DE112010005229T5

DE112010005229T5 - Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt

Info

Publication number: DE112010005229T5
Application number: DE112010005229T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Fujita; Tomohiro Nakano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2030-02-06
Also published as: DE112010005229B4; CN102422477B; KR20120052896A; JP5273156B2; US20120288737A1; JPWO2011096069A1; US9287590B2; CN102422477A; KR101197949B1; WO2011096069A1

Abstract

Eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt (100) umfasst: einen Elektrodenkörper (150) mit einer positiven Elektrodenplatte (155), einer negativen Elektrodenplatte (156), und einem Separator (157); und einen nicht wässrigen Elektrolyt, der innerhalb des Elektrodenkörpers (150) enthalten ist. Die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt (100) umfasst weiterhin ein Behälterelement (170), das einen Behälterraum (S1, S2) definiert, der neben einer Endfläche (150j, 150k) des Elektrodenkörpers (150) gelegen ist, wobei der Behälterraum dazu verwendet wird, den nicht wässrigen Elektrolyt, der durch die Endfläche (150j, 150k) des Elektrodenkörpers (150) aus dem Elektrodenkörper verdrängt wird, zu halten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt.
STAND DER TECHNIK
Sekundärbatterien mit nicht wässrigen Elektrolyten, wie etwa Lithium-Ionen-Sekundärbatterien, die als eine elektrische Energieversorgung zur Verwendung in einer tragbaren Einrichtung dienen oder als elektrische Energieversorgung eines Fahrzeugantriebs zur Verwendung in Fahrzeugen dienen (elektrische Fahrzeuge, elektrische Hybridfahrzeuge, usw.) werden momentan sehr beachtet. Zum Beispiel wurde als eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie vorgeschlagen, die aus einem Elektrodenkörper, der durch Wickeln bzw. Winden einer positiven Elektrodenplatte, einer negativen Elektrodenplatte und eines Separators geformt ist, und einem nicht wässrigen Elektrolyt, das in dem Elektrodenkörper enthalten ist, gebildet ist (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: JP 2000-268877 A

Patentdokument 1 offenbart eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie mit einem Elektrolytaufbewahrungsteil in einem anderen Abschnitt als dem, in dem die positiven und negativen Elektroden eines Batterieelements (eines Batteriekörpers) einander gegenüber angeordnet sind. Genauer ist nur ein Separator als ein Wicklungsstart- oder Endabschnitt des Elektrodenkörpers gewickelt bzw. gewunden, so dass der Elektrolytaufbewahrungsteil nur aus dem Separator besteht. Alternativ ist als ein Elektrolytaufbewahrungsteil einer beschrieben, der ein scheibenförmiger poröser Körper ist, der aus porösem Polypropylen besteht, der an oberen und unteren Endflächen des gewickelten Elektrodenkörpers angeordnet ist. Diese Literatur offenbart, dass solch ein Elektrolytaufbewahrungsteil das Lebensdauercharakteristikmerkmal der Batterie verbessern kann.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
Im Übrigen wird in dem Fall, in dem Zyklen eines Stromimpulsladens/-entladens mit hoher Rate (”high-rate current (high-rate) pulse charging/discharging”) bezüglich einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt, wie etwa einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, durchgeführt werden, der Elektrodenkörper der Sekundärbatterie wiederholt einer Ausdehnung und Kontraktion unterzogen. Diese Ausdehnung und Kontraktion des Elektrodenkörpers verursacht, dass ein nicht wässriger Elektrolyt in dem Elektrodenkörper durch Abstandsspalte in den Endflächen des Elektrodenkörpers (das heißt in oberen und unteren Endflächen des Elektrodenkörpers in Patentdokument 1), das heißt durch Abstandsspalte in den Elektrodenplatten und dem Separator, welche in der radialen Richtung des Elektrodenkörpers nebeneinander angeordnet sind, aus dem Elektrodenkörper verdrängt wird. Der dadurch verdrängte nicht wässrige Elektrolyt verteilt sich über die gesamte innere untere Oberfläche des Batteriegehäuses, wodurch der verdrängte nicht wässrige Elektrolyt davon gehindert wird, in den Elektrodenkörper zurückzukehren. Deshalb verringert sich die Menge des nicht wässrigen Elektrolyts in dem Elektrodenkörper (insbesondere die Menge von Elektrolyt, wie etwa Lithiumsalz) und als ein Ergebnis gibt es die Möglichkeit, dass sich der interne Widerstand der Batterie erhöht (zum Beispiel DC-IR), was eine Verschlechterung des Batteriecharakteristikmerkmals (Ausgabecharakteristikmerkmal) ergibt.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Umstände vorgenommen, um die vorstehenden Probleme zu lösen und besitzt die Aufgabe, eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, die Erhöhung des inneren Widerstandes der Batterie zu beschränken, auch wenn Zyklen eines Stromimpulsladens/-entladens mit hoher Rate durchgeführt werden.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt bereit, mit: einem Elektrodenkörper mit einer positiven Elektrodenplatte, einer negativen Elektrodenplatte und einem Separator; und einem nicht wässrigen Elektrolyt, der in dem Elektrodenkörper enthalten ist, wobei die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt weiterhin ein Behälterelement umfasst, das einen Behälterraum definiert, der neben einer Endfläche des Elektrodenkörpers angeordnet ist, um darin den nicht wässrigen Elektrolyt, der von innen nach außen des Elektrodenkörpers durch einen Abstandsspalt in der Endfläche des Elektrodenkörpers gedrängt wird, zu halten.
Die vorstehend erwähnte Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt wird mit dem Behälterelement bereitgestellt, das den Gehälterraum definiert, der entsprechend neben den Endflächen des Elektrodenkörpers angeordnet ist, um darin den nicht wässrigen Elektrolyt zu halten, der von innen nach außen des Elektrodenkörpers durch die Abstandsspalte in den Endflächen des Elektrodenkörpers gedrängt wird. Wegen dieser Anordnung, auch in dem Fall, in dem ein Stromimpulsladen/-entladen mit hoher Rate bezüglich der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt durchgeführt wird, um zu verursachen, dass der nicht wässrige Elektrolyt aufgrund der Ausdehnung und Kontraktion des Elektrodenkörpers nach außerhalb des Elektrodenkörpers durch die Abstandsspalte in den Endflächen des Elektrodenkörpers verdrängt wird, kann der verdrängte nicht wässrige Elektrolyt in den Behälterräumen, die entsprechend neben den Endflächen des Elektrodenkörpers angeordnet sind, gehalten werden. Dies ermöglicht es, den verdrängten nicht wässrigen Elektrolyt in einem Zustand des Kontaktes mit den Endflächen des Elektrodenkörpers zu platzieren, wodurch ermöglicht wird, dass der verdrängte nicht wässrige Elektrolyt durch die Abstandsspalte in den Endflächen des Elektrodenkörpers in den Elektrodenkörper zurückkehrt (im Vergleich mit dem Fall, in dem das verdrängte nicht wässrige Elektrolyt über der gesamten inneren unteren Oberfläche des Batteriegehäuses verteilt wird, wird ein Zurückkehren des verdrängten nicht wässrigen Elektrolyts zurück in den Elektrodenkörper erleichtert). Deshalb, auch wenn Zyklen eines Stromimpulsladens/-entladens mit hoher Rate durchgeführt werden, ist es immer noch möglich, die Verringerung der Menge des nicht wässrigen Elektrolyts (insbesondere des Elektrolyts, wie etwa Lithiumsalz) in dem Elektrodenkörper zu beschränken, wodurch es möglich wird, eine Erhöhung des inneren Widerstands der Batterie einzuschränken (zum Beispiel DC-IR).
