DE102016111020A1 - Sekundärbatterie und -Batteriesatz mit nichtwässrigem Elektrolyt - Google Patents

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Abstract

Eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt enthält einen gewickelten Elektrodenkörper (20), und der gewickelte Elektrodenkörper (20) enthält zwei gewölbte Teile (22) und einen flachen Mittelteil (24), der flache Oberflächen (24a) aufweist. Ein Wicklungsende (56) der positiven Elektrode, ein Wicklungsende (66) der negativen Elektrode und Wicklungsenden (72a, 72b) der Separatoren sind am gleichen gewölbten Teil (22) positioniert. Das Wicklungsende (66) der negativen Elektrode ist in einer zum Wicklungsende (56) der positiven Elektrode vorgeschobenen Position in einer Wicklungsrichtung angeordnet, und wenigstens eines der Wicklungsenden (72a, 72b) der Separatoren ist in einer vorgeschobenen Position zum Wicklungsende (66) der negativen Elektrode in der Wicklungsrichtung angeordnet. Ein Abstand a (mm) vom Wicklungsende (66) der negativen Elektrode zum Wicklungsende (72a, 72b) der Separatoren und ein Abstand b (mm) vom Wicklungsende (56) der positiven Elektrode zum Wicklungsende (66) der negativen Elektrode erfüllen die Beziehungen 0,5 ≤ a × (a + b) ≤ 104 und 0 ≤ b ≤ 11.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt.
  • 2. Beschreibung verwandter Technik
  • In der letzten Zeit wird eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt, wie zum Beispiel eine Lithiumionen-Sekundärbatterie (Lithiumsekundärbatterie) oder eine Natriumionen-Sekundärbatterie, als eine sogenannte tragbare Energieversorgung für einen PC, eine tragbare Einrichtung oder dergleichen oder als eine Antriebsleistungsversorgung für ein Fahrzeug verwendet. Insbesondere wird eine Leicht-Lithiumionen-Sekundärbatterie, die in der Lage ist, eine hohe Energiedichte zu erreichen, vorzugsweise als eine Hochleistungs-Energieversorgung zum Antreiben eines Fahrzeugs verwendet, wie zum Beispiel eines Elektrofahrzeugs (EV, Electric Vehicle), eines Hybridfahrzeugs (HV, Hybrid Vehicle) oder eines Plug-in-Hybridfahrzeugs (PHV, Plug-in Hybrid Vehicle).
  • Typischerweise enthält die Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt einen Elektrodenkörper und eine nichtwässrige elektrolytische Lösung. Zu Beispielen für ein Ausführungsbeispiel des in der Batterie enthaltenen Elektrodenkörpers zählen ein gewickelter Elektrodenkörper, der durch Wickeln einer länglichen, plattenförmigen positiven Elektrode, einer länglichen, plattenförmigen negativen Elektrode und eines länglichen, plattenförmigen Separators in eine flache Form erreicht wird. Typischerweise weist der gewickelte Elektrodenkörper Folgendes auf: zwei gewölbte Teile, die beide Endteile in einer zu einer Wicklungsachse rechtwinkligen Richtung sind, und bei denen eine Außenfläche, außer einer Laminierungsoberfläche des gewickelten Elektrodenkörpers, gewölbt ist; und einen flachen Mittelteil, der ein zwischen den gewölbten Teilen eingeschobener Mittelteil ist und große, flache Oberflächen aufweist.
  • Allerdings wird für den Fall, dass die oben beschriebene Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt in einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem Auto, montiert wird, angenommen, dass ein Montageplatz begrenzt ist und dass die Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt in einem Zustand verwendet wird, bei dem eine Vibration erzeugt wird. Daher wird die Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt im Allgemeinen in einem Zustand verwendet, in dem mehrere Batterien angeordnet und eingespannt werden (ein sogenannter Batteriesatz). Zu diesem Zeitpunkt wird auf jede der Batterien eine beträchtliche Last aufgebracht.
  • Hier kann in einem Teil des gewickelten Elektrodenkörpers mit der oben beschriebenen Ausgestaltung, wo ein Endteil (Wicklungsendteil) der positiven Elektrode, der negativen Elektrode oder des Separators angeordnet wird, eine stufenförmige Abweichung, die sich aus dem Endteil herleitet, ausgebildet werden. Wenn der oben beschriebene Druck auf den Teil des gewickelten Elektrodenkörpers aufgebracht wird, in dem die stufenförmige Abweichung ausgebildet worden ist, kann eine Differenz zwischen einem auf den Teil mit der stufenförmigen Abweichung aufgebrachten Druck und einem auf einen Randteil um den Teil mit der stufenförmigen Abweichung herum aufgebrachten Druck vorhanden sein. Eine Abweichung im Druck, der auf den gewickelten Elektrodenkörper aufgebracht wird, kann eine Verschlechterung der Batterieleistungsfähigkeit bewirken (zum Beispiel der Eingangs- und Ausgangskenngrößen oder der Zykluskenngrößen). Als eines der Verfahren zum Reduzieren der Inhomogenität des auf den gewickelten Elektrodenkörper aufgebrachten Drucks offenbart die Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung 2008-078008 ( JP 2008-078008 A ) eine Technik, bei der das Ende (der Endteil der Wicklung) der positiven Elektrode, der negativen Elektrode oder des Separators im gewölbten Teil des gewickelten Elektrodenkörpers angeordnet wird.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Nach den Untersuchungen durch die Erfinder hier kann allerdings die Abweichung im Druck, der auf den gewickelten Elektrodenkörper aufgebracht wird, reduziert werden, indem der Endteil (Wicklungsendteil) der positiven Elektrode, der negativen Elektrode oder des Separators am gewölbten Teil des gewickelten Elektrodenkörpers angeordnet wird; allerdings können, abhängig von der Struktur des Elektrodenkörpers, während einer Alterungsbehandlung (typischerweise Hochtemperaturalterung) Mikrokurzschlüsse bei der Herstellung einer Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt auftreten. Die vorliegende Erfindung stellt eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt bereit, bei der die Abweichung in dem auf den gewickelten Elektrodenkörper aufgebrachten Druck und das Auftreten von Mikrokurzschlüssen reduziert werden können.
  • Die Erfinder hier haben eine ausführliche Untersuchung eines Zustands wiederholt, bei dem Mikrokurzschlüsse auftreten, wenn eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt, die einen gewickelten Elektrodenkörper enthält, für einen langen Zeitraum (das heißt, Alterungsbehandlung, typischerweise Hochtemperaturalterung) während des Aufladens gelagert wird. Es wurde ermittelt, dass das Auftreten von Mikrokurzschlüssen wahrscheinlich zwischen einer negativen Elektrode, die an der am weitesten außen umlaufenden Seite positioniert ist, und einer positiven Elektrode, die der negativen Elektrode in einem gewickelten Elektrodenkörper gegenüberliegt, der so gewickelt ist, dass die negative Elektrode auf der außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers in Bezug auf die positive Elektrode liegt, erfolgt, wobei jeweils eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode und eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode auf jeder der beiden Oberflächen eines Stromkollektors der positiven Elektrode in einer Längsrichtung bzw. auf jeder der beiden Oberflächen eines Stromkollektors der negativen Elektrode in der Längsrichtung ausgebildet sind, um so ein Wicklungsende der positiven Elektrode und ein Wicklungsende der negativen Elektrode zu erreichen, die Wicklungsenden der positiven Elektrode und der negativen Elektrode sind und die an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert sind. Insbesondere wurde ermittelt, dass bei der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, die an der am weitesten außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert sind, Mikrokurzschlüsse wahrscheinlich in Teilen davon auftreten, in denen überschüssige Teile von Separatoren, die in der Nachbarschaft von Wicklungsenden der Separatoren in der Wicklungsrichtung vorhanden sind und die nicht die positive Elektrode und die negative Elektrode kontaktieren, laminiert sind. Nachstehend bezieht sich hier „Hochtemperatur” auf einen Temperaturbereich von etwa 45°C oder höher (typischerweise 60°C oder höher), sofern dies nicht anders spezifiziert ist. Nachstehend wird hier die negative Elektrode, die an der am weitesten außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert ist, als die „am weitesten außen umlaufende negative Elektrode” bezeichnet. Die überschüssigen Teile der Separatoren, die in der Nachbarschaft von Wicklungsenden der Separatoren in der Wicklungsrichtung vorhanden sind und die positive Elektrode sowie die negative Elektrode nicht kontaktieren, werden auch als „überschüssige Separatorbereiche” bezeichnet.
  • Die von den Erfindern hier gewonnene Erkenntnis zur Ursache, weshalb Mikrokurzschlüsse auftreten, wird in Bezug auf die Zeichnung (8) geeignet beschrieben werden. 8 zeigt schematisch die Bewegung von Ladungsträgern zur am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode. In der Zeichnung stellt „Li+” Ladungsträger (typischerweise Lithiumionen) dar, und Pfeile stellen eine Bewegungsrichtung der Ladungsträger dar. In 8 werden zum einfachen Verständnis der Bewegung von Ladungsträgern zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode keine anderen Elemente (zum Beispiel die Separatoren) als die positive Elektrode und die negative Elektrode gezeigt. Wie dies in 8 gezeigt wird, bewegen sich während des Aufladens der Batterie Ladungsträger im Allgemeinen von einer Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode zu einer Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode, die der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode gegenüberliegt. Wenn Ladungsträger übermäßig von einem lokalen Teil der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode abgezogen werden, erhöht sich das Potential des Teils, an dem die Ladungsträger übermäßig abgezogen werden, so dass es höher als bei den anderen Teilen ist. Ein Aktivmaterial der positiven Elektrode, das im Hochpotentialteil der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode vorhanden ist, ist wahrscheinlich instabil. Wenn in diesem Zustand eine Alterungsbehandlung (typischerweise Hochtemperaturalterungsbehandlung) durchgeführt wird, wird eine Metallkomponente, die das Aktivmaterial der positiven Elektrode bildet, aus dem instabilen Aktivmaterial der positiven Elektrode herausgelöst und an der Oberfläche der negativen Elektrode 60 abgelagert, die der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode gegenüberliegt. Das auf der Oberfläche der negativen Elektrode 60 abgelagerte Metall kann Mikrokurzschlüsse verursachen.
  • Wie dies in 8 gezeigt wird, ist in dem gewickelten Elektrodenkörper, in dem die negative Elektrode 60 auf dem äußeren Umfang in Bezug auf die positive Elektrode 50 positioniert ist, in einer am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a die Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode, die einer Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite eines Stromkollektors 62 der negativen Elektrode gegenüberliegt, vorhanden, jedoch ist die Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode, die einer Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite des Stromkollektors 62 der negativen Elektrode gegenüberliegt, nicht vorhanden. Daher können sich während des Aufladens in der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a, wie dies in der Zeichnung gezeigt wird, in einem Endteil der negativen Elektrode 60 in einer Breitenrichtung, rechtwinklig zur Längsrichtung (das heißt, in einer Axialrichtung der Wicklung des gewickelten Elektrodenkörpers), Ladungsträger in der Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite zur Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite bewegen. Zusätzlich werden die Ladungsträger, die sich zur Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite bewegt haben, in der Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite in der Breitenrichtung, die rechtwinklig zur Längsrichtung der negativen Elektrode 60 ist, diffundiert (bewegt) (das heißt in der Axialrichtung der Wicklung des gewickelten Elektrodenkörpers). Zu diesem Zeitpunkt werden in der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode, die der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a gegenüberliegt (typischerweise die Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a), Ladungsträger nicht nur zur Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite abgezogen, die der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode gegenüberliegt, sondern auch zur Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite. Im Ergebnis können Ladungsträger übermäßig desorbiert werden. Insbesondere werden Ladungsträger wahrscheinlich übermäßig von einem Endteil der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode desorbiert, die der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a gegenüberliegt (das heißt, der Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite) und der ein Endteil in einer Breitenrichtung ist, die rechtwinklig zur Längsrichtung der positiven Elektrode 50 ist (das heißt in der Axialrichtung der Wicklung des gewickelten Elektrodenkörpers).
  • Es ist erforderlich, dass die Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite für die Bewegung von Ladungsträgern von der Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite zur Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite im Endteil der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a in der Breitenrichtung (das heißt in der Axialrichtung der Wicklung des gewickelten Elektrodenkörpers) und für die Diffusion von Ladungsträgern in der Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite mit einer nichtwässrigen elektrolytischen Lösung getränkt wird. Für den Fall, dass Wicklungsenden der Separatoren, die Wicklungsenden von zwei Separatoren sind und die an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert sind, zum Wicklungsende der positiven Elektrode und zum Wicklungsende der negativen Elektrode an vorgeschobenen Positionen in der Wicklungsrichtung angeordnet sind, die an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert sind, liegen die überschüssigen Separatorbereiche, welche die positive Elektrode 50 und die negative Elektrode 60 nicht kontaktieren, in der Nachbarschaft der Wicklungsenden der Separatoren. In einem Teil der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a, wo die überschüssigen Separatorbereiche laminiert sind, ist eine überschüssige Menge einer nichtwässrigen elektrolytischen Lösung, mit der die überschüssigen Separatorbereiche getränkt sind, an der Außenseite der Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode an der außen umlaufenden Wicklungsseite vorhanden. Daher wird eine größere Menge an Ladungsträgern von der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode abgezogen, die dem Teil der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a gegenüberliegt, wo die überschüssigen Separatorbereiche laminiert sind. Insbesondere werden übermäßig Ladungsträger von einem lokalen Teil der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode abgezogen, die ein Endteil in der Breitenrichtung ist, die rechtwinklig zur Längsrichtung der positiven Elektrode 50 liegt (das heißt die Axialrichtung der Wicklung des gewickelten Elektrodenkörpers) und die dem Teil der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a gegenüberliegt, wo die überschüssigen Separatorbereiche laminiert sind.
