DE112011105715B4 - Lithiumionenakkumulator - Google Patents

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Abstract

Eine Schicht eines aktiven Negative-Elektrodenmaterials (243A) eines Lithiumakkumulators (100A) enthält natürliches Graphit und künstliches Graphit als aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel. Die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials (243A) hat einen Bereich (A1), der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht, und Bereiche (A2, A3), die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenüberstehen. Der Bereich (A1), der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht, enthält das natürliche Graphit in einem größeren Anteil als die Bereiche (A2, A3), die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenüberstehen, und die Bereiche (A2, A3), die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenüberstehen, enthalten das künstliche Graphit in einem größeren Anteil als der Bereich (A1), der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lithiumionenakkumulatoren.
  • In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Ausdruck „Akkumulator“ auf eine wieder aufladbare Speichereinrichtung im Allgemeinen, die das, was Speicherbatterien genannt wird, beinhaltet, wie z.B. Lithiumakkumulatoren (typischerweise Lithiumionenakkumulatoren) und Nickelmetallhydridbatterien. In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Ausdruck „aktives Material“ auf eine Substanz, die in der Lage ist, reversibel eine chemische Spezies, die als ein Ladungsträger dient (z.B. Lithiumionen im Fall von Lithiumionenakkumulatoren), zu absorbieren und freizulassen (typischerweise einzufügen und wieder auszulassen).
  • STAND DER TECHNIK
  • JP H05-290448 A offenbart z.B. dass in einem Lithiumakkumulator, der eine LiPF6-haltige Elektrolytlösung benutzt, eine Mischung von natürlichem Graphit und künstlichem Graphit als ein Negative-Elektrodenmaterial verwendet wird, das Lithium absorbiert und freigibt. Die Veröffentlichung offenbart, dass die Mischung 10 Gewichts-% bis 50 Gewichts-% von künstlichem Graphit enthält. Die Veröffentlichung offenbart auch, dass so eine Konfiguration verhindern kann, dass das LiPF6 und das Kohlenstoffmaterial gewaltige Reaktionen vollziehen.
  • JP 2009-64574 A offenbart einen Lithiumionenakkumulator, der eine Vielzahl von Schichten eines aktiven Negative-Elektrodenmaterials aufweist, die auf einem Negative-Elektrode-Stromkollektor gebildet sind, bei dem eine Schicht eines aktiven Negative-Elektrodenmaterials, die entfernter von dem Negative-Elektrode-Stromkollektor ist, eine höhere Ladungsratenleistung als eine Schicht eines aktiven Negative-Elektrodenmaterials zeigt, die näher an dem Negative-Elektrode-Stromkollektor ist.
  • Referenzliste
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: JP H05-290844 A
    • Patentliteratur 2: JP 2009-64574 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • In den Lithiumionenakkumulatoren werden während des Ladens die Lithiumionen, die von der positiven Elektrode freigelassen werden, in der negativen Elektrode absorbiert. Um sicherzustellen, dass die negative Elektrode die Lithiumionen, die von der positiven Elektrode während des Ladens freigelassen werden, absorbieren kann, ist die Breite der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials breiter eingestellt als die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials, aus dem Lithiumionen freigelassen werden, um so die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials zu bedecken. Mit solch einer Konfiguration ist es schwierig, sowohl einen geringen Reaktionswiderstand (Batteriewiderstand) als auch ein hohes Kapazitätserhalteverhältnis gleichzeitig zu erreichen.
  • LÖSUNG DER PROBLEMS
  • Ein Lithiumionenakkumulator nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist einen Positive-Elektrode-Stromkollektor, eine Schicht eines aktiven Positive-Elektrodenmaterials, die auf dem Positive-Elektrode-Stromkollektor gehalten wird, einen Negative-Elektrode-Stromkollektor, und eine Schicht eines aktiven Negative-Elektrodenmaterials auf, die auf dem Negative-Elektrode-Stromkollektor gehalten wird, und so angeordnet ist, dass sie die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials bedeckt. Die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials enthält natürliches Graphit und künstliches Graphit als aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel. Die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials weist einen Bereich auf, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenübersteht, und einen Bereich, der nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenübersteht. Der Bereich, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenübersteht, enthält das natürliche Graphit in einem höheren Anteil als der Bereich, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials nicht gegenübersteht, und der Bereich, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials nicht gegenübersteht, enthält das künstliche Graphit in einem größeren Anteil als der Bereich, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenübersteht. Mit solch einer Konfiguration kann der Reaktionswiderstand (Batteriewiderstand) niedrig gehalten werden, und auch das Kapazitätserhalteverhältnis kann hoch gehalten werden.
  • In diesem Fall kann der Bereich der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenübersteht, das natürliche Graphit in einem Gewichtsanteil gleich oder größer als 90% des Gesamtgewichts des natürlichen Graphits und des künstlichen Graphits enthalten. Der Bereich der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials, der nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenübersteht, kann das künstliche Graphit in einem Gewichtsanteil gleich oder größer als 90% des Gesamtgewichts des natürlichen Graphits und des künstlichen Graphits enthalten. Das natürliche Graphit kann einen R-Wert von 0,2 bis 0,6 haben, wie er durch Raman-Spektroskopie bestimmt wird, und das künstliche Graphit kann einen R-Wert von weniger als oder gleich 0,2 haben, wie er durch Raman-Spektroskopie bestimmt wird. Es ist auch möglich, dass das Verhältnis (Ra/Rb) eines durchschnittlichen R-Werts (Ra) und eines durchschnittlichen R-Werts (Rb) (Ra/Rb) ≥ 1,2 sein kann, wobei der durchschnittliche R-Wert (Ra) der Durchschnitt von R-Werten der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel ist, die in dem Bereich der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials verwendet werden, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenübersteht, und der durchschnittliche R-Wert (Rb) der Durchschnitt von R-Werten der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel ist, der in dem Bereich der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials verwendet wird, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials nicht gegenübersteht. Hier bedeutet der Ausdruck R-Wert den R-Wert, wie er durch Raman-Spektroskopie bestimmt wird.
  • Es ist wünschenswert, dass die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials einen Binder aufweist, und der Bereich der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials, der nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenübersteht, den Binder in einer größeren Menge enthält als der Bereich der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenübersteht. Es ist wünschenswert, dass das natürliche Graphit zumindest teilweise mit einem amorphen Kohlenstofffilm bedeckt ist.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der Struktur eines Lithiumionenakkumuiators zeigt.
    • 2 ist eine Ansicht, die eine gewickelte Elektrodenanordnung des Lithiumionenakkumulators illustriert.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie III-III in 2 aufgenommen wurde.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur einer Schicht eines aktiven Positive-Elektrodenmaterials illustriert.
    • 5 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur einer Schicht eines aktiven Negative-Elektrodenmaterials illustriert.
    • 6 ist eine Seitenansicht, die einen Abschnitt illustriert, bei dem ein nicht bedeckter Abschnitt der gewickelten Elektrodenanordnung an einen Elektrodenanschluss gelötet ist.
    • 7 ist eine Ansicht, die schematisch einen Zustand des Lithiumionenakkumulators während des Ladens zeigt.
    • 8 ist eine Ansicht, die schematisch einen Zustand des Lithiumionenakkumulators während des Entladens zeigt.
    • 9 ist eine Ansicht, die den Lithiumionenakkumulator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung illustriert.
    • 10 ist eine Querschnittsansicht, die die Stapelstruktur einer Positive-Elektrodenschicht und einer Negative-Elektrodenschicht der gewickelten Elektrodenanordnung in dem Lithiumakkumulator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung illustriert.
    • 11 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Struktur des Lithiumionenakkumulators nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
    • 12 ist eine Ansicht, die den Prozess des Bildens einer Schicht eines aktiven Negative-Elektrodenmaterials illustriert.
    • 13 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Ausformwerkzeugs illustriert, das zum Bilden einer Schicht eines aktiven Negative-Elektrodenmaterials verwendet wird.
    • 14 ist eine Ansicht, die ein typisches Beispiel eines Cole-Cole-Plots (Nyquist-Plot) in dem Wechselstromimpedanzmessverfahren illustriert.
    • 15 zeigt einen Reaktionswiderstand (mΩ) bei -30°C und Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis (%) für Proben 1 bis 5.
    • 16 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen 150-facher Klopfdichte und Ablösefestigkeit für Partikel des aktiven Negative-Elektrodenmaterials illustriert.
    • 17 ist eine Ansicht, die ein 90°-Ablösetestverfahren illustriert.
    • 18 ist eine Seitenansicht, die schematisch ein Fahrzeug (Automobil) illustriert, das mit einem nichtwässrigen Elektrolytakkumulator (Fahrzeugantriebbatterie) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung versehen ist.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Hier wird zunächst ein Beispiel der Struktur eines Lithiumionenakkumulators als einem nichtwässrigen Elektrolytakkumulator beschrieben. Dann wird, mit Bezug auf das Beispiel der Struktur, soweit angemessen, ein Lithiumionenakkumulator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Teile und Komponenten, die die gleiche Arbeit durchführen, werden, soweit angemessen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Zeichnungen sind schematisch dargestellt und reflektieren nicht notwendigerweise tatsächliche Objekte. Die Zeichnungen zeigen vielmehr Beispiele, und sie beschränken die Erfindung nicht, es sei denn, dass es anders festgestellt ist.
  • <<Lithiumionenakkumulator 100>>
  • 1 illustriert einen Lithiumionenakkumulator 100. Wie in 1 illustriert, hat der Lithiumionenakkumulator 100 eine gewickelte Elektrodenanordnung 200 und ein Batteriegehäuse 300. 2 ist eine Ansicht, die die gewickelte Elektrodenanordnung 200 illustriert. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie III-III in 2.
  • Wie in 2 illustriert, hat die gewickelte Elektrodenanordnung 200 eine Positive-Elektrodenschicht 220, eine Negative-Elektrodenschicht 240, und Separatoren 262 und 264. Die Positive-Elektrodenschicht 220, die Negative-Elektrodenschicht 240, und die Separatoren 262 und 264 sind streifenförmige Schichten.
  • <<Positive-Elektrodenschicht 220>>
  • Die Positive-Elektrodenschicht 220 hat einen streifenförmigen Positive-Elektrode-Stromkollektor 221 und eine Schicht eines aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223. Eine Metallfolie, die für die positive Elektrode geeignet ist, kann bevorzugt als der Positive-Elektrode-Stromkollektor 221 verwendet werden. Es ist z.B. möglich, für den Positive-Elektrode-Stromkollektor 221 eine streifenförmige Aluminiumfolie zu verwenden, die eine vorbestimmte Breite und eine Dicke von ungefähr 15 µm hat. Ein unbedeckter Abschnitt 222 ist entlang einer lateralseitigen Kante des Positive-Elektrode-Stromkollektors 221 bereitgestellt. Wie in 3 illustriert, wird die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 auf beiden Flächen des Positive-Elektrode-Stromkollektors 221 außer auf dem unbedeckten Abschnitt 222 gehalten, der auf dem Positive-Elektrode-Stromkollektor 221 in dem in der Figur gezeigten Beispiel bereitgestellt ist. Die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 enthält ein aktives Positive-Elektrodenmaterial. Die Schicht einer Positive-Elektrodenmischung 223 wird durch Beschichten einer Positive-Elektrodenmischung, die das aktive Positive-Elektrodenmaterial enthält, auf den Positive-Elektrode-Stromkollektor 221 gebildet.
  • <<Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 und aktive Positive-Elektrodenmaterialpartikel 610>>
  • 4 ist hier eine Querschnittsansicht der Positive-Elektrodenschicht 220. In 4 sind die aktiven Positive-Elektrodenmaterialpartikel 610, der leitfähige Stoff 620, und der Binder 630 in der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials schematisch vergrößert, sodass die Struktur der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 klar gezeigt werden kann. Wie in 4 illustriert, enthält die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 die aktiven Positive-Elektrodenmaterialpartikel 610, der leitfähige Stoff 620, und den Binder 630.
  • Verschiedene Typen von Substanzen können als das aktive Positive-Elektrodenmaterial von Lithiumionenakkumulatoren als die aktiven Positive-Elektrodenmaterialpartikel 610 verwendet werden. Beispiele von aktiven Positive-Elektrodenmaterialpartikein 610 enthalten Lithiumübergangsmetalloxide wie z.B. LiNiCoMnO2 (Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan Mischoxid), LiNiO2 (Lithium-Nickel-Oxid), LiCoO2 (Lithium-Kobalt-Oxid), LiMn2O4 (Lithium-Mangan-Oxid), und LiFePO4 (Lithium-Eisen-Phosphat). Hier kann LiMn2O4 z.B. eine Spinell-Struktur haben. LiNiO2 und LiCoO2 können eine geschichtete Kochsalzstruktur haben. LiFePO4 kann z.B. eine Olivin-Struktur haben. Das LiFePO4 mit einer Olivin-Struktur kann z.B. Partikel in dem Bereich von Nanonmetern haben. Das LiFePO4 mit einer Olivin-Struktur kann ferner mit einer Kohlenstoffschicht bedeckt sein.