Zusätzlich sind die Endflächen des Elektrodenkörpers zumindest die Endflächen von einer der positiven Elektrodenplatte, der negativen Elektrodenplatte und des Separators, und sind solche, die durch solche Endflächen geformt und nach außen frei liegen. Für den Fall eines Elektrodenkörpers, der durch Wickeln einer positiven Elektrodenplatte, einer negativen Elektrodenplatte und eines Separators geformt ist, sind das, was als die Endflächen des Elektrodenkörpers dienen, zum Beispiel Oberflächen (Endflächen, die wie ein Kreis oder ein langer Kreis geformt sind), die Endflächen des Elektrodenkörpers sind, die in eine Richtung gerichtet sind, in der sich die Wicklungsachse (die zentrale Achse) erstreckt, und die Endflächen der gewickelten positiven Elektrodenplatte oder Ähnliches sind.
Weiterhin stellen die ”Abstandsspalte in den Endflächen des Elektrodenkörpers” Abstandsspalte zwischen der positiven Elektrodenplatte, der negativen Elektrodenplatte und dem Separator, die die Endflächen des Elektrodenkörpers bilden, dar, und geben ebenso Spalte zwischen der positiven Elektrodenplatte und anderen, die nebeneinander in der radialen Richtung (für den Fall eines Elektrodenkörpers einer Wicklungsart) oder in die Laminatrichtung (für den Fall eines Elektrodenkörpers der Laminatart) angeordnet sind, an.
Zusätzlich kann das Behälterelement durch ein Element, das vom dem Batteriegehäuse getrennt ist, gebildet werden oder das Batteriegehäuse (oder ein Abschnitt von diesem) kann als das Behälterelement verwendet werden.
In der vorstehend erwähnten Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt ist der Elektrodenkörper vorzugsweise ein Elektrodenkörper, der durch Wickeln der positiven Elektrodenplatte, der negativen Elektrodenplatte und des Separators in eine abgeflachte Form gebildet wird, und einen oberen bogenförmigen Teil, der ein oberes Ende des Elektrodenkörpers bildet, einen unteren bogenförmigen Teil, der ein unteres Ende des Elektrodenkörpers bildet, und einen abgeflachten Teil, der zwischen dem oberen bogenförmigen Teil und dem unteren bogenförmigen Teil angeordnet ist, aufweist, das Behälterelement ist ein Container zum Aufnehmen des Elektrodenkörpers und besitzt eine bogenförmige innere untere Oberfläche, die sich entlang einer bogenförmigen äußeren Oberfläche des unteren bogenförmigen Teils in eine axiale Richtung des Elektrodenkörpers erstreckt, eine erste und zweite innere Oberfläche, die sich entlang einer äußeren Oberfläche des abgeflachten Teils in die axiale Richtung des Elektrodenkörpers erstrecken und eine dritte und eine vierte innere Oberfläche, die mit Abstand den Endflächen des Elektrodenkörpers entsprechend gegenüberstehen, wobei die Endflächen des Elektrodenkörpers eine erste Endfläche, die der dritten inneren Oberfläche gegenüberliegt, und eine zweite Endfläche, die der vierten inneren Oberfläche gegenüberliegt, umfasst, und die Behälterräume aufweisen: einen ersten Behälterraum, der durch die innere untere Oberfläche, die erste innere Oberfläche, die zweite innere Oberfläche, die dritte innere Oberfläche und die erste Endfläche des Elektrodenkörpers umschlossen und definiert ist; und einen zweiten Behälterraum, der durch die innere untere Oberfläche, die erste innere Oberfläche, die zweite innere Oberfläche, die vierte innere Oberfläche und die zweite Endfläche des Elektrodenkörpers umschlossen und definiert ist.
Die vorstehende Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt umfasst den Elektrodenkörper, der durch Wickeln der positiven Elektrodenplatte, der negativen Elektrodenplatte und des Separators in eine abgeflachte Form gebildet ist, und der den oberen bogenförmigen Teil, der das obere Ende des Elektrodenkörpers bildet, den unteren bogenförmigen Teil, der das untere Ende des Elektrodenkörpers bildet, und den abgeflachten Teil, der zwischen dem oberen bogenförmigen Teil und dem unteren bogenförmigen Teil angeordnet ist, aufweist. Die Sekundärbatterie umfasst weiterhin das Behälterelement, das ein Container zum Aufnehmen des Elektrodenkörpers ist, und das die bogenförmige innere untere Oberfläche, die sich entlang der bogenförmigen äußeren Oberfläche des unteren bogenförmigen Teils in die axiale Richtung des Elektrodenkörpers erstreckt, die erste und die zweite innere Oberfläche, die sich entlang der äußeren Oberfläche des abgeflachten Teils in die axiale Richtung des Elektrodenkörpers erstrecken, und die dritte und die vierte innere Oberfläche, die mit Abstand den Endflächen des Elektrodenkörpers entsprechend gegenüberliegen, aufweist. Zusätzlich sind die Endflächen des Elektrodenkörpers zwei Endflächen, die in die Richtung der Achse (Achsenrichtung) des Elektrodenkörpers gerichtet sind, und zwar die lange kreisförmige erste Endfläche, die der dritten inneren Oberfläche des Behälterelements gegenüberliegt, und die lange kreisförmige zweite Endfläche, die der vierten inneren Oberfläche des Behälterelements gegenüberliegt.
Die vorstehend erwähnte Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt ist mit den ersten und zweiten Behälterräumen als die Behälterräume bereitgestellt, wobei der erste Behälterraum durch die innere untere Oberfläche, die erste innere Oberfläche, die zweite innere Oberfläche und die dritte innere Oberfläche des Behälterelements und die erste Endfläche des Elektrodenkörpers umschlossen und definiert ist, wohingegen der zweite Behälterraum durch die innere untere Oberfläche, die erste innere Oberfläche, die zweite innere Oberfläche und die vierte innere Oberfläche des Behälterelements und die zweite Endfläche des Elektrodenkörpers umschlossen und definiert ist. Dies ermöglicht es, dass der nicht wässrige Elektrolyt, der von innen nach außen des Elektrodenkörpers durch die Abstandsspalte in der ersten Endfläche des Elektrodenkörpers gedrängt wird, in dem ersten Behälterraum, der neben der ersten Endfläche des Elektrodenkörpers angeordnet ist (relativ zu der axialen Richtung des Elektrodenkörpers neben der ersten Endfläche angeordnet ist), gehalten wird. Dies ermöglicht es weiterhin, dass der nicht wässrige Elektrolyt, der von innen nach außen des Elektrodenkörpers durch die Abstandsspalte in der zweiten Endfläche des Elektrodenkörpers gedrängt wird, in dem zweiten Behälterraum, der neben der zweiten Endfläche des Elektrodenkörpers angeordnet ist (relativ zu der axialen Richtung des Elektrodenkörpers neben der zweiten Endfläche angeordnet ist) gehalten wird. Dies ermöglicht es, den verdrängten nicht wässrigen Elektrolyt in einem Zustand des Kontaktes mit der ersten und zweiten Endfläche des Elektrodenkörpers zu halten, so dass danach ermöglicht wird, dass der verdrängte nicht wässrige Elektrolyt durch die Abstandsspalte der ersten und zweiten Endflächen des Elektrodenkörpers in den Elektrodenkörper zurückkehrt.
Zusätzlich ist der obere bogenförmige Teil des Elektrodenkörpers ein Teil (ein Teil, der das vertikale obere Ende bildet), der auf Seiten des vertikalen oberen Endes des Elektrodenkörpers angeordnet ist, zur Zeit des Betriebs der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt, und ist ein Teil, bei dem die Elektrodenplatten usw. eine über der anderen in der Form eines Bogens übereinander gelegt sind. Andererseits ist der untere bogenförmige Teil des Elektrodenkörpers ein Teil (ein Teil, der ein vertikales unteres Ende bildet), der auf Seiten des vertikalen unteren Endes des Elektrodenkörpers angeordnet ist, zur Zeit des Betriebs der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt, und ist ein Teil, bei dem die Elektrodenplatten usw. eine über der anderen in der Form eines Bogens übereinander gelegt sind. Der abgeflachte Teil ist ein Teil des Elektrodenkörpers, der zwischen dem oberen bogenförmigen Teil und dem unteren bogenförmigen Teil angeordnet ist, und ist ein Teil, bei dem die Elektrodenplatten usw. eine über der anderen in der Form einer flachen Oberfläche in der Richtung in der Dicke des Elektrodenkörpers übereinander gelegt sind.