  • Aus der Sicht des Sicherns der Isoliereigenschaften zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode oder der Isoliereigenschaften zwischen dem gewickelten Elektrodenkörper (typischerweise die am weitesten außen umlaufende negative Elektrode) und dem Batteriegehäuse ist es vorzuziehen, dass der Separator an dem am weitesten außen liegenden Umfang des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert ist (das heißt, die Oberfläche der negativen Elektrode, die an der am weitesten außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert ist, wird mit dem Separator bedeckt). Daher wird die Größe der Separatoren (die Länge in der Längsrichtung) typischerweise auf eine Größe festgesetzt, die eine Toleranz unter Berücksichtigung einer Schwankung im Herstellungsprozess des gewickelten Elektrodenkörpers umfasst (eine Größe, bei der die Wicklungsenden der Separatoren in zu den Wicklungsenden der positiven Elektrode und der negativen Elektrode vorgeschobenen Positionen in der Wicklungsrichtung angeordnet sind). Dementsprechend gibt es eine Beschränkung bei der Reduzierung des Gebiets der überschüssigen Separatorbereiche.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt bereitgestellt, die einen gewickelten Elektrodenkörper enthält, wobei der gewickelte Elektrodenkörper ein flacher, gewickelter Elektrodenkörper ist, der durch Laminieren einer länglichen positiven Elektrode und einer länglichen negativen Elektrode mit zwei länglichen Separatoren erreicht wird, die zwischen der länglichen positiven Elektrode und der länglichen negativen Elektrode eingeschoben sind, um ein Laminat zu erreichen, und Wickeln des Laminats, die positive Elektrode enthält eine Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode auf einem Stromkollektor der positiven Elektrode, und die negative Elektrode enthält eine Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode auf einem Stromkollektor der negativen Elektrode. In der Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt wird die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode auf jeder der beiden Oberflächen des Stromkollektors der positiven Elektrode in einer Längsrichtung ausgebildet, um so ein Wicklungsende der positiven Elektrode zu erreichen, das ein Wicklungsende der länglichen positiven Elektrode ist, die den gewickelten Elektrodenkörper bildet, und das Wicklungsende der positiven Elektrode wird an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert. Die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode wird auf jeder der beiden Oberflächen des Stromkollektors der negativen Elektrode in einer Längsrichtung ausgebildet, um so ein Wicklungsende der negativen Elektrode zu erreichen, das ein Wicklungsende der länglichen negativen Elektrode ist, die den gewickelten Elektrodenkörper bildet, und das Wicklungsende der negativen Elektrode wird an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert. Der gewickelte Elektrodenkörper wird so ausgebildet, dass die negative Elektrode auf einer außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers in Bezug auf die positive Elektrode positioniert ist und zwei gewölbte Teile und einen flachen Mittelteil aufweist, wobei die beiden gewölbten Teile beide Endteile in einer zu einer Wicklungsachse rechtwinkligen Richtung sind und bei denen eine Außenfläche, außer einer Laminierungsfläche des gewickelten Elektrodenkörpers, gewölbt ist und der flache Mittelteil ein Mittelteil ist, der zwischen den gewölbten Teilen eingeschoben ist und zwei große, flache Oberflächen aufweist. Das Wicklungsende der positiven Elektrode, das Wicklungsende der negativen Elektrode und die Wicklungsenden der Separatoren sind am gleichen gewölbten Teil angeordnet, damit sie an der Innenseite der beiden flachen Oberflächen in einer Stärkerichtung des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert werden, und die Wicklungsenden der Separatoren sind an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert (hier nachstehend auch einfach als „Wicklungsende der positiven Elektrode”, „Wicklungsende der negativen Elektrode” bzw. „Wicklungsenden der Separatoren” bezeichnet). Die Anordnung des Wicklungsendes der positiven Elektrode, des Wicklungsendes der negativen Elektrode und der beiden Wicklungsenden der Separatoren erfüllt die Bedingungen (i) und (ii): (i) das Wicklungsende der negativen Elektrode ist in einer Position angeordnet, in der das Wicklungsende der negativen Elektrode parallel zum Wicklungsende der positiven Elektrode liegt, oder in einer zum Wicklungsende der positiven Elektrode vorgeschobenen Position in einer Wicklungsrichtung; und (ii) ist wenigstens eines der Wicklungsenden der Separatoren in einer zum Wicklungsende der negativen Elektrode vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet. Wenn ein Abstand vom Wicklungsende der negativen Elektrode zu einem der beiden Wicklungsenden der Separatoren, das in einer weiter vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet ist, durch a (mm) dargestellt wird, und wenn ein Abstand vom Wicklungsende der positiven Elektrode zum Wicklungsende der negativen Elektrode durch b (mm) dargestellt wird, erfüllen der Abstand a und der Abstand b die Beziehungen 0,5 ≤ a × (a + b) ≤ 104 und 0 ≤ b ≤ 11.
  • In dieser Beschreibung bezieht sich „Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt” auf Sekundärbatterien, die eine nichtwässrige elektrolytische Lösung enthalten (typischerweise eine nichtwässrige elektrolytische Lösung, die einen Grundelektrolyt in einem nichtwässrigen Lösungsmittel (organischen Lösungsmittel) enthält). Hier ist „Sekundärbatterie” ein Sammelbegriff für normale Batterien, die wiederholt aufgeladen und entladen werden können, und ein Sammelbegriff für sogenannte chemische Batterien, wie zum Beispiel eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, und sogenannte physikalische Batterien, wie zum Beispiel ein Doppelschichtkondensator.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung sind das Wicklungsende der positiven Elektrode, das Wicklungsende der negativen Elektrode und die Wicklungsenden der Separatoren am gewölbten Teil angeordnet und sind an der Innenseite der beiden flachen Oberflächen in der Stärkerichtung des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert. Daher wird keine stufenförmige Abweichung, die sich aus den entsprechenden Wicklungsenden herleitet, auf den flachen Oberflächen des gewickelten Elektrodenkörpers ausgebildet. Daher wird wahrscheinlich für den Fall, dass der flache Mittelteil des gewickelten Elektrodenkörpers in einer zu den flachen Oberflächen des flachen Mittelteils rechtwinkligen Richtung gepresst wird, keine Abweichung in dem auf den gewickelten Elektrodenkörper aufgebrachten Druck erzeugt.
  • Wenn die Separatorwicklungsenden der Separatoren an zum Wicklungsende der negativen Elektrode vorgeschobenen Positionen in der Wicklungsrichtung angeordnet sind, sind in der Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt mit der oben beschriebenen Ausgestaltung Teile der Separatoren an den vorgeschobenen Positionen die überschüssigen Teile (das heißt, die überschüssigen Separatorbereiche), welche die positive Elektrode und die negative Elektrode nicht kontaktieren. Wenn sich der Abstand b verringert, wird der Abstand zwischen dem Wicklungsende der positiven Elektrode und den überschüssigen Separatorbereichen reduziert. Daher werden Ladungsträger einfach vom Wicklungsende der positiven Elektrode zum Teil der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite der negativen Elektrode zugeführt (das heißt, der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode), die an der am weitesten außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert ist, wo die überschüssigen Separatorbereiche laminiert sind. Wenn sich der Abstand a verringert, wird der Teil der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode, wo die überschüssigen Separatorbereiche laminiert sind, verengt. Daher kann die Menge an Ladungsträgern, die sich zur Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode an der außen umlaufenden Wicklungsseite der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode bewegen, reduziert werden. Nach den Untersuchungen durch die Erfinder hier kann für den Fall, dass der Abstand a und der Abstand b das oben beschriebene Verhältnis erfüllen, die übermäßige Desorption von Ladungsträgern aus der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode unterdrückt werden, die dem Teil der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode, wo die überschüssigen Separatorbereiche laminiert sind, gegenüberliegt.
  • Wie dies oben beschrieben wird, kann gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt bereitgestellt werden, in der für den Fall, dass der flache Mittelteil des gewickelten Elektrodenkörpers in einer zu den flachen Oberflächen des flachen Mittelteils rechtwinkligen Richtung gepresst wird, die Abweichung in dem auf den gewickelten Elektrodenkörper aufgebrachten Druck und das Auftreten von Mikrokurzschlüssen reduziert werden kann.
  • In einem vorzuziehenden Aspekt der hier offenbarten Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt erfüllen der Abstand a (mm) und der Abstand b (mm) Folgendes: 0,5 ≤ a ≤ 8 und 0,5 ≤ b ≤ 11. Es ist vorzuziehen, dass der Abstand a (mm) und der Abstand b (mm) Folgendes erfüllen: 0,5 ≤ a × (a + b) ≤ 50. Indem der Abstand a und der Abstand b so gesteuert werden, dass sie in dem oben beschriebenen Bereich liegen, kann das Auftreten von Mikrokurzschlüssen wesentlich unterdrückt werden.
  • In einem vorzuziehenden Aspekt der hier offenbarten Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt wird das eine der beiden Separatorwicklungsenden, das an einer weiter vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet ist, an einer Außenfläche des gewickelten Elektrodenkörpers durch einen Wicklungsstopper befestigt, und beide Enden des Wicklungsstoppers in der Wicklungsrichtung sind auf dem gleichen gewölbten Teil wie die Separatorwicklungsenden angeordnet, um an der Innenseite der beiden flachen Oberflächen in der Stärkerichtung des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert zu werden. Der Wicklungsstopper kann die Ursache für die Ausbildung einer stufenförmigen Abweichung an der Oberfläche des gewickelten Elektrodenkörpers sein, wie für den Fall des Wicklungsendes der positiven Elektrode, des Wicklungsendes der negativen Elektrode und der Wicklungsenden der Separatoren. Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung wird keine stufenförmige Abweichung, die sich aus dem Wicklungsstopper herleitet, auf den flachen Oberflächen des gewickelten Elektrodenkörpers ausgebildet. Selbst für den Fall, dass der flache Mittelteil des gewickelten Elektrodenkörpers in einer zu den flachen Oberflächen des flachen Mittelteils rechtwinkligen Richtung gepresst wird, wird daher wahrscheinlich keine Abweichung in dem auf den gewickelten Elektrodenkörper aufgebrachten Druck erzeugt.
  • In einem vorzuziehenden Aspekt der hier offenbarten Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt können die Separatorwicklungsenden der beiden Separatoren in zueinander parallelen Positionen angeordnet werden. Nach der oben beschriebenen Ausgestaltung sind drei Separatoren in den oben beschriebenen überschüssigen Separatorbereichen vorhanden, und somit wird eine große Menge der nichtwässrigen elektrolytischen Lösung gespeichert. In der Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt gemäß der Erfindung kann die übermäßige Desorption von Ladungsträgern aus der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode unterdrückt werden, die dem Teil der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode, wo die überschüssigen Separatorbereiche laminiert sind, gegenüberliegt. Daher kann selbst für den Fall, dass die Separatorwicklungsenden der beiden Separatoren ausgerichtet sind, das Auftreten von Mikrokurzschlüssen wesentlich unterdrückt werden.
  • In einem vorzuziehenden Aspekt der hier offenbarten Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt kann die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode als ein Aktivmaterial der positiven Elektrode ein Lithium-Übergangsmetall-Verbundoxid enthalten, das wenigstens Mangan oder Nickel enthält. In der Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt gemäß der Erfindung kann die übermäßige Desorption von Ladungsträgern aus der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, die der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode gegenüberliegt, unterdrückt werden. Selbst für den Fall, dass das Lithium-Übergangsmetall-Verbundoxid als ein Aktivmaterial der positiven Elektrode verwendet wird, wird wahrscheinlich keine Metallkomponente, die das Aktivmaterial der positiven Elektrode bildet, herausgelöst. Das heißt: selbst für den Fall, dass das Aktivmaterial der positiven Elektrode verwendet wird, kann das Auftreten von Mikrokurzschlüssen wesentlich unterdrückt werden.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Batteriesatz bereitgestellt, in dem mehrere einzelne Zellen elektrisch miteinander verbunden sind. Der Batteriesatz enthält die hier offenbarten Sekundärbatterien mit nichtwässrigem Elektrolyt als die einzelnen Zellen. Der flache Mittelteil des in der einzelnen Zelle enthaltenen gewickelten Elektrodenkörpers wird mit einem Druck von 0,2 MPa bis 10 MPa in einer zu den flachen Oberflächen des flachen Mittelteils rechtwinkligen Richtung gepresst. In der hier offenbarten Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt wird keine stufenförmige Abweichung, die sich aus den entsprechenden Wicklungsenden und dergleichen herleitet, an den flachen Oberflächen des flachen Mittelteils des gewickelten Elektrodenkörpers ausgebildet. Selbst für den Fall, dass der flache Mittelteil des gewickelten Elektrodenkörpers in einer zu den flachen Oberflächen des flachen Mittelteils rechtwinkligen Richtung gepresst wird, wird daher wahrscheinlich keine Abweichung in dem auf den gewickelten Elektrodenkörper aufgebrachten Druck erzeugt. Dementsprechend können durch Verwenden der Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt als der einzelnen Zelle, die den Batteriesatz bildet, mit der oben beschriebenen Ausgestaltung zufriedenstellende Batteriekenngrößen (zum Beispiel die Eingangs- und Ausgangskenngrößen oder die Zykluskenngrößen) hervorgebracht werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Zahlen gleiche Elemente bezeichnen und worin gilt:
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch das äußere Erscheinungsbild einer Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine grafische Darstellung, die schematisch eine Schnittstruktur entlang der Linie II-II aus 1 zeigt;
  • 3 ist eine Schnittansicht in Längsrichtung, die schematisch einen Elektrodenkörper zeigt, der in einem Batteriegehäuse mit Bezug auf die Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt gemäß der Ausführungsform der Erfindung aufgenommen wird;
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausgestaltung eines gewickelten Elektrodenkörpers gemäß der Ausführungsform zeigt;
  • 5 ist eine schematische Darstellung, welche die Ausgestaltung des gewickelten Elektrodenkörpers gemäß der Ausführungsform zeigt;
  • 6 ist eine Teilschnittansicht in Längsrichtung, die schematisch eine Schnittstruktur entlang der Linie VI-VI aus 4 zeigt, bei der Hauptkomponenten des gewickelten Elektrodenkörpers gemäß der Ausführungsform vergrößert sind;
  • 7 ist eine Teilschnittansicht, die schematisch eine Schnittstruktur entlang der Linie VII-VII aus 6 zeigt;
  • 8 ist eine grafische Darstellung, die schematisch die Bewegung von Ladungsträgern von einer Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, die einer am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode gegenüberliegt, und der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode auf einer innen umlaufenden Wicklungsseite zur Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode auf einer außen umlaufenden Wicklungsseite zeigt;
  • 9 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, bei der die Hauptteile des gewickelten Elektrodenkörpers aus 6 weiter vergrößert sind, was die Bewegung von Ladungsträgern von einem Wicklungsende der positiven Elektrode zu einem Teil der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode schematisch zeigt, wo überschüssige Separatorbereiche von Separatoren laminiert sind;
  • 10A ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem kein Druck auf die Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt gemäß der Ausführungsform der Erfindung aufgebracht wird;
  • 10B ist eine schematische Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Druck auf die Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt gemäß der Ausführungsform der Erfindung aufgebracht wird;
  • 10C ist eine perspektivische Ansicht, die ein typisches Beispiel zeigt, in dem ein Druck auf die mehreren Sekundärbatterien mit nichtwässrigem Elektrolyt gemäß der Ausführungsform der Erfindung aufgebracht wird;
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausgestaltung eines Batteriesatzes gemäß der Ausführungsform zeigt;
  • 12 ist eine Seitenansicht, die eine Ausgestaltung des Batteriesatzes gemäß der Ausführungsform zeigt; und
  • 13 ist eine grafische Darstellung, welche die Positionen eines Wicklungsendes der positiven Elektrode, eines Wicklungsendes der negativen Elektrode und von Separatorwicklungsenden in einem Prüfbeispiel zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend wird hier eine Lithiumionen-Batterie gemäß einer vorzuziehenden Ausführungsform der Erfindung als ein Beispiel unter geeigneter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zum Umsetzen der Erfindung erforderliche Sachen, außer denen, auf die in der Erfindung spezifisch Bezug genommen wird, können von einem Durchschnittsfachmann als Designsachen verstanden werden, die auf der verwandten Technik im zugehörigen Gebiet basieren. Die Erfindung kann auf Basis der in dieser Spezifikation offenbarten Inhalte und dem auf dem maßgeblichen Gebiet üblichen technischen Wissen betrieben werden. Zusätzlich werden in den folgenden Zeichnungen Teile oder Abschnitte mit der gleichen Funktion durch die gleichen Referenznummern dargestellt, und sie werden nicht wiederholt bzw. vereinfacht beschrieben. In jeder Zeichnung gibt ein Maßverhältnis (zum Beispiel Länge, Breite oder Stärke) nicht notwendigerweise das tatsächliche Maßverhältnis wider. Die Lithiumionen-Sekundärbatterie ist ein Beispiel, und die technische Idee der Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können verschiedene Sekundärbatterien, die wiederholt durch Ladungen, die sich längs der Bewegung von Ladungsträgern zwischen positiven und negativen Elektroden bewegen, aufgeladen und entladen werden können, als Ziele der Anwendung verwendet werden. Insbesondere kann die technische Idee der Erfindung nicht nur auf eine Lithiumionen-Sekundärbatterie angewendet werden, bei der Lithiumionen als Ladungsträger verwendet werden, sondern auch auf andere Sekundärbatterien (zum Beispiel eine Natriumionen-Sekundärbatterie), die andere Ladungsträger enthalten (zum Beispiel Natriumionen).