  • <<Leitfähiger Stoff 620>>
  • Beispiele des leitfähigen Stoffs 620 enthalten Kohlenstoffmaterialien wie z.B. Kohlenstoffpulver und Kohlenstofffasern. Es ist möglich, eines der oben erwähnten Beispiele von leitfähigen Stoffen entweder alleine oder in Kombination mit einem anderen oder mehr der Beispiele als den leitfähigen Stoff 620 zu verwenden. Beispiele des Kohlenstoffpulvers enthalten verschiedene Typen von Kohlenstoffschwarz (wie z.B. Acetylenschwarz, Ölofenschwarz, graphitisiertes Kohlenstoffschwarz, Kohlenstoffschwarz, Graphit und Ketjen-Schwarz) und GraphitPulver.
  • <<Binder 630>>
  • Der Binder 630 dient dazu, die Partikel der aktiven Positive-Elektrodenmaterialpartikel 610 und des leitfähigen Stoffs 620, die in der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 enthalten sind, miteinander zu verbinden, und diese Partikel mit dem Positive-Elektrode-Stromkollektor 221 zu verbinden. Es ist möglich, Polymere, die in dem Lösungsmittel gelöst oder dispergiert werden können, als den Binder 630 zu verwenden. Zum Beispiel ist es für die Positive-Elektrodenmischungszusammensetzung, die eine wässrige Lösung verwendet, bevorzugt, wasserlösliche oder wasserdispergible Polymere zu verwenden, einschließlich: Zellulose-basierte Polymere (wie z.B. Carboxymethylcellulose (CMC) und Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)); Fluorpolymere (wie z.B. Polyvinylalkohol (PVA), Polytetratfluorethylen (PTFE), und Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP)); und Gummimaterialien (wie z.B. Vinylacetatcopolymer, Styren-Butadien-Copolymer (SBR), Acrylsäure-modifiziertes SBR-Harz (SBR-Latex)). Für die Positive-Elektrodenmischungszusammensetzung, die eine nichtwässrige Lösung verwendet, ist es bevorzugt, Polymere zu verwenden (wie z.B. Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylidenchlorid (PVDC) und Polyacrylnitril (PAN)).
  • <<Verdickungsstoff und Lösungsmittel>>
  • Die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 wird z.B. auf die folgende Weise gebildet. Die aktiven Positive-Elektrodenmaterialpartikel 610 und der leitfähige Stoff 620, die oben erwähnt wurden, werden in einer Pastenform (Schlamm-Form) in einem Lösungsmittel gemischt, um eine Positive-Elektrodenmischung vorzubereiten, die dann auf den Positive-Elektrode-Stromkollektor 221 geschichtet, getrocknet und rollgepresst wird. In diesem Fall kann entweder ein wässriges Lösungsmittel oder ein nichtwässriges Lösungsmittel als das Lösungsmittel für die Positive-Elektrodenmischung verwendet werden. Ein bevorzugtes Beispiel des nichtwässrigen Lösungsmittels ist N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP). Die oben erwähnten Beispiele der Polymermaterialien, die als der Binder 630 verwendet werden, können zusätzlich zu der Funktion als Binder auch für den Zweck des Erhaltens der Funktion als einem Zusatzstoff verwendet werden, wie z.B. einem Verdickungsstoff für die Positive-Elektrodenmischung.
  • Es ist bevorzugt, dass das Massenverhältnis des aktiven Positive-Elektrodenmaterials in der ganzen Positive-Elektrodenmischung ungefähr 50 Gewichts-% oder mehr (typischerweise von 50 Gewichts-% bis 95 Gewichts-%) ist, und im Allgemeinen ist es bevorzugter von ungefähr 70 Gewichts-% bis ungefähr 95 Gewichts-% (z.B. von 75 Gewichts-% bis 90 Gewichts-%). Der Anteil des leitfähigen Stoffs in der ganzen Positive-Elektrodenmischung kann von ungefähr 2 Gewichts-% bis ungefähr 20 Gewichts-% sein und im Allgemeinen ist er bevorzugt von ungefähr 2 Gewichts-% bis ungefähr 15 Gewichts-%. In einer Zusammensetzung, die einen Binder verwendet, kann der Anteil des Binders in der gesamten Positive-Elektrodenmischung von ungefähr 1 Gewichts-% bis ungefähr 10 Gewichts-% sein, und im Allgemeinen ist er bevorzugt von ungefähr 2 Gewichts-% bis ungefähr 5 Gewichts-%.
  • <<Negative-Elektrodenschicht 240>>
  • Wie in 2 illustriert, hat die Negative-Elektrodenschicht 240 einen streifenförmigen Negative-Elektrode-Stromkollektor 241 und eine Schicht eines aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243. Eine Metallfolie, die für die negative Elektrode geeignet ist, kann bevorzugt als der Negative-Elektrode-Stromkollektor 241 verwendet werden. Eine streifenförmige Kupferfolie mit einer vorbestimmten Breite und einer Dicke von ungefähr 10 µm wird als der Negative-Elektrode-Stromkollektor 241 verwendet. Ein unbedeckter Abschnitt 242 ist entlang einer lateralseitigen Kante des Negative-Elektrode-Stromkollektors 241 bereitgestellt. Die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 ist auf beiden Flächen des Negative-ELektrode-Stromkollektors 241 außer auf dem unbedeckten Abschnitt 242 gebildet, der auf dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241 bereitgestellt ist. Die Negative-Elektrodenmischungsschicht 243 wird durch den Negative-Elektrode-Stromkollektor 241 gehalten und enthält zumindest ein aktives Negative-Elektrodenmaterial. In der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 ist eine Negative Elektrodenmischung mit einem aktiven Negative-Elektrodenmaterial auf dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241 geschichtet.
  • <<Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243>>
  • 5 ist eine Querschnittsansicht der Negative-Elektrodenschicht 240 des Lithiumionenakkumulators 100. Wie in 5 illustriert, enthält die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel 710, einen Verdickungsstoff (nicht gezeigt), einen Binder 730 und ähnliches. In 5 sind die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel 710 und der Binder 730 in der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 schematisch vergrößert, sodass die Struktur der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 klar gezeigt werden kann.
  • <<Aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel 710>>
  • Es ist möglich, irgendein herkömmliches Material, das als das aktive Negative-Elektrodenmaterial für Lithiumionenakkumulatoren verwendet wird, als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel 710 zu verwenden, entweder allein oder in Kombination, ohne irgendeine besondere Beschränkung. Beispiele enthalten teilchenförmige Kohlenstoffmaterialien (Kohlenstoffpartikel), die zumindest teilweise eine Graphitstruktur aufweisen (eine beschichtete Struktur). Genauer kann das aktive Negative-Elektrodenmaterial natürliches Graphit, das mit amorphem Kohlenstoffmaterial bedeckt ist, graphitisiertes Material (Graphite) nicht graphitisierbare Kohlenstoffe (harte Kohlenstoffe), graphitisierbare Kohlenstoffe (weiche Kohlenstoffe) und Kombinationen davon sein. Hier stellt die Figur einen Fall dar, in dem das, was geflocktes Graphit genannt wird, als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel 710 verwendet wird, aber die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel 710 sind nicht auf das in der Figur gezeigte Beispiel beschränkt.
  • <<Verdickungsstoff und Lösungsmittel>>
  • Die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 wird z.B. auf die folgende Weise gebildet. Die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel 710 und der Binder 730, die oben erwähnt wurden, werden in einer Pastenform (Schlamm-Form) in einem Lösungsmittel gemischt, um eine Negative-Elektrodenmischung zuzubereiten, die dann auf den Negative-Elektrode-Stromkollektor 241 geschichtet, getrocknet und rollgepresst wird. In diesem Fall kann entweder ein wässriges Lösungsmittel oder ein nichtwässriges Lösungsmittel als das Lösungsmittel für die Negative-Elektrodenmischung verwendet werden. Ein bevorzugtes Beispiel des nichtwässrigen Lösungsmittels ist N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP). Als der Binder 730 kann irgendeines der Polymermaterialien verwendet werden, die als die Beispiele des Binders 630 der oben beschriebenen Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 (siehe 4) verwendet werden können. Die oben erwähnten Beispiele von Polymermaterialien, die als der Binder 630 der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 verwendet werden, können auch für den Zweck des Erhaltens der Funktion als einem Zusatzstoff, wie z.B. einem Verdickungsstoff für die Positive-Elektrodenmischung zusätzlich zu der Funktion als dem Binder verwendet werden.
  • <<Separatoren 262 und 264>>
  • Jeder der Separatoren 262 und 264 ist ein Bauteil, um die Positive-Elektrodenschicht 220 und die Negative-Elektrodenschicht 240 voneinander zu trennen, wie in 1 und 2 illustriert. In diesem Beispiel ist jeder der Separatoren 262 und 264 aus einer streifenförmigen Schicht gemacht, die eine Vielzahl von Mikroporen hat, und die eine vorbestimmte Breite hat. Es ist möglich, z.B. einen Einzelschichtseparator oder einen Mehrschichtseparator als die Separatoren 262 und 264 zu verwenden, der aus einem porösen Polyolivin-basierten Harz gemacht ist. In diesem Beispiel, wie in 2 und 3 gezeigt, ist die Breite b1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 ein wenig breiter als die Breite a1 der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223. Zusätzlich ist die Breite c1, c2 der Separatoren 262 und 264 ein wenig größer als die Breite B1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 (c1, c2 > b1 > a1).
  • In dem Beispiel, das in 1 und 2 gezeigt ist, ist jeder der Separatoren 262 und 264 aus einem streifenförmigen Bauteil gemacht. Jeder der Separatoren 262 und 264 soll ein Bauteil sein, das die Positive-Elektrodenschicht 223 und die Negative-Elektrodenschicht 243 voneinander isoliert und gleichzeitig einen Transfer eines Elektrolyts zulässt. Deswegen sind die Separatoren nicht auf streifenförmige Bauteile beschränkt. Zum Beispiel kann anstelle des streifenförmigen Bauteils jeder der Separatoren 262 und 264 aus einer Schicht von isolierenden Partikeln gemacht sein, die auf einer Oberfläche der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 oder der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 gebildet sind. Die isolierenden Partikel können aus einem isolierenden anorganischen Füllmaterial (z.B. einem Füllmaterial aus einem Metalloxid oder Metallhydroxid) oder isolierenden Harzpartikeln (z.B. Partikel von Polyethylen oder Polypropylen) gemacht sein.
  • In dieser gewickelten Elektrodenanordnung 200 sind die Positive-Elektrodenschicht 220 und die Negative-Elektrodenschicht 240 mit den Separatoren 262 und 264, die dazwischen angeordnet sind, aufeinander gestapelt, wie in 2 und 3 gezeigt, sodass die Positive-Elektrodenschicht 220 und die Negative-Elektrodenschicht 240 einander gegenüberstehen. Genauer sind die Positive-Elektrodenschicht 220, die Negative-Elektrodenschicht 240 und die Separatoren 262 und 264 in der gewickelten Elektrodenanordnung 200 in der folgenden Ordnung gestapelt: die Positive-Elektrodenschicht 220, der Separator 262, die Negative-Elektrodenschicht 240 und der Separator 264.
  • In diesem Fall stehen sich die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 und die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 einander gegenüber, während die Separatoren 262 und 264 dazwischen angeordnet sind. Der Abschnitt des Positive-Elektrode-Stromkollektors 221, auf dem die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 nicht gebildet ist (d.h., der unbeschichtete Abschnitt 222) ragt von einem Seitenende des Bereichs heraus, in dem die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 und die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 einander gegenüberstehen. Der Abschnitt des Negative-Elektrode-Stromkollektors 241, auf dem die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 nicht gebildet ist (d.h., der unbeschichtete Abschnitt 242) ragt von dem entgegensetzten Ende zu dem Seitenende hervor, an dem der unbeschichtete Abschnitte 222 hervorragt. In solch einem gestapelten Zustand sind die Positive-Elektrodenschicht 220, die Negative-Elektrodenschicht 240 und die Separatoren 262 und 264 zusammen um eine Wicklungsachse WL gewickelt, die entlang einer lateralen Richtung eingestellt ist.
