DE102017011259A1 - Sekundärbatterie und Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie - Google Patents

Sekundärbatterie und Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie Download PDF

Info

Publication number
DE102017011259A1
DE102017011259A1 DE102017011259.2A DE102017011259A DE102017011259A1 DE 102017011259 A1 DE102017011259 A1 DE 102017011259A1 DE 102017011259 A DE102017011259 A DE 102017011259A DE 102017011259 A1 DE102017011259 A1 DE 102017011259A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
positive electrode
secondary battery
negative electrode
insulating layer
electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017011259.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuaki NAOE
Yusuke KAGA
Shimpei AMASAKI
Makoto Abe
Etsuko Nishimura
Akihiko Noie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of DE102017011259A1 publication Critical patent/DE102017011259A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/52—Separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/443—Particulate material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

Es wird eine Sekundärbatterie mit einer besseren Leistung bereitgestellt. Die Sekundärbatterie umfasst: eine Negativelektrode; eine Positivelektrode; eine Isolierschicht; und eine Struktur, die Poren aufweist, die jeweils dazu konfiguriert sind, ein Elektrolyt zu tragen, wobei: die Negativelektrode und die Positivelektrode über eine dazwischenliegende Isolierschicht auf alternierende Weise aufeinander laminiert sind; und die Struktur in einem Bereich angeordnet ist, der zwischen zwei der Isolierschichten angeordnet ist und mindestens einem Teil der Kanten der Positivelektrode gegenüberliegt, und ein Material aufweist, das sich von einem Material der Isolierschicht unterscheidet.

Description

  • Prioritätsanspruch
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität auf der Basis der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-236524 , die am 12. Dezember 2016 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch diesen Verweis hier aufgenommen wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sekundärbatterie und ein Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie.
  • Eine Technologie, die einen Elektrodenkörper betrifft, wird in der japanischen PatentoffenlegungsschriftNr. 2016-119183 offenbart. In Absatz [0019] der Literatur steht folgende Beschreibung: „Die Isolierschichten 13 und 15 sind auf der Positivelektroden-Mischungsschicht 12 (dem ersten Bereich 31) und auf dem zweiten Bereich 32 des Positivelektroden-Kollektors 11 so gebildet, dass sie die Positivelektroden-Mischungsschicht 12 bedecken. Hier ist der zweite Bereich 32 ein Bereich, der zum ersten Bereich 31 in einer Breitenrichtung benachbart ist. „Ferner steht in Absatz [0024] der Literatur: „Hierbei sind im Elektrodenkörper 1 gemäß dieser Ausführungsformdie Harzpartikel der Isolierschicht 15, die auf dem zweiten Bereich 32 des Positivelektroden-Kollektors 11 gebildet ist, thermisch miteinander verschmolzen. ‟Zudem steht in Absatz [0026] : „Wenn die Harzpartikel wie oben beschrieben thermisch miteinander verschmolzen sind (d.h., die Harzpartikel einen Film bilden), kann die Adhäsionskraft zwischen den Harzpartikeln erhöht werden, und die Festigkeit der Isolierschicht 15 kann erhöht werden. Dadurch kann eine Situation vermieden werden, in welcher ein Grat, der durch das Schneiden der Negativelektrodenschicht 20 entsteht (d.h., ein Grat, der am Endabschnitt 25 des Negativelektroden-Kollektors 21 entsteht), die Isolierschicht 15 durchbricht, um einen Kurzschluss zwischen der Positivelektrode 10 und der Negativelektrode 20 zu verursachen.
  • Eine Sekundärbatterie wird gebildet, indem eine Positivelektrode und eine Negativelektrode über eine dazwischenliegende Isolierschicht, die Ionen durchlässt und eine isolierende Eigenschaft hat, aufeinander laminiert werden. Dabei werden die Elektroden in manchen Fällen in verschiedenen Größen geformt, wie zum Beispiel in den Zeichnungen der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2016-119183 dargestellt.
  • Wie in der Literatur beschrieben, kann, wenn in einem Fall, in welchem die Isolierschicht unter Verwendung eines Skelettmaterials z. B. aus Harzpartikeln gebildet wird, die Isolierschicht angeordnet ist, um eine größere Größe als eine kleinere Elektrode zu haben, eine bei der Laminierung auftretende Belastung auf einen Endabschnitt der kleineren Elektrode konzentriert sein, um ein Nichtvorhandensein der mit der Nachbarschaft des Endabschnitts in Kontakt befindlichen Isolierschicht zu bewirken. Zusätzlich sickert bei der Laminierung ein in der Isolierschicht vorhandenes Elektrolyt aus, was zu einer Abnahme in der Batterieleistung führt.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des Obigen ersonnen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sekundärbatterie mit einer besseren Leistung bereitzustellen.
  • Diese Anmeldung umfasst eine Vielzahl von Mitteln zur Lösung mindestens eines Teils der obigen Probleme, und ein Beispiel einer Vielzahl von Mitteln ist wie folgt.
  • Um die obige Aufgabe zu erfüllen, wird einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß eine Sekundärbatterie bereitgestellt, umfassend: eine Negativelektrode; eine Positivelektrode; eine Isolierschicht; und eine Struktur, die Poren aufweist, die jeweils dazu konfiguriert sind, ein Elektrolyt zu tragen, wobei: die Negativelektrode und die Positivelektrode auf alternierende Weise über eine dazwischenliegende Isolierschicht aufeinander laminiert sind; und die Struktur in einem Bereich angeordnet ist, der zwischen zwei der Isolierschichten liegt und mindestens einem Teil einer Kante der Positivelektrode gegenüberliegt, und ein Material aufweist, das sich vom Material der Isolierschicht unterscheidet.
  • Der vorliegenden Erfindung gemäß kann eine Sekundärbatterie mit einer besseren Leistung bereitgestellt werden.
  • Andere Aufgaben, Konfigurationen und Wirkungen als die oben beschriebenen gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen hervor.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematischer Grundriss, der ein Beispiel einer Sekundärbatterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 2A und 2B sind jeweils schematische Ansichten, die ein Beispiel einer Querschnittsfläche der Sekundärbatterie gemäß der Ausführungsform darstellen.
    • 3A und 3B sind Ansichten, die Anordnungspositionen von Strukturen im Beispiel und im Vergleichsbeispiel darstellen.
    • 4 ist eine Ansicht, die Positionen darstellt, die einer Analyse eines Gewichtsverhältnisses (S/Si) von Schwefel zu Silicium unterzogen wurden.
    • 5 ist eine Schnittansicht eines Laminats, die das Nichtvorhandensein einer Isolierschicht veranschaulicht.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Nun wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben. Wenn in der folgenden Ausführungsform die Zahl der Teile einer Komponente oder dergleichen (einschließlich der Anzahl, des Zahlenwerts, der Menge und des Zahlenbereichs einer Komponente) genannt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die genannte spezielle Anzahl beschränkt, und die Anzahl der Komponenten kann höher oder niedriger als die spezielle Anzahl sein, außer bei ausdrücklicher anderslautender Angabe, oder wenn es theoretisch offensichtlich ist, dass die Anzahl der Komponenten auf die spezielle Anzahl beschränkt ist. Ferner versteht es sich, dass in der folgenden Ausführungsform eine Komponente (einschließlich eines Schritts) nicht immer unentbehrlich ist, außer bei ausdrücklicher anderslautender Angabe, oder wenn es theoretisch offensichtlich ist, dass die Komponente unentbehrlich ist.