Bei irgendeiner der vorstehend erwähnten Sekundärbatterien mit nicht wässrigen Elektrolyten umfasst die Sekundärbatterie vorzugsweise weiterhin ein metallisches Batteriegehäuse, ist das Behälterelement ein Container zum Aufnehmen des Elektrodenkörpers und ist aus einem elektrisch isolierenden Harz gebildet, und ist das Behälterelement, das den Elektrodenkörper aufnimmt, in dem Batteriegehäuse angeordnet.
Gemäß der vorstehend erwähnten Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt wird der Elektrodenkörper in dem Behälterelement aufgenommen, das aus elektrisch isolierendem Harz geformt ist, und ist das Behälterelement mit dem Elektrodenkörper, der darin aufgenommen ist, in dem metallischen Batteriegehäuse angeordnet. Deshalb stellt das Behälterelement, das aus elektrisch isolierendem Harz geformt ist, eine elektrische Isolierung zwischen dem Elektrodenkörper und dem Batteriegehäuse bereit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt in einem Ausführungsbeispiel;
2 ist eine Frontansicht der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt;
3 ist eine vertikale Querschnittsansicht der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt entlang einer Linie C-C in 1;
4 ist eine Querschnittsansicht der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt entlang einer Linie D-D in 1;
5 ist eine horizontale Querschnittsansicht der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt entlang einer Linie E-E in 2;
6 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines Elektrodenkörpers entsprechend einem Teil B in 4;
7 ist eine Ansicht, die eine positive Elektrodenplatte zeigt;
8 ist eine Ansicht, die eine negative Elektrodenplatte zeigt;
9 ist eine erklärende Ansicht eines Herstellungsprozesses des Elektrodenkörpers, bei dem die negative Platte, die positive Platte und der Separator gemeinsam gewickelt werden;
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Behälterelements in dem Ausführungsbeispiel;
11 ist eine perspektivische Ansicht des Elektrodenkörpers;
12 ist eine Ansicht der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt in einem Zustand, in dem nicht wässriges Elektrolyt in einem ersten Behälterraum und einem zweiten Behälterraum gehalten wird;
13 ist eine Draufsicht einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt in einem modifizierten Beispiel;
14 ist eine Frontansicht der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt in dem modifizierten Beispiel;
15 ist eine vertikale Querschnittsansicht der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt entlang einer Linie F-F in 13 in dem modifizierten Beispiel;
16 ist eine vertikale Querschnittsansicht der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt entlang einer Linie G-G in 13 in dem modifizierten Beispiel;
17 ist eine horizontale Querschnittsansicht der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt entlang einer Linie H-H in 13 in dem modifizierten Beispiel; und
18 ist eine Ansicht der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt in einem Zustand, in dem der nicht wässrige Elektrolyt in einem ersten Behälterraum und einem zweiten Behälterraum gehalten wird, in dem modifizierten Beispiel.
ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
(Ausführungsbeispiele)
Bezug nehmend auf die Zeichnungen wird eine Beschreibung bezüglich einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgenommen.
Eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist, wie in 1 bis 5 gezeigt, eine rechteckige versiegelte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie mit einem Batteriegehäuse 110 mit einer rechteckigen quaderförmigen (”parallelepiped”) Form, einem positiven externen Anschluss 120 und einem negativen externen Anschluss 130. Das Batteriegehäuse 110 ist ein hartes Gehäuse mit einem metallischen rechteckigen Gehäuseteil 111, der einen Gehäuseteil einer rechteckigen quaderförmigen Form definiert, und einem metallischen Abdeckungsteil 112. In dem Batteriegehäuse 110 (dem rechteckigen Gehäuseteil 111) befinden sich ein Elektrodenkörper 150 und andere Komponenten. Es sei angemerkt, dass die Bemessungs- bzw. Rating-Kapazität (Nennkapazität) der Sekundärbatterie 100 gleich 5,5 Ah ist.
Der Elektrodenkörper 150 ist im Querschnitt wie ein langer Kreis geformt und ist ein abgeflachter gewickelter Körper, der durch Wickeln einer positiven Elektrodenplatte 155, einer negativen Elektrodenplatte 156 und eines Separators 157 (welche alle in der Form eines Blattes vorliegen) in eine abgeflachte Form (siehe 4, 6 bis 9 und 11) geformt wird. Die positive Elektrodenplatte 155 besitzt einen positiven Stromkollektor 151, der aus einer Aluminiumfolie und einem positiven Materialmix 152 (ein Mix, der positives aktives Material 153 umfasst), der auf die Oberflächen des positiven Stromkollektors 151 aufgebracht ist (siehe 7), gebildet. Die negative Elektrodenplatte 156 besitzt einen negativen Stromkollektor 158, der aus einer Kupferfolie und einem negativen Materialmix 159 (ein Mix, der negatives aktives Material 154 umfasst), das auf die Oberflächen des negativen Stromkollektors 158 aufgebracht ist (siehe 8), gebildet. Der Elektrodenkörper 150 enthält einen nicht wässrigen Elektrolyt.
Der Elektrodenkörper 150 besitzt einen oberen bogenförmigen Teil 150f, der ein oberes Ende des Elektrodenkörpers 150 bildet, einen unteren bogenförmigen Teil 150h, der ein unteres Ende des Elektrodenkörpers 150 bildet, und einen abgeflachten Teil 150g, der zwischen dem oberen bogenförmigen Teil 150f und dem unteren bogenförmigen Teil 150h angeordnet ist (siehe 4 und 11). Der obere bogenförmige Teil 150f ist ein Teil, der an einem oberen Ende des Elektrodekörpers 150 in einer vertikalen Richtung (die obere Seite in 3 und 4) angeordnet ist, zur Zeit des Betriebs der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 (das heißt, ein Teil, der den oberen Endteil in der vertikalen Richtung bildet). Weiterhin ist der obere bogenförmige Teil 150f ein Teil, bei dem die Elektrodenplatten und andere (die positive Elektrodenplatte 155 usw.) eine über der anderen in der Form eines Bogens überlagert sind.
Andererseits ist der untere bogenförmige Teil 150h ein Teil, der an einem unteren Ende des Elektrodekörpers 150 in der vertikalen Richtung (die untere Seite in 3 und 4) angeordnet ist, zur Zeit des Betriebs der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 (das heißt ein Teil, der den unteren Endteil in der vertikalen Richtung bildet). Weiterhin ist der untere bogenförmige Teil 150h ein Teil, bei dem die Elektrodenplatten und andere (die positive Elektrodenplatte 155 usw.) eine über der anderen in Form eines Bogens überlagert sind. Zusätzlich ist der abgeflachte Teil 150g ein Teil des Elektrodenkörpers 150, der zwischen dem oberen bogenförmigen Teil 150f und dem unteren bogenförmigen Teil 150h angeordnet ist, und ist ein Teil, bei dem die Elektrodenplatten und andere (die positive Elektrodenplatte 155 usw.) eine über der anderen in der Richtung der Dicke des Elektrodenkörpers 150 (die horizontale Richtung in 4) in der Form einer flachen Oberfläche überlagert sind.