  • <<Batteriegehäuse 300>>
  • In diesem Bespiel ist, wie in 1 illustriert, das Batteriegehäuse 300, das, was ein prismatisches Batteriegehäuse genannt wird, und es enthält einen Gehäusehauptkörper 320 und einen Deckel 340. Der Gehäusehauptkörper 320 hat eine nach unten geschlossene rechtwinklig quadratische Röhrenform, und ist ein Flachbox-geformtes Gehäuse, dessen eine Seite (obere Seite) offen ist. Der Deckel 340 ist ein Bauteil, der an der Öffnung des Gehäusehauptkörpers 320 befestigt ist (der Öffnung in seiner oberen Fläche), um die Öffnung zu schließen.
  • Für einen Akkumulator, der in einem Fahrzeug verwendet wird, ist es gewünscht, die Gewichtsenergieeffizienz (die Kapazität der Batterie pro Einheitsgewicht) zu verbessern, um den Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verbessern. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein leichtgewichtiges Metall wie z.B. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung (Aluminium in diesem Beispiel) für den Gehäusehauptkörper 320 und den Deckel 340 verwendet, die das Batteriegehäuse 300 darstellen. Dies ermöglicht es, die Gewichtsenergieeffizienz zu verbessern.
  • Das Batteriegehäuse 300 hat einen flachen rechtwinkligen inneren Raum als den Raum, um die gewickelte Elektrodenanordnung 200 aufzunehmen. Wie in 1 gezeigt, ist der flache innere Raum des Batteriegehäuses 300 ein wenig breiter als die gewickelte Elektrodenordnung 200. In diesem Ausführungsbeispiel hat das Batteriegehäuse 300 den Gehäusehauptkörper in einer nach unten geschlossenen rechtwinklig prismatischen Röhrenform und der Deckel 340, der die Öffnung des Gehäusehauptkörpers 320 schließt. An dem Deckel 340 des Batteriegehäuses 300 sind Elektrodenanschlüsse 420 und 440 befestigt. Die Elektrodenanschlüsse 420 und 440 dringen durch das Batteriegehäuse 300 (den Deckel 340) und stehen aus dem Batteriegehäuse 300 heraus. Der Deckel 340 ist mit einem Füllanschluss 350 und einem Sicherheitsventil 360 versehen.
  • Wie in 2 gezeigt, ist die gewickelte Elektrodenanordnung 200 in eine flache Form in einer Richtung senkrecht zu der Wicklungsachse WL deformiert. In dem in 2 gezeigten Beispiel liegen der unbeschichtete Abschnitt 222 des Positive-Elektrode-Stromkollektors 221 und der unbeschichtete Abschnitt 242 des Negative-Elektrode-Stromkollektors 241 von den jeweiligen Seiten der Separatoren 262 und 264 in einer Spiralform außen. Wie in 6 gezeigt, sind die Zwischenabschnitte 224 und 244 der unbeschichteten Abschnitte 222 und 242 zusammengefasst und an die vordersten Endabschnitte 420a und 440a der jeweiligen Elektrodenanschlüsse 420 und 440 gelötet. In diesem Fall wird z.B. aus der Sicht der Differenz der Materialien, Ultraschalllöten zum Löten des Elektrodenanschlusses 420 an den Positive-Elektrode-Stromkollektor 221 verwendet. Auf der anderen Seite wird z.B. Widerstandslöten zum Löten des Elektrodenanschlusses 440 an den Negative-Elektrode-Stromkollektor 241 verwendet. Hier ist 6 eine Seitenansicht, die den Abschnitt illustriert, an dem der Zwischenabschnitt 224 (244) des unbeschichteten Abschnitts 222 (242) der gewickelten Elektrodenanordnung 200 an den Elektrodenanschluss 420 (440) gelötet ist, und es ist auch eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie VI-VI in 1 aufgenommen wurde.
  • Die gewickelte Elektrodenanordnung 200 ist an den Elektrodenanschlüssen 420 und 440 befestigt, die an dem Deckel 340 befestigt sind, während er in eine flache Form gepresst wird. Wie in 1 illustriert, ist die gewickelte Elektrodenanordnung 200 in dem flachen inneren Raum des Gehäusehauptkörpers 320 aufgenommen. Der Gehäusehauptkörper 320 wird durch den Deckel 340 abgedichtet, nachdem die gewickelte Elektrodenanordnung 200 darin platziert wurde. Ein Verbindungsabschnitt 322 (siehe 1) zwischen dem Deckel 340 und dem Gehäusehauptkörper 320 wird gelötet und versiegelt z.B. durch Laserlöten. Dadurch ist die gewickelte Elektrodenanordnung 200 in dem Batteriegehäuse 300 positioniert und durch die Elektrodenanschlüsse 420 und 440 an den Deckel 340 (d.h. dem Batteriegehäuse 300) fixiert.
  • <<Elektrolytlösung>>
  • Danach wird eine Elektrolytlösung in das Batteriegehäuse 300 durch den Füllanschluss 350 gefüllt, der in dem Deckel 340 bereitgestellt ist. Es wird etwas, das eine nichtwässrige Elektrolytlösung genannt wird, die nicht Wasser als das Lösungsmittel verwendet, als die Elektrolytlösung verwendet. In diesem Beispiel ist die Elektrolytlösung eine Elektrolytlösung, in der LiPF6 mit einer Konzentration von ungefähr 1mol/L in einem gemischten Lösungsmittel von Ethylenkarbonat und Diethylcarbonat (z.B. einem gemischten Lösungsmittel mit einem Volumenverhältnis von ungefähr 1:1) enthalten ist. Danach wird eine Metallabdichtkappe 352 befestigt (z.B. gelötet) an dem Füllanschluss 350, um das Batteriegehäuse abzudichten. Es soll bemerkt werden, dass die Elektrolytlösung nicht auf das Beispiel der hierin beschriebenen Elektrolytlösung beschränkt ist. Zum Beispiel kann irgendeine nichtwässrige Elektrolytlösung, die herkömmlich für Lithiumionenakkumulatoren verwendet wurde, verwendet werden, wie es angemessen ist.
  • <<Pore>>
  • Hier hat die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 kleine Lücken 225, die auch Löcher genannt werden können, z.B. zwischen den aktiven Positive-Elektrodenmaterialpartikeln 610 und den Partikeln des leitfähigen Stoffs 620 (siehe 4). Die kleinen Lücken in der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 können mit der Elektrolytlösung imprägniert sein (nicht gezeigt). Auch die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 hat kleine Lücken, die z.B. Löcher genannt werden können, zwischen den Partikeln der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikeln 710 (siehe 5). Hierbei werden solche Lücken (oder Löcher) 225 und 245 als „Poren“ bezeichnet, wenn es angemessen ist. Zusätzlich sind in der gewickelten Elektrodenanordnung 200 die unbeschichteten Abschnitte 222 und 242 in einer Spiralform an den jeweiligen Seiten entlang der Wicklungsachse WL gewickelt, wie in 2 gezeigt. Die Elektrolytlösung kann durch die Lücken in den unbeschichteten Abschnitten 222 und 242 an den jeweiligen Seiten 252 und 254 entlang der Wicklungsachse WL infiltrieren. Dadurch ist in dem Lithiumionenakkumulator 100 die Elektrolytlösung durchgehend in der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 und die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 imprägniert.
  • <<Gasdurchlasspassage>>
  • In diesem Beispiel ist der flache innere Raum des Batteriegehäuses 300 ein wenig breiter als die gewickelte Elektrodenanordnung 200, die in einer flachen Form deformiert ist. Lücken 310 und 312 sind zwischen der gewickelten Elektrodenanordnung 200 und dem Batteriegehäuse 300 an den jeweiligen Seiten der gewickelten Elektrodenanordnung 200. Jede der Lücken 310 und 312 dient als eine Gasauslasspassage. Zum Beispiel ist es möglich, dass sich, wenn die Temperatur des Lithiumionenakkumulators 100 unnormal steigt, wie z.B. in dem Fall des Überladens, die Elektrolytlösung zersetzt und ein Gas unnormal erzeugt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel kann sich das unnormal erzeugte Gas in Richtung des Sicherheitsventils 360 durch die Lücken 310 und 312 zwischen der gewickelten Elektrodenanordnung 200 und dem Batteriegehäuse 300 bewegen, und aus dem Batteriegehäuse 300 aus dem Sicherheitsventil 360 entladen werden.
  • In dem Lithiumionenakkumulator 100 sind der Positive-Elektrode-Stromkollektor 221 und der Negative-Elektrode-Stromkollektor 241 der gewickelten Elektrodenanordnung 200 elektrisch mit einer äußeren Einrichtung über die Elektrodenanschlüsse 420 und 440 verbunden, die durch das Batteriegehäuse 300 dringen. Der Betrieb des Lithiumionenakkumulators 100 während des Ladens und Entladens wird im Folgenden beschrieben.
  • <<Betrieb während des Ladens>>
  • 7 illustriert schematisch den Zustand des Lithiumionenakkumulators 100 während des Ladens. Während des Ladens sind die Elektrodenanschlüsse 420 und 440 (siehe 1) des Lithiumionenakkumulators 100 mit einer Ladeeinrichtung 290 verbunden, wie in 7 illustriert. Durch das Arbeiten der Ladeeinrichtung 290 werden Lithiumionen (Li) in die Elektrolytlösung 280 aus dem aktiven Positive-Elektrodenmaterial in der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 während des Ladens freigegeben. Zusätzlich wird eine elektrische Ladung von der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 freigegeben. Die freigegebene elektrische Ladung wird durch den leitfähigen Stoff (nicht gezeigt) an den Positive-Elektrode-Stromkollektor 221 transferiert und weiter durch die Ladeeinrichtung 290 an die Negative-Elektrodenschicht 240 transferiert. In der Negative-Elektrodenschicht 240 wird die elektrische Ladung gespeichert, und auch die Lithiumionen (Li) in der Elektrolytlösung 280 werden absorbiert und in dem aktiven Negative-Elektrodenmaterial in der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 gespeichert.
  • <<Betrieb während des Entladens>>
  • 8 illustriert schematisch den Zustand des Lithiumionenakkumulators 100 während des Entladens. Während des Entladens wird, wie in 8 illustriert, elektrische Ladung aus der Negative-Elektrodenschicht 240 zu der Positive-Elektrodenschicht 220 transferiert, und zur gleichen Zeit werden die Lithiumionen, die in der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 gespeichert sind, in die Elektrolytlösung 280 freigegeben. Auch werden in der positiven Elektrode die Lithiumionen in der Elektrolytlösung 280 in das aktive Positive-Elektrodenmaterial innerhalb der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 absorbiert.
  • Daher werden beim Laden und Entladen des Lithiumionenakkumulators 100 Lithiumionen hin und zurück zwischen der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 und der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 über die Elektrolytlösung 280 transferiert. Zusätzlich wird während des Ladens eine elektrische Ladung aus dem aktiven Positive-Elektrodenmaterial durch den leitfähigen Stoff zu dem Positive-Elektrode-Stromkollektor 221 transferiert. Auf der anderen Seite wird während des Entladens eine elektrische Ladung von dem Positive-Elektrode-Stromkollektor 221 durch den leitfähigen Stoff an das aktive Positive-Elektrodenmaterial zurückgegeben.
  • Man glaubt, dass es möglich ist, ein effizienteres und schnelleres Laden zu erreichen, wenn in dem Fall des Ladens der Transfer von Lithiumionen und der Transfer von Elektronen glatter stattfindet. Wenn in dem Fall des Entladens der Transfer von Lithiumionen und der Transfer von Elektronen glatter stattfindet, wird der Widerstand in der Batterie geringer, und die Menge des Entladens wird höher, sodass man glaubt, dass es möglich ist, die Ausgangsleistung der Batterie zu verbessern.
  • <<Andere Batteriekonstruktionen>>
  • Es soll bemerkt werden, dass das vorherige im Wesentlichen ein Beispiel des Lithiumionenakkumulators zeigt. Der Lithiumionenakkumulator ist nicht auf das vorherige Ausführungsbeispiel beschränkt. Zusätzlich kann die Elektrodenschicht, bei der eine Elektrodenmischung auf einer Metallfolie geschichtet ist, in verschiedenen anderen Typen von Batteriekonstruktionen verwendet werden. Zum Beispiel sind zylindrische Batterien und Laminattypbatterien als andere Typen von Batteriekonstruktionen bekannt. Die zylindrische Batterie ist eine Batterie, in der eine gewickelte Elektrodenanordnung in einem zylindrischen Batteriegehäuse eingeschlossen ist. Die Laminattypbatterie ist eine Batterie, in der Positive-Elektrodenschichten und Negative-Elektrodenschichten aufeinander mit dazwischen angeordneten Separatoren geschichtet sind.