  • Wenn in der folgenden Ausführungsform Formen, Lagebeziehungen und dergleichen von Komponenten genannt werden, sind auch Formen usw. eingeschlossen, die im Wesentlichen den genannten entsprechen oder damit vergleichbar sind, außer bei ausdrücklicher anderslautender Angabe, oder wenn es theoretisch offensichtlich ist, dass dies nicht der Fall ist. Das gleiche gilt für Zahlenwerte und -bereiche. Zudem werden gleiche Komponenten in allen Zeichnungen zur Darstellung der Erfindung im Prinzip durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und wiederholte Beschreibungen solcher Komponenten werden ausgelassen. Schraffierungen können auch in einem Grundriss vorkommen, um die Zeichnung leicht verständlich zu machen.
  • 5 ist eine Schnittansicht einer Sekundärbatterie 2, die das Nichtvorhandensein einer Isolierschicht veranschaulicht. Die Sekundärbatterie 2 umfasst: ein Laminat, in welchem eine Positivelektrode 10 und eine Negativelektrode 20 auf alternierende Weise aufeinander laminiert sind; und ein Außengehäuse 30. Es folgt eine Beschreibung anhand eines Beispiels, in welchem die Sekundärbatterie 2 eine Lithium-Ionen-Batterie ist. Die Beschreibung erfolgt anhand der x-Richtung von 5 und der z-Richtung, die weiter unten als Ebenenrichtungen beschrieben werden, und anhand der y-Richtung von 5 als Laminierungsrichtung senkrecht zu den Ebenenrichtungen.
  • In einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie kann es vorkommen, dass von der Positivelektrode 10 wandernde Lithium-Ionen sich an einem anderen Teil als der Negativelektrode 20 ablagern, wodurch die Entladungskapazität abnimmt. Um eine derartige Situation zu vermeiden, ist das Laminat, wie in 5 gezeigt, so geformt, dass die Negativelektrode 20 in den Ebenenrichtungen breiter ist als die Positivelektrode 10. Das heißt, zwischen der Positivelektrode 10 und der Negativelektrode 20 ist eine Stufe gebildet.
  • Die Positivelektrode 10 und die Negativelektrode 20 sind über eine dazwischenliegende Isolierschicht aufeinander laminiert. Es folgt nun die Beschreibung anhand eines Beispiels, in welchem die Positivelektrode 10 und die Negativelektroden 20 jeweils eine Isolierschicht aufweisen, die darauf laminiert ist. Eine Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 ist als Isolierschicht auf die Positivelektrode 10 laminiert. Dementsprechend ist eine Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 als Isolierschicht auf die Negativelektroden 20 laminiert. Die Isolierschicht kann auch nur auf die Negativelektroden 20 laminiert sein.
  • Zudem hat in den letzten Jahren eine Technologie Aufmerksamkeit erregt, die die Verwendung eines Elektrolyts in einem halbfesten Zustand (einschließlich eines gelförmigen, eines festen Zustands und eines quasi festen Zustands) für eine Sekundärbatterie beinhaltet. In solch einem Fall wird die Isolierschicht gebildet, indem ein Skelettmaterial wie z.B. Feinpartikel dazu veranlasst wird, eine Elektrolytlösung zu tragen, sodass die Isolierschicht als Elektrolytschicht fungiert.
  • Wenn die Sekundärbatterie unter Verwendung des halbfesten Elektrolyts gebildet wird, wird in manchen Fällen ein Verfahren zur festen Bindung des Laminats angewandt, um in jeder Elektrode einen Grenzflächenwiderstand zwischen einem aktiven Elektrodenmaterial und der Elektrolytschicht (d.h., der Isolierschicht) so zu reduzieren, dass Lithium-Ionen leicht zwischen dem aktiven Elektrodenmaterial und der Elektrolytschicht ausgetauscht werden. Die feste Bindung bezieht sich auf das Anlegen einer Belastung von einer Außenseite des Laminats in der Laminierungsrichtung. Das heißt, auf das in 5 dargestellte Laminat wird von einer Oberseite des Laminats aus in der Richtung -y und von einer Unterseite des Laminats aus in der Richtung +y eine Belastung angelegt.
  • Durch diese feste Bindung konzentriert sich die Belastung in der Nachbarschaft eines Endabschnitts der Positivelektrode 10, was zu einem Nichtvorhandensein der Isolierschicht in der Nachbarschaft des Endabschnitts der Positivelektrode 10 führt. In 5 ist ein Laminat dargestellt, in welchem an einem Endabschnitt der Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 ein fehlenderAbschnitt 16 entsteht und an einem Abschnitt der Negativelektroden-Elektrolytschicht 25, der dem Endabschnitt der Positivelektrode 10 gegenüberliegt, ein fehlender Abschnitt 26 entsteht. Durch die Entstehung der fehlenden Abschnitte 16 und 26 werden die Elektroden freigelegt, wodurch ein Kurzschluss zwischen diesen verursacht wird.
  • Ferner weist das Elektrolyt in einem halbfesten Zustand eine Struktur auf, in welcher ein Skelettmaterial, das ein isolierender Feststoff mit einer großen spezifischen Oberfläche ist, wie z.B. Feinpartikel, eine Elektrolytlösung trägt. Dabei ermöglicht die Druckbeaufschlagung durch die feste Bindung oder die Druckbeaufschlagung in Verbindung mit der Ausdehnung der Elektroden das Heraussickern der Elektrolytlösung aus dem Elektrolyt, was zu einer Abnahme der Batterieleistung führt.
  • 1 ist ein schematischer Grundriss, der ein Beispiel einer Sekundärbatterie 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Sekundärbatterie 1 umfasst eine Positivelektrode 10, eine Negativelektrode 20, ein Außengehäuse 30 und eine Struktur 40.
  • Die Positivelektrode 10 hat eine im Wesentlichen rechteckige Form und weist einen Positivelektroden-Laminatabschnitt 11 und einen Positivelektroden-Klemmenabschnitt 12 auf. Der Positivelektroden-Laminatabschnitt 11 hat eine Konfiguration, in welcher eine Positivelektroden-Mischungsschicht 14 und eine Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 auf eine Positivelektroden-Kollektorfolie 13 laminiert sind, deren Details weiter unten beschrieben werden. Der Positivelektroden-Klemmenabschnitt 12 wird erhalten, indem die Positivelektroden-Kollektorfolie 13 des Positivelektroden-Laminatabschnitts 11 zu einer Außenseite des Außengehäuses 30 hin verlängert wird, und kann mit einer externen Stromquelle verbunden sein.
  • Die Negativelektrode 20 hat eine im Wesentlichen rechteckige Form und umfasst einen Negativelektroden-Laminatabschnitt 21 und einen Negativelektroden-Klemmenabschnitt 22. Der Negativelektroden-Laminatabschnitt 21 weist eine Konfiguration auf, in welcher eine negative Elektroden-Mischungsschicht 24 und eine Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 auf eine Negativelektroden-Kollektorfolie 23 laminiert sind, deren Details weiter unten beschrieben werden. Der Negativelektroden-Klemmenabschnitt 22 wird erhalten, indem die Negativelektroden-Kollektorfolie 23 des Negativelektroden-Laminatabschnitts 21 zu einer Außenseite des Außengehäuses 30 hin verlängert wird, und kann mit einer externen Stromquelle verbunden sein. Das Außengehäuse 30 dient als Abdeckung für das Laminat, und seine Größe, sein Material und dergleichen sind nicht eingeschränkt.