Zusätzlich, Bezug nehmend auf 3 und 11, besitzt der Elektrodenkörper 150 eine erste Endfläche 150j und eine zweite Endfläche 150k, die jeweils in die axiale Richtung des Elektrodenkörpers 150 orientiert sind (in die Ausdehnungsrichtung der Achse AX, das heißt die rechte und linke Richtung in 3). Die erste Endfläche 150j ist eine lange kreisförmige Endfläche, die durch eine Endfläche der gewickelten positiven Elektrodenplatte 155 (um genau zu sein, ein mit positivem aktivem Material unbeschichteter Teil 155b) definiert ist. Die erste Endfläche 150j besitzt einen Abstandsspalt zwischen benachbarten Abschnitten der positiven Elektrodenplatte 155 (um genau zu sein, dem mit positivem aktivem Material unbeschichteten Teil 155b) in der radialen Richtung des Elektrodenkörpers 150 (in der Richtung orthogonal zu der Wicklungsrichtung). Es sei angemerkt, dass ”der mit positivem aktivem Material unbeschichtete Teil 155b” einen Teil der positiven Elektrodenplatte 155 darstellt, bei dem der positive Materialmix 152 nicht auf die Oberflächen des positiven Stromkollektors 151 aufgebracht ist (siehe 7).
Die zweite Endfläche 150k ist eine lange kreisförmige Endfläche, die durch eine Endfläche der gewickelten negativen Elektrodenplatte 156 (um genau zu sein, ein mit negativem aktivem Material unbeschichteter Teil 156b) definiert ist (siehe 3 und 11). Die zweite Endfläche 150k besitzt einen Abstandsspalt zwischen benachbarten Abschnitten der negativen Elektrodenplatte 156 (um genau zu sein, dem mit negativem aktivem Material unbeschichteten Teil 156b) in der radialen Richtung des Elektrodenkörpers 150 (in der Richtung orthogonal zu der Wicklungsrichtung). Es sei angemerkt, dass ”der mit negativem aktivem Material unbeschichtete Teil 156b” einen Teil der negativen Elektrodenplatte 156 darstellt, bei dem der negative Materialmix 159 nicht auf die Oberflächen des negativen Stromkollektors 158 aufgebracht ist (siehe 8).
Der positive externe Anschluss 120 ist über einen positiven Stromkollektorteil 122 mit einem positiven Wicklungsteil 150d, der an einem Ende des Elektrodenkörpers 150 (dem rechtsseitigen Ende in 3) gelegen ist, elektrisch verbunden. Zusätzlich ist der positive Wicklungsteil 150d ein Teil, der durch Wickeln des mit positivem aktivem Material unbeschichteten Teils 155b geformt wird. Zusätzlich ist eine diagrammatische Darstellung des positiven Stromkollektorteils 122 in 4 und 16 ausgelassen.
Andererseits ist der negative externe Anschluss 130 über einen negativen Stromkollektorteil 132 mit einem negativen Wicklungsteil 150c, der an dem anderen Ende des Elektrodenkörpers 150 (dem linksseitigen Ende in 3) gelegen ist. elektrisch verbunden. Zusätzlich ist der negative Wicklungsteil 150b ein Teil, der durch Wickeln des mit negativem aktivem Material unbeschichteten Teils 156g geformt wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird Lithium-Nickel-Oxid als das positive aktive Material 153 verwendet und wird Graphit als das negative aktive Material 154 verwendet. Ein poröses Blatt bzw. eine poröse Platte, die aus Polypropylen besteht, wird als der Separator 157 verwendet. Zusätzlich wird als der nicht wässrige Elektrolyt ein nicht wässriger Elektrolyt verwendet, der durch Auflösen eines Lithium-Hexafluorphosphats, der ein Lithiumsalz ist, in eine nicht wässrige Lösung, die eine Mischung von EC (Ethylencarbonat), DMC (Dimethylcarbonat) und EMC (Ethylmethylcarbonat) vorbereitet wird. Es sei angemerkt, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Konzentration des Lithiumsalzes in dem nicht wässrigen Elektrolyt gleich 1.0 mol/L ist.
Weiterhin besitzt die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorigen Ausführungsbeispiels ein Behälterelement 170 (siehe 3 bis 5 und 10). Das Behälterelement 170 ist ein Container (hartes Gehäuse), das aus einem elektrisch isolierendem Harz (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird Polypropylen verwendet) geformt ist, und den Elektrodenkörper 150 aufnimmt. Auf diese Weise ist bei der Sekundärbatterie 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Elektrodenkörper 150 in dem Behälterelement 170, der aus elektrisch isolierendem Harz besteht, aufgenommen und das Behälterelement 170 mit dem Elektrodenkörper 150, der darin aufgenommen ist, ist in dem metallischen Batteriegehäuse 110 angeordnet. Dies ermöglich es für das Behälterelement 170, das aus elektrisch isolierendem Harz geformt ist, eine elektrische Isolierung zwischen dem Elektrodenkörper 150 und dem Batteriegehäuse 110 bereitzustellen.
Das Behälterelement 170 besitzt eine innere untere Oberfläche 175, eine erste innere Oberfläche 171, eine zweite innere Oberfläche 172, eine dritte innere Oberfläche 173 und eine vierte innere Oberfläche 174. Die innere untere Oberfläche 175 des Behälterelements 170 hat einen bogenförmigen Querschnitt und besitzt solch eine Form, das es sich entlang einer bogenförmigen äußeren Oberfläche 150m des unteren bogenförmigen Teils 150h des Elektrodenkörpers 150 in der axialen Richtung des Elektrodenkörpers 150 (in der Richtung, in der sich die Achse AX erstreckt, das heißt, in die Richtung senkrecht zu der Oberfläche von 4) erstreckt (siehe 3, 4 und 10). Die innere untere Oberfläche 175 ist in Kontakt mit dem unteren bogenförmigen Teil 150h des Elektrodenkörpers 150 (siehe 4).
Die erste und zweite innere Oberfläche 171 und 172 des Behälterelements 170 sind flache Oberflächen, die einander gegenüberstehen. Die erste innere Oberfläche 171 besitzt eine Form, die sich entlang einer ersten äußeren Oberfläche 150r des abgeflachten Teils 150g des Elektrodenkörpers 150 in die axiale Richtung des Elektrodenkörpers 150 erstreckt (siehe 4, 5 und 10). Die erste innere Oberfläche 171 ist in Kontakt mit der ersten äußeren Oberfläche 150r des abgeflachten Teils 150g. Zusätzlich besitzt die zweite innere Oberfläche 172 eine Form, die sich entlang einer zweiten äußeren Oberfläche 150s des abgeflachten Teils 150g des Elektrodenkörpers 150 in die axiale Richtung des Elektrodenkörpers 150 erstreckt (siehe 4, 5 und 10). Die zweite innere Oberfläche 172 ist in Kontakt mit der zweiten äußeren Oberfläche 150s des abgeflachten Teils 150g (siehe 4).
Die dritte und die vierte innere Oberfläche 173 und 174 des Behälterelements 170 sind flache Oberflächen, die einander gegenüberstehen. Die dritte innere Oberfläche 173 liegt gegenüber der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 und ist durch einen Abstandsspalt von der ersten Endfläche 150j entfernt. Die vierte innere Oberfläche 174 liegt gegenüber der zweiten Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 und ist durch einen Abstandsspalt von der zweiten Endfläche 150k entfernt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie vorstehend beschrieben, definiert das Behälterelement 170, mit dem Elektrodenkörper 150, der darin untergebracht ist, einen ersten Behälterraum S1, der neben der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 angeordnet ist (auf der rechten Seite der ersten Endfläche 150j in 5 angeordnet ist) (siehe 3 und 5). Genauer ist der erste Behälterraum S1 durch die innere untere Oberfläche 175, die erste innere Oberfläche 171, die zweite innere Oberfläche 172 und die dritte innere Oberfläche 173 des Behälterelements 170 und die erste Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 umschlossen und definiert.