  • Im Weiteren wird ein Lithiumionenakkumulator als ein nichtwässriger Elektrolytakkumulator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei werden die gleichen Teile und Komponenten mit den gleichen Funktionen wie dem des oben beschriebenen Lithiumionenakkumulators 100 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es wird sich auf die Zeichnungen des oben beschriebenen Lithiumionenakkumulators 100 bezogen, soweit nötig.
  • <<Lithiumionenakkumulator 100A>>
  • 9 illustriert einen Lithiumionenakkumulator 100A als den nichtwässrigen Elektrolytakkumulator, der hierin vorgeschlagen wird. 10 ist eine Querschnittsansicht, die die Stapelstruktur der Positive-Elektrodenschicht 220 und der Negative-Elektrodenschicht 240A der gewickelten Elektrodenanordnung 200A illustriert. 11 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Struktur des Lithiumionenakkumulator 100A illustriert.
  • Wie in 9 und 10 illustriert, hat der Lithiumionenakkumulator 100A eine Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A, eine Schicht eines aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, der auf dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A gehalten wird und so angeordnet ist, dass er die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 bedeckt. Die Separatoren 262 und 264 sind zwischen der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 und der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A angebracht.
  • <<Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A>>
  • Die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A des Lithiumionenakkumulator 100A enthält natürliches Graphit und künstliches Graphit als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel. Wie in 10 und 11 illustriert, hat die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A einen Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektroden materials 223 gegenübersteht, und Bereiche A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen. Der Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, enthält natürliches Graphit in einem größeren Anteil als die Bereiche A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen. Die Bereiche A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, enthalten das künstliche Graphit in einem größeren Anteil als der Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht.
  • Die vorliegenden Erfinder entdeckten, das der Reaktionswiderstand (Batteriewiderstand) niedrig gehalten werden kann und zur gleichen Zeit das Kapazitätserhalteverhältnis hoch gehalten werden kann, wenn der Anteil des natürlichen Graphits in dem Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, größer gemacht wird als in den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, und außerdem der Anteil des künstlichen Graphits in den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, größer gemacht wird als in dem Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenübersteht.
  • <<Natürliches Graphit und künstliches Graphit>>
  • Natürliches Graphit ist ein Graphitmaterial, das durch Graphitisierung über viele Jahre in der natürlichen Welt erhalten wird. Im Gegensatz dazu ist künstliches Graphit ein Graphitmaterial, das durch Graphitisierung durch industrielle Produktion erhalten wird. Diese Graphitmaterialen haben eine geschichtete Struktur, in der hexagonale Kohlenstoffnetzwerkebenen gestapelt sind, um eine Vielzahl von Schichten zu bilden. In diesem Fall dringen während des Ladens Lithiumionen in den Raum zwischen den Schichten in dem Graphitmaterial von den Kantenabschnitten des Graphitmaterials (den Kantenabschnitten der Schichten) ein und breiten sich über den Raum zwischen den Schichten aus.
  • <<Amorphe Kohlenstoffschicht>>
  • In diesem Ausführungsbeispiel können z.B. Flockengraphitpartikel (auch als Flockengraphit bezeichnet) als das natürliche Graphit verwendet werden. Zusätzlich kann das natürliche Graphit zumindest teilweise mit einer amorphen Kohlenstoffschicht bedeckt sein. Hier ist die amorphe Kohlenstoffschicht eine Schicht, die aus einem amorphen Kohlenstoffmaterial hergestellt ist. Zum Beispiel kann das natürliche Graphit, das zumindest teilweise mit der amorphen Kohlenstoffschicht bedeckt ist, durch Mischen von Pech mit natürlichem Graphit, das als der Kern dient, und durch Backen der Mischung erhalten werden.
  • Hier ist es wünschenswert, dass das Gewichtsverhältnis X der amorphen Kohlenstoffschicht in dem natürlichen Graphit, das mit der amorphen Kohlenstoffschicht bedeckt ist, ungefähr 0,01 ≤ X ≤ 0,1 ist. Es ist bevorzugter, dass das Gewichtsverhältnis X der amorphen Kohlenstoffschicht 0,02 ≤ X ist. Es ist noch bevorzugter, dass das obere Limit davon ist X ≤ 0,08, und noch bevorzugter ist X ≤ 0,06. Das ermöglicht es, natürliches Graphit zu erhalten, das angemessen durch die amorphe Kohlenstoffschicht bedeckt ist. Wenn sie als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel verwendet werden, ist das natürliche Graphit angemessen durch die amorphe Kohlenstoffschicht bedeckt, sodass Nebenreaktionen zwischen der Elektrolytlösung und dem natürlichen Graphit vermieden werden können, und eine Leistungsabnahme des Lithiumionenakkumulators 100 verhindert werden kann.
  • <<R-Wert>>
  • Es ist bevorzugt, dass das natürliche Graphit einen R-Wert von 0,2 bis 0,6 hat, wie er durch Raman-Spektroskopie bestimmt wird, und dass das künstliche Graphit einen R-Wert von weniger als oder gleich 0,2 hat, wie er durch Raman-Spektroskopie bestimmt wird. Das natürliche Graphit, auf dem der amorphe Kohlenstofffilm wie oben beschrieben gebildet ist (d.h. amorph beschichtetes natürliches Graphit) soll unter Verwendung des für das natürliche Graphit bestimmten R-Werts in dem Zustand ausgewertet werden, in dem der amorphe Kohlenstofffilm gebildet wurde. Dabei bedeutet der Ausdruck „R-Wert“ ein Intensitätsverhältnis (R = I1360/I1580) genannter R-Wert, der das Verhältnis von zwei Raman-Spektrumbändern ist, dem G-Band (1580 cm-1), das von der Graphitstruktur herrührt, und dem D-Band (1360 cm-1), das von struktureller Unordnung herrührt. Hier ist es möglich, z. B. ein Nicolet-Streutyp-Laser-Raman-Spektrometer als der Einrichtung, um Raman-Spektrumbänder zu erhalten, zu verwenden, das z.B. von Thermo Fisher Scientific Inc. gemacht wird.
  • Je höher der R-Wert ist, desto ungeordneter ist die Graphitstruktur. Umgekehrt, je niedriger der R-Wert ist, desto höher geordnet ist die Graphitstruktur. Es ist deswegen wünschenswert, künstliches Graphit mit einer höher geordneten Graphitstruktur als natürliches Graphit durch Setzen des R-Werts des natürlichen Graphits, sodass er zwischen 0,2 und 0,6 ist, und des R-Werts des künstlichen Graphits, sodass er weniger oder gleich 0,2 ist, auszuwählen. In diesem Fall ist es bevorzugter, dass der R-Wert des natürlichen Graphits so gesetzt ist, dass er gleich oder höher als 0,22 ist. Auch kann der R-Wert des künstlichen Graphits weniger als 0,18 sein. Das macht den Unterschied im R-Wert zwischen dem natürlichen Graphit und dem künstlichen Graphit klarer. Solche R-Werte können durch Extrahieren von zumindest 100 Partikeln und Erhalten des Durchschnittswertes für die R-Werte bestimmt werden.
  • <<Verfahren zum Bilden der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A>>
  • In diesem Ausführungsbeispiel enthält das Verfahren zum Bilden der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A zum Beispiel die folgenden Schritte A bis D.
  • In Schritt A wird eine erste Mischung zubereitet. Die erste Mischung ist eine Mischung, die auf einen Bereich des Negative-Elektrode-Stromkollektors 241A zu beschichten ist, der dem Bereich A1 entspricht, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht.
  • In Schritt B wird eine zweite Mischung zubereitet. Die zweite Mischung ist eine Mischung, die auf Bereiche des Negative-Elektrode-Stromkollektors 241A zu beschichten ist, die den Bereichen A2 und A3 entsprechen, die der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 nicht gegenüberstehen.
  • In Schritt C wird die erste Mischung, die in Schritt A zubereitet wurde, auf einen Bereich des Negative-Elektrode-Stromkollektors 241A geschichtet, der dem Bereich A1 entspricht, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht.
  • In Schritt D wird die zweite Mischung, die in Schritt B zubereitet wurde, auf Bereiche des Negative-Elektrode-Stromkollektors 241A geschichtet, die den Bereichen A2 und A3 entsprechen, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen.
  • <<Erste Mischung>>
  • Für die erste Mischung, die in Schritt A zubereitet wird, ist es wünschenswert, eine Paste mit einer Mischung aus natürlichem Graphit und einem Binder z.B. zuzubereiten. Dadurch kann eine Paste erhalten werden, die kein künstliches Graphit enthält, sondern natürliches Graphit als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel enthält. Es ist auch möglich, eine Paste zuzubereiten, in der natürliches Graphit und künstliches Graphit mit einem angemessenen Verhältnis gemischt sind. Zum Beispiel ist es möglich, eine Paste zuzubereiten, in der das Gewichtsverhältnis von natürlichem Graphit und künstlichem Graphit auf natürliches Graphit : künstliches Graphit = 9 : 1 eingestellt ist.
  • <<Zweite Mischung>>
  • Für die zweite Mischung, die in Schritt A hergestellt wird, ist es wünschenswert, eine Paste zuzubereiten, die z.B. eine Mischung aus künstlichem Graphit und einem Binder enthält. Dadurch kann eine Paste erhalten werden, die kein natürliches Graphit enthält, sondern künstliches Graphit als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel enthält. Es ist auch möglich, eine Paste zuzubereiten, in der natürliches Graphit und künstliches Graphit in einem angemessenen Verhältnis gemischt sind. Zum Beispiel ist es möglich, eine Paste zuzubereiten, in der das Gewichtsverhältnis von natürlichem Graphit und künstlichem Graphit auf natürliches Graphit : künstliches Graphit = 1 : 9 eingestellt ist.
  • <<Schritte C und D>>
  • Mit Bezug auf Schritte C und D beschreibt das Folgende ein Beispiel des Prozesses zum Bilden der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A.
  • 12 ist eine Ansicht, die einen Prozess illustriert, in der die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A gebildet wird. Wie in 12 gezeigt, wird die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A durch Beschichten der ersten Mischung, die in Schritt A zubereitet wurde, und der zweiten Mischung, die in Schritt B zubereitet wurde, auf vorbestimmte Bereiche des Negative-Elektrode-Stromkollektors 241A gefolgt durch Trocknen und anschließendem Pressen des Artikels gebildet. Wie in 12 illustriert, hat die Herstellvorrichtung zum Bilden der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A einen Laufpfad 12, auf dem es dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A ermöglicht ist zu laufen, eine Beschichtungseinrichtung 14 zum Schichten der Mischpaste, die die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A wird, auf den Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A, und einen Trocknungsofen 16 zum Trocknen der auf dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A geschichteten Mischung.
  • <<Laufpfad 12>>
  • Der Laufpfad 12 ist ein Pfad, auf dem es dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A ermöglicht ist zu laufen. In diesem Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl von Führungen 12b in dem Laufpfad 12 entlang eines vorbestimmten Pfads angeordnet, um den Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A zu transportieren. Eine Zuführeinheit 32 zum Zuführen des Negative-Elektrode-Stromkollektors 241A ist an dem Startende des Laufpfads 12 bereitgestellt. In der Zuführeinheit 32 ist der Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A angeordnet, der vorher um einen Wicklungskern 32a gewickelt wurde. Aus der Zuführeinheit 32 wird eine angemessene Menge des Negative-Elektrode-Stromkollektors 241A dem Laufpfad 12 zugeführt, wie es angemessen ist. Eine Sammeleinheit 34 zum Sammeln des Negative-Elektrode-Stromkollektors 241A ist an dem hinteren Ende des Laufpfads 12 bereitgestellt. Die Sammeleinheit 34 windet den Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A, der auf dem Laufpfad 12 einer vorbestimmten Behandlung unterzogen wurde, um einen Wicklungskern 34a.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist die Sammeleinheit 34 z.B. mit einer Steuereinheit 34b und einem Motor 34c versehen. Ein Programm zum Steuern einer Rotation des Wicklungskerns 34a der Sammeleinheit 34 ist vorher in der Steuereinheit 34b eingestellt. Der Motor 34c ist ein Aktuator zum Antreiben und Rotieren des Wicklungskerns 34a, und wird durch das Programm, das in der Steuereinheit 34b eingestellt ist, angesteuert. Die Elektrodenmaterialbeschichtungseinrichtung 14 und der Trocknungsofen 16 sind in dieser Reihenfolge auf dem Laufpfad 12 angeordnet.
  • <<Elektrodenmaterialbeschichtungseinrichtung 14 (Beschichtungsprozess)>>
  • In diesem Ausführungsbeispiel werden die Zusammensetzungen der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel, die in der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 enthalten sind, zwischen dem Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 in der gewickelten Elektrodenanordnung 200 (siehe 10 und 11) gegenüberstehen, die danach hergestellt wird, variiert. Aus diesem Grund bringt die Elektrodenmaterialbeschichtungseinrichtung 14 jeweilige Mischungen mit verschiedenen Zusammensetzungen der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel auf den Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, an.