  • Die Struktur 40 ist in einem Bereich angeordnet, der mindestens einem Teil der vier Seitenkanten der Positivelektrode 10 gegenüberliegt. Die Struktur 40, die in 1 dargestellt ist, ist in Bereichen angeordnet, die denvier Seitenkanten der Positivelektrode 10 gegenüberliegen. Die Struktur 40 kann so angeordnet sein, dass sie in der x-Richtung oder in der z-Richtung (Ebenenrichtung) von 1 von der Negativelektrode 20 vorspringt. Unter Berücksichtigung der Energiedichte der Sekundärbatterie 1 ist es jedoch wünschenswert, die Struktur 40 innerhalb eines Bereichs der Negativelektrode 20 anzuordnen, um das Volumen des Laminats zu verkleinern.
  • 2 sind jeweils schematische Ansichten, die ein Beispiel einer Querschnittsfläche der Sekundärbatterie 1 gemäß der Ausführungsform darstellen. 2A ist eine Schnittansicht der Sekundärbatterie 1 von 1 entlang der Ebene A-A', und 2B ist eine Schnittansicht der Sekundärbatterie 1 von 1 entlang der Ebene B-B'.
  • Die Positivelektrode 10 umfasst die Positivelektroden- Kollektorfolie 13, die Positivelektroden-Mischungsschicht 14 und die Positivelektroden-Elektrolytschicht 15. Zusätzlich umfasst die Negativelektrode 20 die Negativelektroden-Kollektorfolie 23, die Negativelektroden-Mischungsschicht 24 und die Negativelektroden-Elektrolytschicht 25. Die Positivelektrode 10 und die Negativelektrode 20 sind über eine dazwischenliegende Isolierschicht (mindestens eine von der Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 oder der Negativelektroden-Elektrolytschicht 25) auf alternierende Weise aufeinander laminiert. In 2 sind zwei Negativelektroden 20 und eine Positivelektrode 10 in der Laminierungsrichtung (in der der y-Richtung von 2) laminiert, doch die Zahl der Elektroden im Laminat der Sekundärbatterie 1 ist nicht darauf beschränkt.
  • <Positivelektroden-Kollektorfolie 13>
  • Als Positivelektroden-Kollektorfolie 13 kann eine Aluminiumfolie, eine perforierte Folie aus Aluminium mit einem Porendurchmesser von 0,1 mm bis 10 mm, ein Streckmetall, ein geschäumtes Aluminiumblech oder dergleichen verwendet werden. Als Material kommen neben Aluminium auch Edelstahl, Titan oder dergleichen in Frage. Die Dicke der Positivelektroden-Kollektorfolie 13 liegt bevorzugt zwischen 10 nm und 1 mm. Um die Kompatibilität der Energiedichte der Sekundärbatterie 1 mit der mechanischen Festigkeit der Elektrode zu gewährleisten, ist es wünschenswert, dass die Dicke der Positivelektroden-Kollektorfolie 13 zwischen etwa 1 µm und etwa 100 µm beträgt.
  • <Positivelektroden-Mischungsschicht 14>
  • Die Positivelektroden-Mischungsschicht 14 umfasstmindestens ein Positivelektroden-Aktivmaterial, das die Insertion und Extraktion von Lithium ermöglicht. Als Positivelektroden-Aktivmaterial kann zum Beispiel ein lithiumhaltiges Übergangsmetalloxid, das durch Lithium-Kobalt-Oxid, Lithium-Nickel-Oxid und Lithium-Mangan-Oxid verkörpert wird, oder eine Mischung daraus verwendet werden.
  • Die Positivelektroden-Mischungsschicht 14 kann umfassen: Ein leitfähiges Material, das für die Elektronenleitfähigkeit in der Positivelektroden-Mischungsschicht 14 sorgt; einen Binder, der die Haftfähigkeit zwischen den Materialien in der Positivelektroden-Mischungsschicht 14 gewährleistet; und eine Elektrolytlösung, die die Ionenleitfähigkeit in der Positivelektroden-Mischungsschicht 14 gewährleistet.
  • Als Binder kann zum Beispiel Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid (PVdF), ein Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (P(VdF-HFP)), Polyethylenoxid (PEO), Polypropylenoxid (PPO), Polytetrafluorethylen, Polyimid oder ein Styren-Butadien-Kautschuk oder eine Mischung daraus verwendet werden.
  • Die Elektrolytlösung ist nicht besonders eingeschränkt, solange die Elektrolytlösung eine nicht wässrige Elektrolytlösung ist. Als Elektrolytsalz kann zum Beispiel ein Lithiumsalz wie Lithium-bis(trifluormethansulfonyl)imid, Lithium-bis(fluorsulfonyl)imid, Lithiumhexafluorphosphat, Lithiumperchlorat oder Lithiumborfluorid oder eine Mischung daraus verwendet werden.
  • Ferner kann als Lösungsmittel der nicht wässrigen Elektrolytlösung zum Beispiel ein organisches Lösungsmittel wie Tetraethylenglykoldimethylether, Triethylenglykoldimethylether, Ethylencarbonat, Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Propylencarbonat, Diethylcarbonat, 1,2-Dimethoxyethan, 1,2-Diethoxyethan, y-Butyrolacton, Tetrahydrofuran, 1,3-Dioxolan, 4-Methyl-1,3- Dioxolan, Diethylether, Sulfolan, Methylsulfolan, Acetonitril oder Propionitril oder eine Mischung daraus verwendet werden.
  • Ein Lösungsmittel, das einen hohen Siedepunkt aufweist und nicht flüchtig ist, wird im Hinblick auf die Sicherheit bevorzugt. Aus diesem Grunde werden insbesondere Tetraethylenglykoldimethylether und Triethylenglykoldimethylether bevorzugt.
  • Ein Verfahren zur Bildung der Positivelektroden-Mischungsschicht 14 umfasst ein Lösen der Materialien der Positivelektroden-Mischungsschicht 14 in einem Lösungsmittel, um eine Schlämme (Slurry) zubereitzustellen, und ein Auftragen der Schlämme auf die Positivelektroden-Kollektorfolie 13. Ein Auftragsverfahren ist nicht besonders eingeschränkt, und jedes bisher bekannte Verfahren wie z.B. ein Kammerrakelverfahren, ein Tauchverfahren oder ein Sprühverfahren kann verwendet werden. Zusätzlich ist es auch möglich, durch mehrmaliges Auftragen und Trocknen mehrere Positivelektroden-Mischungsschichten 14 auf die Positivelektroden-Kollektorfolie 13 zu laminieren. Danach wird die Positivelektroden-Mischungsschicht 14 durch einen Trocknungsprozess zur Entfernung des Lösungsmittels und einen Pressprozess zum Sicherstellen der Elektronenleitfähigkeit und der Ionenleitfähigkeit in der Positivelektroden-Mischungsschicht 14 gebildet.