Wie vorstehend beschrieben, definiert das Behälterelement 170 mit dem Elektrodenkörper 150, der darin untergebracht ist, einen zweiten Behälterraum S2, der neben der zweiten Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 angeordnet ist (auf der linken Seite der zweiten Endfläche 150k in 5 angeordnet ist) (siehe 3 und 5). Genauer ist der zweite Behälterraum S2 durch die innere untere Oberfläche 175, die erste innere Oberfläche 171, die zweite innere Oberfläche 172 und die vierte innere Oberfläche 174 des Behälterelements 170 und die zweite Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 umschlossen und definiert.
Unterdessen, während Zyklen der Stromimpulsladung/-entladung mit hoher Rate (”high-rate current (high rate) pulse charging/discharging”) bezüglich einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt (zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie) durchgeführt werden, wird der Elektrodenkörper der Sekundärbatterie wiederholt einer Ausdehnung und Kontraktion unterzogen. Diese Ausdehnung und Kontraktion des Elektrodenkörpers verursacht, dass nicht wässriger Elektrolyt in dem Elektrodenkörper aus dem Elektrodenkörper durch die Abstandsspalte in den Endflächen des Elektrodenkörpers verdrängt wird. Deshalb, bei der herkömmlichen Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt, wird das verdrängte nicht wässrige Elektrolyt über die gesamte innere untere Oberfläche des Batteriegehäuses verteilt, wodurch ein Zurückkehren des verdrängten nicht wässrigen Elektrolyts in den Elektrodenkörper verhindert wird. Deshalb, für den Fall der herkömmlichen Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt, verringert sich die Menge von nicht wässrigem Elektrolyt in dem Elektrodenkörper (insbesondere die Menge eines Elektrolyts, wie etwa Lithium-Salz) und als Ergebnis gibt es die Möglichkeit, dass sich der interne Widerstand (DC-IR) erhöht, was eine Verschlechterung des Batteriecharakteristikmerkmals (Ausgabecharakteristikmerkmal) ergibt.
Andererseits besitzt die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wie vorstehend beschrieben, den ersten Behälterraum S1, der durch das Behälterelement 170, der den Elektrodenkörper 150 aufnimmt, definiert ist und neben der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 gelegen ist (siehe 3 und 5). Genauer wird der erste Behälterraum S1 durch die innere untere Oberfläche 175, die erste innere Oberfläche 171, die zweite innere Oberfläche 172 und die dritte innere Oberfläche 173 des Behälterelements 170 und die erste Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 umschlossen und definiert.
Wegen solch einer Anordnung, auch in dem Fall, bei dem Zyklen einer Stromimpulsladung/-entladung mit hoher Rate, die bezüglich der Sekundarbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels durchgeführt werden, verursachen, dass das nicht wässrige Elektrolyt in dem Elektrodenkörper 150 durch die Abstandsspalte in der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 aus dem Elektrodenkörper 150 verdrängt wird, kann das dadurch verdrängte nicht wässrige Elektrolyt 140 in dem ersten Behälterraum S1, der neben der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 angeordnet ist (relativ zu der axialen Richtung des Elektrodenkörpers 150 neben der ersten Endfläche 150j angeordnet ist, das heißt auf der rechten Seite der ersten Endfläche 150 in 12 angeordnet ist), gehalten werden.
Deshalb, wie in 12 gezeigt ist, wird es möglich, den verdrängten nicht wässrigen Elektrolyt 140 in einem Zustand des Kontaktes mit der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 zu platzieren, wodurch es möglich gemacht wird, danach den verdrängten nicht wässrigen Elektrolyt 140 durch die Abstandsspalte in der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 zurück in den Elektrodenkörper 150 zu bringen. Wie vorstehend beschrieben wird gemäß der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels das Zurückkehren des verdrängten nicht wässrigen Elektrolyts zurück in den Elektrodenkörper im Vergleich mit dem Fall der herkömmlichen Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt, bei der der verdrängte nicht wässrige Elektrolyt über die gesamte innere untere Oberfläche des Batteriegehäuses verteilt wird, erleichtert.
Die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels besitzt weiterhin den zweiten Behälterraum S2, der durch das Behälterelement 170, das den Elektrodenkörper 150 aufnimmt und neben der zweiten Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 angeordnet ist, (siehe 3 und 5) definiert ist. Genauer ist der zweite Behälterraum S2 durch die innere untere Oberfläche 175, die erste innere Oberfläche 171, die zweite innere Oberfläche 172 und die vierte innere Oberfläche 174 des Behälterelements 170 und die zweite Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 umschlossen und definiert.
Wegen solch einer Anordnung, auch in dem Fall, in dem Zyklen einer Stromimpulsladung/-entladung mit hoher Rate, die bezüglich der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels durchgeführt werden, verursachen, dass nicht wässriger Elektrolyt in dem Elektrodenkörper 150 durch die Abstandsspalte in der zweiten Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 aus dem Elektrodenkörper 150 verdrängt wird, kann der verdrängte nicht wässrige Elektrolyt in dem zweiten Behälterraum S2, der neben der zweiten Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 angeordnet ist (relativ zu der axialen Richtung des Elektrodenkörpers 150 zu der zweiten Endfläche 150k angeordnet ist, das heißt neben der linken Seite der zweiten Endfläche 150k angeordnet ist), gehalten werden (siehe 12).
Deshalb, wie in 12 gezeigt ist, wird es möglich, den verdrängten nicht wässrigen Elektrolyt 140 in einem Zustand des Kontaktes mit der zweiten Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 zu platzieren, wodurch es möglich gemacht wird, danach den verdrängten nicht wässrigen Elektrolyt 140 durch die Abstandsspalte in der zweiten Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 zurück in den Elektrodenkörper 150 zu bringen. Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels das Zurückkehren des verdrängten nicht wässrigen Elektrolyts zurück in den Elektrodenkörper im Vergleich mit dem Fall der herkömmlichen Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt, bei der der verdrängte nicht wässrige Elektrolyt über die gesamte innere untere Oberfläche des Batteriegehäuses verteilt wird, erleichtert.
Dementsprechend, auch wenn Zyklen der Stromimpulsladung/-entladung mit hoher Rate bezüglich der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels durchgeführt werden, ist es möglich, das Verringern der Menge des nicht wässrigen Elektrolyts (Li-Salz) in dem Elektrodenkörper 150 einzuschränken, wodurch es möglich gemacht wird, eine Erhöhung des internen Widerstandes der Batterie (zum Beispiel DC-IR) einzuschränken.
(Test eines Lade-/Entladezyklus mit hoher Rate)
Als erstes, bevor ein Test eines Lade-/Entladezyklus mit hoher Rate (”high-rate cycle charging/discharging testing”) durchgeführt wird, wurde die Batteriekapazität der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 (nachstehend als Vorzykluskapazität bezeichnet) unter einer thermischen Umgebung von 25°C gemessen. Insbesondere wurde ein Laden bei einem konstanten elektrischen Strom von 1 C (5,5 A) durchgeführt, bis die Batteriespannung der Sekundärbatterie 100 4,2 V erreicht hat. Nachfolgend, während die Batteriespannung der Sekundärbatterie 100 bei 4,2 V beibehalten wird, wurde ein Laden durchgeführt, bis der elektrische Stromwert 0,1 C (0,55 A) hat. Dies brachte den SOC der Sekundärbatterie 100 auf 100%.
Im Übrigen ist 1 C ein elektrischer Stromwert, bei dem ein Entladen der Batterie, die einen Bemessungskapazitätswert (einen Nennkapazitätswert) aufweist, in einer Stunde beendet ist, wenn es der Entladung mit einem konstanten elektrischen Strom unterzogen wird.
Da die Bemessungskapazität (Nennkapazität) der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels gleich 5,5 Ah ist, ist dann 1 C gleich 5,5 A.
Zusätzlich steht SOC für Ladezustand (”State of Charge”) (Ladezustand oder Laderate).
Danach wurde ein Entladen bei einem konstanten elektrischen Strom von 1 C (5,5 A) durchgeführt, bis die Batteriespannung der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 2,5 V erreicht hat. Dies brachte den SOC der Sekundärbatterie 100 auf 0%. Die Menge an entladener Elektrizität wurde als eine Vorzykluskapazität für die Sekundärbatterie 100 gemessen und das Ergebnis war 5,53 Ah.