  • In diesem Fall bedeutet die Phrase „die Zusammensetzungen der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel wird variiert“, dass die Zusammensetzungen (d.h., der Typ der Materialien und ihrer Verhältnisse) der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel substanziell verschieden sind. Zum Beispiel kann „Variieren der Zusammensetzungen der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel“ beinhalten, dass verschiedene aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel für den Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und für die Bereiche A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, verwendet werden. Zusätzlich kann „Variieren der Zusammensetzungen der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel“ auch die Fälle enthalten, in denen zwei oder mehr Arten von verschiedenen aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel in dem Bereich A1, der der aktiven Positive-Elektrodenmaterialschicht 223 gegenübersteht, und den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, enthalten sind, und dass ihre Verhältnisse verschieden sind. Es soll bemerkt werden, dass ein Fall, in dem eine Vielzahl von Arten von aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel verwendet werden und die Anteile der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel, die enthalten sind, wegen eines Herstellfehlers ein wenig verschieden sind, so betrachtet wird, als ob die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung darin hätten. Es wird auch ein Fall, in dem die Anteile der Vielzahl von aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel ein klein wenig verschieden in sehr kleinen lokalen Bereichen der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A sind, so betrachtet, als ob die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung darin hätten.
  • Wie in 12 illustriert, hat die Elektrodenmaterialbeschichtungseinrichtung 14 Fließpassagen 41 und 42, Filter 43 und 44 und eine Beschichtungseinheit 45. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Elektrodenmaterialbeschichtungseinrichtung 14 konfiguriert, eine Mischung auf dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A anzubringen, der auf einer Hinterrolle 46 läuft, die in dem Laufpfad 12 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel hat die Elektrodenmaterialbeschichtungseinrichtung 14 ferner Tanks 47 und 48 und Pumpen 49 und 50. Die Tanks 47 und 48 sind Container, die jeweils verschiedene Mischungen speichern. Die Pumpen 49 und 50 sind Einrichtungen, die die Mischungen aus den Tanks 47 und 48 in die Fließpassagen 41 und 42 senden.
  • <<Fließpassagen 41 und 42>>
  • Die Fließpassagen 41 und 42 sind Fließpassagen, durch die Schlämme mit aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikeln fließen können, die in einem Lösungsmittel verteilt sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Fließpassagen 41 und 42 von den Tanks 47 und 48 bis zu der Beschichtungseinheit 45 angeordnet. Die Filter 43 und 44 sind in den Fließpassagen 41 und 42 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die erste Mischung, die auf den Bereich A1 zu beschichten ist, die der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht und die zweite Mischung, die zum Bilden einer Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials verwendet wird, die ein relativ geringes Gleichgewichtspotential hat, in den Tanks 47 bzw. 48 zubereitet. Die erste Mischung und die zweite Mischung haben verschiedene Typen von aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikeln, die in dem Lösungsmittel enthalten sind, wie oben beschrieben. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass sich die erste Mischung und die zweite Mischung nicht einfach miteinander mischen. Zum Beispiel ist es möglich, durch Anpassen der Konzentration des Festkörpergehalts der ersten Mischung und der Konzentration des Festkörpergehalts der zweiten Mischung in angemessener Weise dafür zu sorgen, dass sich die erste Mischung und die zweite Mischung nicht einfach miteinander mischen.
  • <<Beschichtungseinheit 45>>
  • Die Beschichtungseinheit 45 bringt die erste Mischung auf den Bereich A1 (siehe 11) in dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A an, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht. Die Beschichtungseinheit 45 bringt auch die zweite Mischung auf den Bereichen A2 und A3 in dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A an, der nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht. 13 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Ausformwerkzeugs zum Bilden der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A illustriert. Zum Beispiel hat in diesem Ausführungsbeispiel das Ausformwerkzeug 60 einen breiten Entladeanschluss 62, der in der Beschichtungseinheit 45 verwendet wird, wie in 13 illustriert. Der Entladeanschluss 62 des Ausformwerkzeugs 60 ist eingeteilt in einen mittleren Abschnitt 62a und entgegengesetzten Seitenabschnitte 62b1 und 62b2.
  • Fließpassagen sind jeweils mit dem mittleren Abschnitt 62a und den entgegensetzten Seitenabschnitten 62b1 und 62b2 verbunden, die innerhalb des Ausformwerkzeugs 60 gebildet sind. Der mittlere Abschnitt 62a des Entladeanschlusses 62 steht in Verbindung mit der Fließpassage 41, der die erste Mischung zugeführt wird. Die entgegensetzten Seitenabschnitte 62b1 und 62b2 des Entladeanschlusses 62 stehen in Verbindung mit der Fließpassage 42, der die zweite Mischung zugeführt wird. Der mittlere Abschnitt 62a des Entladeanschlusses 62 entlädt die erste Mischung. Die entgegengesetzten Seitenabschnitten 62b1 und 62b2 des Entiadeanschlusses 62 entladen die zweite Mischung.
  • Der mittlere Abschnitt 62a des Entladeanschlusses 62 des Ausformwerkzeugs 60 ist auf den Bereich A1 des Negative-Elektrode-Stromkollektors 241A gerichtet, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht. Zusätzlich sind die entgegengesetzten Seitenabschnitte 62b1 und 62b2 des Entladeanschlusses 62 des Ausformwerkzeugs 60 auf die Bereiche A2 und A3 in dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A gerichtet, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen. In diesem Fall wird die erste Mischung auf dem Bereich A1 auf dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A beschichtet, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht. Die zweite Mischung wird auf die Bereiche A2 und A3 auf dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A beschichtet, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen. Der Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A, der mit der ersten Mischung und der zweiten Mischung auf diese Weise beschichtet ist, wird dem Trocknungsofen 16 zugeführt (siehe 12). Dadurch wird die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A mit verschiedenen Zusammensetzungen der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel zwischen dem Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, gebildet.
  • Zum Beispiel wird eine Mischung unter Verwendung von natürlichem Graphit (oder die einen größeren Anteil von natürlichem Graphit als den von künstlichem Graphit enthält) als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für die erste Mischung zubereitet. Auch wird eine Mischung unter Verwendung von künstlichem Graphit (oder die einen größeren Anteil von künstlichem Graphit als den von natürlichem Graphit enthält) als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für die zweite Mischung zubereitet. Das ermöglicht es, die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, in dem der Anteil des natürlichen Graphits in dem Bereich A1 in dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, größer ist und der Anteil des künstlichen Graphits in den Bereichen A2 und A3 in dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, größer ist.
  • Zusätzlich können die Zusammensetzungen der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel, die in der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A enthalten sind, zwischen dem Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, durch angemessenes Anpassen der ersten Mischung und der zweiten Mischung variiert werden.
  • Die vorliegenden Erfinder bereiteten Lithiumionenakkumulatoren mit angemessenem Variieren der Zusammensetzungen der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel, die in dem aktiven Negative-Elektrodenmaterial 243A enthalten sind, zwischen dem Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, zu, und untersuchten die Leistung von jeder der Batterien. Als ein Ergebnis wurde entdeckt, dass der Reaktionswiderstand (Batteriewiderstand) niedrig gehalten werden kann und zur gleichen Zeit das Kapazitätserhalteverhältnis hoch gehalten werden kann, indem der Anteil des natürlichen Graphits in dem Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht größer gemacht wird, und der Anteil des natürlichen Graphits in den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, größer gemacht wird.
  • <<Testzelle>>
  • Dabei wurden Testzellen durch angemessenes Variieren der Zusammensetzungen der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel, die in dem aktiven Negative-Elektrodenmaterial 243A enthalten sind, zwischen dem Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmateriais 223 gegenübersteht, und den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, wie oben beschrieben zubereitet. Der Reaktionswiderstand und das Kapazitätserhalteverhältnis (hier: das Kapazitätserhalteverhältnis, nachdem die Zelle in einer vorbestimmten Hochtemperaturumgebung gespeichert wurde, wurden für jede der Testzellen ausgewertet). Jede der Testzellen wurde in eine zylindrische, sogenannte 18650-Zelle (nicht gezeigt) konfiguriert. Proben 1 bis 5, die verschiedene Strukturen der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials haben, wurden als die Testzellen zubereitet.
  • <<Positive Elektrode der Testzelle>>
  • Eine Positive-Elektrodenmischung wurde zubereitet, um die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials in der positiven Elektrode zu bilden. Ein dreikomponentiges Lithium-Übergangsmetalloxid (LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2) als das aktive Positive-Elektrodenmaterial, Acetylenschwarz (AB) als der leitfähige Stoff, und Polyvinylidenfluorid (PVDF) als der Binder wurden als die Positive-Elektrodenmischung verwendet. Das Massenverhältnis des aktiven Positive-Elektrodenmaterials, des leitfähigen Stoffs und des Binders wurde so eingestellt, dass aktives Positive-Elektrodenmaterial : leitfähiger Stoff : Binder = 91 : 6 : 3. Diese Materialien, das aktive Positive-Elektrodenmaterial, der leitfähige Stoff und der Binder wurden mit deionisiertem Wasser gemischt, um dadurch die Positive-Elektrodenmischung zuzubereiten. Anschließend wurde die Positive-Elektrodenmischung auf beide Seiten des Positive-Elektrode-Stromkollektors geschichtet und getrocknet. Dabei wurde eine Aluminiumfolie (Dicke 15 µm) als der Positive-Elektrode-Stromkollektor verwendet. Dadurch wurde eine positive Elektrode (Positive-Elektrodenschicht) mit einer Schicht eines aktiven Positive-Elektrodenmaterials auf beiden Seiten des Positive-Elektrode-Stromkollektors zubereitet. Nachdem sie getrocknet wurde, wurde die positive Elektrode durch eine Rollerpresse rollgepresst, sodass ihre Dicke 110 µm wurde. Die Menge der Positive-Elektrodenmischung, die auf den Positive-Elektrode-Stromkollektor beschichtet wurde, wurde so eingestellt, dass die Menge der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 25 mg/cm2 pro Einheitsfläche des Positive-Elektrode-Stromkollektors wurde, nachdem die Positive-Elektrodenmischung getrocknet war.
  • <<Negative Elektrode für die Testzelle>>
  • Zuerst wurde die Negative-Elektrodenmischung unter Verwendung von aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikeln, Carboxymethylcellulose (CMC) als einem Verdickungsstoff, und einem Binder zubereitet. In Probe A wurde Styren-Butadien-Gummi (SBR), was ein gummibasierter Binder ist, als der Binder verwendet.
  • Hier wurde das Massenverhältnis der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel, des Verdickungsstoffs (CMC) und des Binders (SBR) so eingestellt, dass aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel: Verdickungsstoff : Binder = 98 : 1 : 1. Diese Materialien, die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel, das CMC, und das SBR wurden mit deionisiertem Wasser gemischt, um dadurch die Negative-Elektrodenmischung herzustellen. Anschließend wurde die Negative-Elektrodenmischung auf beiden Seiten des Negative-Elektrode-Stromkollektors beschichtet und getrocknet. Dabei wurde eine Kupferfolie (Dicke 10 µm) als der Negative-Elektrode-Stromkollektor verwendet. Dadurch wurde eine negative Elektrode (Negative-Elektrodenschicht) mit einer Schicht eines aktiven Negative-Elektrodenmaterials auf beiden Seiten des Negative-Elektrode-Stromkollektors zubereitet. Nachdem sie getrocknet wurde, wurde die Negative-Elektrodenschicht rollgepresst durch eine Rollerpresse, sodass ihre Dicke 100 µm wurde. Dadurch wurde die Dicke von jeder Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials, die auf beiden Seiten des Negative-Elektrode-Stromkollektors gebildet wurde, auf 45 µm eingestellt. Die Menge der Negative-Elektrodenmischung, die auf dem Negative-Elektrode-Stromkollektor geschichtet wurde, wurde so eingestellt, dass die Menge der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 13 mg/cm2 pro Einheitsfläche des Negative-Elektrode-Stromkollektors wurde, nachdem die Negative-Elektrodenmischung getrocknet wurde.
  • <<Separator der Testzelle>>
  • Ein Separator, der aus einer mikroporösen Schicht mit einer dreilagigen Struktur aus (PP/PE/PP) aus Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) gemacht war, wurde als der Separator verwendet. Hier wurde das Massenverhältnis von Polypropylen und Polyethylen so eingestellt dass PP : PE : PP = 3 : 4 : 3.