  • Die Dicke der Positivelektroden-Mischungsschicht 14 wird der Energiedichte, den Leistungskennlinien und Eingangs-Ausgangseigenschaften der Sekundärbatterie 1 entsprechend eingestellt und liegt in einem Bereich von mehreren µm bis mehreren hundert µm. Die Partikeldurchmesser der Materialien der Positivelektroden-Mischungsschicht 14, wie z.B. des Positivelektroden-Aktivmaterials, sind jeweils so festgelegt, dass sie kleiner als die Dicke der Positivelektroden-Mischungsschicht 14 sind. Wenn das Pulver des Positivelektroden-Aktivmaterials Grobpartikel enthält, deren Partikeldurchmesser größer als die Dicke der Positivelektroden-Mischungsschicht 14 ist, werden die Grobpartikel im Voraus durch Sieben, Blasen oder dergleichen aussortiert, um Partikel bereitzustellen, die kleiner als die Dicke der Positivelektroden-Mischungsschicht 14 sind.
  • <Negativelektroden-Kollektorfolie 23>
  • Als Negativelektroden-Kollektorfolie 23 kann eine perforierte Folie aus Kupfer mit einem Porendurchmesser von 0,1 mm bis 10 mm, ein Streckmetall, ein geschäumtes Kupferblech oder dergleichen verwendet werden. Als Material kommen neben Kupfer auch Edelstahl, Titan, Nickel oder dergleichen in Frage. Die Dicke der Negativelektroden-Kollektorfolie 23 liegt bevorzugt zwischen 10 nm bis 1 mm. Um die Kompatibilität der Energiedichte der Sekundärbatterie 1 mit der mechanischen Festigkeit der Elektrode zu gewährleisten, ist es wünschenswert, dass die Dicke der Positivelektroden-Kollektorfolie 23 zwischen etwa 1 µm und etwa 100 µm liegt.
  • <Negativelektroden-Mischungsschicht 24>
  • Die Negativelektroden-Mischungsschicht 24 umfasst mindestens ein Negativelektroden-Aktivmaterial, das die Insertion und Extraktion von Lithium ermöglicht. Als Negativelektroden-Aktivmaterial kann zum Beispiel ein Kohlenstoffmaterial wie z.B. Hartkohlenstoff, Weichkohlenstoff oder Graphit, ein Oxid wie z.B. Siliciumoxid, Nioboxid, Titanoxid, Wolframoxid, Molybdänoxid oder Lithiumtitanoxid oder ein Material, das in der Lage ist, mit Lithium eine Legierung zu bilden, wie z.B. Silicium, Zinn, Germanium, Blei oder Aluminium oder eine Mischung daraus verwendet werden.
  • Die Negativelektroden-Mischungsschicht 24 kann umfassen: Ein leitfähiges Material, das für die Elektronenleitfähigkeit in der Negativelektroden-Mischungsschicht 24 sorgt; einen Binder, der die Haftfähigkeit zwischen den Materialien in der Negativelektroden-Mischungsschicht 24 gewährleistet; und eine Elektrolytlösung, die die Ionenleitfähigkeit in der Negativelektroden-Mischungsschicht 24 gewährleistet. Als Binder kann zum Beispiel Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid (PVdF), ein Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (P(VdF-HFP)), Polyethylenoxid (PEO), Polypropylenoxid (PPO), Polytetrafluorethylen, Polyimid oder ein Styren-Butadien-Kautschuk oder eine Mischung daraus verwendet werden, wie in der Positivelektrode 10. Die Elektrolytlösung ist nicht besonders eingeschränkt, solange die Elektrolytlösung eine nicht wässrige Elektrolytlösung ist, wie in der Positivelektroden-Mischungsschicht 14.
  • Ein Verfahren zur Bildung der Negativelektroden-Mischungsschicht 24 entspricht dem Verfahren zur Bildung der Positivelektroden-Mischungsschicht 14, und seine Beschreibung wird daher ausgelassen. Die Dicke der Negativelektroden-Mischungsschicht 24 wird der Energiedichte, den Leistungskennlinien und den Eingangs-Ausgangseigenschaften der Sekundärbatterie 1 entsprechend eingestellt und liegt in einem Bereich von mehreren µm bis mehreren hundert µm. Die Partikeldurchmesser der Materialien der Negativelektroden-Mischungsschicht 24, wie z.B. des Negativelektroden-Aktivmaterials, sind jeweils so festgelegt, dass sie kleiner sind als die Dicke der Negativelektroden-Mischungsschicht 24. Wenn das Pulver des Negativelektroden-Aktivmaterials Grobpartikel enthält, deren Partikeldurchmesser größer ist als die Dicke der Negativelektroden-Mischungsschicht 24, werden die Grobpartikel im Voraus durch Sieben, Blasen oder dergleichen aussortiert, um Partikel bereitzustellen, die kleiner als die Dicke der Negativelektroden-Mischungsschicht 24 sind.
  • <Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 und Negativelektroden-Elektrolytschicht 25>
  • Die Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 und die Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 enthalten beide einen halbfesten Elektrolyten. Zunächst werden die Materialien des halbfesten Elektrolyts beschrieben. Der halbfeste Elektrolyt enthält eine Elektrolytlösung und ein Skelettmaterial. Die Elektrolytlösung ist nicht besonders eingeschränkt, solange die Elektrolytlösung eine nicht wässrige Elektrolytlösung ist, wie die Elektrolytlösungen in der Positivelektrode 10 und der Negativelektrode 20.
  • Das Skelettmaterial, das dazu konfiguriert ist, die Elektrolytlösung zu absorbieren, ist nicht besonders eingeschränkt, solange das Skelettmaterial ein Feststoff ohne Elektronenleitfähigkeit ist, doch feine Partikel sind wünschenswert, da die Absorptionsmenge der Elektrolytlösung umso größer ist, je größer die Partikeloberfläche je Volumeneinheit ist. Der Partikeldurchmesser ist bevorzugt mehrere nm bis mehrere µm groß. Als Material lassen sich zum Beispiel Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirconiumoxid, Ceroxid, Polypropylen, Polyethylen und eine Mischung daraus anführen, doch das Material ist nicht darauf eingeschränkt.
  • Zusätzlich kann jede Elektrolytschicht einen Binder enthalten. Wenn die Elektrolytschicht einen Binder enthält, kann deren Festigkeit erhöht werden. Als Binder kann zum Beispiel Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid (PVdF), ein Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (P(VdF-HFP)), Polyethylenoxid (PEO), Polypropylenoxid (PPO), Polytetrafluorethylen, Polyimid oder ein Styren-Butadien-Kautschuk oder eine Mischung daraus verwendet werden.
  • <Struktur 40>
  • Die Struktur 40 umfasst eine Elektrolytlösung und ein poröses Material. Die Elektrolytlösung ist nicht besonders eingeschränkt, solange die Elektrolytlösung eine nicht wässrige Elektrolytlösung ist, wie die Elektrolytlösungen in der Positivelektrode 10, der Negativelektrode 20, der Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 und der Negativelektroden-Elektrolytschicht 25.