Zusätzlich wurde als ein vergleichendes Beispiel eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt vorbereitet, die vor der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels dadurch verschieden war, dass es keine Bereitstellung des Behälterelements 170 gab. Mit Bezug auf diese vergleichende Sekundärbatterie wurde ebenso deren Vorzykluskapazität auf die gleiche Weise gemessen, wie die Vorzykluskapazität der Sekundärbatterie 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels gemessen wurde, und das Ergebnis war 5,52 Ah.
Zusätzlich, vor einem Durchführen des Testes eines Lade-/Entladezyklus, wurde der DC-IR der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 (nachstehend als Vorzyklus-DC-IR bezeichnet) unter einer thermischen Umgebung von 25°C gemessen. Insbesondere wurde zuerst eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 vorbereitet, deren SOC auf 50% geregelt war. Dann, mit Bezug auf die somit vorbereitete Sekundärbatterie 100, wurde ein Impulsentladen für eine Periode von 10 Sekunden bei einem konstanten elektrischen Strom von 1 C (5,5 A) durchgeführt. Danach wurde mit Bezug auf die Sekundärbatterie 100 die Batteriespannung gemessen. Als nächstes wurde mit Bezug auf die Sekundärbatterie 100 ein Impulsladen für eine Periode von 10 Sekunden bei einem konstanten elektrischen Strom von 1 C (5,5 A) durchgeführt.
Danach wurde der elektrische Stromwert sequentiell auf 3 C (16,5 A), dann auf 5 C (27,5 A) und dann auf 10 C (55 A) geändert und mit Bezug auf die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 wurde ein Impulsentladen für eine Periode von 10 Sekunden durchgeführt, dann wurde die Batteriespannung gemessen und ein Impulsladen wurde für eine Dauer von 10 Sekunden, wie vorstehend beschrieben, durchgeführt (der elektrische Stromwert von 1 C).
Danach wurden Batteriespannungswerte, nachdem ein Impulsentladen für eine Periode von 10 Sekunden bei elektrischen Stromwerten von 1 C, 3 C, 5 C und 10 C entsprechend durchgeführt wurde, in einem Graph gezeichnet, in dem die X-Achse den elektrischen Entladungsstrom angibt und die Y-Achse den Batteriespannungswert nach einer 10-sekündigen Impulsentladung angibt. Und, basierend auf dem Wert (x, y) von jedem gezeichneten Punkt wurde eine direkte Funktion durch das Verfahren der kleinsten Quadrate berechnet und deren Steigungswert wurde als ein DC-IR für die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 verwendet. Der Vorzyklus-DC-IR-Wert der Sekundärbatterie 100 war 3,2 mΩ.
Zusätzlich, mit Bezug auf die vergleichende Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt wurde der Vorzyklus-DC-IR von dieser auf die gleiche Weise wie der der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels gemessen, und das Ergebnis war 3,1 mΩ, Diese Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. (Tabelle 1)

Vorzykluskapazität Vorzyklus-DC-IR Nachzyklus-DC-IR

vergleichendes Beispiel 5,52 Ah 3,1 mΩ 4,6 mΩ

vorliegendes Ausführungsbeispiel 5,53 Ah 3,2 mΩ 3,3 mΩ
Als nächstes wurde mit Bezug auf die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Test eines Lade-/Entladezyklus mit hoher Rate (”high-ratecurrent (high-rate) pulse charging/discharging cycle testing”) unter einer thermischen Umgebung von 25°C durchgeführt. Genauer wurde eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 vorbereitet, deren SOC auf 50% geregelt war, und mit Bezug auf die somit vorbereitete Sekundärbatterie 100 wurde ein Impulsladen (Laden mit konstantem elektrischen Strom) für eine Periode von 10 Sekunden bei einem konstanten elektrischen Strom mit hoher Rate von 20 C (110 A) durchgeführt. Nachfolgend, nach einer Pause von 10 Minuten, wurde mit Bezug auf diese Sekundärbatterie 100 ein Impulsentladen (Entladen mit konstantem elektrischen Strom) für eine Periode von 10 Sekunden bei einem konstanten elektrischen Strom mit hoher Rate von 20 C (110 A) durchgeführt. Danach wurde eine Pause von 10 Minuten eingelegt. Wenn dieser Lade-/Entladezyklus als ein Zyklus genommen wird, wurden 2000 Zyklen des Ladens und Entladens mit hoher Rate durchgeführt.
Zusätzlich wurden auch mit Bezug auf die vergleichende Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 2000 Zyklen des Ladens/Entladens mit hoher Rate auf die gleiche Weise wie bei der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt des vorliegenden Ausführungsbeispiels durchgeführt.
Mit Bezug auf die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, nachdem diese den 2000 Lade-/Entladezyklen mit hoher Rate unterzogen wurde, wurde deren DC-IR (nachstehend als Nachzyklus DC-IR bezeichnet) unter einer thermischen Umgebung von 25°C auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben gemessen und das Ergebnis war 3,3 mΩ. Deshalb hat sich der DC-IR-Wert der Sekundärbatterie 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um nur 0,1 mΩ erhöht, auch nachdem diese den 2000 Lade-/Entladezyklen mit hoher Rate unterzogen wurde. Dieses Ergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt.
Auf diese Weise wurde bei der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Erhöhung des internen Batteriewiderstandes (DC-IR) auch nach dem Stromimpulsladen/-entladen mit hoher Rate eingeschränkt. Dies liegt daran, dass es vorstellbar bzw. absehbar ist, dass bei der Sekundärbatterie 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, der erste Behälterraum S1, der neben der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 angeordnet ist, und der zweite Behälterraum S2, der neben der zweiten Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 angeordnet ist, durch das Behälterelement 170, in dem der Elektrodenkörper 150 untergebracht ist, definiert ist (siehe 3 und 5).
Das heißt, aufgrund der Stromimpulslade-/entladezyklen mit hoher Rate, die bezüglich der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels durchgeführt werden, wird das nicht wässrige Elektrolyt durch die Abstandsspalte in der ersten und zweiten Endfläche 150j und 150k des Elektrodenkörpers 150 von innen nach außen des Elektrodenkörpers 150 verdrängt. Bei der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann deshalb dieser verdrängte nicht wässrige Elektrolyt 140 in dem ersten und zweiten Behälterraum S1 und S2 gehalten werden (siehe 12). Es ist deshalb möglich, das verdrängte nicht wässrige Elektrolyt 140 in einem Zustand des Kontakts mit der ersten und zweiten Endfläche 150j und 150k des Elektrodenkörpers 150 zu halten, wodurch das verdrängte nicht wässrige Elektrolyt 140 durch die Abstandsspalte in der ersten und zweiten Endfläche 150j und 150k des Elektrodenkörpers 150 zurück in den Elektrodenkörper 150 gebracht werden kann. Dementsprechend wird eine Erhöhung des internen Batteriewiderstandes (DC-IR) in der Sekundärbatterie 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels eingeschränkt, was möglicherweise ein Einschränken der Reduzierung der Menge des nicht wässrigen Elektrolyts (LI-Salz) in dem Elektrodenkörper 150 ergibt, auch nachdem diese den Stromimpulslade-/entladezyklen mit hoher Rate unterzogen wurden.
Andererseits, mit Bezug auf die vergleichende Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt, nachdem 2000 Zyklen des Ladens/Entladens mit hoher Rate diesbezüglich durchgeführt wurden, wurde dessen DC-IR (nachstehend als Nachzyklus DC-IR bezeichnet) unter einer thermischen Umgebung von 25°C auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben gemessen und das Ergebnis war 4,6 mΩ. Deshalb wurde bei der vergleichenden Sekundärbatterie der Wert von DC-IR um soviel wie 1,5 mΩ aufgrund der 2000 Lade-/Entladezyklen mit hoher Rate erhöht.
Ein möglicher Grund für solch eine beträchtliche Erhöhung des internen Widerstandes (DC-IR) ist, dass im Gegensatz zu der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, die vergleichende Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt nicht mit dem Behälterelement 170 bereitgestellt ist (mit anderen Worten, weder der erste Behälterraum S1 noch der zweite Behälterraum S2 sind bereitgestellt). Genauer gesagt kann man sich vorstellen, dass bei der vergleichenden Sekundärbatterie das nicht wässrige Elektrolyt, das von innen nach außen des Elektrodenkörpers durch die Abstandsspalte in der ersten und zweiten Endfläche des Elektrodenkörpers verdrängt wird, über die gesamte innere untere Oberfläche des Batteriegehäuses verteilt wird, und vieles davon nicht in den Elektrodenkörper zurückgekehrt ist. Deshalb verringert sich die Menge des nicht wässrigen Elektrolyts (insbesondere Li-Salz) in dem Elektrodenkörper, was möglicherweise eine beträchtliche Erhöhung des internen Batteriewiderstandes (DC-IR) ergibt.
Das vorstehende Ergebnis beweist, dass die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt ist, die dazu in der Lage ist, die Erhöhung des internen Batteriewiderstands einzuschränken, nachdem diese den Stromimpulslade-/Entladezyklen mit hoher Rate unterzogen wurde.
Als nächstes wird eine Beschreibung bezüglich eines Verfahrens der Herstellung der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 vorgenommen.
Wie in 7 gezeigt ist, wird zuerst eine positive Elektrodenplatte 155 mit einem positiven Materialmix 152, der auf der Oberfläche eines streifenförmigen positiven Stromkollektors 151 aufgebracht ist, vorbereitet. Wie in 8 gezeigt ist, wird weiterhin eine negative Elektrodenplatte 156 mit einem negativen Materialmix 159, der auf der Oberfläche eines streifenförmigen negativen Stromkollektors 158 aufgebracht ist, vorbereitet.
Als nächstes, wie in 9 gezeigt ist, sind die positive Elektrodenplatte 155, die negative Elektrodenplatte 156 und der Separator 157 bereitgestellt und werden eine über der anderen überlagert und zusammen in einer abgeflachten Form gewickelt, wodurch ein Elektrodenkörper 150 erzeugt wird (siehe 11). Der Elektrodenkörper 150 ist jedoch derart geformt, dass in der positiven Elektrodenplatte 155 und der negativen Elektrodenplatte 156, der mit positivem aktivem Material unbeschichtete Teil 155b und der mit negativem aktivem Material unbeschichtete Teil 156b in einer Back-to-Back-Anordnung in eine Breitenrichtung der Elektrodenplatten 155 und 156 (in der horizontalen Richtung in 9) platziert sind und zusätzlich diese Teile 155b und 156b von den Enden in Richtung der Breite des Separators 157 hervorstehen.
Danach wird ein Behälterelement 170, das aus Polypropylen einstückig ausgebildet ist, vorbereitet und der Elektrodenkörper 150 ist in dem Behälterelement 170 untergebracht. Dementsprechend wird der erste Behälterraum S1 neben der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 definiert (siehe 3 und 5). Genauer wird der erste Behälterraum S1 durch die innere untere Oberfläche 175, die erste innere Oberfläche 171, die zweite innere Oberfläche 172 und die dritte innere Oberfläche 173 des Behälterelements 170 und die erste Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 umschlossen und definiert. Weiterhin wird der zweite Behälterraum S2 neben der zweiten Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 definiert (siehe 3 und 5). Genauer wird der zweite Behälterraum S2 durch die innere untere Oberfläche 175, die erste innere Fläche 171, die zweite innere Oberfläche 172 und die vierte innere Oberfläche 174 des Behälterelements 170 und die zweite Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 umschlossen und definiert.
Nachfolgend wird der positive Stromkollektorteil 122 des positiven externen Anschlusses 120 an ein oberes Ende des positiven Wicklungsteils 150d des Elektrodenkörpers 150 geschweißt. Zusätzlich wird der negative Stromkollektorteil 132 des negativen externen Anschlusses 130 an ein oberes Ende des negativen Wicklungsteils 150c des Elektrodenkörpers 150 geschweißt. Danach wird der Elektrodenkörper 150, der in dem Behälterelement 170 angeordnet ist, in dem rechteckigen Gehäuseteil 111 aufgenommen und die Öffnung des rechteckigen Gehäuseteils 111 wird mit dem Abdeckungsteil 112 geschlossen. Als nächstes werden der Abdeckungsteil 112 und der rechteckige Gehäuseteil 111 durch Schweißen miteinander vereint. Als nächstes wird ein nicht wässriger Elektrolyt in das Behälterelement 170 von einem (nicht gezeigten) Einlass, der in dem Abdeckungsteil gebildet ist, eingegossen (somit wird der Elektrodekörper 150 mit dem nicht wässrigen Elektrolyt imprägniert bzw. getränkt). Danach wird der Einlass abgedichtet, um dadurch die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zu vervollständigen.
(Modifiziertes Beispiel)
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist das Behälterelement 170 ein separates Element von dem Batteriegehäuse 110. Genauer ist der Elektrodenkörper 150 in dem Behälterelement 170 untergebracht, um dadurch den ersten Behälterraum S1 und den zweiten Behälterraum S2 zu definieren.
Andererseits ist bei einer Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 200 dieses modifizierten Beispiels das Behälterelement nicht als ein separates Element von dem Batteriegehäuse 210 bereitgestellt und ein Teil eines Batteriegehäuses 210 dient als ein Behälterelement.
Das Batteriegehäuse 210 dieses modifizierten Beispiels umfasst ein Behälterelement 211, das den Elektrodenkörper 150 aufnimmt, und einen Abdeckungsteil 212 (siehe 13 bis 17). Das Behälterelement 211 unterscheidet sich in der Form von dem rechteckigen Gehäuseteil 111 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels. Genauer besitzt das Behälterelement 211 eine innere untere Oberfläche 211f, eine erste innere Oberfläche 211b, eine zweite innere Oberfläche 211c, eine dritte innere Oberfläche 211d und eine vierte innere Oberfläche 211e. Die innere unter Oberfläche 211f des Behälterelements 211 besitzt einen bogenförmigen Querschnitt und besitzt eine Form, die sich entlang einer bogenförmigen äußeren Oberfläche 250m eines unteren bogenförmigen Teils 150h in der axialen Richtung des Elektrodenkörpers 150 erstreckt (in der Erstreckungsrichtung der Achse AX, das heißt in die horizontale Richtung in 15) (siehe 15 und 16). Die innere untere Oberfläche 211f ist in Kontakt mit dem unteren bogenförmigen Teil 150f des Elektrodenkörpers 150 (siehe 16).
Die erste und zweite innere Oberfläche 211b und 211c des Behälterelements 211 sind flache Oberflächen, die einander gegenüberstehen. Die erste innere Oberfläche 211b besitzt eine Form, die sich entlang einer ersten äußeren Oberfläche 150r des abgeflachten Teils 150g des Elektrodenkörpers 150 in die axiale Richtung des Elektrodenkörpers 150 erstreckt (siehe 16 und 17). Die erste innere Oberfläche 211b ist in Kontakt mit der ersten äußeren Oberfläche 150r des abgeflachten Teils 150g (siehe 16). Zusätzlich besitzt die zweite innere Oberfläche 211c eine Form, die sich entlang einer zweiten äußeren Oberfläche 150s eines abgeflachten Teils 150g des Elektrodenkörpers 150 in die axiale Richtung des Elektrodenkörpers 150 erstreckt (siehe 16 und 17). Die zweite innere Oberfläche 211c ist in Kontakt mit der zweiten äußeren Oberfläche 150s des abgeflachten Teils 150g (siehe 16).
Die dritte und die vierte innere Oberfläche 211d und 211e des Behälterelements 211 sind flache Oberflächen, die einander gegenüberstehen. Die dritte innere Oberfläche 211d liegt einer ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 gegenüber und ist durch einen Abstandsspalt von der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 entfernt (siehe 17). Die vierte innere Oberfläche 211e liegt gegenüber einer zweiten Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 und ist durch einen Abstandsspalt von der zweiten Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 entfernt.
In diesem modifizierten Beispiel definiert das Behälterelement 211, das den Elektrodenkörper 150 aufnimmt, den ersten Behälterraum S1, der neben der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 angeordnet ist (auf der rechten Seite der ersten Endfläche 150j in 17 angeordnet ist) (siehe 15 und 17), wie vorstehend beschrieben ist. Genauer wird der erste Behälterraum S1 durch die innere untere Oberfläche 211f, die erste innere Oberfläche 211b, die zweite innere Oberfläche 211c und die dritte innere Oberfläche 211d des Behälterelements 211 und die erste Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 umschlossen und definiert.
Weiterhin definiert das Behälterelement 211, das den Elektrodenkörper 150 aufnimmt, den zweiten Behälterraum S2, der neben der zweiten Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 angeordnet ist (auf der linken Seite der zweiten Endfläche 150k in 17 angeordnet ist) (siehe 15 und 17). Genauer wird der zweite Behälterraum S2 durch die innere obere Oberfläche 211f, die erste innere Oberfläche 211b, die zweite innere Oberfläche 211c und die vierte innere Oberfläche 211e des Behälterelements 211 und die zweite Endfläche 150k des Elektrodenkörpers 150 umschlossen und definiert.
In der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 200 des vorliegenden modifizierten Beispiels, in dem Fall, in dem Zyklen der Stromimpulsladung/-entladung mit hoher Rate durchgeführt werden, wodurch verursacht wird, dass der nicht wässrige Elektrolyt im Inneren des Elektrodenkörpers 150 durch die Abstandsspalte in der ersten und weiten Endfläche 150j und 150k des Elektrodenkörpers 150 aus dem Elektrodenkörper 150 verdrängt wird, kann das nicht wässrige Elektrolyt 140, das dadurch verdrängt wird, in dem ersten und zweiten Behälterraum S1 und S2 gehalten werden (siehe 18), wie bei der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels.
Dies macht es möglich, den verdrängten nicht wässrigen Elektrolyt 140 in einen Zustand des Kontaktes mit der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 zu platzieren, wodurch es möglich wird, das verdrängte nicht wässrige Elektrolyt 140 danach durch die Abstandsspalte in der ersten Endfläche 150j des Elektrodenkörpers 150 in den Elektrodenkörper 150 zurückzubringen. Deshalb, auch gemäß der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 200 des vorliegenden modifizierten Beispiels, auch wenn Zyklen der Stromimpulsladung/-entladung mit hoher Rate durchgeführt werden, kann die Verringerung der Menge des nicht wässrigen Elektrolyts (Li-Salzes) in dem Elektrodenkörper 150 eingeschränkt werden, wodurch es möglich wird, die Erhöhung des internen Batteriewiderstandes (zum Beispiel DC-IR) einzuschränken, wie bei der Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt 100 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels.
Vorstehend wurde die vorliegende Erfindung gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel und ihrer Modifikation beschrieben. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht so ausgelegt werden, dass sie in irgendeiner Weise auf diese Beispiele beschränkt wäre. Deshalb ist es unnötig zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung innerhalb des Umfangs, der nicht von der vorliegenden Erfindung abweicht, angemessen und anwendbar modifiziert werden kann.
Zum Beispiel wird PP (Polypropylen) als Material für das Behälterelement 170 in dem vorgehenden Ausführungsbeispiel eingesetzt. Das Material für das Behälterelement 170 ist jedoch nicht auf Polypropylen beschränkt. PFA (Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymer), PTFE (Polytetrafluorethylen), PET (Polyethylen-Terephthalat), PPS (Polyphenylensulfid-Harz), PPT (Polybutylenterephthalat) usw. können verwendet werden.
Bezugszeichenliste

100, 200: Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt
110, 210: Batteriegehäuse
140: nicht wässriger Elektrolyt
150: Elektrodenkörper
150j: erste Endfläche
150k: zweite Endfläche
150f: oberer bogenförmiger Teil
150g: abgeflachter Teil
150h: unterer bogenförmiger Teil
150m: bogenförmige äußere Oberfläche
155: positive Elektrodenplatte
156: negative Elektrodenplatte
157: Separator
170, 211: Behälterelement
171, 211b: erste innere Oberfläche
172, 211c: zweite innere Oberfläche
173, 211d: dritte innere Oberfläche
174, 211e: vierte innere Oberfläche
175, 211f: innere untere Oberfläche
S1: erster Behälterraum
S2: zweiter Behälterraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000-268877 A [0003]

Claims

Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt, mit: einem Elektrodenkörper, der eine positive Elektrodenplatte, eine negative Elektrodenplatte und einen Separator umfasst; und einem nicht wässrigen Elektrolyt, der in dem Elektrodenkörper enthalten ist, wobei die Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt weiterhin ein Behälterelement umfasst, das einen Behälterraum definiert, der neben einer Endfläche des Elektrodenkörpers angeordnet ist, um darin den nicht wässrigen Elektrolyt zu halten, der von innen nach außen des Elektrodenkörpers durch einen Abstandsspalt in der Endfläche des Elektrodenkörpers verdrängt wird.
Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei der Elektrodenkörper ein Elektrodenkörper ist, der durch Wickeln der positiven Elektrodenplatte, der negativen Elektrodenplatte und des Separators in eine abgeflachte Form gebildet wird, und einen oberen bogenförmigen Teil, der ein oberes Ende des Elektrodenkörpers bildet, einen unteren bogenförmigen Teil, der ein unteres Ende des Elektrodenkörpers bildet, und einen abgeflachten Teil, der zwischen dem oberen bogenförmigen Teil und dem unteren bogenförmigen Teil angeordnet ist, aufweist, das Behälterelement ein Container zum Aufnehmen des Elektrodenkörpers ist und eine bogenförmige innere untere Oberfläche, die sich entlang einer bogenförmigen äußeren Oberfläche des unteren bogenförmigen Teils in eine axiale Richtung des Elektrodenkörpers erstreckt, eine erste und eine zweite innere Oberfläche, die sich entlang einer äußeren Oberfläche des abgeflachten Teils in der axialen Richtung des Elektrodenkörpers erstrecken, und eine dritte und vierte innere Oberfläche, die den Endflächen des Elektrodenkörpers entsprechend beabstandet gegenüberliegen, aufweist, die Endflächen des Elektrodenkörpers eine erste Endfläche, die der dritten inneren Oberfläche gegenübersteht, und eine zweite Endfläche, die der vierten inneren Oberfläche gegenübersteht, aufweisen, und die Behälterräume aufweisen: einen ersten Behälterraum, der durch die innere untere Oberfläche, die erste innere Oberfläche, die zweite innere Oberfläche, die dritte innere Oberfläche und die erste Endfläche des Elektrodenkörpers umschlossen und definiert ist; und einen zweiten Behälterraum, der durch die innere untere Oberfläche, die erste innere Oberfläche, die zweite innere Oberfläche, die vierte innere Oberfläche und die zweite Endfläche des Elektrodenkörpers umschlossen und definiert ist.
Sekundärbatterie mit nicht wässrigem Elektrolyt gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Sekundärbatterie weiterhin ein metallisches Batteriegehäuse umfasst, das Behälterelement ein Container zum Aufnehmen des Elektrodenkörpers ist und aus elektrisch isolierendem Harz gebildet ist, das Behälterelement, das den Elektrodenkörper aufnimmt, in dem Batteriegehäuse angeordnet ist.