  • <<Zusammenbau der Testzelle>>
  • Unter Verwendung der negativen Elektrode, der positiven Elektrode und des Separators, die in der oben beschriebenen Weise zubereitet wurden, wurde eine 18650-Typ Testzelle (Lithiumionenbatterie) konstruiert. Dabei wurde eine zylindrisch geformte gewickelte Elektrodenanordnung zubereitet, in der die Positive-Elektrodenschicht und die Negative-Elektrodenschicht geschichtet und mit den dazwischen angeordneten Separatoren gewickelt wurden. Dann wurde die gewickelte Elektrodenanordnung in einem zylindrisch geformten Batteriegehäuse eingeschlossen, dann wurde eine nichtwässrige Elektrolytlösung eingefüllt, und das Batteriegehäuse wurde abgedichtet, um eine Testzelle zu konstruieren. Hier wurde die nichtwässrige Elektrolytlösung durch Lösen von 1 mol/L von LiPF6 als einem Lithiumsalz in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat (EC), Dimethylcarbonat (DMC) und Ethylmethylcarbonat (EMC) in einem vorbestimmten Volumenverhältnis (EC : DMC : EMC = 3 : 4 : 3) zubereitet.
  • Hier wurden Testzellen zubereitet, in denen die Zusammensetzungen der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel verschieden zwischen dem Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials, die der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und den Bereichen A2 und A3 davon, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, waren. Dann wurden der Reaktionswiderstand bei -30°C und das Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis (das Kapazitätserhalteverhältnis, nachdem die Zelle in einer vorbestimmten Hochtemperaturumgebung für eine vorbestimmte Zeit gespeichert war) für jede der Testzellen evaluiert.
  • <<Konditionierung>>
  • Die Konditionierung wurde gemäß der folgenden Prozeduren 1 und 2 ausgeführt.
  • Prozedur 1: Die Testzelle wurde mit einem konstanten Strom bei 1C auf 4,1 V geladen und danach für 5 Minuten in Ruhe gelassen.
  • Prozedur 2: Nach Prozedur 1 wurde die Zelle mit einer konstanten Spannung für 1,5 Stunden geladen und dann für 5 Minuten in Ruhe gelassen.
  • Bei solch einer Konditionierung wird die erforderte Reaktion durch das anfängliche Laden verursacht, und ein Gas wird produziert. Zusätzlich wird z.B. eine erforderte Schicht auf der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials gebildet.
  • <<Messung der beurteilten Kapazität>>
  • Nach der gerade oben beschriebenen Konditionierung wurde die beurteilte Kapazität für die Testzelle gemessen. Die Messung der beurteilten Kapazität wird gemäß den folgenden Prozeduren 1 bis 3 durchgeführt. Dabei wird die beurteilte Kapazität in einer Temperaturumgebung von einer Temperatur von 25°C gemessen, um den Einfluss der Temperatur gleichmäßig zu machen.
  • Prozedur 1: Die Testzelle wurde mit einem konstanten Strom von 1C auf 3,0 V entladen, und dann mit einer konstanten Spannung für 2 Stunden entladen, und danach für 10 Sekunden in Ruhe gelassen.
  • Prozedur 2: Die Testzelle wurde mit einem konstanten Strom von 1C auf 4,1 V geladen, dann mit einer konstanten Spannung für 2,5 Stunden geladen, und danach für 10 Sekunden in Ruhe gelassen.
  • Prozedur 3: Die Testzelle wurde entladen mit einem konstanten Strom von 0,5C auf 3,0 V, dann mit einer konstanten Spannung für 2 Stunden entladen, und danach für 10 Sekunden in Ruhe gelassen.
  • Dabei wird die Entladekapazität (CCCV-Entladekapazität), die in dem Entladeprozess erhalten wird, der von dem Konstantstromentladen beginnt und mit dem Konstantspannungsentladen in Prozedur 3 endet, als die „beurteilte Kapazität“ definiert.
  • <<SOC-Anpassung>>
  • Die SOC-Anpassung wird gemäß den folgenden Prozeduren 1 und 2 durchgeführt. Es ist wünschenswert, die SOC-Anpassung nach dem oben beschriebenen Konditionierprozess und der Messung der beurteilten Kapazität durchzuführen. Dabei wird die SOC-Anpassung in einer Temperaturumgebung bei einer Temperatur von 25°C durchgeführt, um den Einfluss der Temperatur einheitlich zu machen.
  • Prozedur 1: Die Testzelle wurde von 3 V mit einem konstanten Strom von 1C geladen, sodass sie in einem Ladungszustand von ungefähr 60% der beurteilten Kapazität ist (60% SOC).
  • Prozedur 2: Nach Prozedur 1 wurde die Testzelle mit einer konstanten Spannung für 2,5 Stunden geladen.
  • Dies ermöglicht es, dass die Zelle auf einen vorbestimmten Ladungszustand angepasst ist. Auch wenn hier beschrieben wurde, dass die SOC auf 60% angepasst ist, ist es möglich, die SOC auf einen beliebigen Ladungszustand durch Ändern des Ladungszustands in der vorherigen Prozedur 1 anzupassen. Wenn z.B. die SOC auf 90% angepasst werden muss, soll die Testzelle in einen Ladungszustand von 90% der beurteilten Kapazität (90% SOC) in der vorhergehenden Prozedur 1 gebracht werden.
  • <<Anfangskapazitätsmessung>>
  • Die Messung der Anfangskapazität wurde wie folgt durchgeführt. Zum Beispiel wurde bei einer Temperaturbedingung von 25°C die Testzelle mit einem konstanten Strom von 1C geladen, bis die Klemmspannung 4,1 V wurde, und anschließend wurde sie mit der konstanten Spannung geladen, bis die Gesamtladungszeit 2,5 Stunden erreichte (CC-CV-Laden). Nachdem die Testzelle für 10 Minuten nach der Vollendung des Ladens in Ruhe gelassen wurde, wurde die Testzelle bei 25°C von 4,1 V auf 3,0 V mit einem konstanten Strom von 0,33C (1/3C) entladen und anschließend mit der konstanten Spannung entladen, bis die Gesamtentladungszeit 4 Stunden erreichte. Die Entladekapazität zu dieser Zeit wurde bestimmt als die Anfangskapazität Q1 [Ah] für jede der Batterien. Dabei wurde die Anfangskapazität gemessen nachdem jede der Testzellen auf 90% SOC angepasst wurde.
  • <<Reaktionswiderstand bei -30°C>>
  • Der Reaktionswiderstand ist der Reaktionswiderstand, der durch ein Wechselstromimpedanzmessverfahren gemessen wird. Er wird durch ein Wechselstromimpedanzmessverfahren erhalten. 14 ist eine Ansicht, die ein typisches Beispiel eines Cole-Cole-Plots (Nyquist-Plot) in dem Wechselstromimpedanzmessverfahren zeigt. Wie in 14 illustriert, können der Gleichstromwiderstand (Rsol) und der Reaktionswiderstand (Rct) basierend auf dem Cole-Cole-Plot berechnet werden, der durch Äquivalentschaltungsanpassung in der Wechselstromimpedanzmessung erhalten wird. Dabei kann der Reaktionswiderstand (Rct) durch die folgende Gleichung erhalten werden: Rct = (Rsol + Rct) - Rsol
  • Diese Messungen und die Berechnung des Gleichstromwiderstands (Rsol) und des Reaktionswiderstands (Rct) können unter Verwendung einer kommerziell erhältlichen Vorrichtung, die im Voraus programmiert ist, durchgeführt werden. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist ein elektrochemischer Impedanzanalyser, der durch Solartron Corp. hergestellt wird. Dabei wurde die Verwendung der Testzelle auf 40% SOC angepasst (einem Ladungszustand von ungefähr 40% der beurteilten Kapazität), und eine komplexe Impedanzmessung wurde in einem Frequenzbereich von 10-3 Hz bis 104 Hz in einer Temperaturumgebung von -30°C ausgeführt. Dann wurde der Reaktionswiderstand (Rct), der durch Äquivalentschaltungsanpassen unter Verwendung eines Nyquist-Plots erhalten wurde, als der „Reaktionswiderstand bei -30°C“ definiert.
  • <<Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis>>
  • Das Kapazitätserhalteverhältnis (Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis) kann wie folgt erhalten werden. Eine Testzelle, die auf einen vorbestimmten Ladungszustand angepasst ist, wird in einer vorbestimmten Umgebung für eine vorbestimmte Zeit gespeichert, und danach wird ihre Entladekapazität (im Weiteren als „Nachspeicherkapazität“ bezeichnet, wenn angemessen) unter den gleichen Bedingungen bestimmt, wie sie für die Anfangskapazität verwendet wurde. Dann wird das Kapazitätserhalteverhältnis (Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis) als das Verhältnis (Nachspeicherkapazität) / (Anfangskapazität) erhalten. Dabei ist die „Nachspeicherkapazität“ die Entladekapazität, die basierend auf einer Testzelle gemessen wird, die auf 90% SOC angepasst ist und danach in einer Temperaturumgebung bei 60°C für 30 Tage gespeichert wurde. Nachspeicherkapazitätserhalterverhältnis= ( Nachspeicherkapazität ) / Anfangs- ) kapazität ) × 100 ( % )
    Figure DE112011105715B4_0001
  • Die vorliegenden Erfinder bereiteten natürliches Graphit und künstliches Graphit für die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel zu, wie in Tabelle 1 gezeigt. Das hierbei verwendete natürliche Graphit war natürliches Graphit, das mit einer amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet war. Dann wurden Proben zubereitet, in denen jeweils die Zusammensetzungen der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel zwischen dem Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, zubereitet. Tabelle 1 und 15 zeigen den Reaktionswiderstand (mΩ) bei -30°C und den Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis (%) für die folgenden Proben 1 bis 5. In 15 ist der Reaktionswiderstand (mΩ) bei -30°C durch die Balken repräsentiert, und das Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis (%) ist durch die diamantförmigen Punkte „◇“ repräsentiert.
  • [TABELLE 1]
    Bereich, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmate -rials gegenübersteht Bereich, der nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenübersteht Reaktionswiderstand (mΩ) Kapazitätserhalteverhältnis (%)
    Probe 1 Natürliches Graphit Natürliches Graphit 531 78.7
    Probe 2 Künstliches Graphit Künstliches Graphit 2653 84.5
    Probe 3 Künstliches Graphit Natürliches Graphit 2634 81.3
    Probe 4 Natürliches Graphit + Künstliches Graphit 743 79.4
    Probe 5 Natürliches Graphit Künstliches Graphit 527 82.6
  • <<Probe 1>>
  • In Probe 1 wurde natürliches Graphit als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für den Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A verwendet (siehe 11) verwendet, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und natürliches Graphit wurde auch als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für die Bereiche A2 und A3 verwendet, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen. In diesem Fall war der Reaktionswiderstand 531 mΩ und das Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis war 78,7%. Obwohl Probe 1 den . Reaktionswiderstand (mΩ) bei -30°C niedrig halten konnte, tendierte sie dazu, ein geringes Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis (%) zu zeigen.
  • <<Probe 2>>
  • In Probe 2 wurde künstliches Graphit als die aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel für den Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-(siehe 11), der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und künstliches Graphit wurde auch als die aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel für die Bereiche A2 und A3 verwendet, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen. in diesem Fall war der Reaktionswiderstand 2653 mΩ, und das Nachspeicherkapazitäterhalteverhältnis war 84,5%. Obwohl Probe 2 das Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis (%) hochhalten konnte, tendierte sie dazu, einen hohen Reaktionswiderstand (mΩ) bei -30°C zu zeigen.
  • <<Probe 3>>
  • In Probe 3 wurde künstliches Graphit als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für den Bereich A1 der Schicht des aktiven NegativeElektrodenmaterials 243A (siehe 11) verwendet, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und natürliches Graphit wurde als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für die Bereiche A2 und A3 verwendet, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen. In diesem Fall war der Reaktionswiderstand 2634 mΩ, und das Nachspeichererhalteverhältnis war 81,3%. Probe 3 kann ein hohes Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis (%) erhalten, obwohl es nicht so hoch ist wie es Probe 2 kann. Jedoch tendiert der Reaktionswiderstand (mΩ) bei -30°C dazu, hoch zu sein, fast so hoch wie der von Probe 2.
  • <<Probe 4>>
  • In Probe 4 wurde eine Mischung von natürlichem Graphit und künstlichem Graphit in einem vorbestimmten Verhältnis als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für sowohl den Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A (siehe 11), der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, als auch die Bereiche A2 und A3 davon, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, verwendet. Dabei war das Verhältnis von natürlichem Graphit und künstlichem Graphit: natürliches Graphit : künstliches Graphit = 93 : 7 im Massenverhältnis. In diesem Fall war der Reaktionswiderstand 743 mΩ und das Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis war 79,4%. Obwohl Probe 4 den Reaktionswiderstand (mΩ) bei -30°C niedrig halten konnte, tendierte sie dazu, ein geringes Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis (%) zu zeigen.
  • <<Probe 5>>
  • In Probe 5 wurde natürliches Graphit als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für den Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A (siehe 11) verwendet, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und künstliches Graphit wurde als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für die Bereiche A2 und A3 verwendet, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen. In diesem Fall war der Reaktionswiderstand 527 mΩ und das Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis war 82,6%. Probe 5 konnte den Reaktionswiderstand mΩ bei -30°C niedrig halten und tendierte zudem dazu, in der Lage zu sein, das Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis (%) hoch zu halten.
  • Wenn, wie oben beschrieben, natürliches Graphit als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für den Bereich A1 der aktiven Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A (siehe 11) verwendet wird, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und künstliches Graphit als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikei für die Bereiche A2 und A3 verwendet wird, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, kann der Reaktionswiderstand (mΩ) bei -30°C niedrig gehalten werden, und ferner kann das Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis (%) hoch gehalten werden. Deswegen ist es mit solch einer Konfiguration möglich, so eine Batterieleistung zu erzielen, dass der Reaktionswiderstand in einer Niedrigtemperaturumgebung niedrig gehalten werden kann und auch das Kapazitätserhalteverhältnis nach einem Speichern in einer Hochtemperaturumgebung hoch gehalten werden kann.
  • <<Analyse durch die Erfinder>>
  • Als einen Faktor in dem Vorhergehenden haben die vorliegenden Erfinder besondere Aufmerksamkeit auf den Punkt verwendet, dass künstliches Graphit höher geordnete Kohlenstoffschichten als natürliches Graphit hat, was eine gleichmäßigere Absorption und Freigabe von Lithiumionen ermöglicht, insbesondere auf den Punkt, dass es die Menge von SEI-Bildung unterdrücken kann. Das SEI (Festelektrolytschnittstelle) bedeutet eine Oberflächenschicht, die die Oberfläche von Graphit inaktiviert und stabilisiert, sodass Lithium dort eingefügt werden kann. Die SEI kann durch eine reduktive Zersetzungsreaktion der Elektrolytlösung gebildet werden. Die SEI ist essentiell, damit Graphit Lithiumionen-Einfügen und -Extraktion verursachen kann. Jedoch wird die SEI durch die reduktive Zersetzungsreaktion der Elektrolytlösung produziert, was einen Verbrauch von elektrischer Ladung involviert. Das kann ein Grund für eine irreversible Kapazität sein.
  • Insbesondere tragen die Bereiche A2 und A3 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A (siehe 11), die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, nicht viel zu den Reaktionen im hochgradigen Laden und Entladen bei. Wenn deshalb Lithiumionen irreversibel in diesen Bereichen gefangen werden, kann dies ein Anwachsen in dem Reaktionswiderstand des Lithiumionenakkumulators und ein Verringern des Kapazitätserhalteverhältnisses verursachen. Die vorliegenden Erfinder glauben, dass ein Verwenden von künstlichem Graphit für die Bereiche A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, die extensive SEI-Bildung verhindern kann und auch das irreversible Fangen von Lithiumionen in den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, verhindert. Wenn auf der anderen Seite künstliches Graphit in dem Bereich A1 verwendet wird, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, können Lithiumionen einfacher aus dem Bereich A1 extrahiert werden, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht. Es wird geglaubt, dass dies ein Faktor beim Verringern des Kapazitätserhalteverhältnisses während einer Langzeitspeicherung ist.
  • Dadurch ist es möglich, den Reaktionswiderstand in einer Niedrigtemperaturumgebung niedrig zu halten und auch das Kapazitätserhalteverhältnis nach einem Speichern in einer Hochtemperaturumgebung hoch zu halten, wenn die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A (siehe 11) so ist, dass der Anteil von natürlichem Graphit in dem Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, größer ist, und der Anteil von künstlichen Graphit in den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positivenelektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, groß ist.
  • In dem vorhergehenden Beispiel 5 wurde natürliches Graphit als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für den Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A (siehe 11) verwendet, die der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und künstliches Graphit wurde als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für die Bereiche A2 und A3 davon verwendet, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen. Hier wurde natürliches Graphit als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für den Bereich A1 verwendet, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und künstliches Graphit wurde als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel für die Bereiche A2 und A3 verwendet, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 232 gegenüberstehen. Es ist jedoch auch möglich, eine Mischung aus natürlichem Graphit und künstlichem Graphit als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikelvon jedem der Bereiche zu verwenden. in diesem Fall ist es wünschenswert, dass der Anteil von natürlichem Graphit in dem Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, größer gemacht wird, und der Anteil des künstlichen Graphits sollte in den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, größer gemacht werden. Die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel sind nicht darauf beschränkt, aber andere Materialen als natürliches Graphit und künstliches Graphit können unter die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel gemischt werden, solange die oben beschriebene Batterieleistung erhalten werden kann.
  • Das heißt, wenn die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A (siehe 11) so ist, dass der Anteil von natürlichem Graphit in dem Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, größer gemacht wird als in den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, und ferner der Anteil von künstlichem Graphit in den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, größer als in dem Bereich A1 gemacht wird, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223gegenübersteht, tendiert der Batteriewiderstand in einer Niedrigtemperaturumgebung dazu, niedrig zu sein, und das Kapazitätserhalteverhältnis nach einem Speichern in einer Hochtemperaturumgebung tendiert dazu, hoch gehalten zu werden.
  • In diesem Fall ist es wünschenswert, dass der Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, das natürliche Graphit in ein Gewichtsanteil von z.B. gleich oder größer als 90% des Gesamtgewichts des natürlichem Graphits und des künstlichen Graphits enthält. Das ermöglicht es, den Effekt zu erhalten, dass es ermöglicht wird, dass der Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterial 243A, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, in angemessener Weise einen größeren Anteil des natürlichen Graphits hat.
  • In diesem Fall genügt es, dass der Effekt in angemessener Weise erhalten werden kann, der es ermöglicht, dass der Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, einen größeren Anteil von natürlichem Graphit enthält. Deswegen ist es wünschenswert, dass der Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, natürliches Graphit in einem Gewichtsanteil von z.B. gleich oder größer als 95% des Gesamtgewichts des natürlichen Graphits und des künstlichen Graphits enthält. Es ist möglich, dass der Gewichtsanteil des natürlichen Graphits ungefähr 90% oder ungefähr 85% ist.
  • Zusätzlich ist es wünschenswert, dass die Bereiche A2 und A3 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, das künstliche Graphit in einem Gewichtsanteil von z.B. gleich oder größer als 90% des Gesamtgewichts des natürlichen Graphits und des künstlichen Graphits enthalten. Das ermöglicht es, den Effekt zu erhalten, zu ermöglichen, dass die Bereiche A2 und A3 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, einen größeren Anteil von künstlichem Graphit in angemessener Weise zu haben.
  • In diesem Fall genügt es, dass der Effekt angemessen erhalten werden kann, der es ermöglicht, dass die Bereiche A2 und A3 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, einen größeren Anteil von künstlichem Graphit haben. Deswegen ist es wünschenswert, dass die Bereiche A2 und A3 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, die der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, das künstliche Graphit in einem Gewichtsanteil von z.B. gleich oder größer als 95% des Gesamtgewichts des natürlichen Graphits und des künstlichen Graphits enthalten. Es ist möglich, dass der Gewichtsanteil des künstlichen Graphits ungefähr 90% oder ungefähr 95% ist.
  • <<Beziehung zum R-Wert>>
  • Es ist bevorzugt, dass das natürliche Graphit einen R-Wert von 0,2 bis 0,6 hat, wie er durch Raman-Spektroskopie bestimmt wird, und dass das künstliche Graphit einen R-Wert von weniger als oder gleich 0,2 hat, wie er durch Raman-Spektroskopie bestimmt wird. Hierbei bezieht sich der Ausdruck „R-Wert“, wie bereits oben beschrieben, auf dem Intensitätsverhältnis (R = I1360/I1580) genannten R-Wert, der das Verhältnis von zwei Raman-Spektrumbändern ist, dem G-Band (1580 cm-1), das von der Graphitstruktur herrührt, und dem D-Band (1360 cm-1), das von struktureller Unordnung herrührt. Je höher der R-Wert ist, desto ungeordneter ist die Graphitstruktur. Umgekehrt, je niedriger der R-Wert ist, desto höher ist die Graphitstruktur geordnet. Es ist wünschenswert, künstliches Graphit mit einer höher geordneten Graphitstruktur als natürliches Graphit durch Einstellen des R-Werts des natürlichen Graphits, sodass er zwischen 0,2 und 0,6 ist, und des R-Werts des künstlichen Graphits, sodass er kleiner oder gleich 0,2 ist, auszuwählen. In diesem Fall ist es bevorzugter, dass der R-Wert des natürlichen Graphits auf höher als 0,22 eingestellt wird. Auch der R-Wert des künstlichen Graphits kann kleiner als 0,18 sein. Das macht den Unterschied im R-Wert zwischen dem natürlichen Graphit und dem künstlichen Graphit klarer. Solche R-Werte können durch Extrahieren von zumindest 100 Partikeln und Erhalten des Durchschnittwertes der R-Werte bestimmt werden.
  • Hier ist es auch möglich, dass das Verhältnis (Ra/Rb) eines durchschnittlichen R-Werts (Ra) und eines durchschnittlichen R-Werts (Rb) (Ra : Rb) ≥ 1,2 sein kann, wobei der durchschnittliche R-Wert (Ra) der Durchschnitt der R-Werte der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel ist, die in dem Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A verwendet werden, die der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und der durchschnittliche R-Wert (Rb) der Durchschnitt der R-Werte der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel ist, die in den Bereichen A2 und A3 davon verwendet werden, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen. Es ist bevorzugter, dass (Ra/Rb) ≥ 1,5 und noch bevorzugter, dass (Ra/Rb) ≥ 2,0. Dies erzeugt einen klaren Unterschied im R-Wert zwischen den aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikeln, die in dem Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A verwendet werden, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, und den aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikeln, die in den Bereichen A2 und A3 davon verwendet werden, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen. Dies ermöglicht es, die Tendenz, dass der Batteriewiderstand in einer Niedrigtemperaturumgebung niedrig gehalten werden kann und auch das Kapazitätserhalteverhältnis nach Speichern in einer Hochtemperaturumgebung hoch gehalten werden kann, in dem Lithiumionenakkumulator 100A zuverlässiger erhalten werden kann.
  • Der durchschnittliche R-Wert (Ra) der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel, die in dem Bereich A1 verwendet werden, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, kann durch Extrahieren von zumindest 100 aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikeln aus den aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikeln, die in dem Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A enthalten sind, die der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, dann Erhalten des R-Werts von jedem Partikel und Erhalten eines arithmetischen Durchschnitts der erhaltenen R-Werte evaluiert werden. Ähnlich kann der durchschnittliche R-Wert (Rb) der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikeln, die in den Bereichen A2 und A3 verwendet werden, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen durch Extrahieren von aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikeln aus den Bereichen A2 und A3 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterial 243A, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, dann Erhalten des R-Werts für jeden Partikel und Erhalten des arithmetischen Durchschnitts der erhaltenen R-Werte evaluiert werden.
  • Das Extrahieren der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikeln aus der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A kann z.B. durch Einbringen von Ultraschallvibrationen in die Negative-Elektrodenschicht 240A, um dadurch die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A von dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A abzulösen, und Heizen der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, um den Binder und den Verdickungsstoff abzubrennen, durchgeführt werden. Dadurch können die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel, die in der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A enthalten sind, extrahiert werden.
  • Oben wurde der Lithiumionenakkumulator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Weitere Variationen der vorliegenden Erfindung sind möglich. Um z.B. den Batteriewiderstand niedrig zu halten, ist es wünschenswert, dass der Lithiumionenakkumulator 100A einen geringen Widerstand gegenüber dem Transfer (Diffusion) von Lithiumionen in der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A hat. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, dass die Menge des Binders, die in der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A enthalten ist, gering ist. Jedoch kann sich die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A von dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A in Gebrauch ablösen, in dem hochgradiges Laden und Entladen wiederholt werden, wenn die Menge des in der Schicht des aktiven Negative-Eiektrodenmateriais 243A enthaltenen Binders klein ist. Wenn sich die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A von dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A ablöst, ist der Transfer von elektrischer Ladung zwischen der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A und dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A unterbunden, was ein Grund für ein Anwachsen in einem Batteriewiderstand werden kann.