  • Das Material und die Form des porösen Materials sind nicht besonders eingeschränkt, solange die Elektrolytlösung sich in seinen Poren befinden kann. Das poröse Material enthält zum Beispiel anorganische Partikel und einen Binder oder eine Harzschicht. Die anorganischen Partikel sind nicht besonders eingeschränkt, solange die anorganischen Partikel ein Feststoff ohne Elektronenleitfähigkeit sind, und zum Beispiel können Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirconiumoxid, Ceroxid, Polypropylen oder Polyethylen oder eine Mischung daraus verwendet werden.
  • Zusätzlich können als Binder zum Beispiel Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid (PVdF), ein Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (P(VdF-HFP)), Polyethylenoxid (PEO), Polypropylenoxid (PPO), Polytetrafluorethylen, Polyimid oder ein Styren-Butadien-Kautschuk oder eine Mischung daraus verwendet werden, wie in der Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 und der Negativelektroden-Elektrolytschicht 25.
  • In der Harzschicht können zum Beispiel Schichtmaterialien aus Polyolefinen wie z.B. Polypropylen und Polyethylen verwendet werden.
  • Wenn für das poröse Material die anorganischen Partikel und der Binder verwendet werden, kann die Struktur 40 gebildet werden, indem eine die anorganischen Partikel und den Binder enthaltende Schlämme verwendet wird, oder unter Verwendung eines die anorganischen Partikel und den Binder enthaltenden Schichtmaterials.
  • Ferner ist es wünschenswert, für das poröse Material das Schichtmaterial zu verwenden, da das Laminat der Sekundärbatterie 1 in dieser Ausführungsform erhalten wird, indem die schichtförmige Positivelektrode 10 auf eine schichtförmige Negativelektrode 20 laminiert wird. Wenn das poröse Material aus dem Schichtmaterial gebildet wird, kann die gleiche Laminierungsvorrichtung wie für die Positivelektrode 10 und die Negativelektrode 20 verwendet werden, wodurch die Herstellungskosten sich senken lassen.
  • Die Struktur 40 ist in einem Bereich angeordnet, der zwischen zwei Negativelektroden-Elektrolytschichten 25 (Isolierschichten) liegt und mindestens einem Teil einer Kante der Positivelektrode 10 gegenüberliegt. Wie oben beschrieben, ist die Negativelektrode 20 in den Ebenenrichtungen größer als die Positivelektrode 10, und daher wird durch die zwei Negativelektroden-Elektrolytschichten 25 und die Kante der Positivelektrode 10 ein ausgesparter Bereich gebildet. Die Struktur 40 ist im ausgesparten Bereich angeordnet.
  • Die Sekundärbatterie 1, die in 2B dargestellt ist, weist die Struktur 40 auch in einem Zwischenraum zwischen dem Positivelektroden-Klemmenabschnitt 12 und der Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 auf. Dadurch kann die Struktur 40 in den Bereichen angeordnet sein, die den vier Seitenkanten der Positivelektrode 10 gegenüberliegen, wie auch in 1 dargestellt. Die Anordnungsposition der Struktur 40 ist nicht darauf eingeschränkt.
  • Um einen durch die Druckbeaufschlagung verursachten Mangel an Elektrolytlösung in der Isolierschicht zu verhindern, umfasst die Struktur 40 ein Material, das anders ist als das der Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 und der Negativelektroden-Elektrolytschicht 25. Das heißt, (1) wenn die Isolierschicht Poren hat, ist der Durchschnittsporendurchmesser der Poren der Struktur 40 größer als der Durchschnittsporendurchmesser der Poren der Isolierschicht, wenn (2) die Struktur 40 unter Verwendung von anorganischen Partikeln gebildet ist, ist der Durchschnittspartikeldurchmesser der anorganischen Partikel größer als der Durchschnittspartikeldurchmesser des Skelettmaterials in der Isolierschicht, oder (3) die Partikeldurchmesserverteilung der anorganischen Partikel ist enger als die Partikeldurchmesserverteilung des Skelettmaterials in der Isolierschicht. Die Struktur 40 in dieser Ausführungsform weist mindestens eines der drei obigen Merkmale auf.
  • Im Folgenden wird Merkmal (1) beschrieben. Der Durchschnittsporendurchmesser des porösen Materials in der Struktur 40 ist größer als der Durchschnittsporendurchmesser des Skelettmaterials, aus dem die Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 und die Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 bestehen. Wenn die Struktur 40 einen kleinen Porendurchmesser hat, wird die Menge an Elektrolytlösung, die in einem Zwischenraum zwischen Partikeln getragen wird, reduziert, was dazu führt, dass die Fähigkeit der Struktur 40, die Elektrolytlösung zuzuführen, abnimmt. Wenn die Struktur 40 dagegen einen großen Porendurchmesser hat, wird die Menge an Elektrolytlösung, die in einem Zwischenraum zwischen Partikeln getragen wird, erhöht, was dazu führt, dass die Fähigkeit der Struktur 40, die Elektrolytlösung zuzuführen, zunimmt.
  • Wenn der Porendurchmesser des Skelettmaterials, aus dem die Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 und die Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 bestehen, zum Beispiel zwischen 0,001 µm und 0,1 µm liegt, ist der Porendurchmesser des porösen Materials, aus dem die Struktur 40 besteht, bevorzugt auf 0,1 µm bis 1 µm eingestellt. Hier beziehen sich die Porendurchmesser zum Beispiel jeweils auf einen durch Quecksilberporosimetrie gemessenen Modendurchmesser von Feinporen.
  • Im Folgenden wird Merkmal (2) beschrieben. Falls die Struktur 40 unter Verwendung anorganischer Partikel gebildet wird, ist die Menge an Elektrolytlösung, die von der Struktur 40 getragen wird, größer als die Mengen an Elektrolytlösung, die von der Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 und der Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 getragen werden, wenn der Durchschnittspartikeldurchmesser der anorganischen Partikel in der Struktur 40 größer ist als die Durchschnittspartikeldurchmesser in der Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 und der Negativelektroden-Elektrolytschicht 25. Selbst, wenn auf die Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 oder die Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 eine Belastung angelegt wird, wird die Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 oder die Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 durch die in der Struktur 40 enthaltene Elektrolytlösung aufgefüllt.
  • Im Folgenden wird Merkmal (3) beschrieben. Falls die Struktur 40 unter Verwendung der anorganischen Partikel gebildet wird, ist die Partikeldurchmesserverteilung der anorganischen Partikel enger als die Partikeldurchmesserverteilungen des Skelettmaterials, aus dem die Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 und die Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 bestehen. Wenn die anorganischen Partikel eine breite Partikeldurchmesserverteilung (das heißt, eine große Variationsbreite im Partikeldurchmesser) haben, sind die anorganischen Partikel dicht gepackt, und dadurch wird ist die Menge an Elektrolytlösung, die in einem Zwischenraum zwischen den Partikeln getragen wird, reduziert, was zur Folge hat, dass die Fähigkeit der Struktur 40, die Elektrolytlösung zuzuführen, verringert wird. Wenn die anorganischen Partikel dagegen eine enge Partikeldurchmesserverteilung (das heißt, eine kleinere Variationsbreite im Partikeldurchmesser) haben, sind die anorganischen Partikel weniger dicht gepackt, und dadurch wird die Menge an Elektrolytlösung, die im Zwischenraum zwischen den Partikeln getragen wird, erhöht, was zur Folge hat, dass die Fähigkeit der Struktur 40, die Elektrolytlösung zuzuführen, verbessert wird.