  • In einer hier offenbarten Lithiumionen-Sekundärbatterie 100 wird, wie dies kurz in den 1 bis 3 gezeigt wird, ein flacher, gewickelter Elektrodenkörper 20 und eine elektrolytische Lösung (nicht dargestellt) in einem Batteriegehäuse 30 (das heißt einem äußeren Gehäuse) aufgenommen. Das Batteriegehäuse 30 enthält: einen kastenförmigen Gehäusekörper 32 (das heißt einen rechteckigen, parallelepipedförmigen Gehäusekörper mit Boden) mit einer Öffnung an einem Ende (entsprechend einem oberen Ende in einem normalen Betriebszustand der Batterie); und einen Deckel 34, der die Öffnung des Gehäusekörpers 32 abdichtet. Der Gehäusekörper 32 kann den gewickelten Elektrodenkörper 20 durch die obere Öffnung aufnehmen. Wie dies in den 1 bis 3 gezeigt wird, enthält der Gehäusekörper 32 Folgendes: ein Paar Oberflächen 37 auf der breiten Seite; ein Paar Oberflächen 38 auf der schmalen Seite, die benachbart zu den Oberflächen 37 auf der breiten Seite liegen, und eine untere Oberfläche 39. Wie dies in den Zeichnungen gezeigt wird, werden am Deckel 34 ein positiver Elektrodenanschluss 42 und ein negativer Elektrodenanschluss 44 zur Verbindung nach außen bereitgestellt, so dass Teile der Anschlüsse aus dem Deckel 34 zur Außenseite der Batterie 100 herausragen. Weiterhin werden am Deckel 34 ein Sicherheitsventil 36 zum Ableiten des Gases, das an der Innenseite des Batteriegehäuses 30 produziert wird, zur Außenseite des Batteriegehäuses 30 und ein Einspritzloch (nicht dargestellt) zum Einspritzen der elektrolytischen Lösung in das Batteriegehäuse bereitgestellt. Es ist vorzuziehen, dass ein Material des Batteriegehäuses 30 ein Metallmaterial (gebildet aus einer Legierung) ist, wie zum Beispiel Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder Edelstahl oder ein Harzmaterial.
  • Die Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt (Lithiumionen-Sekundärbatterie) 100 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung kann wie folgt aufgebaut sein: Zum Beispiel wird der gewickelte Elektrodenkörper 20 durch die Öffnung des Gehäusekörpers 32 im Batteriegehäuse 30 aufgenommen, der Deckel 34 wird an der Öffnung des Gehäusekörpers 32 befestigt, die nichtwässrige elektrolytische Lösung wird in das Batteriegehäuse 30 durch ein im Deckel 34 bereitgestelltes Einspritzloch eingespritzt, und das Einspritzloch wird mit einem vorbestimmten Dichtungselement abgedichtet. Im Ergebnis wird die Sekundärbatterie 100 mit nichtwässrigem Elektrolyt aufgebaut.
  • Als Nächstes wird eine vorzuziehende Ausführungsform des gewickelten Elektrodenkörpers 20 gemäß der Ausführungsform ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Wie dies in 4 gezeigt wird, weist der gewickelte Elektrodenkörper 20 eine flache Form auf und enthält Folgendes: zwei gewölbte Teile 22 (22a, 22b), die beide Endteile in einer zu einer Wicklungsachse rechtwinkligen Richtung sind und bei denen eine Außenfläche, außer einer Laminierungsfläche des gewickelten Elektrodenkörpers 20, gewölbt ist; und einen flachen Mittelteil 24, der ein zwischen den gewölbten Teilen eingeschobener Mittelteil ist und zwei große, flache Oberflächen 26 aufweist.
  • Obwohl nicht besonders darauf beschränkt, wird der gewickelte Elektrodenkörper 20 gemäß der Ausführungsform im Batteriegehäuse 30 (das heißt, im Gehäusekörper 32) aufgenommen, wie dies in den 2 und 3 gezeigt wird, so dass eine zur Axialrichtung der Wicklung rechtwinklige Richtung eine vertikale Richtung des Batteriegehäuses 30 (Gehäusekörper 32) ist (in einer Stellung, in der die Wicklungsachse WL des gewickelten Elektrodenkörpers 20 seitwärts liegt, das heißt, die Öffnung des Gehäusekörpers 32 wird in der Normalenrichtung der Wicklungsachse WL des gewickelten Elektrodenkörpers 20 ausgebildet) und so dass der gewölbte Teil 22b der beiden gewölbten Teile 22 (22a, 22b) der unteren Oberfläche 39 des Batteriegehäuses 30 gegenüberliegt. Nachstehend wird hier der gewölbte Teil 22b des gewickelten Elektrodenkörpers 20, der der unteren Oberfläche 39 des Batteriegehäuses gegenüberliegt, auch als „unterer gewölbter Teil” bezeichnet, und der andere gewölbte Teil 22a, das heißt, der gewölbte Teil 22a auf der Öffnungsseite des Batteriegehäuses 30, wird auch als „oberer gewölbter Teil” bezeichnet. In dem in den Zeichnungen gezeigten gewickelten Elektrodenkörper weist der gewölbte Teil aufwärts.
  • Wie dies in 5 gezeigt wird, weist der gewickelte Elektrodenkörper 20 in einem Schritt vor der Montage eine längliche Plattenstruktur auf (plattenförmiger Elektrodenkörper). In dem gewickelten Elektrodenkörper 20 sind eine längliche, plattenförmige positive Elektrode 50 und eine längliche, plattenförmige negative Elektrode 60 laminiert und mit zwei länglichen, plattenförmigen Separatoren 70 (70a, 70b) gewickelt. In dem gewickelten Elektrodenkörper 20 werden die positive Elektrode 50, die negative Elektrode 60 und die Separatoren 70 (70a, 70b) laminiert und hinsichtlich der Aufnahmefähigkeit von Ladungsträgern so gewickelt, dass die negative Elektrode 60 auf einer in Bezug auf die positive Elektrode 50 außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörper 20 positioniert ist. Hinsichtlich des zuverlässigen Isolierens der Oberfläche des gewickelten Elektrodenkörpers 20 und der Innenwandung des Batteriegehäuses 30 voneinander ist es vorzuziehen, dass, wie dies in 4 gezeigt wird, der Separator 70 (70a) auf dem am weitesten außen liegenden Umfang des gewickelten Elektrodenkörpers 20 positioniert wird (das heißt, die negative Elektrode 60, die auf der am weitesten außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers 20 positioniert ist, wird vom Separator 70 (70a) abgedeckt).
  • Zum Beispiel kann der flache, gewickelte Elektrodenkörper 20 durch Wickeln der positiven Elektrode 50, der negativen Elektrode 60 und der Separatoren 70 (70a, 70b) um einen Kern, der einen flachen, zur Axialrichtung der Wicklung rechtwinkligen Abschnitt aufweist, um ein Laminat zu erreichen, und durch Wickeln des Laminats ausgebildet werden oder durch Wickeln des Laminats in eine zylindrische Form und dann Pressen des gewickelten Körpers aus einer seitlichen Oberflächenrichtung, die in eine flache Form zu quetschen ist.
  • Wie dies in 5 gezeigt wird, wird in der positiven Elektrode 50 eine Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode auf jeder der beiden Oberflächen eines länglichen, plattenförmigen Stromkollektors 52 der positiven Elektrode in einer Plattenlängsrichtung ausgebildet. In der negativen Elektrode 60 wird eine Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode auf jeder der beiden Oberflächen eines länglichen, plattenförmigen Stromkollektors 62 der negativen Elektrode in der Plattenlängsrichtung ausgebildet. Die Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode wird auf jeder der beiden Oberflächen des Stromkollektors 52 der positiven Elektrode in der Längsrichtung ausgebildet, um so ein Wicklungsende der länglichen positiven Elektrode 50 (Wicklungsende 56 der positiven Elektrode), die den gewickelten Elektrodenkörper 20 bildet, zu erreichen, und das Wicklungsende wird an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers 20 positioniert. Die Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode wird auf jeder der beiden Oberflächen des Stromkollektors 62 der negativen Elektrode in der Längsrichtung ausgebildet, um so ein Wicklungsende der länglichen negativen Elektrode 60 (Wicklungsende 66 der negativen Elektrode), die den gewickelten Elektrodenkörper 20 bildet, zu erreichen, und das Wicklungsende wird an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers 20 positioniert. In Bezug auf die Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode und die Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode ist, wie dies in den Zeichnungen gezeigt wird, unter Berücksichtigung der Aufnahmefähigkeit von Ladungsträgern, typischerweise eine Größe b1 der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode in einer Breitenrichtung, rechtwinklig zur Längsrichtung, größer als eine Größe a1 der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Längsrichtung (b1 > a1) in vielen Fällen. Um die Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode und die Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode zuverlässig voneinander zu isolieren, sind die Größen c1, c2 der Separatoren 70 (70a, 70b) in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Längsrichtung, weiterhin größer als die Größen a1, b1 (typischerweise die Größe b1 der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode in der Breitenrichtung) in der Breitenrichtung (typischerweise c1, c2 > b1 > a1).
  • Wie dies in 5 gezeigt wird, sind die positive Elektrode 50, die negative Elektrode 60 und die Separatoren 70a, 70b in der Längenrichtung ausgerichtet, um so in der folgenden Reihenfolge laminiert zu werden: die positive Elektrode 50, der Separator 70b, die negative Elektrode 60 und der Separator 70a. Typischerweise werden die positive Elektrode 50 und die negative Elektrode 60 in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Plattenlängsrichtung laminiert, so dass die Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode die Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode abdeckt. Das heißt: typischerweise werden die positive Elektrode 50 und die negative Elektrode 60 laminiert, so dass beide Enden der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode in der Breitenrichtung an der Außenseite, in der Wicklungsrichtung, der beiden Enden der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode in der Breitenrichtung positioniert sind. Mit anderen Worten: es kann an beiden Enden der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode in der Breitenrichtung Teile geben, die nicht der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode gegenüberliegen (hier nachstehend einfach als die „der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode nicht gegenüberliegenden Teile 68” bezeichnet). Typischerweise werden die Komponenten laminiert, so dass die Separatoren 70a, 70b die Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode und die Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Plattenlängsrichtung abdecken. Das heißt: es ist vorzuziehen, dass die positive Elektrode 50, die negative Elektrode 60 und die Separatoren 70a, 70b laminiert werden, so dass beide Enden der Separatoren 70a, 70b in der Breitenrichtung an der Außenseite, in der Axialrichtung der Wicklung, die beiden Enden der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode in der Breitenrichtung und die beiden Enden der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode in der Breitenrichtung positioniert sind. Es ist vorzuziehen, dass die positive Elektrode 50, die negative Elektrode 60 und die Separatoren 70a, 70b laminiert werden, so dass die Mitte der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Längsrichtung, die Mitte der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Längsrichtung, und die Mitten der Separatoren 70 in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Längsrichtung, miteinander übereinstimmen.
  • Während des Aufladens der Batterie können Ladungsträger aus der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode, die der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode gegenüberliegt, (hier nachstehend einfach als „der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode gegenüberliegender Teil 69” bezeichnet) zur Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode, die den der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode nicht gegenüberliegenden Teilen 68 entspricht, diffundiert werden (siehe 8). Daher werden Ladungsträger aus einem Endteil der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode, rechtwinklig zur Längsrichtung, nicht nur zur Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode, die der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode gegenüberliegt (das heißt, dem der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode gegenüberliegenden Teil 69), abgezogen, sondern auch zur Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode, die den der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode nicht gegenüberliegenden Teilen 68 entspricht. Aus Sicht des Unterdrückens der übermäßigen Desorption von Ladungsträgern aus der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode ist es daher vorzuziehen, dass das Gebiet der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode, die den der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode nicht gegenüberliegenden Teilen 68 entspricht, klein ist. Zum Beispiel kann die Breitenlänge des der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode nicht gegenüberliegenden Teils 68 (die Länge in einer Richtung, die mit der Breitenrichtung der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode übereinstimmt) in einem Bereich von zum Beispiel 0,5 mm bis 5 mm (vorzugsweise 0,5 mm bis 2 mm) festgesetzt werden.
  • In der negativen Elektrode 60, die an der am weitesten außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers 20 positioniert ist (das heißt, die am weitesten außen umlaufende negative Elektrode 60a), wird eine große Menge an Ladungsträgern in der Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode gespeichert, sobald sich die Kapazität der Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode, die an der außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers 20 positioniert ist, erhöht (siehe 8). Das heißt: die am weitesten außen umlaufende negative Elektrode 60a weist eine hohe Kapazität auf, um Ladungsträger zu speichern, die vom Endteil der Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode bewegt worden sind, das auf der innen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers 20 in der Breitenrichtung positioniert ist. Das heißt: in der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a werden Ladungsträger wahrscheinlicher übermäßig von der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode desorbiert, die der am weitesten außen umlaufenden Elektrode 60a gegenüberliegt (insbesondere der Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite der negativen Elektrode) und die im Endteil der positiven Elektrode in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Längsrichtung positioniert ist, sobald sich die Kapazität der Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode, die an der außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers 20 positioniert ist, erhöht. Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass die Stärke der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode zum Beispiel 20 μm oder mehr (typischerweise 50 μm oder mehr) beträgt und zum Beispiel 200 μm oder weniger ist (typischerweise 100 μm oder weniger). Es ist vorzuziehen, dass die Größe der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Längsrichtung, in einem Bereich von typischerweise 80 mm bis 150 mm (zum Beispiel 100 mm bis 120 mm) festgesetzt wird. Es ist vorzuziehen, dass die Dichte der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode zum Beispiel 0,5 g/cm3 bis 2 g/cm3 beträgt (typischerweise 1 g/cm3 bis 1,5 g/cm3). Indem die Kenngrößen der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode in den oben beschriebenen Bereichen festgesetzt werden, kann die übermäßige Desorption von Ladungsträgern aus der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode unterdrückt werden, die der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a gegenüberliegt (insbesondere der Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite der negativen Elektrode) und die im Endteil der positiven Elektrode in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Längsrichtung, positioniert ist.
  • In einem vorzuziehenden Aspekt wird, wie dies in den 5 und 7 gezeigt wird, ein Endteil des Stromkollektors 52 der positiven Elektrode in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Plattenlängsrichtung, freigelegt, ohne dass die Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode darauf in einer Bandform entlang der Plattenlängsrichtung ausgebildet wird. Gleichermaßen wird ein Endteil des Stromkollektors 62 der negativen Elektrode in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Plattenlängsrichtung, freigelegt, ohne dass die Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode darauf in einer Bandform entlang der Plattenlängsrichtung ausgebildet wird. Nachstehend wird hier der freiliegende Teil des Stromkollektors 52 der positiven Elektrode auch als „freiliegender Endteil 53 des Stromkollektors der positiven Elektrode” bezeichnet, und der freiliegende Teil des Stromkollektors 62 der negativen Elektrode wird auch als „freiliegender Endteil 63 des Stromkollektors der negativen Elektrode” bezeichnet.
  • In einem vorzuziehenden Aspekt werden, wie dies in den 2, 4, 5 und 7 gezeigt wird, die positive Elektrode 50, die negative Elektrode 60 und die Separatoren 70a, 70b laminiert und um die Wicklungsachse WL gewickelt, so dass der freiliegende Endteil 53 des Stromkollektors der positiven Elektrode und der freiliegende Endteil 63 des Stromkollektors der negativen Elektrode zu entgegengesetzten Seiten der Separatoren 70a, 70b in der Breitenrichtung herausragen, das heißt, so dass der freiliegende Endteil 53 des Stromkollektors der positiven Elektrode und der freiliegende Endteil 63 des Stromkollektors der negativen Elektrode an entgegengesetzten Seiten des gewickelten Elektrodenkörpers 20 in der Axialrichtung der Wicklung herausragen.
  • Wie dies in 7 gezeigt wird, dient in einem der Endteile der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode in der Breitenrichtung, wo der freiliegende Endteil 63 des Stromkollektors der negativen Elektrode vorhanden ist, der freiliegende Endteil 63 des Stromkollektors der negativen Elektrode (das heißt, der Stromkollektor 62 der negativen Elektrode) als eine Barriere. Daher werden Ladungsträger in einer Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite sich wahrscheinlich nicht zur Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite bewegen. Daher wird sich wahrscheinlich in der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a, wie dies in 8 gezeigt wird, in einem der Endteile der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode in der Breitenrichtung, wo der freiliegende Endteil 63 des Stromkollektors der negativen Elektrode nicht vorhanden ist, während des Aufladens die Menge an Ladungsträgern erhöhen, die sich von der Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite zur Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite bewegen. Das heißt: Ladungsträger werden selektiv aus dem Endteil der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode in der Breitenrichtung abgezogen, die der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a gegenüberliegt (das heißt, die Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite der negativen Elektrode) und die der Endteil ist, wo der freiliegende Endteil 63 des Stromkollektors der negativen Elektrode nicht vorhanden ist (das heißt, der Endteil, wo der freiliegende Endteil 53 des Stromkollektors der positiven Elektrode vorhanden ist). In der Batterie 100 mit nichtwässrigem Elektrolyt gemäß der Erfindung wird die übermäßige Desorption von Ladungsträgern aus der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode unterdrückt, die der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a gegenüberliegt (insbesondere der Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite der negativen Elektrode) und die im Endteil der positiven Elektrode in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Längsrichtung, positioniert ist. Die oben beschriebenen Wirkungen können in einer Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt gezeigt werden, die einen gewickelten Elektrodenkörper enthält, in dem die Komponenten gewickelt sind, so dass: der freiliegende Endteil 63 des Stromkollektors der negativen Elektrode in einem der Endteile des Stromkollektors der positiven Elektrode in der Breitenrichtung bereitgestellt wird; der freiliegende Endteil 53 des Stromkollektors der positiven Elektrode in einem der Endteile des Stromkollektors der negativen Elektrode in der Breitenrichtung bereitgestellt wird; und der freiliegende Endteil 53 des Stromkollektors der positiven Elektrode und der freiliegende Endteil 63 des Stromkollektors der negativen Elektrode an gegenüberliegenden Seiten des gewickelten Elektrodenkörpers 20 in der Axialrichtung der Wicklung herausragen.
  • Wie dies in 2 gezeigt wird, ist eine Stromkollektorplatte 42a der positiven Elektrode am freiliegenden Endteil 53 des Stromkollektors der positiven Elektrode befestigt, und eine Stromkollektorplatte 44a der negativen Elektrode ist am freiliegenden Endteil 63 des Stromkollektors der negativen Elektrode befestigt. Im Ergebnis sind der Anschluss 42 der positiven Elektrode und der Anschluss 44 der negativen Elektrode elektrisch miteinander verbunden.
  • Wie dies in den 4 und 6 gezeigt wird, sind in dem in der hier offenbarten Sekundärbatterie 100 mit nichtwässrigem Elektrolyt enthaltenen, gewickelten Elektrodenkörper 20 die positive Elektrode 50, die negative Elektrode 60 und die Separatoren 70a, 70b so gewickelt, dass das Wicklungsende 56 der positiven Elektrode, das das Wicklungsende der positiven Elektrode 50 ist, wobei das Wicklungsende 56 der positiven Elektrode an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert ist, das Wicklungsende 66 der negativen Elektrode, das das Wicklungsende der negativen Elektrode 60 ist, wobei das Wicklungsende 66 der negativen Elektrode an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert ist, und die Wicklungsenden 72a, 72b der Separatoren, welche die Wicklungsenden der Separatoren 70a, 70b sind, wobei sie an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert sind, am gleichen gewölbten Teil 22 positioniert sind (hier am oberen gewölbten Teil 22a). Aus Sicht des Reduzierens der Abweichung im Druck, der auf den gewickelten Elektrodenkörper 20 aufgebracht wird, wenn der flache Mittelteil 24 des gewickelten Elektrodenkörpers 20 gepresst wird, ist es vorzuziehen, dass das Wicklungsende 56 der positiven Elektrode, das Wicklungsende 66 der negativen Elektrode und die Wicklungsenden 72a, 72b der Separatoren an der Innenseite der beiden flachen Oberflächen 26 des flachen Mittelteils 24 des gewickelten Elektrodenkörpers 20 in der Stärkerichtung des gewickelten Elektrodenkörpers 20 positioniert sind. Der gewölbte Teil 22 kann der obere gewölbte Teil 22a oder der untere gewölbte Teil 22b sein. Zum Beispiel kann der gewölbte Teil 22 der obere gewölbte Teil 22a sein.
  • Wie dies in den 4, 6 und 9 gezeigt wird, ist in dem gewickelten Elektrodenkörper 20 das Wicklungsende 66 der negativen Elektrode in einer Position angeordnet, wo das Wicklungsende 66 der negativen Elektrode parallel zum Wicklungsende 56 der positiven Elektrode liegt oder in einer zum Wicklungsende 56 der positiven Elektrode vorgeschobenen Position in einer Wicklungsrichtung. Aus Sicht der Aufnahmefähigkeit von Ladungsträgern ist es vorzuziehen, dass das Wicklungsende 66 der negativen Elektrode in einer zum Wicklungsende 56 der positiven Elektrode vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet wird.
  • Wie dies in den 4, 6 und 9 gezeigt wird, ist in dem gewickelten Elektrodenkörper 20 das Wicklungsende des Separators wenigstens einer der beiden Separatoren 70a, 70b (hier: die Wicklungsenden 72a, 72b der beiden Separatoren 70a, 70b) in einer zum Wicklungsende 66 der negativen Elektrode vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet. Im Ergebnis werden überschüssige Teile (das heißt, überschüssige Separatorbereiche 74a, 74b), die nicht sowohl die positive Elektrode 50 und die negative Elektrode 60 kontaktieren, durch einen Teil der Separatoren 70 ausgebildet, das aus dem Wicklungsende 66 der negativen Elektrode in der Wicklungsrichtung herausragt.
  • Wie dies in den 6 und 9 gezeigt wird, ist es aus Sicht der Isoliereigenschaften zwischen dem gewickelten Elektrodenkörper 20 und der Innenwandung des Batteriegehäuses 30 vorzuziehen, dass das Wicklungsende 72a des Separators 70a, das auf dem am weitesten außen liegenden Umfang des gewickelten Elektrodenkörpers 20 positioniert ist, in einer zum Wicklungsende 66 der negativen Elektrode vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet ist. Aus Sicht des zuverlässigen Isolierens der positiven Elektrode 50 und der negativen Elektrode 60 voneinander ist es vorzuziehen, dass das Wicklungsende 72b des Separators 70b, das zwischen der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a und der positiven Elektrode 50, die der negativen Elektrode gegenüberliegt, positioniert ist, in einer zum Wicklungsende 66 der negativen Elektrode vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet ist. Das heißt: es ist eher vorzuziehen, dass die Wicklungsenden 72a, 72b der beiden Separatoren 70a, 70b in einer zum Wicklungsende 66 der negativen Elektrode vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet sind. Zum Beispiel können die Separatorwicklungsenden 72a, 72b der beiden Separatoren 70a, 70b an Positionen angeordnet sein, die parallel zu den Separatorwicklungsenden 72a, 72b in der Wicklungsrichtung sind. Das heißt: die überschüssigen Separatorbereiche können auf dem gewölbten Teil 22 (hier der obere gewölbte Teil 22a) in einem Zustand vorhanden sein, in dem ein überschüssiger Separatorbereich eines Separators (hier des überschüssigen Separatorbereichs 74b des Separators 70b) auf einem Teil eines überschüssigen Separatorbereichs des anderen Separators (hier der überschüssige Separatorbereich 74a des Separators 70a) laminiert wird.
  • In einem Teil, in dem die überschüssigen Separatorbereiche 74a, 74b vorhanden sind, im Gegensatz zu den anderen Teilen, in denen keine überschüssigen Separatorbereiche 74a, 74b vorhanden sind, wird eine größere Menge an nichtwässriger elektrolytischer Lösung in den Separatoren 70a, 70b der überschüssigen Separatorbereiche 74a, 74b gespeichert. In einem Teil der überschüssigen Separatorbereiche 74a, 74b, in dem die überschüssigen Separatorbereiche 74a, 74b der beiden Separatoren 70a, 70b laminiert sind, wird eine größere Menge an nichtwässriger elektrolytischer Lösung in den überschüssigen Separatorbereichen 74a, 74b gespeichert. Daher werden Ladungsträger in der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode, die den Teilen gegenüberliegt, in denen die überschüssigen Separatorbereiche 74a, 74b der beiden Separatoren 70a, 70b laminiert sind (die Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a, das heißt die Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers 20), gleichmäßig diffundiert (die Diffusion von Ladungsträgern wird beschleunigt). Nach den Untersuchungen durch die Erfinder hier wurde ermittelt, dass die Bewegung von Ladungsträgern von der Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite zur Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite im Endteil der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a in der Breitenrichtung (das heißt in der Axialrichtung der Wicklung des gewickelten Elektrodenkörpers) und die Diffusion von Ladungsträgern in der Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite durch Zuführen von Sauerstoff zur Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite beschleunigt wird. Sauerstoff, der zwischen der Innenwandung des Batteriegehäuses 30 und der gewölbten Oberfläche des gewölbten Teils 22 des gewickelten Elektrodenkörpers 20 vorhanden ist, kann einfach zu einem Teil der Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a zugeführt werden, wo die überschüssigen Separatorbereiche 74a, 74b laminiert sind. Aus diesem Grund werden Ladungsträger selektiv aus dem Endteil der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode in der Breitenrichtung abgezogen, die dem Teil der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a gegenüberliegt, wo die überschüssigen Separatorbereiche 74a, 74b laminiert sind (typischerweise vom Endteil, wo der freiliegende Endteil 63 des Stromkollektors der negativen Elektrode nicht vorhanden ist, das heißt, wo der freiliegende Endteil 53 des Stromkollektors der positiven Elektrode vorhanden ist). In der Batterie 100 mit nichtwässrigem Elektrolyt gemäß der Erfindung wird die übermäßige Desorption von Ladungsträgern aus der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode unterdrückt, die der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a gegenüberliegt (insbesondere der Aktivmaterialschicht 64b der negativen Elektrode auf der innen umlaufenden Wicklungsseite der negativen Elektrode) und die im Endteil der positiven Elektrode in der Breitenrichtung, rechtwinklig zur Längsrichtung positioniert ist. Daher kann auch die Desorption von Ladungsträgern aus dem Endteil der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode in der Breitenrichtung, die dem Teil der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a gegenüberliegt, wo die überschüssigen Separatorbereiche 74a, 74b laminiert sind, geeignet unterdrückt werden.
  • Wie dies in den 6 und 9 gezeigt wird, erfüllen der Abstand a und der Abstand b hier die Beziehungen 0,5 ≤ a × (a + b) ≤ 104 und 0 ≤ b ≤ 11, wenn ein Abstand vom Wicklungsende 66 der negativen Elektrode zu einem (hier dem Wicklungsende 72a des Separators) der beiden Wicklungsenden der Separatoren (72a, 72b), das in einer weiter vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet ist, durch a (mm) dargestellt wird, und wenn ein Abstand vom Wicklungsende 56 der positiven Elektrode zum Wicklungsende 66 der negativen Elektrode durch b (mm) dargestellt wird.
  • Hier ist 9 eine vergrößerte Ansicht, die Hauptteile von 6 zeigt (das Wicklungsende 56 der positiven Elektrode, das Wicklungsende 66 der negativen Elektrode und den gewölbten Teil, wo die Wicklungsenden 72a, 72b der Separatoren laminiert sind). 9 zeigt die Bewegung von Ladungsträgern vom Wicklungsende 56 der positiven Elektrode zum Teil der Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a, wo die überschüssigen Separatorbereiche 74a, 74b laminiert sind. In der Zeichnung stellt „Li+” Ladungsträger (typischerweise Lithiumionen) dar, und Pfeile stellen eine Bewegungsrichtung der Ladungsträger dar. In 8 wird zum einfachen Verständnis der Bewegung von Ladungsträgern zwischen der positiven Elektrode 50 und der negativen Elektrode 60 die gewölbte Oberfläche des gewölbten Teils als eine flache Oberfläche gezeigt. In 6 wird kein Wicklungsstopper 80 gezeigt.
  • Durch Reduzieren des Abstands a kann der Bereich der negativen Elektrode 60, wo die Separatorbereiche 74a, 74b laminiert sind, reduziert werden. Im Ergebnis kann die Menge an Ladungsträgern, die sich zur Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite bewegen, in der negativen Elektrode 60 reduziert werden, die auf der am weitesten außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers 20 positioniert ist (das heißt, die am weitesten außen umlaufende negative Elektrode 60a). Auf der anderen Seite, aus Sicht des Sicherns der Isoliereigenschaften zwischen der positiven Elektrode 50 und der negativen Elektrode 60 oder der Isoliereigenschaften zwischen dem gewickelten Elektrodenkörper 20 (typischerweise der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a) und dem Batteriegehäuse 30 ist es vorzuziehen, dass der Abstand a (mm) darauf festgesetzt wird, dass er eine Länge unter Berücksichtigung einer Schwankung ist, die im Herstellungsprozess des gewickelten Elektrodenkörpers 20 erzeugt werden kann (zum Beispiel 0,5 ≤ a, typischerweise 1 ≤ a, im Allgemeinen 2 ≤ a).
  • Wie dies in 9 gezeigt wird, können während des Aufladens der Batterie Ladungsträger, die sich aus der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode des Wicklungsendes 56 der positiven Elektrode zur Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode, die der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode gegenüberliegt, in einer Richtung diffundiert werden, in der die Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode, die der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode gegenüberliegt, nicht vorhanden ist (das heißt die Wicklungsrichtung der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode). Durch Reduzieren des Abstands b wird der Abstand zwischen dem Wicklungsende 56 der positiven Elektrode und den überschüssigen Separatorbereichen 74a, 74b reduziert. Ladungsträger werden einfach vom Wicklungsende 56 der positiven Elektrode zu dem Teil der Aktivmaterialschicht 64a der negativen Elektrode auf der außen umlaufenden Wicklungsseite der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a zugeführt, wo die überschüssigen Separatorbereiche 74a, 74b laminiert sind. Auf der anderen Seite, aus Sicht der Aufnahmefähigkeit von Ladungsträgern, ist es vorzuziehen, dass das Wicklungsende 56 der positiven Elektrode mit der am weitesten außen umlaufenden negativen Elektrode 60a abgedeckt wird, das heißt, das Wicklungsende 66 der negativen Elektrode ist in einer zum Wicklungsende 56 der positiven Elektrode vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet (0 < b). Unter Berücksichtigung einer Schwankung, die im Herstellungsprozess des gewickelten Elektrodenkörpers 20 erzeugt werden kann, kann der Abstand b (mm) in einem Bereich von zum Beispiel 0,5 ≤ b liegen (typischerweise 1 ≤ b, im Allgemeinen 2 ≤ b).
  • Daher ist es vorzuziehen, dass der Abstand a (mm) Folgendes erfüllt: 0,5 ≤ a ≤ 8 (zum Beispiel 1 ≤ a ≤ 8, typischerweise 2 ≤ a ≤ 8). Es ist vorzuziehen, dass der Abstand b (mm) Folgendes erfüllt: 0,5 ≤ b ≤ 11 (zum Beispiel 1 ≤ b ≤ 11, typischerweise 2 ≤ b ≤ 11). Es ist noch eher vorzuziehen, dass der Abstand a (mm) und der Abstand b (mm) Folgendes erfüllen: 0,5 ≤ a × (a + b) ≤ 50 (zum Beispiel 2 ≤ a × (a + b) ≤ 50, typischerweise 8 ≤ a × (a + b) ≤ 50).
  • Um das Loswickeln des gewickelten Elektrodenkörpers 20 (das Lösen der Wicklung) zu verhindern, wird, wie dies in den 3, 6 und 7 gezeigt wird, typischerweise eines der beiden Separatorwicklungsenden 72a, 72b (hier das Separatorwicklungsende 72a) der Separatoren 70, das an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert ist, durch den Wicklungsstopper 80 an der Außenfläche des gewickelten Elektrodenkörpers 20 befestigt. Es ist vorzuziehen, dass das Separatorwicklungsende 72a so befestigt wird, dass beide Enden des Wicklungsstoppers 80 in der Wicklungsrichtung auf dem gleichen gewölbten Teil 22 (zum Beispiel dem oberen gewölbten Teil 22a) wie das der Separatorwicklungsenden 72a, 72b positioniert werden. Es ist noch eher vorzuziehen, dass beide Enden des Wicklungsstoppers 80 in der Wicklungsrichtung an der Innenseite der beiden flachen Oberflächen 26 des gewickelten Elektrodenkörpers 20 in der Stärkerichtung des gewickelten Elektrodenkörpers 20 positioniert werden.
  • Der Wicklungsstopper 80 wird nicht besonders beschränkt, solange das Separatorwicklungsende 72a an der Außenfläche des gewickelten Elektrodenkörpers 20 befestigt werden kann. Typischerweise kann ein einseitiges oder ein doppelseitiges Klebeband verwendet werden. Zum Beispiel kann das Separatorwicklungsende 72a durch Anbringen eines einseitigen Klebebands an der Außenfläche des gewickelten Elektrodenkörpers 20, während ein Teil des Separatorwicklungsendes 72a abgedeckt wird, an der Außenfläche des gewickelten Elektrodenkörpers 20 befestigt werden. Aus Sicht des Reduzierens des Volumens des Wicklungsstoppers 80 im Batteriegehäuse 30 ist es vorzuziehen, dass die Größe des Wicklungsstoppers 80 gering ist. Zum Beispiel kann die Stärke des Wicklungsstoppers 80 etwa 20 μm bis 50 μm betragen. In Bezug auf die Größe des Wicklungsstoppers 80 kann seine Länge in einer Richtung, die mit der Axialrichtung der Wicklung übereinstimmt, wenn der Wicklungsstopper 80 im gewickelten Elektrodenkörper angeordnet ist, etwa 5 mm bis 20 mm betragen.
  • Die Größe des gewickelten Elektrodenkörpers 20 wird nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel kann die Länge der Axialrichtung der Wicklung auf einen Bereich von typischerweise 80 mm bis 200 mm festgesetzt werden (zum Beispiel 120 mm bis 150 mm), die Länge eines Bogens der gewölbten Oberfläche des gewölbten Teils 22 kann auf einen Bereich von 10 mm bis 40 mm (etwa 20 mm) festgesetzt werden, die Länge in einer zur Wicklungsachse rechtwinkligen Richtung (zum Beispiel die Länge von der Oberseite des oberen gewölbten Teils 22a zur Oberseite des unteren gewölbten Teils 22b) kann auf einen Bereich von 30 mm bis 100 mm (etwa 60 mm) festgesetzt werden, und die Stärke (der Abstand von einer flachen Oberfläche 26 zur anderen flachen Oberfläche 26) kann in einem Bereich von typischerweise 10 mm bis 25 mm (etwa 12,5 mm) festgesetzt werden.
  • Hier können die Materialien und Elemente, die den gewickelten Elektrodenkörper 20 bilden (zum Beispiel Materialien und Elemente, welche die positive Elektrode 50, die negative Elektrode 60 und die Separatoren 70 bilden) und der nichtwässrige Elektrolyt (typischerweise nichtwässrige elektrolytische Lösung) die gleichen Ausgestaltungen wie in einer allgemeinen Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt (typischerweise Lithiumionen-Sekundärbatterie) nach der verwandten Technik ohne irgendeine besondere Beschränkungen aufweisen. Eine typische Ausgestaltung wird nachstehend beschrieben.
  • Als der Stromkollektor 52 der positiven Elektrode kann ein Stromkollektor der positiven Elektrode, der bei einer Lithiumionen-Sekundärbatterie in der verwandten Technik verwendet wird, ohne irgendeine besondere Beschränkung verwendet werden. Typischerweise ist es vorzuziehen, dass der Stromkollektor 52 der positiven Elektrode aus einem hochgradig leitfähigen Metallmaterial ausgebildet wird, und zu Beispielen für das Metallmaterial zählen Aluminium, Nickel, Titan und Edelstahl. Insbesondere ist Aluminium (Aluminiumfolie) vorzuziehen. Die Stärke des Stromkollektors 52 der positiven Elektrode ist nicht besonders beschränkt und beträgt vorzugsweise 5 μm bis 50 μm und noch eher vorzuziehen 8 μm bis 30 μm unter Berücksichtigung einer Balance zwischen der Kapazitätsdichte der Batterie und der Stärke des Stromkollektors.
  • Die Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode, die auf dem Stromkollektor 52 der positiven Elektrode ausgebildet ist, umfasst wenigstens ein Aktivmaterial der positiven Elektrode. Als das Aktivmaterial der positiven Elektrode kann vorzugsweise ein Lithium enthaltender Verbundwerkstoff (zum Beispiel Lithium-Übergangsmetall-Verbundoxid) verwendet werden, der Lithium und eine Art oder zwei oder mehr Arten von Übergangsmetallelementen enthält, in dem der Lithium enthaltende Verbundwerkstoff ein Material ist, das in der Lage ist, Lithiumionen zu speichern und freizugeben. Zu Beispielen für Aktivmaterial der positiven Elektrode zählen Lithium-Nickel-Verbundoxid (zum Beispiel LiNiO2), Lithium-Cobalt-Verbundoxid (zum Beispiel LiCoO2), Lithium-Mangan-Verbundoxid (zum Beispiel LiMn2O4) und ein ternäres, Lithium enthaltendes Verbundoxid, wie zum Beispiel Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Verbundoxid (zum Beispiel LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2). Zusätzlich kann als das Aktivmaterial der positiven Elektrode ein polyanionischer Verbundwerkstoff (zum Beispiel LiFePO4, LiMnPO4, LiFeVO4, LiMnVO4, Li2FeSiO4, Li2MnSiO4 oder Li2CoSiO4), dargestellt durch eine Formel als LiMPO4, LiMVO4 oder Li2MSiO4 (wobei M wenigstens ein aus Co, Ni, Mn und Fe ausgewähltes Element darstellt) verwendet werden. Von diesen können eine Art allein oder zwei oder mehr Arten in Kombination verwendet werden.
  • Zum Beispiel wird sogar für den Fall, dass die Batterie 100 gemäß der Ausführungsform bei einer hohen Temperatur gelagert wird (Hochtemperaturalterung) in einem Zustand, in dem sie auf ein hohes Potential aufgeladen wird, die Elution einer Metallkomponente aus dem Aktivmaterial der positiven Elektrode unterdrückt. Die oben beschriebene Wirkung kann zum Beispiel in einer Batterie gezeigt werden, in der ein Lithium-Übergangsmetall-Verbundoxid, das entweder eines oder beide der Materialien Mangan (Mn) und Nickel (Ni) enthält, die wahrscheinlich bei einer hohen Temperatur herausgelöst werden, als ein Aktivmaterial der positiven Elektrode verwendet werden. Dementsprechend ist es bei der hier offenbarten Batterie 100 vorzuziehen, dass ein Lithium-Übergangsmetall-Verbundoxid, das wenigstens ein Material, Mangan oder Nickel enthält, als ein Aktivmaterial der positiven Elektrode verwendet wird, da die Wirkung ausreichend und deutlich gezeigt werden kann. Zu Beispielen für das Lithium-Übergangsmetall-Verbundoxid zählen ein Lithium-Nickel-Verbundoxid (zum Beispiel LiNiO2), ein Lithium-Mangan-Verbundoxid (zum Beispiel LiMn2O4) und ein Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Verbundoxid (zum Beispiel LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2).
  • Zusätzlich zum Aktivmaterial der positiven Elektrode kann die Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode weiterhin optionale Komponenten enthalten, wie zum Beispiel ein leitfähiges Material und einen Binder. Als das leitfähige Material und der Binder können ein leitfähiges Material und ein Binder, die in einer positiven Elektrode 50 einer Lithiumionen-Sekundärbatterie in der verwandten Technik verwendet werden, passend angenommen werden. Als das leitfähige Material kann zum Beispiel vorzugsweise ein Kohlenstoffmaterial, wie zum Beispiel Kohlenstoffruß (zum Beispiel Acetylenruß (AB, Acetylene Black)) oder Graphit verwendet werden. Als der Binder kann zum Beispiel Polyvinylidenfluorid (PVDF) verwendet werden.
  • Zuerst werden das Aktivmaterial der positiven Elektrode und andere optionale Materialien in einem geeigneten Lösungsmittel (zum Beispiel N-Methyl-2-pyrrolidon) dispergiert, um eine pastenähnliche (schlammähnliche) Zusammensetzung herzustellen. Als Nächstes wird eine geeignete Menge der Zusammensetzung auf eine Oberfläche des Stromkollektors 52 der positiven Elektrode aufgebracht und dann getrocknet. Im Ergebnis kann die positive Elektrode 50 ausgebildet werden. Durch optionales Durchführen eines geeigneten Verpressens können die Kenngrößen (zum Beispiel mittlere Stärke, Dichte und Porosität) der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode eingestellt werden.
  • Die Stärke der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode beträgt, nachdem sie gepresst worden ist, zum Beispiel 20 μm oder mehr (typischerweise 50 μm oder mehr) und ist zum Beispiel 200 μm oder weniger (typischerweise 100 μm oder weniger). Die Dichte der Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch zum Beispiel 1,5 g/cm3 oder mehr (typischerweise 2 g/cm3 oder mehr) und beträgt zum Beispiel 4,5 g/cm3 oder weniger (typischerweise 4,2 g/cm3 oder weniger). Die Aktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode mit der oben beschriebenen Ausgestaltung kann eine hohe Batterieleistungsfähigkeit realisieren (zum Beispiel hohe Energiedichte und Ausgangsdichte).
  • Als der Stromkollektor 62 der negativen Elektrode kann ein Stromkollektor der negativen Elektrode, der bei einer Lithiumionen-Sekundärbatterie in der verwandten Technik verwendet wird, ohne irgendeine besondere Beschränkung verwendet werden. Typischerweise ist es vorzuziehen, dass der Stromkollektor 62 der negativen Elektrode aus einem hochgradig leitfähigen Metallmaterial ausgebildet wird, und zu Beispielen für das Material zählen Kupfer und eine Legierung, die Kupfer als Hauptkomponente enthält. Die Stärke des Stromkollektors 62 der negativen Elektrode ist nicht besonders beschränkt und beträgt vorzugsweise 5 μm bis 50 μm und noch eher vorzuziehen 8 μm bis 30 μm unter Berücksichtigung einer Balance zwischen der Kapazitätsdichte der Batterie und der Stärke des Stromkollektors.
  • Die Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode, die auf dem Stromkollektor 62 der negativen Elektrode ausgebildet ist, enthält wenigstens ein Aktivmaterial der negativen Elektrode. Als das Aktivmaterial der negativen Elektrode können ein Material oder zwei oder mehr Materialien von den Materialien, die bei einer Lithiumionen-Sekundärbatterie in der verwandten Technik verwendet werden, ohne irgendeine besondere Beschränkung verwendet werden. Zu Beispielen für das Aktivmaterial der negativen Elektrode zählen ein partikelförmiges (sphärisches oder schuppenförmiges) Kohlenstoffmaterial, das wenigstens zum Teil eine Graphitstruktur (geschichtete Struktur) umfasst, ein Lithium-Übergangsmetall-Verbundoxid (zum Beispiel ein Lithium-Titan-Verbundoxid, wie zum Beispiel Li4Ti5O12) und ein Lithium-Übergangsmetall-Verbundnitrid. Zu Beispielen für das Kohlenstoffmaterial zählen natürliches Graphit, künstliches Graphit, nicht graphitierbarer Kohlenstoff (Hard-Carbon) und graphitierbarer Kohlenstoff (Soft-Carbon). Alternativ können Kohlenstoffpartikel verwendet werden, die durch Ummanteln von Graphitpartikeln als Kern mit einem amorphen Kohlenstoffmaterial gewonnen werden.
  • Optional kann die Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode zusätzlich zum Aktivmaterial der negativen Elektrode weiterhin optionale Komponenten enthalten, wie zum Beispiel einen Binder und ein Verdickungsmittel. Als der Binder und das Verdickungsmittel können ein Binder und ein Verdickungsmittel, die in einer negativen Elektrode einer Lithiumionen-Sekundärbatterie in der verwandten Technik verwendet werden, passend angenommen werden. Als der Binder kann zum Beispiel Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) geeignet verwendet werden. Als das Verdickungsmittel kann zum Beispiel Carboxymethylcellulose (CMC) geeignet verwendet werden.
  • Die negative Elektrode 60 kann zum Beispiel unter Verwendung eines Verfahrens ausgebildet werden, das Folgendes umfasst: das Aktivmaterial der negativen Elektrode und andere optionale Materialien in einem geeigneten Lösungsmittel (zum Beispiel Ionenaustauschwasser) dispergieren, um eine Pasten-(Schlamm-)Zusammensetzung herzustellen; eine geeignete Menge der Zusammensetzung auf eine Oberfläche des Stromkollektors 62 der negativen Elektrode aufzubringen; und die Zusammensetzung zu trocknen, um das Lösungsmittel zu entfernen. Durch optionales Durchführen eines geeigneten Verpressens können die Kenngrößen (zum Beispiel mittlere Stärke, Dichte und Porosität) der Aktivmaterialschicht 64 der negativen Elektrode eingestellt werden.
  • Als die länglichen plattenförmigen Separatoren 70a und 70b kann eine allgemein bekannte, mikroporöse Platte nach der verwandten Technik ohne irgendeine besondere Beschränkung verwendet werden. Zu Beispielen für den Separator 70 zählen eine poröse Herzplatte (zum Beispiel eine Folie oder ein nicht gewebtes Vlies), die aus einem Harz, wie zum Beispiel Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyester, Cellulose oder Polyamid, ausgebildet ist. Die poröse Harzplatte kann eine Einschichtstruktur oder eine Mehrschichtstruktur aufweisen, die zwei oder mehr Schichten enthält (zum Beispiel eine Dreischichtstruktur, bei der eine PP-Schicht auf jede der beiden Oberflächen einer PE-Schicht laminiert wird). Eine poröse, wärmebeständige Schicht kann an einer einzelnen Oberfläche oder an beiden Oberflächen der porösen Harzplatte bereitgestellt werden (typischerweise eine Oberfläche). Diese wärmebeständige Schicht kann zum Beispiel eine Schicht sein, die einen anorganischen Füllstoff und einen Binder enthält. Als der anorganische Füllstoff können zum Beispiel vorzugsweise Aluminiumoxid, Boehmit oder Siliziumdioxid angenommen werden. Es ist vorzuziehen, dass die Stärke des Separators in einem Bereich von zum Beispiel 10 μm bis 40 μm festgesetzt wird.
  • Als die nichtwässrige elektrolytische Lösung kann typischerweise zum Beispiel eine nichtwässrige elektrolytische Lösung verwendet werden, die einen Grundelektrolyten in einem organischen Lösungsmittel (nichtwässriges Lösungsmittel) enthält. Zu Beispielen für das nichtwässrige Lösungsmittel zählen Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Diethylcarbonat (DEC), Dimethylcarbonat (DMC) und Ethylmethylcarbonat (EMC). Von diesen kann eine Art verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten können geeignet in Kombination verwendet werden (zum Beispiel ein gemischtes Lösungsmittel, das EC, EMC und DMC in einem Volumenverhältnis von 3:4:3 enthält). Als der Grundelektrolyt kann zum Beispiel ein Lithiumsalz verwendet werden, wie zum Beispiel LiPF6, LiBF4 oder LiClO4 (vorzugsweise LiPF6). Die Konzentration des Grundelektrolyten beträgt zum Beispiel 0,7 mol/L bis 1,3 mol/L (vorzugsweise etwa 1,1 mol/L).
  • Auch wenn die Sekundärbatterie 100 mit nichtwässrigem Elektrolyt mit der oben beschriebene Ausgestaltung bei einer hohen Temperatur in einem Zustand, in dem sie aufgeladen wird, gelagert wird (typischerweise 45°C oder mehr, zum Beispiel 60°C oder mehr) kann die Selbstentladungsmenge dahingehend unterdrückt werden, dass sie gering ist, ohne dass Mikrokurzschlüsse auftreten. Dementsprechend kann die Batterie 100 nach dem Aufbau und dem Anfangsaufladen (Konditionierungsbehandlung) einer Lagerung bei hohen Temperaturen geeignet standhalten, wie zum Beispiel einer Hochtemperaturalterungsbehandlung. Das heißt: das folgende Anfangsaufladen (Konditionierungsbehandlung) und die Hochtemperaturalterungsbehandlung können zum Beispiel geeignet innerhalb einer kurzen Zeitspanne durchgeführt werden.
  • [Anfangsaufladen (Konditionierungsbehandlung)]
  • Das Anfangsaufladen (Konditionierungsbehandlung) besteht aus Aufladen und Entladen zum Stabilisieren der Batterieleistung, und die Bedingungen dafür sind nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel werden Aufladen und Entladen bei einer geeigneten Stromdichte einmal oder mehrmals durchgeführt.
  • [Hochtemperaturalterungsbehandlung]
  • Bei der Hochtemperaturalterungsbehandlung wird die Batterie typischerweise in einem hohen Temperaturbereich gehalten (typischerweise 45°C oder mehr, zum Beispiel 60°C oder mehr), nach der Konditionierungsbehandlung oder ohne Durchführen der Konditionierungsbehandlung. Bei der Hochtemperaturalterungsbehandlung wird typischerweise zuerst die Batterie aufgeladen, so dass das Potential der positiven Elektrode höher als ein Redoxpotential von Fremdmetall ist, das unvermeidlich als ein Auflösungsziel integriert ist, und wird in diesem Ladezustand für eine vorbestimmte Zeitspanne gehalten. Für den Fall zum Beispiel, dass Kupfer (Cu) als Fremdmetall aufgelöst wird, kann die Batteriespannung so gesteuert werden, dass sie gleich oder höher als 3,8 V ist, was das Redoxpotential von Cu ist. Unter Berücksichtigung von zum Beispiel einem Spannungsabfall bei der Alterungsbehandlung kann die Batteriespannung so gesteuert werden, dass sie 3,9 V oder mehr ist. Indem die Temperatur der Alterungsbehandlung so gesteuert wird, dass sie zum Beispiel 45°C oder mehr (vorzugsweise 60°C oder mehr) ist, kann erwartet werden, dass eine Reaktion, die während der Alterungsbehandlung voranschreitet, gefördert wird. Zum Beispiel kann die Auflösungsreaktion des im gewickelten Elektrodenkörper 20 integrierten Fremdmetalls geeignet gefördert werden, und die Verarbeitungszeit und die Herstellungskosten können reduziert werden. Die Temperatur der Alterungsbehandlung kann höher als 45°C sein und beträgt zum Beispiel 50°C oder mehr und ist vorzugsweise 60°C oder mehr (zum Beispiel mehr als 65°C). Weiterhin kann die Temperatur der Alterungsbehandlung 70°C oder höher sein (zum Beispiel höher als 70°C, sie kann etwa 80°C betragen). Der obere Grenzwert für die Temperatur der Alterungsbehandlung ist nicht besonders beschränkt und liegt zum Beispiel bei etwa 85°C oder niedriger, um die Stabilisierung der Sekundärbatterie 100 mit nichtwässrigem Elektrolyt aufrechtzuerhalten. Die Zeit der Alterungsbehandlung kann geeignet festgesetzt werden, unter Berücksichtigung des Objekts der Alterungsbehandlung, der Ausgestaltung (Größe) der herzustellenden Sekundärbatterie 100 mit nichtwässrigem Elektrolyt und Ähnlichem. Zum Beispiel können die Größe der Batterie, die Kenngrößen (zum Beispiel Größe oder Löslichkeit in der elektrolytischen Lösung) des Fremdmetalls als das Auflösungsziel und Ähnliches berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann die Zeit der Alterungsbehandlung, obwohl sie schwankt, etwa 1/2 bis 1/10 der Zeit betragen, die für eine Alterungsbehandlung der verwandten Technik erforderlich ist, die in einem Temperaturbereich von zum Beispiel weniger als 50°C durchgeführt wird, und kann unter Bezugnahme auf die Zeit der Alterungsbehandlung in der verwandten Technik festgesetzt werden.
  • Typischerweise können das Anfangsaufladen (Konditionierungsbehandlung) und die Hochtemperaturalterungsbehandlung in einem Zustand durchgeführt werden, in dem der flache Mittelteil 24 des gewickelten Elektrodenkörpers 20, der im Batteriegehäuse 30 aufgenommen wird, mit einem vorbestimmten Druck in einer zu den flachen Oberflächen 26 des flachen Mittelteils 24 rechtwinkligen Richtung gepresst wird. Das heißt: das Anfangsaufladen (Konditionierungsbehandlung) und die Hochtemperaturalterungsbehandlung können in einem Zustand durchgeführt werden, in dem Druck auf die Oberflächen 37 der breiten Seiten des Batteriegehäuses 30 aufgebracht wird, das den gewickelten Elektrodenkörper 20 aufnimmt, in der zu den Oberflächen 37 der breiten Seiten rechtwinkligen Richtung. Durch Verpressen des gewickelten Elektrodenkörpers 20 (durch Aufbringen des Drucks auf das Batteriegehäuse 30), um den Abstand zwischen der positiven Elektrode 50 und der negativen Elektrode 60 zu reduzieren, kann die Alterungsbehandlung effizient durchgeführt werden. Der gewickelte Elektrodenkörper 20 kann mit einer Mindestmenge an nichtwässriger elektrolytischer Lösung getränkt werden. Für den Fall, dass die hier offenbarte Sekundärbatterie 100 mit nichtwässrigem Elektrolyt verwendet wird, während sie eingespannt wird, kann eine zu der während der tatsächlichen Verwendung äquivalente Zellreaktion gefördert werden, indem das Anfangsaufladen (Konditionierungsbehandlung) und die Hochtemperaturalterungsbehandlung durchgeführt werden, während die Batterie unter den gleichen Bedingungen wie während der Verwendung eingespannt wird. In der Batterie 100 gemäß der Erfindung wird die Ausbildung einer stufenförmigen Abweichung, die durch Anordnen des Wicklungsendes 56 der positiven Elektrode, des Wicklungsendes 66 der negativen Elektrode oder der Wicklungsenden 72a, 72b der Separatoren auf der flachen Oberfläche 26 des gewickelten Elektrodenkörpers 20 verursacht wird, unterdrückt. Selbst für den Fall, dass der flache Mittelteil 24 des gewickelten Elektrodenkörpers 20 verwendet wird, während er mit einem vorbestimmten Druck gepresst wird, kann daher der flache Mittelteil 24 mit einem im Wesentlichen gleichförmigen Druck gepresst werden (das heißt, die Abweichung im Druck, der auf den gewickelten Elektrodenkörper 20 aufgebracht wird, wird wahrscheinlich nicht erzeugt).
  • Der Druck kann auf die Batterie 100 (den im Batteriegehäuse aufgenommenen gewickelten Elektrodenkörper 20) unter Verwendung eines Verfahrens oder von zwei oder mehr Verfahren der verwandten Technik aufgebracht werden. Zum Beispiel kann ein Verfahren zum Druckaufbringen angenommen werden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: die Batterie 100 zwischen einem Paar von Spannplatten 92 einzuschieben, wie dies in 10A gezeigt wird; und dann die Spannplatten 92 zusammen zu drücken, wie dies in 10B gezeigt wird. Zu Beispielen des Verfahrens des Zusammendrückens zählt ein Verfahren unter Verwendung einer Schraube oder eines Spanngurts; ein Verfahren unter Verwendung einer Presse, wie zum Beispiel einer Druckluftpresse oder einer hydraulischen Presse; ein Verfahren unter Verwendung der Gravitationskraft, bei dem zum Beispiel eine Gewichtseinheit mit einem geeigneten Gewicht auf dem Batteriegehäuse platziert wird; und ein Verfahren der Druckreduzierung unter Verwendung eines Vakuumofens oder Ähnliches. Während des Druckauflbringens ist es typischerweise vorzuziehen, eine geeignete Einspannvorrichtung zu verwenden (zum Beispiel die Spannplatte 92). Zum Beispiel kann auf geeignete Weise ein Verfahren zum Aufbringen des Drucks auf das Paar Oberflächen 37 der breiten Seiten der Batterie 100 verwendet werden, während die Batterie 100 zwischen den Spannplatten 92 eingeschoben ist. Durch Verwenden der Spannplatten 92 kann ein Druck relativ gleichförmig auf den gesamten Bereich des Batteriegehäuses 30 aufgebracht werden (insbesondere auf den gewickelten Elektrodenkörper 20 im Gehäuse). Zusätzlich kann vorzugsweise zum Beispiel eine Spannvorrichtung 90, die eine in 10C gezeigte Schraubenfeder verwendet, verwendet werden, wenn ein Druck auf mehrere Batterien 100 aufgebracht wird. Für den Fall, dass zum Beispiel die Spannvorrichtung 90 verwendet wird, wird die Sekundärbatterie 100 mit nichtwässrigem Elektrolyt zwischen den Spannplatten 92 aufgenommen, und dann wird ein Knopfteil 94 gedreht, um die Schraubenfeder einzustellen. Im Ergebnis wird ein willkürlicher Druck auf das Paar Oberflächen der breiten Seiten der Batterie 100 aufgebracht. Die Größe (der Wert) des aufgebrachten Drucks kann unter Verwendung allgemein bekannter Druckmessverfahren ermittelt werden (zum Beispiel einem Verfahren, bei dem eine Kraftmessdose oder ein Dehnungsmesser verwendet wird). Zusätzlich kann das Druckaufbringen auf einmal durchgeführt werden, oder es kann schrittweise in zum Beispiel zwei oder mehr Schritten durchgeführt werden. Ein Bereich, in dem die Oberflächen 37 der breiten Seite des Batteriegehäuses 30 eingespannt werden (das heißt, die Größe der Spannplatten 92), ist äquivalent zu dem Bereich des flachen Mittelteils 24 des gewickelten Elektrodenkörpers 20 (zum Beispiel die gleiche Größe wie die der Oberflächen 37 der breiten Seiten des Batteriegehäuses 30).
  • Der auf die Sekundärbatterie 100 mit nichtwässrigem Elektrolyt (insbesondere auf den in der Batterie enthaltenen gewickelten Elektrodenkörper 20) aufgebrachte Druck ist nicht besonders beschränkt. Es ist nicht vorzuziehen, dass der aufgebrachte Druck extrem hoch ist, weil das Batteriegehäuse 30 übermäßig verformt werden kann, im Elektrodenkörper 20 (typischerweise die positive Elektrode 50, die negative Elektrode 60 oder die Separatoren 70) vorhandene Fehlstellen (Poren) kollabieren können oder die Batterieleistungsfähigkeit nachteilig beeinflusst werden kann. Daher kann der Druck so festgesetzt werden, dass er in einem Bereich von 0,2 MPa oder höher (vorzugsweise 0,5 MPa oder höher) und 10 MPa oder niedriger (vorzugsweise 5 MPa oder niedriger) liegt. Der in dieser Spezifikation beschriebene „Druck” bezieht sich auf einen in Bezug auf den Atmosphärendruck relativen Druck, das heißt, einen Druckwert, der durch Subtrahieren des Atmosphärendrucks (etwa 0,1 MPa) vom tatsächlichen Druck (Absolutdruck) ermittelt wird.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für einen Batteriesatz 200 beschrieben (typischerweise ein Batteriesatz, in dem mehrere einzelne Zellen miteinander in Reihe verbunden sind), bei dem die Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt (Lithiumionen-Sekundärbatterie) 100 als eine einzelne Zelle verwendet wird und die mehreren Zellen bereitgestellt werden. Wie dies in den 11 und 12 gezeigt wird, ist in dem Batteriesatz 200 von den mehreren (typischerweise 10 oder mehr und vorzugsweise etwa 10 bis 30, zum Beispiel 20) Sekundärbatterien 100 mit nichtwässrigem Elektrolyt (einzelne Zellen) jede zweite umgedreht, so dass die Anschlüsse 42 der positiven Elektroden und die Anschlüsse 44 der negativen Elektroden abwechselnd angeordnet sind, und sie sind in einer Richtung angeordnet, in der die Oberflächen 37 der breiten Seiten der Batteriegehäuse 30 einander gegenüberliegen, das heißt, in einer Richtung, in der die flachen Mittelteile 24 der flachen gewickelten Elektrodenkörper 20 im Batteriegehäuse 30 einander gegenüberliegen. Abstandsplatten (Abstandshalter) 110 mit einer vorbestimmten Form werden zwischen den angeordneten einzelnen Zellen 100 eingeschoben. Es ist vorzuziehen, dass die Abstandsplatten 110 aus einem Material ausgebildet sind und/oder eine Form aufweisen, mit denen dafür gesorgt werden kann, dass sie als Ableitungselemente dienen, um Wärme, die in jeder der einzelnen Zellen 100 während der Verwendung erzeugt wird, effizient abzuleiten. Zum Beispiel weisen die Abstandsplatten 110 eine Form auf, in der ein Kühlfluid (typischerweise Luft) zwischen die einzelnen Zellen 100 einbracht werden kann (zum Beispiel ein Form, in der mehrere parallele Rillen, die vertikal von einem Ende der rechteckigen Kühlplatte zu ihrem gegenüberliegenden Ende verlaufen, auf der Oberfläche der Kühlplatte bereitgestellt werden). Die Kühlplatte ist vorzugsweise aus Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit, leichtem hartem Polypropylen oder einem anderen synthetischen Harz ausgebildet.
  • Ein Paar Endplatten (Spannplatten) 120 sind an beiden Endteilen eines angeordneten Körpers, der die einzelnen Zellen 100 und die Abstandsplatten 110 enthält, angeordnet. Die einzelnen Zellen 100, die Abstandsplatten 110, die Endplatten 120, die angeordnet sind, werden durch einen Spanngurt 130 eingespannt, so dass ein vorbestimmter Spanndruck in der Anordnungsrichtung der einzelnen Zellen aufgebracht wird, wobei der Spanngurt 130 befestigt wird, um eine Brücke zwischen den beiden Endplatten 120 herzustellen. Das heißt: die einzelnen Zellen werden eingespannt, so dass der Spanndruck auf die flachen Mittelteile 24 der gewickelten Elektrodenkörper 20, die in den einzelnen Zellen enthalten sind, in einer zu den flachen Oberflächen 26 der flachen Mittelteile 24 rechtwinkligen Richtung aufgebracht wird. Insbesondere werden durch Befestigen und Fixieren von Endteilen des Spanngurts 130 an den Endplatten 120 durch Schrauben 155 die einzelnen Zellen und Ähnliche so eingespannt, dass ein vorbestimmter Spanndruck in der Anordnungsrichtung aufgebracht wird. In der Ausführungsform ist die Abstandsplatte 110 zwischen benachbarten einzelnen Zellen 100 angeordnet. Daher werden Teile der Oberflächen 37 der breiten Seiten der Batteriegehäuse 30, die benachbart zu den Abstandsplatten 110 liegen, durch die Abstandsplatten 110 gepresst. Die Größe der breiten Oberflächenseiten (eingespannte Oberflächen) der Spannplatten 110, die benachbart zu den Batteriegehäuses 30 der einzelnen Zellen liegen, kann so festgesetzt werden, dass sie die gleiche wie die Größe der flachen Mittelteile 24 der gewickelten Elektrodenkörper 20 ist, die in den entsprechenden einzelnen Zellen 100 enthalten sind (zum Beispiel, so dass sie von gleicher Größe wie die Oberflächen 37 der breiten Seiten der Batteriegehäuse 30 sind). In den benachbarten beiden einzelnen Zellen 100 wird der Anschluss 42 der positiven Elektrode einer einzelnen Zelle elektrisch mit dem Anschluss 44 der negativen Elektrode einer anderen einzelnen Zelle durch ein Verbindungselement (Stromschiene) 140 verbunden. Indem die einzelnen Zellen 100 miteinander in Reihe verbunden werden, wird der Batteriesatz 200 mit einer gewünschten Spannung erstellt.
  • Der Spanndruck, mit dem die entsprechenden einzelnen Zellen eingespannt werden, ist nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel kann der Spanndruck so festgesetzt werden, dass die flachen Mittelteile 24 der gewickelten Elektrodenkörper 20, die in den einzelnen Zellen 100 enthalten sind, in einer Richtung, die rechtwinklig zu den flachen Oberflächen 26 der flachen Mittelteile 24 ist (das heißt, in der Anordnungsrichtung der einzelnen Zellen), mit einem Druck von 0,2 MPa oder höher (vorzugsweise 0,5 MPa oder höher) und 10 MPa oder niedriger (vorzugsweise 5 MPa oder niedriger) gepresst werden. In jeder der einzelnen Batteriezellen 100 gemäß der Erfindung wird die Ausbildung einer stufenförmigen Abweichung, die durch Anordnen des Wicklungsendes 56 der positiven Elektrode, des Wicklungsendes 66 der negative Elektrode oder der Wicklungsenden 72a, 72b der Separatoren auf der flachen Oberfläche 26 des gewickelten Elektrodenkörpers 20 verursacht wird, unterdrückt. Selbst für den Fall, dass der flache Mittelteil 24 des gewickelten Elektrodenkörpers 20, der in jeder der einzelnen Zellen 100 enthalten ist, verwendet wird, während er mit einem vorbestimmten Druck gepresst wird, kann daher der flache Mittelteil 24 mit einem im Wesentlichen gleichförmigen Druck gepresst werden (das heißt, die Abweichung im Druck, der auf den gewickelten Elektrodenkörper 20 aufgebracht wird, wird wahrscheinlich nicht erzeugt). Dementsprechend ist die hier offenbarte Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt (typischerweise die Lithiumionen-Sekundärbatterie) 100 für den Batteriesatz 200 geeignet, der die einzelnen Zellen enthält, und ist als jede der einzelnen Zellen 100 geeignet, die den Batteriesatz bilden, in dem jede der einzelnen Zellen so eingespannt wird, dass der flache Mittelteil 24 des gewickelten Elektrodenkörpers 20, der in der einzelnen Zellen enthalten ist, in einer zu den flachen Oberflächen 26 des flachen Mittelteils 24 rechtwinkligen Richtung gepresst wird.
  • In der hier offenbarten Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt, für den Fall, dass der flache Mittelteil des gewickelten Elektrodenkörpers in einer zu den flachen Oberflächen des flachen Mittelteils rechtwinkligen Richtung gepresst wird, können die Abweichung in dem auf den gewickelten Elektrodenkörper aufgebrachten Druck und das Auftreten von Mikrokurzschlüssen reduziert werden. Aufgrund ihrer Kenngrößen kann die hier offenbarte Sekundärbatterie dementsprechend vorzugsweise als eine in einem Fahrzeug montierte Antriebsenergieversorgung verwendet werden, wie zum Beispiel einem Plug-in-Hybridfahrzeug (PHV), einem Hybridfahrzeug (HV) oder einem Elektrofahrzeug (EV). Gemäß der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das die hier offenbarte Sekundärbatterie enthält, vorzugsweise als eine Energiequelle (typischerweise einen Batteriesatz, bei dem mehrere Sekundärbatterien elektrisch miteinander verbunden sind).
  • Nachstehend werden hier mehrere Beispiele (Testbeispiele), die sich auf die Erfindung beziehen, beschrieben, jedoch ist nicht beabsichtigt, dass die Beispiele (Testbeispiele) die Erfindung beschränken.
  • Unter Verwendung der folgenden Materialien und Prozesse wurden gewickelte Elektrodenkörper gemäß den in Tabelle 1 gezeigten Beispielen 1 bis 15 aufgebaut.
  • <Beispiel 1>
  • Die positive Elektrode wurde in der folgenden Prozedur hergestellt. LiNi0,33Co0,33Mn0,33O2 (LNCM) als Aktivmaterialpulver der positiven Elektrode, AB als ein leitfähiges Material und PVDF als ein Binder wurden in einem Massenverhältnis (LNCM:AB:PVDF) von 90:8:2 gewichtet. Diese gewichteten Materialien wurden mit NMP gemischt, um eine die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode bildende, schlammähnliche Zusammensetzung herzustellen. Diese Zusammensetzung wurde in einer Gurtform auf beide Oberflächen einer länglichen Aluminiumfolie (Stromkollektor der positiven Elektrode) mit einer Stärke von 15 μm aufgebracht, wurde getrocknet und wurde verpresst. Im Ergebnis wurde eine positive Elektrodenplatte hergestellt. Die Beschichtungsmenge und die Verpressungsbedingungen der die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode bildenden Zusammensetzung wurden so eingestellt, dass die durchschnittliche Stärke der positiven Elektrode 65 μm betrug (die durchschnittliche Stärke der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode pro einzelner Schicht betrug etwa 25 μm).
  • Die negative Elektrode wurde in der folgenden Prozedur hergestellt. Zuerst wurde als ein Aktivmaterialpulver der negativen Elektrode Graphit (C) mit einer mit amorphem Kohlenstoff überzogenen Oberfläche hergestellt. Das Graphit (C), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) als Binder und CMC als ein Verdickungsmittel wurden in einem Massenverhältnis (C:SBR:CMC) von 98:1:1 gewichtet. Die gewichteten Materialien wurden mit Ionenaustauschwasser gemischt. Im Ergebnis wurde eine die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode bildende, schlammähnliche Zusammensetzung hergestellt. Diese Zusammensetzung wurde auf beide Oberflächen einer länglichen Kupferfolie (Stromkollektor der negativen Elektrode) mit einer Stärke von 10 μm aufgebracht, so dass sie eine gurtähnliche Form hatte, wurde getrocknet und wurde verpresst. Im Ergebnis wurde eine negative Elektrodenplatte hergestellt. Die Beschichtungsmenge und die Verpressungsbedingungen der die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode bildenden Zusammensetzung wurden so eingestellt, dass die durchschnittliche Stärke der negativen Elektrode 80 μm betrug (die durchschnittliche Stärke der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode pro einzelner Schicht betrug etwa 35 μm).
  • Zwei Separatoren mit einer Vier-Schicht-Struktur wurden hergestellt, indem eine poröse Polypropylenschicht auf beiden Oberflächen einer porösen Polyethylenschicht ausgebildet wurde und indem weiterhin eine Schicht (eine sogenannte wärmebeständige Schicht), die Aluminiumoxidpartikel und einen Binder enthält, auf einer Oberfläche einer der Polypropylenschichten ausgebildet wurde. Die positive Elektrode und die negative Elektrode, die wie oben beschrieben hergestellt wurden, wurden in einer Längsrichtung laminiert, wobei die beiden Separatoren zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode eingeschoben wurden und 30 Mal gewickelt wurden (das heißt, die Wicklungsanzahl war 30). Der gewickelte Körper (die positive Elektrode, die negative Elektrode und die Separatoren, nachdem sie gewickelt worden waren) wurde verpresst, damit er in einer zur Wicklungsachse rechtwinkligen Richtung zusammengedrückt wurde. Im Ergebnis wurde ein flacher, gewickelter Elektrodenkörper hergestellt.
  • In diesem Testbeispiel hier wurden ein Wicklungsende der positiven Elektrode, ein Wicklungsende der negativen Elektrode und Wicklungsenden der Separatoren in Positionen angeordnet, welche die folgenden Bedingungen (I) bis (IV) erfüllen.
    • (I) Das Wicklungsende der positiven Elektrode, das Wicklungsende der negativen Elektrode und die Wicklungsenden der Separatoren wurden auf den gleichen gewölbten Teil (hier, dem oberen gewölbten Teil) angeordnet und wurden an der Innenseite der beiden flachen Oberflächen in der Stärkerichtung des gewickelten Elektrodenkörpers positioniert.
    • (II) Das Wicklungsende der negativen Elektrode wurde in einer zum Wicklungsende der positiven Elektrode vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet.
    • (III) Die Separatorwicklungsenden der beiden Separatoren wurden parallel zueinander in der Wicklungsrichtung und in zum Wicklungsende der negativen Elektrode vorgeschobenen Positionen in der Wicklungsrichtung angeordnet.
    • (IV) Wenn der Abstand zwischen dem Wicklungsende des Separators und dem Wicklungsende der negativen Elektrode durch a (mm) dargestellt wurde, und wenn der Abstand zwischen dem Wicklungsende der positiven Elektrode und dem Wicklungsende der negativen Elektrode durch b (mm) dargestellt wurde, betrug der Abstand a 0,5 mm, und der Abstand b betrug 0,5 mm.
  • In dem gewickelten Elektrodenkörper betrug die Stärke 12,5 mm, die Länge der Axialrichtung der Wicklung betrug 130 mm, und die Länge zwischen der Oberseite des oberen gewölbten Teils und der Oberseite des unteren gewölbten Teils betrug 62,5 mm.
  • <Beispiele 2 bis 13>
  • Die gewickelten Elektrodenkörper gemäß den Beispielen 2 bis 13 wurden unter Verwendung des gleichen Materials und des gleichen Prozesses wie im Beispiel 1 hergestellt, mit den Ausnahmen: Der Abstand a (mm) wurde geändert, wie im Punkt „Abstand a (mm)” in Tabelle 1 gezeigt wird, und der Abstand b (mm) wurde geändert, wie im Punkt „Abstand b (mm)” in Tabelle 1 gezeigt wird.
  • <Beispiel 14>
  • Ein gewickelter Elektrodenkörper gemäß dem Beispiel 14 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und des gleichen Prozesses wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Wicklungsende der positiven Elektrode, das Wicklungsende der negativen Elektrode und die Wicklungsenden der Separatoren an A, B und C in 13 angeordnet wurden. Insbesondere wurde das Wicklungsende der positiven Elektrode im Grenzbereich A zwischen dem flachen Mittelteil und dem oberen gewölbten Teil angeordnet. Das Wicklungsende der negativen Elektrode wurde im Grenzbereich B angeordnet, welcher der Grenzbereich zwischen dem oberen gewölbten Teil und dem flachen Mittelteil war und sich vom Grenzbereich A unterschied. Die Separatorwicklungsenden wurden im Grenzbereich C angeordnet, welcher der Grenzbereich zwischen dem flachen Mittelteil und dem unteren gewölbten Teil war und auf der gleichen Ebene wie der Grenzbereich B angeordnet wurde.
  • <Beispiel 15>
  • Ein gewickelter Elektrodenkörper gemäß dem Beispiel 15 wurde unter Verwendung des gleichen Materials und des gleichen Prozesses wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Anordnung des Wicklungsendes der positiven Elektrode, des Wicklungsendes der negativen Elektrode und der Wicklungsenden der Separatoren wie nachstehend beschrieben geändert wurde. Das heißt: das Wicklungsende der positiven Elektrode und das Wicklungsende der negativen Elektrode wurden am unteren gewölbten Teil angeordnet, und die Wicklungsenden der Separatoren wurden am oberen gewölbten Teil angeordnet. Der Abstand a (mm) betrug 65 mm, und der Abstand b (mm) betrug 10 mm.
  • In Bezug auf den gewickelten Elektrodenkörper gemäß jedem der Beispiele wurde bestimmt, ob eine stufenförmige Abweichung an den beiden flachen Oberflächen des gewickelten Elektrodenkörpers gebildet wurde. Ein gewickelter Elektrodenkörper, bei dem eine stufenförmige Abweichung beobachtet wurde, wurde mit „nicht gut” bewertet, und ein gewickelter Elektrodenkörper, bei dem keine stufenförmige Abweichung beobachtet wurde, wurde mit „gut” bewertet. Die Ergebnisse werden unter dem Punkt „Stufenförmige Abweichung” in Tabelle 1 gezeigt.
  • Anschlussbeinchen der positiven und negativen Elektrode wurden an den gewickelten Elektrodenkörper gemäß jedem der Beispiele, die wie oben beschrieben hergestellt wurden, geschweißt, und der gewickelte Elektrodenkörper wurde in einem kastenförmigen Aluminiumgehäuse mit einer dem gewickelten Elektrodenkörper entsprechenden Form aufgenommen. Eine elektrolytische Lösung wurde in das Batteriegehäuse durch eine Öffnung eingespritzt, und die Öffnung wurde luftdicht abgedichtet. Im Ergebnis wurde eine Lithiumionen-Sekundärbatterie gemäß jedem der Beispiele hergestellt. Als die elektrolytische Lösung wurde eine Lösung verwendet, bei der LiPF6 als ein Grundelektrolyt in einem gemischten Lösungsmittel mit einer Konzentration von 1,1 mol/L aufgelöst wurde, wobei das gemischte Lösungsmittel EC, EMC und DMC mit einem Volumenverhältnis (EC:EMC:DMC) von 30:30:40 enthielt.
  • [Anfangsaufladen]
  • Jede der Batterien gemäß den Beispielen, die wie oben beschrieben erstellt wurden, wurde aufgeladen (anfangsaufgeladen). Hier wurde die Batterie bei einer Temperaturbedingung von 25°C auf 4,1 V mit einem konstanten Strom von 1 C (4 A) aufgeladen, damit sie sich in einem Ladezustand von 100% (SOC 100%) befand, was im Wesentlichen 100% der Nennkapazität war. „1 C” bezieht sich auf einen Stromwert, bei dem die Batteriekapazität (Ah), die anhand einer theoretischen Kapazität geschätzt wird, in einer Stunde aufgeladen werden kann. Wenn zum Beispiel die Batteriekapazität 24 Ah betrug, bezieht sich 1 C auf 24 A.
  • [Hochtemperaturalterung]
  • Nachdem sie, wie dies oben beschrieben wird, anfänglich aufgeladen worden waren, wurde jede Batterie als Nächstes in eine Thermostatkammer bei 80°C eingebracht, und die Hochtemperaturalterung wurde für 20 Stunden durchgeführt. Nach einem Tag und vier Tagen vom Abschluss der Hochtemperaturalterung wurde die Leerlaufspannung (OCV, Open Circuit Voltage) jeder der Batterien gemessen. Als Nächstes wurde eine Differenz (Spannung nach einem Tag – Spannung nach vier Tagen) zwischen der Leerlaufspannung der Batterie nach einem Tag nach der Hochtemperaturalterung (Spannung nach einem Tag) und der Leerlaufspannung der Batterie nach vier Tagen nach der Hochtemperaturalterung (Spannung nach vier Tagen) als ein Spannungsabfallbetrag festgesetzt. Eine Batterie mit einem Spannungsabfallbetrag, der um mehr als 0,5 mV größer als der der Batterie gemäß dem Beispiel 1 war, wurde als eine Batterie bewertet, in der Mikrokurzschlüsse stattgefunden haben. Nach der OCV-Messung wurde jede der Batterien demontiert, und durch Röntgenfluoreszenz-Analyse wurde bestimmt, ob eine Ablagerung auf einer der negativen Elektrode gegenüberliegenden Oberfläche des Separators, an der am weitesten außen umlaufenden Schicht des flachen gewickelten Elektrodenkörpers vorhanden war. Nach der Hochtemperaturalterung wurde jede Batterie in drei Güteklassen bewertet. Die Ergebnisse werden unter dem Punkt „Mikrokurzschlüsse” in Tabelle 1 gezeigt.
  • Sehr gut: eine Batterie, bei der keine Mikrokurzschlüsse aufgetreten sind (der Spannungsabfallbetrag war um weniger als 0,5 mV geringer als der Spannungsabfallbetrag der Batterie gemäß dem Beispiel 1) und kein auf der Separatoroberfläche abgelagertes Metall zu erkennen war Gut: eine Batterie, bei der keine Mikrokurzschlüsse aufgetreten sind (der Spannungsabfallbetrag war um weniger als 0,5 mV geringer als der Spannungsabfallbetrag der Batterie gemäß dem Beispiel 1) und auf der Separatoroberfläche abgelagertes Metall zu erkennen war Nicht gut: eine Batterie, bei der Mikrokurzschlüsse aufgetreten sind (der Spannungsabfallbetrag war um mehr als 0,5 mV geringer als der Spannungsabfallbetrag der Batterie gemäß dem Beispiel 1) [Tabelle 1]
    Beispiele Wicklungsendpositionen Abstand a (mm) Abstand b (mm) A × (a + b) Stufenförmige Abweichung Mikrokurzschlüsse
    Pos. Elektr. Neg. Elektr. Separator
    1 Oberer gewölbter Teil 0,5 0,5 0,5 Gut Sehr gut
    2 Oberer gewölbter Teil 2 2 8 Gut Sehr gut
    3 Oberer gewölbter Teil 2 5 14 Gut Sehr gut
    4 Oberer gewölbter Teil 2 8 20 Gut Sehr gut
    5 Oberer gewölbter Teil 2 11 26 Gut Sehr gut
    6 Oberer gewölbter Teil 5 2 35 Gut Sehr gut
    7 Oberer gewölbter Teil 5 5 50 Gut Sehr gut
    8 Oberer gewölbter Teil 5 8 65 Gut Gut
    9 Oberer gewölbter Teil 5 11 80 Gut Gut
    10 Oberer gewölbter Teil 8 2 80 Gut Gut
    11 Oberer gewölbter Teil 8 5 104 Gut Gut
    12 Oberer gewölbter Teil 8 8 128 Gut Nicht gut
    13 Oberer gewölbter Teil 8 11 152 Gut Nicht gut
    14 A B C 50 20 3500 Nicht gut Gut
    15 Unterer gewölbter Teil Oberer gewölbter Teil 65 10 4875 Gut Nicht gut
  • Wie dies in Tabelle 1 gezeigt wird, wurde in den gewickelten Elektrodenkörpern gemäß den Beispielen 1 bis 11 keine stufenförmige Abweichung auf den flachen Oberflächen des gewickelten Elektrodenkörpers ausgebildet. In den Batterien, welche die gewickelten Elektrodenkörper gemäß den Beispielen 1 bis 11 enthalten (zum Beispiel die Batterien gemäß den Beispielen 1 bis 11), traten keine Mikrokurzschlüsse während der Hochtemperaturalterung auf. Auf der anderen Seite wurde in den gewickelten Elektrodenkörpern, die in den Batterien gemäß den Beispielen 12 und 13 enthalten waren, keine stufenförmige Abweichung auf den flachen Oberflächen des gewickelten Elektrodenkörpers ausgebildet, jedoch traten Mikrokurzschlüsse während der Hochtemperaturalterung auf. Es wurde anhand der oben genannten Ergebnisse ermittelt, dass es aus der Sicht, Mikrokurzschlüsse zu unterdrücken, vorzuziehen ist, dass das Verhältnis a × (a + b) zwischen dem Abstand a (mm) und dem Abstand b (mm) 0,5 bis 104 beträgt. Das heißt: gemäß der Erfindung kann eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt bereitgestellt werden, in der für den Fall, dass der flache Mittelteil des gewickelten Elektrodenkörpers in einer zu den flachen Oberflächen des flachen Mittelteils des gewickelten Elektrodenkörpers rechtwinkligen Richtung gepresst wird, die Abweichung in dem auf den gewickelten Elektrodenkörper aufgebrachten Druck und das Auftreten von Mikrokurzschlüssen reduziert werden kann.
  • Im Beispiel 14 ist insbesondere das Wicklungsende der negativen Elektrode an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers in der Stärkerichtung in Bezug auf die flachen Oberflächen des gewickelten Elektrodenkörpers vorhanden. Daher wurde keine stufenförmige Abweichung, die sich aus dem Wicklungsende der negativen Elektrode herleitet, auf den flachen Oberflächen des gewickelten Elektrodenkörpers ausgebildet. In der Batterie gemäß dem Beispiel 15 war der Abstand a groß, das heißt, die überschüssigen Teile der Separatoren, die nicht die positive Elektrode und die negative Elektrode berührten, waren breit. Während des Aufladens wurden daher Ladungsträger übermäßig aus der Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode, die dem Teil der negativen Elektrode gegenüberlag, der an der am weitesten außen umlaufenden Seite der gewickelten Elektrodenkörper positioniert war und wo die überschüssigen Teile der Separatoren laminiert waren, desorbiert. Daher wird dies so betrachtet, dass Mikrokurzschlüsse aufgetreten sind.
  • In den Batterien gemäß den Beispielen 1 bis 6 wurde kein Metall beobachtet, das nach der Hochtemperaturalterung auf den Separatoren abgelagert wurde. Allerdings wurde in den Batterien gemäß den Beispielen 7 bis 11 Metall beobachtet, das nach der Hochtemperaturalterung auf den Separatoren abgelagert wurde. Wenn das auf der Oberfläche der negativen Elektrode abgelagerte Metall die Poren der Separatoren schließt und die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode erreicht, können Mikrokurzschlüsse auftreten. Daher wurde ermittelt, dass aus der Sicht, die Wirkung des Unterdrückens von Mikrokurzschlüssen auf einem hohen Niveau zu zeigen, eher vorzuziehen ist, dass das Verhältnis a × (a + b) zwischen dem Abstand a (mm) und dem Abstand b (mm) 50 oder weniger beträgt.
  • Hier sind oben die speziellen Beispiele der Erfindung ausführlich beschrieben worden. Allerdings sind die Ausführungsform und die Beispiele lediglich beispielhaft und beschränken nicht die Ansprüche. Die in den Ansprüchen beschriebene Technik umfasst verschiedene Modifikationen und Abwandlungen der oben beschriebenen spezifischen Beispiele.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2008-078008 A [0005]

Claims (7)

  1. Sekundärbatterie (100) mit nichtwässrigem Elektrolyt, die Folgendes umfasst: einen gewickelten Elektrodenkörper (20), wobei der gewickelten Elektrodenkörper (20) ein flacher Elektrodenkörper (20) ist, der gewonnen wird, indem eine längliche positive Elektrode (50) und eine längliche negative Elektrode (60) mit zwei länglichen Separatoren (70), die zwischen die längliche positive Elektrode (50) und die längliche negative Elektrode (60) eingeschoben sind, laminiert wird, um ein Laminat zu gewinnen, und indem das Laminat gewickelt wird, die positive Elektrode (50) eine Aktivmaterialschicht (54) der positiven Elektrode auf einem Stromkollektor (52) der positiven Elektrode enthält, die negative Elektrode (60) eine Aktivmaterialschicht (64) der negativen Elektrode auf einem Stromkollektor (62) der negativen Elektrode enthält, die Aktivmaterialschicht (54) der positiven Elektrode auf jeder der beiden Oberflächen des Stromkollektors (52) der positiven Elektrode in einer Längsrichtung ausgebildet ist, um so ein Wicklungsende (56) der positiven Elektrode zu erreichen, das ein Wicklungsende der länglichen positiven Elektrode (50) ist, die den gewickelten Elektrodenkörper (20) bildet, wobei das Wicklungsende (56) der positiven Elektrode an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers (20) positioniert wird, die Aktivmaterialschicht (64) der negativen Elektrode auf jeder der beiden Oberflächen des Stromkollektors (62) der negativen Elektrode in einer Längsrichtung ausgebildet ist, um so ein Wicklungsende (66) der negativen Elektrode zu erreichen, das ein Wicklungsende der länglichen negativen Elektrode (60) ist, die den gewickelten Elektrodenkörper (20) bildet, wobei das Wicklungsende (66) der negativen Elektrode an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers (20) positioniert wird, der gewickelte Elektrodenkörper (20) so ausgebildet wird, dass die negative Elektrode (60) auf einer außen umlaufenden Seite des gewickelten Elektrodenkörpers (20) in Bezug auf die positive Elektrode (50) positioniert wird und zwei gewölbte Teile (22) und einen flachen Mittelteil (24) aufweist, die beiden gewölbten Teile (22) beide Endteile in einer zu einer Wicklungsachse rechtwinkligen Richtung sind und bei denen eine Außenfläche, außer einer Laminierungsoberfläche des gewickelten Elektrodenkörpers (20), gewölbt ist, der flache Mittelteil (24) ein zwischen den gewölbten Teilen (22) eingeschobener Mittelteil ist und zwei große, flache Oberflächen aufweist, das Wicklungsende (56) der positiven Elektrode (50), das Wicklungsende (66) der negativen Elektrode (60) und die Wicklungsenden (72a, 72b) der Separatoren am gleichen gewölbten Teil (22) angeordnet werden, damit sie an der Innenseite der beiden flachen Oberflächen in einer Stärkerichtung des gewickelten Elektrodenkörpers (20) positioniert werden, wobei die Wicklungsenden (72a, 72b) der Separatoren entsprechend Wicklungsenden der beiden Separatoren (70) sind, die den gewickelten Elektrodenkörper (20) bilden, wobei die Wicklungsenden (72a, 72b) der Separatoren an der Außenseite des gewickelten Elektrodenkörpers (20) positioniert sind, und die Anordnung des Wicklungsendes (56) der positiven Elektrode, des Wicklungsendes (66) der negativen Elektrode und der beiden Wicklungsenden (72a, 72b) der Separatoren die Bedingungen (i) und (ii) erfüllt: (i) das Wicklungsende (66) der negativen Elektrode ist in einer Position angeordnet, wo das Wicklungsende (66) der negativen Elektrode parallel zum Wicklungsende (56) der positiven Elektrode liegt oder in einer zum Wicklungsende (56) der positiven Elektrode vorgeschobenen Position in einer Wicklungsrichtung; und (ii) wenigstens eines der Wicklungsenden (72a, 72b) der Separatoren ist in einer zum Wicklungsende (66) der negativen Elektrode vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet, und wenn ein Abstand vom Wicklungsende (66) der negativen Elektrode zu einem der beiden Wicklungsenden (72a, 72b) der Separatoren, das in einer weiter vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet ist, durch a (mm) dargestellt wird, und wenn ein Abstand vom Wicklungsende (56) der positiven Elektrode zum Wicklungsende (66) der negativen Elektrode durch b (mm) dargestellt wird, erfüllen der Abstand a und der Abstand b die Beziehungen 0,5 ≤ a × (a + b) ≤ 104 und 0 ≤ b ≤ 11.
  2. Sekundärbatterie (100) mit nichtwässrigem Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei der Abstand a (mm) und der Abstand b (mm) Folgendes erfüllen: 0,5 ≤ a ≤ 8 und 0,5 ≤ b ≤ 11.
  3. Sekundärbatterie (100) mit nichtwässrigem Elektrolyt nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abstand a (mm) und der Abstand b (mm) Folgendes erfüllen: 0,5 ≤ a × (a + b) ≤ 50.
  4. Sekundärbatterie (100) mit nichtwässrigem Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das eine der beiden Wicklungsenden (72a, 72b) der Separatoren, das in einer weiter vorgeschobenen Position in der Wicklungsrichtung angeordnet ist, an einer Außenfläche des gewickelten Elektrodenkörpers (20) durch einen Wicklungsstopper (80) befestigt wird, und beide Enden des Wicklungsstoppers (80) in der Wicklungsrichtung auf dem gleichen gewölbten Teil (22) wie die Wicklungsenden (72a, 72b) der Separatoren angeordnet sind, damit sie an der Innenseite der beiden flachen Oberflächen in der Stärkerichtung des gewickelten Elektrodenkörpers (20) positioniert sind.
  5. Sekundärbatterie (100) mit nichtwässrigem Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wicklungsenden (72a, 72b) der beiden Separatoren (70) in zueinander parallelen Positionen angeordnet sind.
  6. Sekundärbatterie (100) mit nichtwässrigem Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Aktivmaterialschicht (54) der positiven Elektrode als ein Aktivmaterial der positiven Elektrode ein Lithium-Übergangsmetall-Verbundoxid enthält, das wenigstens Mangan oder Nickel enthält.
  7. Batteriesatz (200), bei dem mehrere einzelne Zellen elektrisch miteinander verbunden sind, wobei der Batteriesatz (200) Folgendes umfasst: die Sekundärbatterie (100) mit nichtwässrigem Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als jede der einzelnen Zellen, wobei der flache Mittelteil (24) des in der einzelnen Zelle enthaltenen gewickelten Elektrodenkörpers (20) mit einem Druck von 0,2 MPa bis 10 MPa in einer zu den flachen Oberflächen des flachen Mittelteils (24) rechtwinkligen Richtung gepresst wird.
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