  • Daher gibt es ein widerstreitendes Problem mit der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A dahingehend, dass die Menge des Binders klein sein soll, aber dass die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A daran gehindert werden muss, sich von dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A abzulösen. Wie oben beschrieben, enthält der Bereich A1 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, das natürliche Graphit in einem größeren Anteil als die Bereiche A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen. Die Bereiche A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, enthalten das künstliche Graphit in einem größeren Anteil als der Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht.
  • In der vorliegenden Erfindung tragen die Bereiche A2 und A3 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, wenig insbesondere zu der Leistungscharakteristik insbesondere beim hochgradigen Laden und Entladen bei. Deswegen ist es wünschenswert, dass die Menge des Binders in den Bereichen A2 und A3 der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, erhöht wird. Das macht die Bindung zwischen der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A und dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A in den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials gegenüberstehen, stärker. Das macht es schwierig, die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A von dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241a abzulösen, ohne damit einen nachteiligen Effekt auf die Absorption der Lithium-Ionen in dem Bereich A1 zu verursachen, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht.
  • Dadurch, dass die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A (siehe 11) so ist, dass der Anteil von natürlichem Graphit in dem Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht, größer gemacht ist und der Anteil des künstlichen Graphits in den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, groß gemacht ist, ist es möglich, den Reaktionswiderstand in einer Niedrigtemperaturumgebung niedrig zu halten und auch das Kapazitätserhalteverhältnis nach einer Speicherung in einer Hochtemperaturumgebung hoch zu halten. In diesem Fall ist es wünschenswerter, dass die Menge des Binders in den Bereichen A2 und A3, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenüberstehen, größer gemacht ist als in dem Bereich A1, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials 223 gegenübersteht. Als ein Ergebnis kann die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A daran gehindert werden, sich von dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 241A abzulösen, und die Beständigkeit des Lithiumionenakkumulators 100A kann verbessert werden.
  • Ferner haben die vorliegenden Erfinder besondere Aufmerksamkeit auf die Klopfdichte der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikelin dem Fall verwendet, dass natürliches Graphit oder künstliches Graphit als die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel verwendet wird. Zum Beispiel schlagen die vorliegenden Erfinder für wünschenswerte aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel vor, die für die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A verwendet werden, dass die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel eine 150-fach-Klopfdichte gleich oder größer als 1 g/cm3 haben.
  • Dabei kann die 150-fach-Klopfdichte erhalten werden, indem die aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel in einen abgeschrägten Zylinder gegeben werden und gegen den abgeschrägte Zylinder mechanisch 150 Mal mit einem Klopfdichten-Tester geklopft wird, um das scheinbare Volumen der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel zu reduzieren. 16 zeigt die Beziehung zwischen der 150-fach-Klopfdichte und der Ablösestärke für aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel. 17 ist eine Ansicht, die ein 90-Grad-Ablösetestverfahren illustriert. Hier wurde die Ablösestärke gemäß dem 90-Grad-Ablösetestverfahren (JIS K 6854-1) gemessen.
  • Wie in 17 illustriert, wird in diesem Fall ein Klebeband 105 (Nr. 3303N), das durch Nitto Denko Corp. hergestellt wird, an die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 164 auf einer Seite einer Negative-Elektrodenschicht 166 befestigt, und eine Probe 120 wird in Dimensionen von Breite 15mm x Länge 120 mm ausgeschnitten. In der Probe 120 wird das Klebeband 105 um 40 mm von einem seiner Enden abgelöst. Als nächstes wird ein doppelseitiges Band (Nr. 501F), das durch Nitto Denko Corp. hergestellt wird, an dem Halter befestigt. Die Probe 120 wird an das doppelseitige Band 110 befestigt, sodass das Klebeband 105 mit der Oberseite nach unten platziert ist. Als nächstes wird der abgelöste 40 mm Anteil der Probe 120 an einer Spannvorrichtung 125 befestigt. Dann wird die Spannvorrichtung 125 mit 90 Grad in Bezug auf den Halter 115 gezogen, und eine Zugspannung wird zu der Zeit gemessen, wenn die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 164 von dem Negative-Elektrode-Stromkollektor 162 abgelöst wird. Eine universelle Testmaschine, die durch Minebea Co., Ltd. gemacht wird, wurde verwendet, um dis Spannvorrichtung 125 zu ziehen. Die Ziehgeschwindigkeit war 20 m/min. Die Ablösestärke N/m wurde durch Dividieren der erhaltenen Zuglast (N) durch die Breite (15 mm) der Probe 120 erhalten.
  • Nach dem Wissen, das durch die vorliegenden Erfinder erhalten wurde, ist die Ablösestärke für die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A, die in 9 und 10 gezeigt wird, hoch, wenn die 150-fach-Klopfdichte des aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikels größer oder gleich ungefähr 1 g/cm3 ist. Entsprechend ist es wünschenswert, aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel, die eine 150-fach-Klopfdichte von gleich oder größer als ungefähr 1 g/cm3 haben, bevorzugter gleich oder größer als 1,08 g/cm3 und noch bevorzugter gleich oder größer als 1,10 g/cm3 als die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243 des Lithiumionenakkumulators 100 zu verwenden, der oben beschrieben wurde. Das sichert eine angemessene Ablösestärke für die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A. Mit anderen Worten ist es wünschenswert, dass das natürliche Graphit oder das künstliche Graphit eine 150-fach-Klopfdichte von gleich oder größer als ungefähr 1 g/cm3, bevorzugter gleich oder größer als 1,08 g/cm3 und noch bevorzugter von gleich oder größer als 1,10 g/cm3 haben. Das ermöglicht es, eine ausreichende Ablösestärke für die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A zu erhalten und auch die Menge des in der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials 243A enthaltenen Binders zu reduzieren.
  • Oben wurde der Lithiumionenakkumulator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Der Lithiumionenakkumulator, der hierin offenbart ist, kann den Reaktionswiderstand selbst in einer Niedrigtemperaturumgebung von ungefähr -30°C niedrig halten. Daher ist es möglich, einen nichtwässrigen Elektrolytakkumulator wie z.B. einen Lithiumionenakkumulator bereitzustellen, der eine hohe Leistung selbst in einer Niedrigtemperaturumgebung erbringen kann. Ferner kann der Lithiumionenakkumulator das Nachspeicherkapazitätserhalteverhältnis selbst in einer Hochtemperaturumgebung von ungefähr 60°C hoch halten. Deswegen ist der Lithiumionenakkumulator 100A insbesondere für eine Fahrzeugantriebsbatterie geeignet, wie in 18 illustriert, die einen geringen Widerstand und eine hohe Kapazität in einer Vielzahl von Temperaturumgebungen benötigt. Hier kann die Fahrzeugantriebsbatterie 10 in der Form eines Batteriemoduls sein, in der eine Vielzahl von Lithiumionenakkumulatoren 100A in Reihe geschaltet sind. Beispiele eines Fahrzeugs 1000, das solch eine Fahrzeugantriebsbatterie als seine elektrische Leistungsquelle hat, kann Automobile, insbesondere Automobile mit einem Elektromotor, wie z.B. hybridelektrische Fahrzeuge und elektrische Fahrzeuge enthalten.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Fahrzeugsantriebsbatterie
    12
    Laufpfad
    14
    Elektrodenmaterialbeschichtungseinrichtung (Beschichtungseinrichtung)
    16
    Trocknungsofen
    32
    Zuführeinheit
    34
    Sammeleinheit
    34b
    Steuereinheit
    34c
    Motor
    41, 42
    Fließpassage
    43, 44
    Filter
    45
    Beschichtungseinheit
    46
    Hinterrolle
    47, 48
    Tank
    49, 50
    Pumpe
    60
    Ausformwerkzeug
    62
    Entladeanschluss
    62a
    Mittlerer Abschnitt
    62b1
    Entgegengesetzter Seitenabschnitt
    100, 100A
    Lithiumionenakkumulator
    105
    Klebeband
    110
    Doppelseitiges Band
    115
    Halter
    120
    Probe
    125
    Spannvorrichtung
    162
    Negative-Elektrode-Stromkollektor
    164
    Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials
    166
    Negative-Elektrodenschicht
    200,
    200A Gewickelte Elektrodenanordnung
    220
    Positive Elektrodenschicht
    221
    Positive-Elektrode-Stromkollektor
    222
    Unbeschichteter Abschnitt
    223
    Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials
    240, 240A
    Negative Elektrodenschicht
    241, 241A
    Negative-Elektrode-Stromkollektor
    242, 242A
    Unbeschichteter Abschnitt
    243, 243A
    Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials
    245
    Lücke
    262, 264
    Separator
    280
    Elektrolytlösung
    290
    Ladeeinrichtung
    300
    Batteriegehäuse
    320
    Gehäusehauptkörper
    340
    Deckel
    350
    Füllanschluss
    352
    Abdichtkappe
    360
    Sicherheitsventil
    420
    Elektrodenanschluss
    440
    Elektrodenanschluss
    610
    Aktive Positive-Elektrodenmaterialpartikel
    620
    Leitfähiger Stoff
    630
    Binder
    710
    Aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel
    730
    Binder
    1000
    Fahrzeug
    WL
    Wicklungsachse

Claims (9)

  1. Lithiumionenakkumulator (100, 100 A) mit: einem Positive-Elektrode-Stromkollektor (221); einer Schicht eines aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223), die auf dem Positive-Elektrode-Stromkollektor (221) gehalten wird; einem Negative-Elektrode-Stromkollektor (162, 241, 241A); und einer Schicht eines aktiven Negative-Elektrodenmaterials (164, 243, 243A), das auf dem Negative-Elektrode-Stromkollektor (162, 241, 241A) gehalten wird und so angeordnet ist, dass sie die Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) bedeckt, wobei die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials (164, 243, 243A) natürliches Graphit und künstliches Graphit als aktive Negative-Elektrodenmaterialpartikel (710) enthält, wobei die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials (164, 243, 243A) einen Bereich (A1) aufweist, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials (164, 243, 243A) einen Bereich (A2, A3) aufweist, der nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht, wobei der Bereich (A1), der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht, das natürliche Graphit in einem größeren Anteil als der Bereich (A2, A3) enthält, der nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht, und der Bereich (A2, A3), der nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht, das künstliche Graphit in einem größeren Anteil als der Bereich (A1) enthält, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht.
  2. Lithiumionenakkumulator (100, 100 A) nach Anspruch 1, wobei der Bereich (A1) der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials (164, 243, 243A), der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht, das natürliche Graphit in einem Gewichtsanteil von gleich oder größer als 90% des Gesamtgewichts des natürlichen Graphits und des künstlichen Graphits enthält.
  3. Lithiumionenakkumulator (100, 100 A) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bereich (A2, A3) der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials (164, 243, 243A), der nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht, das künstliche Graphit in einem Gewichtsanteil von gleich oder größer als 90% des Gesamtgewichts des natürlichen Graphits und des künstlichen Graphits enthält.
  4. Lithiumionenakkumulator (100, 100 A) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das natürliche Graphit einen R-Wert von 0,2 bis 0,6 und das künstliche Graphit einen R-Wert von 0,2 oder weniger hat, wie er durch Raman-Spektroskopie bestimmt wird.
  5. Lithiumionenakkumulator (100, 100 A) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verhältnis (Ra/Rb) eines durchschnittlichen R-Werts (Ra) und eines durchschnittlichen R-Werts (Rb) (Ra/Rb) ≥ 1,2 ist, wobei der durchschnittliche R-Wert (Ra) der Durchschnitt von R-Werten der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel (710) ist, die in dem Bereich (A1) der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials (164, 243, 243A) verwendet werden, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht, und der durchschnittliche R-Wert (Rb) der Durchschnitt von den R-Werten der aktiven Negative-Elektrodenmaterialpartikel (710) ist, die in dem Bereich (A2, A3) der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials (164, 243, 243A) verwendet werden, die nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht.
  6. Lithiumionenakkumulator (100, 100 A) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials (164, 243, 243A) einen Binder (730) enthält; und der Bereich (A2, A3) der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials (164, 243, 243A), der nicht der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht, den Binder (730) in einer größeren Menge als der Bereich (A1) der Schicht des aktiven Negative-Elektrodenmaterials (164, 243, 243A) enthält, der der Schicht des aktiven Positive-Elektrodenmaterials (223) gegenübersteht.
  7. Lithiumionenakkumulator (100, 100 A) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das natürliche Graphit zumindest teilweise mit einer amorphen Kohlenstoffschicht bedeckt ist.
  8. Batteriemodul mit einer Vielzahl von Lithiumionenakkumulatoren (100, 100 A) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Fahrzeugantriebsbatterie (10) mit dem Lithiumionenakkumulator (100, 100 A) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder dem Batteriemodul nach Anspruch 8.
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