  • Wenn die Partikeldurchmesserverteilung des Skelettmaterials, aus dem die Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 und die Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 bestehen, zum Beispiel zwischen 0,05 µm und 10 µm liegt, ist die Partikeldurchmesserverteilung des porösen Materials, aus dem die Struktur 40 besteht, bevorzugt auf 0,2 µm bis 5 µm eingestellt. Hier bezieht sich die Partikeldurchmesserverteilung, in einer vom Partikeldurchmesser (auf Volumenbasis) abhängigen kumulierten Verteilung von Partikeln, zumBeispiel auf einen Bereich, in welchem die Kumulation, von der Seite der kleinen Partikeldurchmesser aus, 10% und 90% beträgt.
  • Dieser Ausführungsform gemäß kann in der Sekundärbatterie 1 eine Situation verhindert werden, in welcher bei der festen Bindung eine Belastung auf einem Endabschnitt der Positivelektrode 10 konzentriert wird, und ein Fehlen der Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 oder der Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 kann verhindert werden. Zusätzlich kann ein durch die feste Bindung verursachter Mangel an Elektrolytlösung in jeder Elektrolytschicht verhindert werden.
  • <Beispiele>
  • Als nächstes wird ein Beispiel und ein Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
  • Zuerst wurde unter Verwendung eines Positivelektroden-Aktivmaterials, eines leitfähigen Materials, eines Binders und einer Elektrolytlösung eine Positivelektroden-Schlämme hergestellt. Als Positivelektroden-Aktivmaterial wurde ein Lithium-Mangan-Kobalt-Nickel-Mischoxid verwendet, als leitfähiges Material wurde Acetylenruß verwendet, als Binder wurde Polyvinylidenfluorid (PVdF) verwendet, und als Elektrolytlösung wurde Lithium-bis (trifluormethansulfonyl)imid enthaltender Tetraethylenglykoldimethylether verwendet. Das Molverhältnis zwischen Lithium-bis (trifluormethansulfonyl)imid und Tetraethylenglykoldimethylether war auf 1:1 eingestellt.
  • Das Positivelektroden-Aktivmaterial, das leitfähige Material, der Binder und die Elektrolytlösung wurden jeweils mit 70 Gewichts-%, 7 Gewichts-%, 9 Gewichts-% und 14 Gewichts-% gemischt und in N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) dispergiert. Dadurch wurde eine Positivelektroden-Schlämme hergestellt.
  • Zusätzlich wurde als Positivelektroden-Kollektorfolie 13 eine Edelstahlkollektorfolie verwendet. Die Positivelektroden-Schlämme wurde mit einer Vorstreichmaschine auf die Oberfläche der Positivelektroden-Kollektorfolie 13 aufgetragen, und das NMP wurde bei 100 °C in einem Heißluft-Trockenofen getrocknet. Dadurch wurde die Positivelektroden-Mischungsschicht 14 gebildet.
  • Als nächstes wurde unter Verwendung eines Negativelektroden-Aktivmaterials, eines leitfähigen Materials, eines Binders und einer Elektrolytlösung eine Negativelektroden-Schlämme hergestellt. Als Negativelektroden-Aktivmaterial wurde Graphit verwendet, als leitfähiges Material wurde Acetylenruß verwendet, als Binder wurde Polyvinylidenfluorid (PVdF) verwendet, und als Elektrolytlösung wurde Lithium-bis(trifluormethansulfonyl) imid enthaltender Tetraethylenglykoldimethylether verwendet.
  • Das Negativelektroden-Aktivmaterial, das leitfähige Material, der Binder und die Elektrolytlösung wurden jeweils mit 74 Gewichts-%, 2 Gewichts-%, 10 Gewichts-% und 14 Gewichts-% gemischt und in NMP dispergiert. Dadurch wurde eine Negativelektroden-Schlämme hergestellt.
  • Zusätzlich wurde als Negativelektroden-Kollektorfolie 23 eine Edelstahl-Kollektorfolie verwendet. Die Negativelektroden-Schlämme wurde mit einer Vorstreichmaschine auf die Oberfläche der Negativelektroden-Kollektorfolie 23 aufgetragen, und das NMP wurde bei 100 °C in einem Heißluft-Trockenofen getrocknet. Dadurch wurde die Negativelektroden-Mischungsschicht 24 gebildet.
  • Als nächstes wurde unter Verwendung eines Skelettmaterials, eines Binders und einer Elektrolytlösung eine Elektrolytschlämme hergestellt. Als Skelettmaterial wurden Siliciumdioxidpartikel verwendet, als Binder wurde Polyvinylidenfluorid (PVdF) verwendet, und als Elektrolytlösung wurde Lithium-bis(trifluormethansulfonyl) imid enthaltender Tetraethylenglykoldimethylether verwendet. Das Skelettmaterial, der Binder und die Elektrolytlösung wurden jeweils mit 70 Gewichts-%, 10 Gewichts-% und 20 Gewichts-% gemischt und in NMP dispergiert. Dadurch wurde eine Elektrolytschlämme hergestellt.
  • Die Elektrolytschlämme wurde auf die Positivelektroden-Mischungsschicht 14 aufgetragen, die auf der Positivelektroden-Kollektorfolie 13 laminiert war, und das NMP wurde bei 100 °C in einem Heißluft-Trockenofen getrocknet. Dadurch wurde die Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 gebildet. Dementsprechend wurde die Elektrolytschlämme auf die Negativelektroden-Mischungsschicht 24 aufgetragen, die auf der Negativelektroden-Kollektorfolie 23 laminiert war, und das NMP wurde bei 100 °C in einem Heißluft-Trockenofen getrocknet. Dadurch wurde die Negativelektroden-Elektrolytschicht 25 gebildet.
  • Zusätzlich wurde unter Verwendung des porösen Materials und der Elektrolytlösung die Struktur 40 hergestellt. Als poröses Material wurde eine Polypropylenschicht mit einer Porosität von 40%verwendet, und als Elektrolytlösung wurde Lithium-bis (trifluormethansulfonyl) imid enthaltender Tetraethylenglykoldimethylether verwendet.
  • Als nächstes wurden eine Schicht der Positivelektrode 10, zwei Schichten der Negativelektroden 20 und eine Schicht der Struktur 40 in vorbestimmten Größen gestanzt und laminiert. Danach wurde das Ergebnis in das Außengehäuse 30 gelegt und dann eingekapselt. Dadurch wurde die Sekundärbatterie 1 hergestellt.
  • 3 sind Ansichten, die Anordnungspositionen der Strukturen 40 im Beispiel und im Vergleichsbeispiel darstellen. Die Anordnungspositionder Struktur 40 im Beispiel ist in 3A dargestellt.
  • Im Beispiel war die Struktur 40 in Bereichen angeordnet, die vier Seitenkanten der Positivelektrode 10 gegenüberlagen, mit Ausnahme eines Teils, in welchem der Positivelektroden-Klemmenabschnitt 12 gebildet war.
  • <Vergleichsbeispiel>
  • Die Positivelektrode 10, die Negativelektrode 20 und die Struktur 40 wurden unter denselben Bedingungen wie im Beispiel hergestellt. Die Anordnungsposition der Struktur 40 im Vergleichsbeispiel ist in 3B dargestellt. Im Vergleichsbeispiel war die Struktur 40 in einem Bereich angeordnet, der einer Seite der Positivelektrode 10 gegenüberlag. Das heißt, die Struktur 40 im Vergleichsbeispiel war in einem Bereich angeordnet, der einer Seite der Positivelektrode 10 in der Richtung -z von 3B gegenüberlag.
