise ist die Konfiguration der elektrischen Speichervorrichtung in der oben beschriebenen Ausführungsform von einem Laminations-Typ. Jedoch ist die vorliegende Erfindung auf eine gewickelte elektrische Speichervorrichtung anwendbar und ferner auf verschiedene nicht wässrige elektrische Speichervorrichtungen mit einem Separator zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Trocknung des Separatormaterials 26A in dem Vakuumzustand durchgeführt, der durch Druckreduzierung etabliert ist, aber kann in dem atmosphärischen Druckzustand durchgeführt werden. Jedoch ist der Siedepunkt in dem reduzierten Druckzustand niedriger, dies führt zu noch effizienterem Trocknen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2000-188114 [0003, 0003]