  • Als nächstes wurden eine Schicht der Positivelektrode 10, zwei Schichten der Negativelektroden 20 und eine Schicht der Struktur 40 in vorbestimmten Größen gestanzt und laminiert. Danach wurde das Ergebnis in das Außengehäuse 30 gelegt und dann eingekapselt. Dadurch wurde die Sekundärbatterie 1 hergestellt. Um die Fähigkeit der Strukturen 40, die Elektrolytlösung zuzuführen, zu vergleichen, weisen die Strukturen 40 im Beispiel und im Vergleichsbeispiel die gleiche Gesamtmenge an Elektrolytlösung je Batterie auf.
  • <Kurzschluss-Vergleich>
  • Die Sekundärbatterie 1 des Vergleichsbeispiels und die Sekundärbatterie 1 des Beispiels wurden beide unter jeder der festen Bindebedingungen (unter den drei Bedingungen einer Belastung von 0,2 MPa, 0,5 MPa und 1,0 MPa) auf das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Kurzschlusses hin bewertet.
  • Das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Kurzschlusses unter jeder der festen Bindebedingungen wird in Tabelle 1 gezeigt. Wenn eine Entladungsmenge eines ersten Zyklus 80 % einer Entladungsmenge des ersten Zyklus überstieg, wurde beurteilt, dass kein Kurzschluss vorlag. Tabelle 1
    Bindebelastung (MPa)
    0,2 0,5 1,0
    Vergleichsbeispiel Kein Kurzschluss Kurzschluss vorhanden Kurzschluss vorhanden
    Beispiel Kein Kurzschluss Kein Kurzschluss Kein Kurzschluss
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurde in der Sekundärbatterie 1 des Vergleichsbeispiels bei einer Belastung von 0,5 MPa und 1,0 MPa ein Kurzschluss beobachtet. Demnach wurde festgestellt, dass die Sekundärbatterie 1 des Beispiels weniger kurzschlussanfällig war als die Sekundärbatterie 1 des Vergleichsbeispiels, in welchem die Struktur 40 in einer Region gebildet war, die einer Seitenkante der Positivelektrode 10 gegenüberlag.
  • <Vergleich der Verteilung der Elektrolytlösung>
  • Die Sekundärbatterien 1 des Beispiels und des Vergleichsbeispiels wurden beide durch Anlegen eine Belastung von 1,0 MPa fest gebunden. Nach der festen Bindung wurden beide Batterien zerlegt, und die Verteilung der Elektrolytlösung auf der Oberfläche der Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 wurde als Verteilung eines Gewichtsverhältnisses (S/Si) des in der Elektrolytlösung enthaltenen Schwefels (S) zum im Skelettmaterial enthaltenen Silicium (Si) bewertet. Zur Analyse des Gewichtsverhältnisses (S/Si) von Schwefel zu Silicium wurde ein energiedispersives Röntgenfluoreszenzspektrometer (EDX-Spektrometer) verwendet.
  • 4 ist eine Ansicht, die Positionen darstellt, die einer Analyse des Gewichtsverhältnisses (S/Si) von Schwefel zu Silicium unterzogen wurden. Wie in 4 gezeigt, wurde die Elektrolytlösung an 9 Stellen auf der Oberfläche der Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 (der Positivelektroden-Elektrolytschicht 15, die in eine obere Richtung (in Richtung +y) von 2 laminiert ist) analysiert.
  • Die Bewertungsergebnisse der Verteilung der Elektrolytlösungen in den Sekundärbatterien 1 des Beispiels und Vergleichsbeispiels werden in Tabelle 2 gezeigt. Wie in Tabelle 2 gezeigt, wurde festgestellt, dass die Menge an Elektrolytlösung, die der Positivelektroden-Elektrolytschicht 15 zugeführt wurde, erhöht war, wenn die Struktur 40 im Wesentlichen auf vier Seiten der Positivelektrode 10 angeordnet ist, und dass die Verteilung der Elektrolytlösung zudem gleichmäßiger war. Tabelle 2
    Gewichtsverhältnis von S/Si
    Analyseposition (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)
    Vergleichsbeispiel 0,21 0,19 0,21 0,22 0,22 0,22 0,24 0,24 0,24
    Beispiel 0,25 0,25 0,25 0,25 0,24 0,25 0,25 0,25 0,25
  • Dieser Ausführungsform gemäß kann eine Sekundärbatterie 1 bereitgestellt werden, in welcher ein Nichtvorhandensein der Isolierschicht verhindert wird und die Fähigkeit der Isolierschicht, die Elektrolytlösung zuzuführen, verbessert wird. Wenn die Menge der zugeführten Elektrolytlösung erhöht wird, wird auch die Ionenleitfähigkeit der Elektrolytschicht erhöht, wodurch die Lade-/Entladeeigenschaften der Sekundärbatterie 1 verbessert werden. Da die Verteilung der Elektrolytlösung gleichmäßiger war, treten Bereiche, in welchen es während der Lade-/Entladezyklen an Elektrolytlösung mangelt, weniger auf, wodurch selbst nach den Lade-/Entladezyklen eine höhere Entladungskapazität erhalten wird.
  • Es wurden Beispiele und modifizierte Beispiele der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, doch die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese obigen Beispiele der Ausführungsformen beschränkt und umfasst verschiedene Modifikationen. Zum Beispiel wurden Beispiele der obigen Ausführungsformen zum leichteren Verständnis der vorliegenden Erfindung beschrieben, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf eines beschränkt, das die oben beschriebene Konfiguration in ihrer Gesamtheit aufweist. Zudem kann ein Teil der Konfiguration eines Beispiels einer Ausführungsform durch die Konfiguration eines anderen Beispiels ersetzt werden. Ferner kann ein Teil der Konfiguration eines Beispiels einer Ausführungsform zur Konfiguration eines anderen Beispiels hinzugefügt werden. Zudem kann für einen Teil der Konfiguration eines Beispiels jeder Ausführungsform eine andere Konfiguration hinzugefügt, entfernt oder ersetzt werden.
  • Die obige Ausführungsform wurde am Beispiel einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie beschrieben, doch die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie beschränkt, und verschiedene Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung auf Stromspeichervorrichtungen (z.B. andere Sekundärbatterien und Kondensatoren) anwendbar, die jeweils eine Positivelektrode 10, eine Negativelektrode 20 und eine Isolierschicht umfassen, die dazu konfiguriert ist, die Positivelektrode 10 und die Negativelektrode 20 elektrisch voneinander zu isolieren.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 2
    Sekundärbatterie
    10
    Positivelektrode
    11
    Positivelektroden-Laminatabschnitt
    12
    Positivelektroden-Klemmenabschnitt
    13
    Positivelektroden-Kollektorfolie
    14
    Positivelektroden-Mischungsschicht
    15
    Positivelektroden-Elektrolytschicht
    20
    Negativelektrode
    21
    Negativelektroden-Laminatabschnitt
    22
    Negativelektroden-Klemmenabschnitt
    23
    Negativelektroden-Kollektorfolie
    30
    Außengehäuse
    40
    Struktur
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016236524 [0001]

Claims (8)

  1. Sekundärbatterie, umfassend: eine Negativelektrode; eine Positivelektrode; eine Isolierschicht; und eine Struktur, die Poren aufweist, die jeweils dazu konfiguriert sind, ein Elektrolyt zu tragen, wobei: die Negativelektrode und die Positivelektrode über die dazwischenliegende Isolierschicht auf alternierende Weise aufeinander laminiert sind; und die Struktur in einem Bereich angeordnet ist, der zwischen zwei der Isolierschichten angeordnet ist und mindestens einem Teil einer Kante der Positivelektrode gegenüberliegt, und ein Material aufweist, das sich vom Material der Isolierschicht unterscheidet.
  2. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei: die Negativelektrode und die Positivelektrode jeweils eine im Wesentlichen rechteckige Form haben; und die Struktur ist in Bereichen angeordnet ist, die vier Seitenkanten der Positivelektrode gegenüberliegen.
  3. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Isolierschicht ein isolierendes Skelettmaterial und eine Elektrolytlösung umfasst, die Lithium-bis(trifluormethansulfonyl)imid und Tetraethylenglykoldimethylether enthält.
  4. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Struktur anorganische Partikel oder eine Harzschicht auf Polyolefinbasis ohne Elektronenleitfähigkeit umfasst.
  5. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei: die Isolierschicht ein Skelettmaterial und eine Elektrolytlösung umfasst; und ein Durchschnittsporendurchmesser der Poren der Struktur größer ist als ein Durchschnittsporendurchmesser des Skelettmaterials.
  6. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei: die Isolierschicht ein Skelettmaterial und eine Elektrolytlösung umfasst; die Struktur anorganische Partikel umfasst; und ein Durchschnittspartikeldurchmesser der anorganischen Partikel größer ist als ein Durchschnittspartikeldurchmesser des Skelettmaterials.
  7. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei: die Isolierschicht ein Skelettmaterial und eine Elektrolytlösung umfasst; die Struktur anorganische Partikel umfasst; und eine Partikeldurchmesserverteilung der anorganischen Partikel enger ist als eine Partikeldurchmesserverteilung des Skelettmaterials.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie, umfassend: alternierendes Laminieren einer Negativelektrode und einer Positivelektrode aufeinander über eine dazwischenliegende Isolierschicht; und Anordnen einer Struktur, deren Material sich vom Material der Isolierschicht unterscheidet, in einem Bereich, der zwischen zwei der Isolierschichten angeordnet ist und mindestens einem Teil einer Kante der Positivelektrode gegenüberliegt.
DE102017011259.2A 2016-12-06 2017-12-06 Sekundärbatterie und Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie Withdrawn DE102017011259A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-236524 2016-12-06
JP2016236524A JP6674885B2 (ja) 2016-12-06 2016-12-06 二次電池、及び二次電池の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017011259A1 true DE102017011259A1 (de) 2018-06-07

Family

ID=62164307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017011259.2A Withdrawn DE102017011259A1 (de) 2016-12-06 2017-12-06 Sekundärbatterie und Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180159103A1 (de)
JP (1) JP6674885B2 (de)
CN (1) CN108155418A (de)
DE (1) DE102017011259A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020070989A1 (ja) * 2018-10-02 2020-04-09 株式会社村田製作所 固体電池
WO2020241837A1 (ja) * 2019-05-31 2020-12-03 株式会社村田製作所 二次電池
CN110247007A (zh) * 2019-06-26 2019-09-17 江苏厚生新能源科技有限公司 高保液量和低透气锂电池涂层隔膜及制备方法、网筛装置
JP7298642B2 (ja) * 2021-03-31 2023-06-27 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3584583B2 (ja) * 1995-12-12 2004-11-04 ソニー株式会社 積層型非水電解液二次電池
JP2005190912A (ja) * 2003-12-26 2005-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd リチウム二次電池およびその製造方法
US7790312B2 (en) * 2005-09-08 2010-09-07 3M Innovative Properties Company Electrolyte composition
WO2007145275A1 (ja) * 2006-06-16 2007-12-21 Panasonic Corporation 非水電解質二次電池
WO2010131321A1 (ja) * 2009-05-11 2010-11-18 トヨタ自動車株式会社 固体電池の製造方法及び固体電池
CN101714655A (zh) * 2009-11-20 2010-05-26 东莞新能源电子科技有限公司 锂离子二次电池

Also Published As

Publication number Publication date
US20180159103A1 (en) 2018-06-07
CN108155418A (zh) 2018-06-12
JP6674885B2 (ja) 2020-04-01
JP2018092830A (ja) 2018-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014114439B4 (de) Poröse Zwischenschicht für eine Lithium-Schwefel-Batterie
DE69738111T2 (de) Lithiumionensekundärbatterie und deren herstellung
DE102017201561A1 (de) Lithium-ionen-akku- und kondensatorhybridsystem in einem einzelnen beutel
DE102017116964A1 (de) Hybridzellenkonstruktion von wechselweise gestapelten oder gewickelten lithium-ionen-batterien und kondensatorelektroden
DE102006018411B4 (de) Elektrischer Doppelschichtkondensator
DE102017011259A1 (de) Sekundärbatterie und Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie
DE112011100008T5 (de) Elektrische Speichervorrichtung
DE102016100583A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie mit nichtwässrigen Elektrolyten und Sekundärbatterie mit nichtwässrigen Elektrolyten
DE102016109203A1 (de) Elektrode und Verfahren zur Herstellung einer Elektrode
DE102015103598A1 (de) Lithium-Ionen-Sekundärbatterie
WO2014102131A2 (de) Verfahren zum herstellen eines galvanischen elements und galvanisches element
DE112012000882T5 (de) Elektrochemisches Element
DE102015222553A1 (de) Kathode für eine Festkörper-Lithium-Batterie und Akkumulator, bei welchem diese eingesetzt wird
DE112018007443T5 (de) Hybride lithium-ionen-kondensator-batterie mit einer kohlenstoffbeschichtetenseparatorschicht und verfahren zu deren herstellung
DE102013224294A1 (de) Separatoreinrichtung und Batteriezelle mit Separatoreinrichtung
DE112017004886T5 (de) Festkörper-lithiumionen-sekundärbatterie
DE102019207895A1 (de) Stapelbatterie
DE102020211226A1 (de) Sekundärbatterie mit nichtwässrigem elektrolyt
DE112012000905T5 (de) Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für ein elektrochemisches Element
DE112017003877T5 (de) Elektrochemisches Element und Lithium-Ionen-Festkörperakkumulator
DE112017004910T5 (de) Aktivmaterial und Festkörper-Lithium-Ionen-Sekundärbatterie
DE112015004712T5 (de) Separator für batterie, laminierter separator, lithiumionensekundärbatterie und batterieblock
DE102020133917A1 (de) Energiespeichergerät mit nichtwässrigem elektrolyten und herstellungsverfahren für ein energiespeichergerät mit nichtwässrigem elektrolyten
DE102016217369A1 (de) Elektrode mit erhöhtem Aktivmaterialanteil
DE102016217397A1 (de) Elektrodenstapel mit Randbeschichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee