DE112011105726T5 - Nichtwässrige Sekundärbatterie - Google Patents

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Machiko Abe
Koji Takahata
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Abstract

Eine nichtwässrige Sekundärbatterie 100A weist ein Negativelektrodenblatt 240A auf, in welchem eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A durch ein Negativelektrodenstromabnehmer 241A gehalten wird. Enthalten in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A ist ein Bindemittel 730, welches ein gummibasiertes Bindemittel oder ein Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist beinhaltet. Das gummibasierte Bindemittel oder das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, ist innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A in einem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A im Überschuss vorhanden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine nichtwässrige Sekundärbatterie.
  • In dieser Beschreibung bezieht sich „Sekundärbatterie” auf Batterien, welche im Allgemeinen mehrmals geladen werden können, und schließt so genannte elektrische Speichervorrichtungen, wie etwa Lithiumsekundärbatterien (typischerweise Lithiumionensekundärbatterien) und Nickelmetallhydridbatterien ein. Auch bezieht sich in dieser Beschreibung „Aktivmaterial” auf eine Substanz, welche reversibel die chemischen Spezies, die der Ladungsträger in der Sekundärbatterie wird (e. g. Lithiumionen in einer Lithiumionensekundärbatterie), interkalieren und deinterkalieren (typischerweise einlagern und herauslösen) kann. Zusätzlich bezieht sich „nichtwässrige Sekundärbatterie” auf eine Sekundärbatterie, in welcher ein nichtwässriger Elektrolyt (e. g. eine nichtwässrige Elektrolytlösung) als der Elektrolyt verwendet worden ist. Hintergrund
  • Die japanische Patentanmeldung Publikation Nr. 2008-84742 ( JP 2008-84742 A ) offenbart zum Beispiel einen spinnennetzartigen Film aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) auf der Oberfläche einer Elektrodenmischungsschicht. Gemäß dieser Publikation verhindert solch ein spinnennetzartiger Film aus PVDF das Bilden und Hineingelangen von Elektrodenbruchstücken in das Batterieinnere, das ermöglicht Lithiumionensekundärbatterien zu erhalten, die einen geringen Grad an Defekten und eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweisen.
  • Das heißt, gemäß der in dieser Publikation gemachten Veröffentlichung, haftet Elektrodenpulver an der Klebeoberfläche eines Bandes, das auf die Oberfläche der Elektrodenmischungsschicht angebracht worden ist, wenn es keinen PVDF-Film gibt, der auf der Oberfläche der Elektrodenmischungsschicht gebildet ist.
  • Wenn jedoch ein PVDF-Film vorhanden ist, der auf der Oberfläche der Elektrodenmischung gebildet ist, haftet das Elektrodenpulver nicht an dem Band, das auf die Elektrodenmischungsschichtoberfläche angebracht worden ist. Dementsprechend offenbart diese Publikation, dass die Elektrode nicht einfach abfallen kann, dies unterdrückt die Erzeugung von Elektrodenbruchstücken.
  • Zitierliste
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: JP-2008-84742 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In nichtwässrigen Sekundärbatterien wie etwa Lithiumionensekundärbatterien wird Verwendung von einer Negativelektrode gemacht, in welcher eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen enthält, durch einen negativen Elektrodenstromabnehmer gehalten wird. Insbesondere in Fällen, wo die Lithiumionensekundärbatterie als die Energiequelle für einen Motor, der die Antriebsräder eines Fahrzeugs (Fahrzeugantriebsbatterie) antreibt, verwendet wird, wird Entladung bei einer beträchtlich hohen Rate erforderlich. Ferner ist Hochratenladung erforderlich im Laden, das die Energiewiedergewinnung während des Bremsens nutzt. Im Hochratenentladen muss die Negativelektrodenaktivmaterialschicht eine große Menge an Lithiumionen unverzüglich deinterkalieren. Im Hochratenladen muss die Negativelektrodenaktivmaterialschicht in der Lage sein eine große Menge an Lithiumionen unverzüglich zu interkalieren.
  • Weil Fahrzeugantriebsbatterien auch im Freien gelassen werden, ist es wünschenswert, abhängig vom Klima und der Jahreszeit in der Region wo ein Fahrzeug verwendet wird, dass die benötigte Batteriefunktion in einem weiten Bereich an Temperaturumgebungen von Hochtemperaturen bis zu ungefähr 60°C bis Niedrigtemperaturen hinunter bis zu –30°C erzielt werden kann. Wie oben angemerkt, wird eine beträchtliche Menge an Lithiumionen wiederholt deinterkaliert und interkaliert innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht, wenn eine Fahrzeugantriebsbatterie mehrfach bei einer hohen Rate geladen und entladen wird. Jedoch erniedrigt sich, insbesondere in einer Niedrigtemperaturumgebung, die Reaktionsrate an Lithiumionendeinterkalation und -interkalation innerhalb dieser Negativelektrodenaktivmaterialschicht, welches ein die Batteriereaktionsrate limitierender Hauptfaktor ist.
  • Lösung des Problems
  • Die nichtwässrige Sekundärbatterie nach einer Ausführungsform der Erfindung weist einen Negativelektrodenstromabnehmer und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht auf, die durch den Negativelektrodenstromabnehmer gehalten ist. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet Negativelektrodenaktivmaterialteilchen und ein Bindemittel. Das Bindemittel enthält ein gummibasiertes Bindemittel oder ein Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist. Das gummibasierte Bindemittel oder das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, ist in einem Oberflächennahbereich der Negativelektrodenaktivmaterialschicht im Überschuss beinhaltet.
  • In dieser nichtwässrigen Sekundärbatterie beinhaltet der Oberflächennahbereich der Negativelektrodenaktivmaterialschicht eine überschüssige Menge an gummibasiertem Bindemittel oder einem Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist. Mit solch einem gummibasierten Bindemittel oder einem Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, kann die Reaktionsrate bei einem hohen Niveau aufrecht erhalten werden, wenn die chemischen Spezies, die als die Ladungsträger in der Sekundärbatterie dienen (e. g. Lithiumionen in einer Lithiumionensekundärbatterie), in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht deinterkalarien oder interkalarien. Als ein Resultat, kann insbesondere in einer Niedertemperaturumgebung von ungefähr –15°C das Widerstandsanstiegsverhältnis nach Laden-entlade-zyklen niedrig gehalten werden.
  • Hier ist der Oberflächennahbereich ein Bereich, der 1/4 der Dicke der Negativelektrodenaktivmaterialschicht von der Oberfläche davon ausmacht, es ist bevorzugt für das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in dem Oberflächennahbereich der Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet sind, eine kombinierte Massenkonzentration A aufzuweisen und für das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die sich von dem Oberflächennahbereich unterscheiden, beinhaltet sind eine kombinierte Massenkonzentration B aufzuweisen, sodass das Verhältnis A/B die Bedingung 2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8 erfüllt.
  • Das gummibasierte Bindemittel oder das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in dem Bindemittel beinhaltet sind, ist bevorzugt ein Bindemittel, das in einem wässrigen Lösungsmittel dispergierbar ist. Das Gummibindemittel kann zum Beispiel SBR sein. Das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, beinhaltet acrylische Bindemittel und Imidbindemittel. Hier ist das acrylische Bindemittel zumindest ein Bindemittel, das aus Polyethylenoxid und Polyethylen ausgewählt ist.
  • Bevorzugt weisen die Negativelektrodeaktivmaterialteilchen eine Klopfdichte nach 150 Mal Klopfen von zumindest 1 g/cm3 auf. Dies verbessert die Ablösefestigkeit der Negativelektrodenaktivmaterialschicht.
  • Diese nichtwässrige Sekundärbatterie ist bevorzugt als eine Lithiumionenbatterie konstruiert. Eine Mehrzahl solcher nichtwässrigen Sekundärbatterien kann kombiniert werden, um eine Batteriepackung zu konstruieren. Weil die obige nichtwässrige Sekundärbatterie und Batteriepackung in der Lage sind das Widerstandsanstiegsverhältnis in einer Niedrigtemperaturumgebung bei etwa –15°C niedrig zu halten, sind sie insbesondere gut geeignet zur Verwendung als Fahrzeugantriebsbatterien.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Struktur einer Lithiumionensekundärbatterie zeigt.
  • 2 ist ein Diagramm, das eine gewickelte Elektrodenanordnung für eine Lithiumionensekundärbatterie zeigt.
  • 3 ist eine Schnittansicht, die entlang III-III in 2 genommen ist.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht zeigt.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht zeigt.
  • 6 ist eine Seitenansicht, die die Schweißstelle zwischen einem unbeschichteten Bereich der gewickelten Elektrodenanordnung und einem Elektrodenpolkopf zeigt.
  • 7 ist eine schematische Ansicht, die den Zustand einer Lithiumionensekundärbatterie während des Ladens zeigt.
  • 8 ist eine schematische Ansicht, die den Zustand einer Lithiumionensekundärbatterie während des Entladens zeigt.
  • 9 ist ein Diagramm, das eine Lithiumionensekundärbatterie 100A nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 10 ist ein Diagramm, das die Struktur einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A in dieser Lithiumionensekundärbatterie 100A zeigt.
  • 11 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis A/B und dem Widerstandsanstiegsverhältnis (%) nach Ladeentlade-zyklen für die Testzellen von Proben A bis C zeigt.
  • 12 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Klopfdichte nach 150 Mal Klopfen der Negativelektrodeaktivmaterialteilchen und der Ablösefestigkeit zeigt.
  • 13 ist ein Diagramm, das das 90° ablöseartige Adhesivfestigkeitstestverfahren illustriert.
  • 14 ist eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs (Automobils), das mit einer nichtwässrigen Sekundärbatterie (Fahrzeugsantriebsbatterie) nach einer Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Zunächst wird ein Beispiel der Konstruktion einer Lithiumionensekundärbatterie als eine nichtwässrige Sekundärbatterie beschrieben. Dann wird mit geeignetem Bezug auf diese Beispielkonstruktion eine Lithiumionensekundärbatterie nach einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Bauteile und Merkmale, die die gleiche Funktion aufweisen, werden durch gleiche Symbole bezeichnet. Die Diagramme sind schematisch gezeichnet und geben nicht notwendigerweise die tatsächlichen Dimensionen wieder. Die Diagramme zeigen jeweils nur Beispiele und sind, soweit nicht anders angegeben, nicht limitierend für den Umfang der Erfindung.
  • 1 zeigt eine Lithiumionensekundärbatterie 100. Diese Lithiumionensekundärbatterie 100 weist, wie in 1 gezeigt, eine gewickelte Elektrodenanordnung 200 und ein Batteriegehäuse 300 auf. 2 ist ein Diagramm, das die gewickelte Elektrodenanordnung 200 zeigt. 3 zeigt einen Querschnitt, der entlang III-III in 2. genommen ist.
  • Die gewickelte Elektrodenanordnung 200 weist, wie in 2 gezeigt, ein Positivelektrodenblatt 220, ein Negativelektrodenblatt 240 und Separatoren 262 und 264 auf. Das Positivelektrodenblatt 220, das Negativelektrodenblatt 240 und die Separatoren 262 und 264 sind jeweils Streifen aus Blattmaterialien.
  • <<Positivelektrodenblatt 220>>
  • Das Positivelektrodenblatt 220 weist jeweils in der Form eines Streifens einen Positivelektrodenstromabnehmer 221 und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 223 auf. Bevorzugt kann eine Metallfolie geeignet für die Positivelektrode als der Positivelektrodenstromabnehmer 221 verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Streifen aus Aluminiumfolie mit einer Dicke von ungefähr 15 μm als der Positivelektrodenstromabnehmer 221 verwendet werden. Ein unbeschichteter Bereich 222 ist entlang der Kante auf einer Seite in der Breiterichtung des Positivelektrodenstromabnehmers 221 etabliert. In dem illustrierten Beispiel sind die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223, wie in 3 gezeigt, auf beiden Oberflächen des Positivelektrodenstromabnehmers 221 gehalten außer in dem unbeschichteten Bereich 222, der auf dem Positivelektrodenstromabnehmer 221 etabliert ist. Ein Positivelektrodenaktivmaterial ist in den Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 beinhaltet. Die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 sind durch Beschichten einer Positivelektrodenaktivmaterial-enthaltenden Positivelektrodenmischung auf dem Positivelektrodenstromabnehmer 221 gebildet.
  • <<Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 und Positivelektrodenaktivmaterialteilchen 610>>
  • 4 ist eine Querschnittsansicht des Positivelektrodenblatts 220. In 4 sind die Positivelektrodenaktivmaterialteilchen 610, das leitfähige Material 620 und das Bindemittel 630 innerhalb der Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 groß und schematisch gezeigt, um die Struktur der Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 klarzustellen. Die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 beinhalten, wie in 4 gezeigt, Positivelektrodenaktivmaterialteilchen 610, ein leitfähiges Material 620 und ein Bindemittel 630.
  • Eine Substanz in der Lage zur Verwendung als das Positivelektrodenaktivmaterial in einer Lithiumionensekundärbatterie kann als die Positivelektrodenaktivmaterialteilchen 610 verwendet werden. Illustrative Beispiele an Positivelektrodenaktivmaterialteilchen 610 beinhalten Lithiumübergangsmetalloxide wie etwa LiNiCoMnO2 (Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan gemischtes Oxid), LiNiO2 (Lithiumnickelat), LiCoO2 (Lithiumkobaltat), LiMn2O4 (Lithiummanganat) und LiFePO4 (Lithiumeisenphosphat). Hier weist LiMn2O4 zum Beispiel eine Spinellstruktur auf. Auch weist LiNiO2 oder LiCoO2 eine geschichtete Steinsalzstruktur auf. LiFePO4 weist zum Beispiel eine Olivinstruktur auf. Das LiFePO4 mit einer Olivinstruktur kann zum Beispiel Nanometer-Größenordnungs-Teilchen sein.
  • Alternativ kann das LiFePO4 mit einer Olivinstruktur zusätzlich mit einem Kohlenstofffilm beschichtet sein.
  • <<Leitfähiges Material 620>>
  • Das leitfähige Material 620 ist durch Kohlenstoffmaterialien wie etwa Kohlenstoffpulver und Kohlenstofffasern beispielhaft dargestellt. Das leitfähige Material 620 kann aus einer einzigen Art sein, die ausgewählt ist aus diesen leitfähigen Materialien, und allein verwendet werden oder kann aus zwei oder mehr Arten sein, die in Kombination verwendet werden. Das verwendete Kohlenstoffpulver kann zum Beispiel eines aus verschiedenen Kohlenstoffschwarzen (e. g. Acetylenschwarz, Ölofenschwarz, graphitiertes Kohlenstoffschwarz, Kohlenstoffschwarz, Graphit, Ketjenschwarz) sein oder kann ein Graphitpulver sein.
  • <<Bindemittel 630>>
  • Das Bindemittel 630 bindet die Positivelektrodenaktivmaterialteilchen 610 und die Teilchen des leitfähigen Materials 620 zusammen, welche in den Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 beinhaltet sind, oder bindet diese Teilchen mit dem Positivelektrodenstromabnehmer 221. Ein Polymer, welches in der Lage ist sich in dem verwendeten Lösungsmittel zu Lösen oder zu Dispergieren kann als solch ein Bindemittel 630 genutzt werden. Zum Beispiel kann in einer Positivelektrodenmischungszusammensetzung, die ein wässriges Lösungsmittel verwendet, bevorzugt Verwendung gemacht werden von Wasser-löslichen oder Wasser-dispergierbaren Polymeren, wie etwa celluloseartige Polymere (e. g. Carboxymethylcellulose (CMC), Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)), Polyvinylalkohol (PVA), Fluorkunststoffe (e. g. Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylencopolymere (FEP)), und Gummis (e. g. Vinylacetatcopolymere, Styrol-Butadiencopolymere (SBR) und acrylische säuremodifizierte SBR-Harze (SBR-Latex)). In einer Positivelektrodenmischungszusammensetzung, die ein nichtwässriges Lösungsmittel verwendet, kann bevorzugt Verwendung gemacht werden von einem Polymer (e. g. Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyacrylonitril (PAN)).
  • <<Verdickungsmittel, Lösungsmittel>>
  • Um die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 zu bilden wird eine Positivelektrodenmischung durch Zusammenmischen der oben beschriebenen Positivelektrodenaktivmaterialteilchen 610 und des leitfähigen Materials 620 innerhalb eines Lösungsmittels zubereitet, um eine Paste (Aufschlämmung) zu bilden, dann Beschichten der Mischung auf dem Positivelektrodenstromabnehmer 221 gefolgt durch Trocknen und Walzen. Gegenwärtig kann entweder ein wässriges Lösungsmittel oder ein nichtwässriges Lösungsmittel als das Lösungsmittel in der Positivelektrodenmischung verwendet werden. Ein bevorzugtes Beispiel eines nichtwässrigen Lösungsmittels ist N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP). Die Polymermaterialien, die oben als das Bindemittel 630 genannt sind, können verwendet werden, um nicht nur die Funktion eines Bindemittels aber auch die Funktionen eines Verdickungsmittels und anderer Additive in der Positivelektrodenmischung zu manifestieren.
  • Das Gewichtsverhältnis des Positivelektrodenaktivmaterials als ein Anteil der gesamten Positivelektrodenmischung ist im Allgemeinen bevorzugt zumindest ungefähr 50 Gew.-% (typischerweise von 50 bis 95 Gew.-%), und mehr bevorzugt von ungefähr 70 bis ungefähr 95 Gew.-% (e. g. von 75 bis 90 Gew.-%). Das Verhältnis des leitfähigen Materials als ein Anteil der gesamten Positivelektrodenmischung kann auf ungefähr 2 bis ungefähr 20 Gew.-% eingestellt sein; es ist im Allgemeinen bevorzugt dieses Verhältnis auf ungefähr 2 bis ungefähr 15 Gew.-% einzustellen. In der Zusammensetzung, in welcher Bindemittel verwendet wird, kann das Verhältnis an Bindemittel als ein Anteil an der gesamten Positivelektrodenmischung auf ungefähr 1 bis ungefähr 10 Gew.-% eingestellt sein; es ist im Allgemeinen bevorzugt dieses Verhältnis auf ungefähr 2 bis ungefähr 5 Gew.-% einzustellen.
  • <<Negativelektrodenblatt 240>>
  • Das Negativelektrodenblatt 240 weist, wie in 2 gezeigt, jeweils in der Form eines Streifens einen Negativelektrodenstromabnehmer 241 und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243 auf. Eine Metallfolie, geeignet für die Negativelektrode, kann vorteilhafter Weise als der Negativelektrodenstromabnehmer 241 verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Streifen aus Kupferfolie mit einer Dicke von ungefähr 10 μm als der Negativelektrodenstromabnehmer 241 verwendet sein. Ein unbeschichteter Bereich 242 ist entlang der Kante an einer Seite in der Breiterichtung des Negativelektrodenstromabnehmers 241 etabliert. Die Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 sind auf beiden Oberflächen des Negativelektrodenstromabnehmers 241 gebildet außer in dem unbeschichteten Bereich 242, der auf dem Negativelektrodenstromabnehmer 241 etabliert ist. Die Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 werden auf dem Negativelektrodenstromabnehmer 241 gehalten und beinhalten zumindest ein Negativelektrodenaktivmaterial. Die Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 werden durch Beschichtung einer Negativelektrodenaktivmaterial-enthaltenden Negativelektrodenmischung auf dem Negativelektrodenstromabnehmer 241 gebildet.
  • <<Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243>>
  • 5 ist eine Querschnittsansicht des Negativelektrodenblatts 240 in einer Lithiumionensekundärbatterie 100. Die Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 beinhalten, wie in 5 gezeigt, Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710, ein Verdickungsmittel (nicht gezeigt), ein Bindemittel 730 und ähnliches. In 5 sind die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 und das Bindemittel 730 innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 groß und schematisch gezeigt, um die Struktur der Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 klarzustellen.
  • <<Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710>>
  • Eine, zwei oder mehr Arten an Materialien, die bisher in Lithiumionensekundärbatterien verwendet wurden, können ohne besondere Limitierung als die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 verwendet werden. Solche Materialien werden durch teilchenartige Kohlenstoffmaterialien (Kohlenstoffteilchen) veranschaulicht, die zumindest in einem Abschnitt davon eine Graphitstruktur (Schichtstruktur) enthalten. Noch genauer kann das Negativelektrodenaktivmaterial natürlicher Graphit, natürlicher Graphit, der mit einem amorphen Kohlenstoffmaterial beschichtet ist, Graphit, nicht graphitierter Kohlenstoff (harter Kohlenstoff), graphitierbarer Kohlenstoff (weicher Kohlenstoff) oder ein Kohlenstoffmaterial, das eine Kombination davon ist, sein. Von diesen, ist in den Diagrammen ein Fall in welchem Lamellengraphit als das Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 verwendet wurde gezeigt, obwohl die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 nicht auf dieses illustrierte Beispiel limitiert sind.
  • Beispiele von anderen Negativelektrodenaktivmaterialien beinhalten Metallverbindungen (bevorzugt Metalloxide), in welchen Silizium, Germanium, Zinn, Blei, Aluminium, Gallium, Indium, Arsen, Antimon, Bismuth oder ähnliches als das konstituierende Metallelement dient. Alternativ kann Lithiumtitanoxid (LTO) als die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen verwendet sein. Das Negativelektrodenaktivmaterial, das aus einer Metallverbindung zusammengesetzt ist, kann in der Form von granularen Körpern von exzellenter Leitfähigkeit verwendet sein, die durch zum Beispiel kompletter Beschichtung der Oberfläche des Metalloxids mit einem Kohlenstofffilm erhalten sind. In diesem Fall muss kein leitfähiges Material in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet sein und der leitfähige Materialgehalt kann niedriger als in den gebräuchlichen Praktiken gesetzt sein. Zusätzliche Formen von solchen Negativelektrodenaktivmaterialien und Merkmalen davon, wie etwa die Teilchengröße, kann nach den benötigten Eigenschaften geeignet ausgewählt sein.
  • <<Verdickungsmittel, Lösungsmittel>>
  • Um die Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 zu bilden, wird eine Negativelektrodenmischung durch Zusammenmischen der oben beschriebenen Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 und des Bindemittels 730 innerhalb eines Lösungsmittels zubereitet, um eine Paste (Aufschlämmung) zu bilden, dann Beschichten der Mischung auf dem Negativelektrodenstromabnehmer 241, gefolgt durch Trocknen und Walzen. Gegenwärtig kann entweder ein wässriges Lösungsmittel oder ein nichtwässriges Lösungsmittel als das Lösungsmittel in der Negativelektrodenmischung verwendet werden. Ein bevorzugtes Beispiel eines nichtwässrigen Lösungsmittels ist N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP). Die oben beispielhaft als das Bindemittel 630 für die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 (siehe 4) beschriebenen Polymermaterialien können als das Bindemittel 730 verwendet werden. Auch können die Polymermaterialien, die oben beispielhaft als das Bindemittel 630 für die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 beschrieben sind, verwendet werden, um nicht nur die Funktion eines Bindemittels aber auch die Funktion eines Verdickungsmittels und anderer Additive in der Positivelektrodenmischung oder Negativelektrodenmischung zu manifestieren.
  • <<Separatoren 262, 264>>
  • Die Separatoren 262, 264 sind, wie in 1 und 2 gezeigt, Komponenten, welche das Positivelektrodenblatt 220 und das Negativelektrodenblatt 240 separieren. In diesem Beispiel sind die Separatoren 262, 264 Streifen aus Blattmaterial von vorherbestimmter Breite, welche eine Mehrzahl an kleinen Poren aufweisen. Separatoren, welche eine Einfachschichtkonstruktion oder eine Mehrfachschichtkonstruktion aufweisen und aus zum Beispiel einem porösen Polyolefinharz zusammengesetzt sind, können als die Separatoren 262, 264 verwendet werden. In diesem Beispiel, wie in 2 und 3 gezeigt, weisen die Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 eine Breite b1 auf, welche ein wenig breiter als die Breite a1 der Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 ist. Zusätzlich weisen die Separatoren 262, 264 jeweils Breiten c1, c2 auf, welche ein wenig breiter als die Breite b1 der Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 (c1, c2 > b1 > a1) ist.
  • In der Ausführungsform, die in 1 und 2 gezeigt ist, sind die Separatoren 262, 264 aus blattähnlichen Bauteilen zusammengesetzt. Die Separatoren 262, 264 sind Bauteile, welche beides, isolieren zwischen den Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 und den Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243, und auch die Bewegung von Elektrolyt dort dazwischen erlauben. Deshalb sind diese nicht limitiert auf blattähnliche Bauteile. Anstatt blattähnlicher Bauteilen können die Separatoren 262, 264 jeweils aus zum Beispiel einer Schicht aus Teilchen mit elektrisch isolierenden Eigenschaften zusammengesetzt sein, die auf der Oberfläche der Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 oder der Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 gebildet worden ist. Hier können die elektrisch isolierenden Teilchen aus einem elektrisch isolierenden anorganischen Füllstoff (e. g. ein Füllstoff wie etwa Metalloxid oder ein Metallhydroxid) zusammengesetzt sein oder können elektrisch isolierende Harzteilchen (e. g. Teilchen aus zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen oder ähnlichem) sein.
  • In dieser gewickelten Elektrodenanordnung 200, wie in 2 und 3 gezeigt, sind das Positivelektrodenblatt 220 und das Negativelektrodenblatt 240 aufeinander angeordnet mit den Separatoren 262, 264 dort dazwischen zwischengeschaltet, sodass die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 den Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 gegenüberstehen. Noch genauer sind in der gewickelten Elektrodenanordnung 200 das Positivelektrodenblatt 220, das Negativelektrodenblatt 240 und die Separatoren 262, 264 als Schichten übereinander in der folgenden Reihenfolge angeordnet: Positivelektrodenblatt 220, Separator 262, Negativelektrodenblatt 240, Separator 264.
  • Ferner stehen sich zu diesem Zeitpunkt die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 und die Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 gegenüber mit den Separatoren 262, 264 dort dazwischen zwischengeschaltet. Auch ragt ein Abschnitt des Positivelektrodenstromabnehmers 221, auf welchem die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 nicht gebildet sind (unbeschichteter Bereich 222), auf einer Seite des Abschnitts des Positivelektrodenstromabnehmers 221 hervor, wo die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 den Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 gegenüberstehen. Ein Abschnitt des Negativelektrodenstromabnehmers 241, auf welchem die Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 nicht gebildet worden sind (unbeschichteter Bereich 242), ragt auf einer Seite gegenüber von der, wo dieser unbeschichteter Bereich 222 hervorragt, hervor.
  • <<Batteriegehäuse 300>>
  • In diesem Beispiel ist das Batteriegehäuse 300, wie in 1 gezeigt, ein so genanntes prismatisches Batteriegehäuse und weist einen Containerkörper 320 und einen Deckel 340 auf. Der Containerkörper 320 ist ein flacher schachtelähnlicher Container in der Form eines Vierkantrohrs, das auf dem Boden geschlossen ist und auf einer Seite (der oberen Seite) offen ist. Der Deckel 340 ist ein Bauteil, welches an der Öffnung auf der Oberseite des Containerkörpers 320 angebracht ist, und dient zum Schließen der Öffnung.
  • In Sekundärbatterien für die Installation in Fahrzeugen ist es wünschenswert, dass die Gewicht-zu-Energie-Effizienz der Batterie (Batteriekapazität pro Gewichtseinheit) erhöht ist, um die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern. Dementsprechend, wird in dieser Ausführungsform ein leichtgewichtiges Metall, wie etwa Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, für den Containerkörper 320 und den Deckel 340 verwendet, welches das Batteriegehäuse 300 ausmacht. Wenn man so verfährt, kann die Gewicht-zu-Energie-Effizienz erhöht werden.
  • Das Batteriegehäuse 300 weist einen flachen rechteckigen inneren Raum auf, der als der Raum zum Beherbergen der gewickelten Elektrodenanordnung 200 dient. Wie in 1 gezeigt, ist der flache innere Raum des Batteriegehäuses 300 ein wenig breiter als die Breite der gewickelten Elektrodenanordnung 200. In dieser Ausführungsform weist das Batteriegehäuse 300 einen Containerkörper 320 in der Form eines Vierkantrohrs, das am Boden verschlossen ist, und einen Deckel 340, welcher die Öffnung in dem Containerkörper 320 schließt, auf. Auch sind Elektrodenklemmen 420, 440 an den Deckel 340 des Batteriegehäuses 300 angebracht. Die Elektrodenklemmen 420, 440 reichen durch das Batteriegehäuse 300 (Deckel 340) und treten außerhalb des Batteriegehäuses 300 hervor. Zusätzlich sind ein Elektrolytinjektionsloch 350 und ein Sicherheitsventil 360 in dem Deckel 340 bereitgestellt.
  • Wie in 2 gezeigt, wurde die gewickelte Elektrodenanordnung 200 unter einer angewendeten Kraft in einer Richtung senkrecht zu der Wicklungsachse WL gebogen und verflacht. In dem in 2 gezeigten Beispiel, sind der unbeschichtete Bereich 222 des Positivelektrodenstromabnehmers 221 und der unbeschichtete Bereich 242 des Negativelektrodenstromabnehmers 241 auf beiden Seiten von jeweils den Separatoren 262, 264 helikal freigelegt. Wie in 6 gezeigt, sind in dieser Ausführungsform die mittleren Abschnitte 224, 244 der unbeschichteten Bereiche 222, 242 zusammengerafft und an die Spitzen 420a, 440a der Elektrodenklemmen 420, 440 geschweißt. Gegenwärtig, aufgrund von Unterschieden in den jeweiligen Materialien, wird eine Technik, wie etwa Ultraschallschweißen, verwendet, um die Elektrodenklemme 420 mit dem Positivelektrodenstromabnehmer 221 zu verschweißen, und eine Technik, wie etwa Widerstandsschweißen, verwendet, um die Elektrodenklemme 440 mit dem Negativelektrodenstromabnehmer 241 zu verschweißen. 6 ist eine Seitenansicht, die die Schweißstellen zwischen dem mittleren Abschnitt 224 (244) eines unbeschichteten Bereichs 222 (242) der gewickelten Elektrodenanordnung 200 und einer Elektrodenklemme 420 (440) zeigt, und ist eine Querschnittsansicht, die entlang VI-VI in 1 genommen ist.
  • Die gewickelte Elektrodenanordnung 200 ist in dem gebogenen und verflachten Zustand an die Elektrodenklemmen 420, 440 angebracht, welche an den Deckel 340 fixiert worden sind. Diese gewickelte Elektrodenanordnung 200 ist, wie in 1 gezeigt, in dem flachen internen Raum des Containerkörpers 320 beherbergt. Nachdem die gewickelte Elektrodenanordnung 200 darin platziert worden ist, ist der Containerkörper 320 mit dem Deckel 340 verschlossen worden. Das Gelenk 322 (siehe 1) zwischen dem Deckel 340 und dem Containerkörper 320 ist verschweißt und durch Laserschweißen oder ähnlichem versiegelt. In diesem Beispiel ist die gewickelte Elektrodenanordnung 200 innerhalb des Batteriegehäuses 300 durch die Elektrodenklemmen 420, 440 positioniert, die an den Deckel 340 (Batteriegehäuse 300) fixiert worden sind.
  • <<Elektrolytlosung>>
  • Als nächstes wird eine Elektrolytlösung in das Batteriegehäuse 300 durch das Elektrolytinjektionsloch 350 injiziert, das in dem Deckel 340 bereitgestellt ist. Diese Elektrolytlösung ist eine nichtwässrige Elektrolytlösung, das heißt eine Elektrolytlösung, in welcher Wasser nicht als das Lösungsmittel dient. Zum Beispiel kann die verwendete Elektrolytlösung eine sein, die durch Beinhalten von LiPF6 bis zu einer Konzentration von etwa 1 mol/L innerhalb eines gemischten Lösungsmittels aus Ethylencarbonat und Diethylcarbonat (wie etwa einer Mischung von diesen Lösungsmitteln in einem Volumenverhältnis von ungefähr 1:1) erhalten ist. Nachdem die Elektrolytlösung injiziert worden ist, ist eine Verschlusskappe 352, die aus Metall gemacht ist, auf das Elektrolytinjektionsloch 350 angebracht (wie etwa durch Schweißen) worden, dadurch Versiegeln des Batteriegehäuses 300. Die Elektrolytlösung ist nicht auf die hier durch Erläuterung genannte Elektrolytlösung limitiert. Zum Beispiel können hier nichtwässrige Elektrolytlösungen, die bisher in Lithiumsekundärbatterien verwendet worden sind, geeignet als die Elektrolytlösung verwendet werden.
  • <<Poren>>
  • Die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 weisen kleine Lücke 225 (siehe 4) auf, welche auch Kavitäten zwischen dem Positivelektrolytaktivmaterialteilchen 610, Teilchen des leitfähigen Materials 620 und ähnlichem genannt werden können. Die Elektrolytlösung (nicht gezeigt) ist in der Lage in diese kleinen Lücken in den Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 zu infiltrieren. Ähnlich weisen die Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 kleine Lücken 245 (siehe 5) auf, welche auch Kavitäten zwischen zum Beispiel den Positivelektrolytaktivmaterialteilchen 710 genannt werden können. Diese Lücken 225, 245 (Kavitäten) werden hier geeigneter Weise als „Poren” bezeichnet. In der gewickelten Elektrodenanordnung 200, die in 2 gezeigt ist, sind die unbeschichteten Bereiche 222, 242 helikal auf beiden Seiten entlang der Wicklungsachse WL gewickelt. Die Elektrolytlösung ist in der Lage durch Lücken in den unbeschichteten Bereichen 222, 242 auf beiden Seiten 252, 254 entlang dieser Wicklungsachse WL zu infiltrieren. Die Elektrolytlösung penetriert dadurch überall in die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 223 und die Negativelektrodenaktivmaterialschichten 243 zu dem Inneren der Lithiumionensekundärbatterie 100.
  • <<Gas-Belüftungswege>>
  • In diesem Beispiel ist der flache innere Raum des Batteriegehäuses 300 ein wenig breiter als die gewickelte Elektrodenanordnung 200, welche verflacht worden ist. Auf beiden Seiten der gewickelten Elektrodenanordnung 200 sind Lücken 310, 312 zwischen der gewickelten Elektrodenanordnung 200 und dem Batteriegehäuse 300 bereitgestellt. Diese Lücken 310, 312 dienen als Wege zum Belüften von Gasen. In Fällen wo eine Überladung aufgetreten ist, wird zum Beispiel die Temperatur der Lithiumionensekundärbatterie 100 abnormal hoch, daraufhin zersetzt sich die Elektrolytlösung und eine abnormale Generierung von Gas kann auftreten. In dieser Ausführungsform, bewegen sich solche abnormal generierten Gase in Richtung des Sicherheitsventils 360 durch Passieren durch die Lücken 310, 312 zwischen der gewickelten Elektrodenanordnung 200 und dem Batteriegehäuse 300 auf beiden Seiten der gewickelten Elektrodenanordnung 200 und werden durch das Sicherheitsventil 360 abgeführt an das Äußere des Batteriegehäuses 300.
  • In dieser Lithiumionensekundärbatterie 100 sind der Positivelektrodenstromabnehmer 221 und der Negativelektrodenstromabnehmer 241 elektrisch über die Elektrodenklemmen 420, 440, welche durch das Batteriegehäuse 300 passieren, zu einer externen Vorrichtung verbunden. Der Betrieb der Lithiumionensekundärbatterie 110 während Ladens und Entladens wird unten beschrieben.
  • <<Betrieb während Ladens>>
  • 7 zeigt schematisch den Zustand während des Ladens der Lithiumionensekundärbatterie 100. Während des Ladens, wie in 7 gezeigt, sind die Elektrodenklemmen 420, 440 der Lithiumionensekundärbatterie 100 (siehe 1) zu einem Ladegerät 290 verbunden. Aufgrund der Wirkung des Ladergeräts 290 während des Ladens werden Lithiumionen (Li) in die Elektrolytlösung 280 von dem Positivelektrodenaktivmaterial innerhalb der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 223 freigesetzt. Zur gleichen Zeit werden elektrische Ladungen von der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 223 freigesetzt. Die Ladungen, die freigesetzt worden sind, passieren durch das leitfähige Material (nicht gezeigt) und werden an den Positivelektrodenstromabnehmer 221 gesendet, von welchem sie dann durch das Ladegerät 290 passieren und zu dem Negativelektrodenblatt 240 gesendet werden. Die Ladungen werden an dem Negativelektrodenblatt 240 gesammelt zusammen mit welchen Lithiumionen (Li) innerhalb der Elektrolytlösung 280 durch das Negativelektrodenaktivmaterial innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243 absorbiert und gespeichert werden.
  • <<Betrieb während des Entladens>>
  • 8 zeigt schematisch den Zustand während des Entladens der Lithiumionensekundärbatterie 100. Während des Entladens, wie in 8 gezeigt, werden elektrische Ladungen von dem Negativelektrodenblatt 240 zu dem Positivelektrodenblatt 220 gesendet, entlang mit welchem Lithiumionen, die in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243 gespeichert worden sind, in die Elektrolytlösung 280 freigesetzt werden. Auch werden bei der positiven Elektrode Lithiumionen innerhalb der Elektrolytlösung 280 in das Positivelektrodenaktivmaterial innerhalb der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 223 aufgenommen.
  • Lithiumionen bewegen sich dann zwischen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 223 und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243 durch Passieren durch die Elektrolytlösung 280 während Ladens und Entladens der Lithiumionensekundärbatterie 100 zurück und vorwärts. Auch werden während Ladens elektrische Ladungen von dem Positivelektrodenaktivmaterial zu dem Positivelektrodenstromabnehmer 221 durch Passieren durch das leitfähige Material gesendet. Im Gegensatz dazu werden während des Entladens elektrische Ladungen zu dem Positivelektrodenstromabnehmer 221 zu dem Positivelektrodenaktivmaterial durch Passieren durch das leitfähige Material zurückgeführt.
  • Es wird angenommen, dass gleichmäßigere Bewegung von Lithiumionen und gleichmäßigere Bewegung von Elektronen während des Ladens effizientes und schnelles Laden ermöglicht. Gleichmäßigere Bewegung von Lithiumionen und gleichmäßigere Bewegung von Elektronen während des Entladens wird angenommen den Batteriewiderstand zu erniedrigen, den Zustand an Entladung zu erhöhen und den Batteriestrom zu erhöhen.
  • <<Andere Batteriekonfigurationen>>
  • Oben wurde ein Beispiel einer Lithiumionensekundärbatterie beschrieben, obwohl die Lithiumsekundärbatterie nicht auf die vorangegangene Konfiguration limitiert ist. Auch können Elektrodenblätter, die durch ähnliche Beschichtung einer Elektrodenmischungen auf einer Metallfolie erhalten sind, in verschiedenen anderen Batteriekonfigurationen verwendet werden. Zum Beispiel beinhalten andere bekannte Batteriekonfigurationen zylindrische Batterien und laminierte Batterien. Zylindrische Batterien sind Batterien, in welchen die gewickelte Elektrodenanordnung in einem zylindrischen Batteriegehäuse beherbergt ist. Laminierte Batterien sind Batterien, in welchen das Positivelektrodenblatt und das Negativelektrodenblatt zusammen mit einem Separator dazwischen laminiert sind.
  • Eine Lithiumsekundärbatterie wird unten als eine nichtwässrige Sekundärbatterie nach einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung, werden Bauteile und Abschnitte, die dieselben Funktionen wie in der oben beschriebenen Lithiumsekundärbatterie 100 aufweisen, durch gleiche Symbole dargestellt und Bezug wird falls notwendig zu dem Diagramm der oben beschriebenen Lithiumsekundärbatterie 100 gemacht.
  • <<Lithiumsekundärbatterie 100A>>
  • 9 zeigt eine Lithiumionensekundärbatterie 100A, die als eine Ausführungsform der nichtwässrigen hierin offenbarten Sekundärbatterie dient. 10 zeigt die Struktur der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A in dieser Lithiumionensekundärbatterie 100A.
  • Wie in 9 gezeigt, weist die Lithiumionensekundärbatterie 100A ein Negativelektrodenstromabnehmer 241A und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A auf, die durch den Negativelektrodenstromabnehmer 241A gehalten ist. Wie in 10 gezeigt, beinhaltet die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 und ein Bindemittel 730. In dieser Ausführungsform beinhaltet das Bindemittel 730 ein gummibasiertes Bindemittel oder ein Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist (e. g. ein acrylisches Bindemittel oder ein Imidbindemittel). Zusätzlich ist das gummibasierte Bindemittel oder das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A in einem Oberflächennahbereich der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A im Überschuss beinhaltet. Mit solch einer nichtwässrigen Sekundärbatterie kann die Reaktionsrate von Lithiumionendeinterkalation und -interkalation in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A hoch gehalten werden. Dies ermöglicht es das Widerstandsanstiegsverhältnis nach Laden-Entladen-Zyklen in einer Niedertemperaturumgebung bei etwa –15°C niedrig zu halten. Hier wird unten die obige nichtwässrige Sekundärbatterie im Detail erklärt.
  • <<Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A>>
  • Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A beinhaltet ein gummibasiertes Bindemittel oder ein Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist (e. g. acrylisches Bindemittel, Imidbindemittel). Ein Beispiel eines gummibasierten Bindemittels ist Styrol-Butadiengummi (SBR). Beispiele von acrylischen Bindemitteln beinhalten Polyethylenoxid (PEO) und Polyethylen (PE). SBR, PEO und PE sind alle Bindemittel, welche in einem wässrigen Lösungsmittel dispergierbar sind. Das Imidbindemittel kann ein Imidbindemittel sein, das in der Lage ist als das Bindemittel in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A einer nichtwässrigen Sekundärbatterie verwendet zu werden. Solche Imidbindemittel werden durch Polyamid-Imide veranschaulicht.
  • In dieser Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, ist das Bindemittel 730, welches ein gummibasiertes Bindemittel oder ein Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, ist, in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A im Überschuss beinhaltet. Das heißt, in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A ist die Massenkonzentration an gummiartigen Bindemittel oder Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, größer als in anderen Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A.
  • Hier ist der Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A als ein Bereich definiert, der 1/4 der Dicke der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A von der Oberfläche davon ausmacht. Das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A beinhaltet sind, weisen eine kombinierte Massenkonzentration A auf und das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in Abschnitten von der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A, die sich von dem Oberflächennahbereich A1 unterscheiden, beinhaltet sind, weisen eine kombinierte Massenkonzentration B auf, sodass das Verhältnis A/B von ungefähr 2,0 bis ungefähr 3,8 (2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8) ist.
  • In dieser Lithiumionensekundärbatterie 100A ist also das gummibasierte Bindemittel oder das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, überproportional in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A verteilt. Wie oben genannt, ist wenn der Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A als ein Bereich definiert ist, der 1/4 der Dicke der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A von der Oberfläche davon ausmacht, das Verhältnis A/B der kombinierten Massenkonzentration A des gummibasierten Bindemittels und des Harzes, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A beinhaltet sind, zu der kombinierten Massenkonzentration B des gummibasierten Bindemittels und des Harzes, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A, die sich von dem Oberflächennahbereich A1 unterscheiden, beinhaltet sind, ungefähr 2,0 bis ungefähr 3,8. Dieses bedeutet, dass das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A in einem beträchtlichen Überschuss vorhanden sind, welcher von ungefähr 2 Mal bis ungefähr 3,8 Mal dem Niveau in Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A, die sich von dem Oberflächennahbereich A1 unterscheiden, ist.
  • In der Lithiumionensekundärbatterie 100A, wie oben angezeigt, sind das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, äußerst überproportional in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A vorhanden. Deshalb kann die Reaktionsrate an Lithiumionendeinterkalation und -interkalation in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A hoch gehalten werden. Insbesondere in einer Niedrigtemperaturumgebung bei etwa –15°C kann der Widerstand der Lithiumionensekundärbatterie 110A in Anwendungen, wo Laden und Entladen kontinuierlich bei einer hohen Rate wiederholt wird, niedrig gehalten werden.
  • Die Erfinder vermuten das Folgende bezüglich dieses Effekts.
  • Gewöhnlicherweise sind das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, nicht zu einem hohen Maß überproportional in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A, wie oben beschrieben, vorhanden. In diesem Fall sind die Stellen, wo Lithiumionen deinterkalieren und interkalieren, nicht einheitlich an der Oberfläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243 (siehe 7 oder 8) vorhanden. Das heißt, Stellen, wo Lithiumionen mit relativer Einfachheit deinterkalieren und interkalieren, und Stellen, wo Lithiumionen mit relativer Schwierigkeit deinterkalieren und interkalieren, sind beide vorhanden an der Oberfläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A. Solch ein gegebener Mangel an Gleichförmigkeit in der Interkalation und Deinterkalation von Lithiumionen an der Oberfläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A tritt dort in gleicher Weise in der gegenüberliegenden Positivelektrodenaktivmaterialschicht 223 (siehe 7 oder 8) auf, beide Stellen wo die Batteriereaktion mit relativer Einfachheit voranschreitet und Stellen wo die Batteriereaktion mit relativer Schwierigkeit voranschreitet. Des Weiteren, wenn ein Mangel an Gleichmäßigkeit in der Interkalation und Deinterkalation von Lithiumionen an der Oberfläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A vorhanden ist, wird dies ein Faktor im Widerstandsanstiegsverhältnis der gesamten Batterie. Es ist nicht genau bekannt, was den Mangel an Gleichmäßigkeit in der Interkalation und Deinterkalation von Lithiumionen an der Oberfläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243 bewirkt.
  • In der Lithiumionensekundärbatterie 100A, die oben beschrieben ist, sind das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, sehr überproportional in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A vorhanden. In diesem Fall ist der Fluss an Lithiumionen, welche von den Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 in die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A deinterkalieren, durch das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, verbessert, welche sehr überproportional in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A vorhanden sind. Auch scheinen die Punkte, an denen die Lithiumionen interkaliert werden, im Allgemeinen gleichmäßig an der Oberfläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A verteilt zu sein. Der Mangel an Gleichmäßigkeit in der Interkalation und Deinterkalation an Lithiumionen an der Oberfläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A ist dadurch beseitigt und die Interkalation und Deinterkalation an Lithiumionen schreitet mit relativer Gleichmäßigkeit an der Oberfläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A voran. Wenn die Interkalation und Deinterkalation an Lithiumionen mit allgemeiner Gleichmäßigkeit an der Oberfläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A durchgeführt wird schreiten auch die Batteriereaktionen mehr gleichmäßig in der gegenüberliegenden Positivelektrodenaktivmaterialschicht 223 (siehe 7 oder 8) voran, welches im Gegenzug den Widerstand der Batterie als ein Ganzes ermöglicht niedrig gehalten zu werden. Dies ist in jedem Fall das, was die Erfinder denken, das passiert.
  • Um die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A zu bilden, wird eine Negativelektrodenmischung durch zum Beispiel Zusammenmischen von Negativaktivmaterialteilchen 710 und einem Bindemittel 730 innerhalb eines Lösungsmittels zubereitet, um eine Paste (Aufschlämmung) zu bilden, Beschichten der Mischung auf dem Negativelektrodenstromabnehmer 241, dann Trocknen und Walzen. In diesem Bildungsverfahren tritt Migration in dem Trocknungsschritt auf. Aufgrund von Migration bewegt sich das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, etwas zu dem Oberflächennahbereich A1 der Elektrodenaktivmaterialschicht 243A. Allgemein jedoch erzielen das Gummibindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, nicht in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A ein Niveau an von ungefähr 2 mal bis ungefähr 3,8 mal des Niveaus dieser Bestandteile in anderen Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A.
  • In dieser Ausführungsform wird eine Negativelektrodenmischung durch Zusammenmischen der Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 und des Bindemittels 730 innerhalb eines Lösungsmittels zubereitet, um eine Paste (Aufschlämmung) zu bilden. Hier wurde ein wässriges Lösungsmittel als das Lösungsmittel verwendet und die Menge an Lösungsmittel war relativ groß bezüglich der Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 und des Bindemittels 730. Des Weiteren wurde in dem Trockenschritt eine hohe Trocknungstemperatur verwendet. Dies vereinfachte die Migration und stellte das Niveaus an gummibasiertem Bindemittel und Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialsschicht 243A auf ungefähr 2 mal bis ungefähr 3,8 mal des Niveaus in anderen Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A ein.
  • Noch genauer wurde in dieser Ausführungsform das Masseverhältnis unter den Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710, CMC als Verdickungsmittel und dem Bindemittel 730 auf Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710:CMC:Bindemittel 730 = 98:1:1 gesetzt. Pures Wasser wurde als das Lösungsmittel für die Negativelektrodenmischung zugegeben. In diesem Fall wurde die zu beschichtende Negativelektrodenmischung unter Verwendung eines Viskositätsmessinstruments eines Brookfield-Viskosimeters eingestellt, die Viskosität der Negativelektrodenmischung bei Raumtemperatur (hier 25°C) wird ungefähr 3000 mPa·s (20 rpm). Auch in dem Trocknungsschritt wurde die Migration durch sofortiges Platzieren der Negativelektrodenmischung nach Beschichtung in eine Trocknungsatmosphäre unterstützt.
  • Des Weiteren wurde die Migration hier stark verstärkt, das das Niveau an gummibasierten Bindemittelharz und des Harzes, das eine Bindemittelfunktion aufweist, in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A auf ungefähr 2 mal bis ungefähr 3,8 mal des Niveaus, wie in anderen Bereichen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A, bringt. Die Bildung der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A ist nicht auf dieses Verfahren limitiert.
  • Hier wurde ein Verfahren, das die Migration stark verstärkt, als das Verfahren zum Bilden der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A genannt, aber das Verfahren zum Bilden der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A ist nicht auf dieses Verfahren limitiert. Ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Bilden der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A schließt ein mehrmaliges Aufbringen der Negativelektrodenmischung (in anderen Worten zumindest 2-mal) ein. In solch einem Fall, ist es wünschenswert, dass der Anteil an gummibasiertem Bindemittel und Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, in der Negativelektrodenmischung, welche das zweite und weitere Male aufgebracht wird und in dem Oberflächennahbereich der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A gebildet werden kann, größer gemacht wird.
  • Infolgedessen wurden das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, in dieser Ausführungsform in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A auf ein Niveau von ungefähr 2 mal bis ungefähr 3,8 mal dessen in anderen Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A gesetzt.
  • Um zu bestimmen, wie das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A verteilt sind, ist es hier vorteilhaft die Verwendung von EDX-Analyse (energiedispersive Röntgenspektroskopie oder „EDAX”) zu gebrauchen, basierend auf einem sektionalen Rasterelektronenmikroskop (REM) Bild der gebildeten Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A. Basierend auf dieser Technik ist es möglich zu identifizieren, wie das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A verteilt sind.
  • Zum Beispiel in einem Fall, in dem SBR als ein gummibasiertes Bindemittel in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A beinhaltet ist, wird das SBR zunächst mit Brom (Br) eingefärbt, gefolgt von bestimmen durch energiedispersive Röntgenstrahlanalyse wie die Verteilung an Br innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A ist. Dadurch ist es möglich zu ermitteln, wie SBR innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A verteilt ist.
  • Der hier verwendete energiedispersive Röntgenanalysierer (EDX-Analysierer) war ein von Shimadzu Corporation hergestellter MACHS 200.
    • • Beschleunigungsspannung: 15 kV
    • • Arbeitsdistanz (WD): ungefähr 10 mm
    • • Probenstrom: 60 nA bis 70 nA
    • • Vergrößerung: 1000x
  • Die Verteilung von nicht nur SBR sondern auch von Bindemittel innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht kann durch EDX-Analyse bestimmt werden. Hier ist A die kombinierte Massekonzentration des gummibasierten Bindemittels und des Harzes, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A beinhaltet sind, und ist B die kombinierte Massekonzentration der gummibasierten Bindemittel und des Harzes, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A, die sich von dem Oberflächennahbereich A1 unterscheiden, beinhaltet sind; das Verhältnis A/B sollte von ungefähr 2,0 bis ungefähr 3,8 (2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8) sein. Auf diese Art und Weise ist es zum Beispiel möglich das Widerstandsanstiegsverhältnis nach Lade-entlade-zyklen niedrig zuhalten, in welchen Laden und Entladen kontinuierlich wiederholt werden.
  • <<Testzelle>>
  • Testzellen mit verschiedenen A/B-Verhältnissen wurden fabriziert. Das Widerstandsanstiegsverhältnis nach gegebenen Ladungs-/Entladungszyklen (Lade-entlade-zyklen) wurde für jede Testzelle evaluiert. Die Testzellen wurden als Typ 18650-Zellen konstruiert. Zusätzlich wurden Proben A bis C mit verschiedenen Negativelektrodenaktivmaterialschichtstrukturen für die Testzellen zubereitet. Probe A wird unten Beschrieben und Proben B und C werden auch der Reihe nach beschrieben.
  • <<Positivelektrode von Testzellen>>
  • Eine Positivelektrodenmischung wurde zur Verwendung im Bilden der Positivelektrodenaktivmaterialschicht in der Positivelektrode zubereitet. In der Positivelektrodenmischung, wurde ein ternäres Lithiumübergangsmetalloxid (LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2) als das Positivelektrodenaktivmaterial verwendet, wurde Acetylenschwarz (AB) als das leitfähige Material verwendet und wurde Polyvinylidenfluorid (PVDF) als das Bindemittel verwendet. Dementsprechend wurde das Positivelektrodenaktivmaterial, das leitfähige Material und das Bindemittel auf ein Masseverhältnis an Positivelektrodenaktivmaterial:leitfähiges Material:Bindemittel = 91:6:3 eingestellt. Die Positivelektrodenmischung wurde durch Zusammenmischen des Positivelektrodenaktivmaterials, des leitfähigen Materials und des Bindemittels mit ionenausgetauschtem Wasser zubereitet. Als nächstes wurde die Positivelektrodenmischung auf beide Seiten eines Positivelektrodenstromabnehmers beschichtet und getrocknet. Hier wurde eine Aluminiumfolie (Dicke 15 μm) als der Positivelektrodenstromabnehmer verwendet. Dadurch wurde eine Positivelektrode (Positivelektrodenblatt) mit einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht auf beiden Seiten eines Positivelektrodenstromabnehmers hergestellt. Das Positivelektrodenblatt wurde getrocknet, gefolgt wurde es mit einer Walzenpresse auf eine Dicke von 110 μm gewalzt. Das Beschichtungsgewicht der Positivelektrodenmischung auf dem Positivelektrodenstromabnehmer wurde so eingestellt, dass nachdem die Positivelektrodenmischung getrocknet war, das Gewicht der Positivelektrodenaktivmaterialschicht pro Oberflächeneinheits des Positivelektrodenstromabnehmers 25 mg/cm2 wurde.
  • <<Negativelektrode von Testzelle (Probe A)>>
  • Dies wird hier zuerst bezüglich Probe A beschrieben. In Probe A wurde die Negativelektrodenmischung unter Verwendung von natürlichem Graphit in der Form von Lamellen als das Negativelektrodenaktivmaterial unter Verwendung von Carboxymethylcellulose (CMC) als das Verdickungsmittel und unter Verwendung auch eines Bindemittels zubereitet. In Probe A wurde Styrol-Butadien-Gummi (SBR), welches ein gummibasiertes Bindemittel ist, als das Bindemittel verwendet.
  • Hier wurden in Probe A das Negativelektrodenaktivmaterial, das Verdickungsmittel (CMC) und das Bindemittel (SBR) auf ein Masseverhältnis an Negativelektrodenaktivmaterial:CMC:SBR = 98:1:1 eingestellt. Eine Negativelektrodenmischung wurde durch Zusammenmischen des Negativelektrodenaktivmaterials, CMC und SBR mit einem ionenausgetauschten Wasser zubereitet. Als Nächstes wurde die Negativelektrodenmischung auf beide Seiten des Negativelektrodenstormabnehmers beschichtet und getrocknet. Hier wurde eine Kupferfolie (Dicke 10 μm) als der Negativelektrodenstromabnehmer verwendet.
  • Dadurch wurde eine Negativelektrode (Negativelektrodenblatt) mit einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht auf beiden Seiten des Negativelektrodenstromabnehmers hergestellt. Das Negativelektrodenblatt wurde getrocknet daraufhin wurde es mit einer Walzenpresse auf eine Dicke von 100 μm gewalzt. Die Dicke der Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die auf jeder Seite des Negativelektrodenstromabnehmers gebildet ist wurde auf 45 μm gesetzt. Das Beschichtungsgewicht an der Negativelektrodenmischung auf dem Negativelektrodenstromabnehmer wurde so gesetzt, dass, nachdem die Negativelektrodenmischung getrocknet war, das Gewicht an der Negativelektrodenaktivmaterialschicht pro Oberflächeneinheit des Negativelektrodenstromabnehmers 13 mg/cm2 wurde.
  • <<Testzellenseparator>>
  • Ein Separator, der aus einem porösen Blatt mit einer Drei-Schicht-Struktur (PP/PE/PP) aus Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) zusammengesetzt ist, wurde verwendet.
  • <<Montage von Testzellen>>
  • Typ 18650-Zellen (Lithiumionenbatterien) zum Testen wurden unter Verwendung der Negativelektrode, Positivelektrode und des Separators, wie oben beschrieben hergestellt, gebildet. Eine gewickelte Elektrodenanordnung von zylindrischer Form wurde durch Laminieren und Wickeln des Positivelektrodenblatts und des Negativelektrodenblatts mit einem Separator, der dazwischen angeordnet ist, hergestellt. Die gewickelte Elektrodenanordnung wurde in einem Batteriegehäuse von zylindrischer Form platziert, gefolgt von Injektion einer nicht wässrigen Elektrolytlösung und Versiegelung des Batteriegehäuses, dadurch Komplettierung der Konstruktion der Testzelle. Die nicht wässrige Elektrolytlösung, die hier verwendet wurde, war eine Elektrolytlösung, die durch Auflösen von 1 mol/L (Lithiumsalzbasis) an LiPF6 in einem gemischten Lösungsmittel, das aus Ethylencarbonat (EC), Diethylcarbonat (DMC) und Ethylmethylcarbonat (EMC) in einem gegebenen Volumenverhältnis (EC:DMC:EMC = 3:4:3) zusammengesetzt ist, hergestellt.
  • Proben A bis C werden jeweils im Detail unten beschrieben.
  • <<Probe A (Bindemittel: SBR; Dicke an Negativelektrodenaktivmaterialschicht: 45 μm)>>
  • Wie oben beschrieben, ist in Probe A das gummibasierte Bindemittel Styrrol-Butadien-Gummi (SBR) als das Bindemittel in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht verwendet. Die Dicke der Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die auf jeder Seite des Negativelektrodenstromabnehmers gebildet ist, war 45 μm.
  • Eine Mehrzahl an Probe-A-Testzellen wurde hergestellt, in welchen das Verhältnis A/B der Massekonzentration A an SBR, das in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet ist, zu der Massekonzentration B an SBR, das in Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die sich von dem Oberflächennahbereich A1 unterscheiden, beinhaltet ist, variiert wurde. Das Widerstandsanstiegsverhältnis nach kontinuierlichem Laden- und Entladen wurde für jede der Testzellen gemessen.
  • Durch die Zubereitung der Negativelektrodenmischung beim Bilden der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und das geeignete Einstellen der Bedingungen in dem darauffolgenden Trocknungsschritt regulierte den Grad an Migration und das Verhältnis A/B. Hier war der Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht als ein Bereich definiert, der 1/4 der Dicke der Negativelektrodenaktivmaterialschicht von der Oberfläche davon ausmacht. Dies gilt auch für die Proben B und C.
  • <<Probe B (Bindemittel: PVDF; Dicke an Negativelektrodenaktivmaterialschicht: 45 μm)>>
  • In der Probe B wurde anstatt SBR als das in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltete Bindemittel PVDF verwendet. Mit der Verwendung von PVDF, wurde das nicht wässrige Lösungsmittel N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) als das Lösungsmittel beim Zubereiten der Negativelektrodenmischung verwendet. Das Negativelektrodenaktivmaterial und das Bindemittel (PVDF) wurden auf ein Masseverhältnis an Negativelektrodenaktivmaterial:PDVF = 98:2 gesetzt. Hier, neben der Verwendung von PVDF als ein Bindemittel, war die Konstruktion größtenteils die Gleiche wie in Beispielen, die unter Verwendung von SBR erhalten wurden.
  • Eine Mehrzahl an Proben-B-Testzellen wurde zubereitet, in welchen das Verhältnis A/B der Massekonzentration A an PVDF, das in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet ist, zu der Massekonzentration B an PVDF, das in Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die sich von dem Oberflächennahbereich A1 unterscheiden, beinhaltet ist, variiert wurde. Das Widerstandsanstiegsverhältnis nach kontinuierlichem Laden und Entladen wurde für jede der Testzellen gemessen.
  • <<Probe C (Bindemittel: SBR; Dicke an Negativelektrodenaktivmaterialschicht: 75 μm)>>
  • Die gebildeten Proben wurden so zubereitet, dass die Dicke der Negativelektrodenaktivmaterialschicht auf jeder Seite des Negativelektrodenstromabnehmers ungefähr 75 μm wurde. Das Beschichtungsgewicht an Negativelektrodenmischung auf dem Negativelektrodenstromabnehmer wurde so eingestellt, dass nach Trocknen der Negativelektrodenmischung das Gewicht der Negativelektrodenmaterialschicht pro Oberflächeneinheit des Negativelektrodenstromabnehmers 20 mg/cm2 wurde.
  • Eine Mehrzahl von Proben-C-Testzellen wurden hergestellt, in welchen das Verhältnis A/B der Massekonzentration A an SBR, das in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet ist, zu der Massekonzentration B an SBR, das in Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die sich von dem Oberflächennahbereich A1 unterscheiden, beinhaltet ist, variiert wurde. Das Widerstandsanstiegsverhältnis nach kontinuierlichen Laden und Entladen wurde für jede der Testzellen gemessen.
  • <<Verhältnis A/B>>
  • Hier wurde das Verhältnis A/B der Massekonzentration A an Bindemittel, das in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A beinhaltet ist, zu der Massekonzentration B an Bindemittel, das in Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A, die sich von dem Oberflächennahbereich A1 unterscheiden, beinhaltet ist, für jede Probe bestimmt. Dieses Verhältnis A/B kann wie oben beschrieben durch EDX-Analyse (EDAX) gemessen werden.
  • <<Widerstandsanstiegsverhältnis (Widerstandsanstiegsverhältnis (%) nach Lade-/Entladezyklen)>>
  • Jede der Testzellen für die Proben A bis C ist, nach Unterwerfen vorherbestimmter Bedingungen, auf einen Zustand an Ladung (SOC) von 60% eingestellt und der anfängliche Widerstand V1 ist gemessen. Als Nächstes werden Laden und Entladen kontinuierlich für eine gegebene Anzahl an Ladungs- und Entladungszyklen in einer –15°C Temperaturumgebung wiederholt. Der Widerstand (Widerstand nach Zyklen V2) wird vor und nach der Implementierung von Ladungs-/Entladungszyklen gemessen. Hier ist das Widerstandsanstiegsverhältnis V das Verhältnis (V2/V1) des Widerstands nach Zyklen V2 zu dem anfänglichen Widerstand V1.
  • <<Konditionierung>>
  • Hier wird Konditionierung durch die folgenden Schritte 1 und 2 ausgeführt.
  • Schritt 1: Konstante Stromladung bei 1 C bis 4,1 V erreicht wird, gefolgt von 5 Minuten Ruhezustand.
  • Schritt 2: Nach Schritt 1, konstante Spannungsladung für 1,5 Stunden, gefolgt von 5 Minuten Ruhezustand.
  • Mit solcher Konditionierung entstehen die benötigten Reaktionen aufgrund von anfänglichem Laden und ein Gas wird generiert. Zusätzlich bildet sich der erwünschte Film auf zum Beispiel der Negativelektrodenaktivmaterialschicht.
  • <<Messung der bewerteten Kapazität>>
  • Nach dem obigen Konditionieren wird die bewertete Kapazität (Nennkapazität) der Testzelle gemessen. Die bewertete Kapazität wird durch die folgenden Schritte 1 bis 3 gemessen. Um hierbei den Einfluss durch die Temperatur gleichmäßig zu halten, wird die bewertete Kapazität in einer 25°C Temperaturumgebung gemessen.
  • Schritt 1: Konstante Stromentladung bei 1 C bis 3,0 V erreicht wird, gefolgt von 2 Stunden konstantem Spannungsentladen, dann 10 Sekunden Ruhezustand.
  • Schritt 2: Konstante Stromladung bei 1 C bis 4,1 V erreicht wird, gefolgt durch 2,5 Stunden konstanter Spannungsentladung, dann 10 Sekunden Ruhezustand.
  • Schritt 3: Konstante Stromentladung bei 0,5 C bis 3,0 V erreicht wird, gefolgt von 2 Stunden konstanter Spannungsentladung, dann 10 Sekunden Ruhezustand.
  • Hier wird die Entladungskapazität in Entladung von konstanter Stromentladung bis konstanter Spannungsentladung in Schritt 3 (CCCV-Entladungskapazität) als die „bewertete Kapazität” behandelt.
  • <<SOC-Einstellung>>
  • Das Stadium an Ladung (SOC) wird durch folgende Schritte 1 und 2 unten eingestellt. Hier sollte die SOC-Einstellung durchgeführt werden, gefolgt von dem obigen Konditionierungsschritt und der Messung der bewerteten Kapazität. Auch um hierbei den Einfluss der Temperatur gleichmäßig zu halten wird die SOC-Einstellung in einer 25°C Temperaturumgebung durchgeführt.
  • Schritt 1: Laden von 3 V bei einem konstanten Strom von 1 C wird durchgeführt, dadurch Einstellen des Stadiums an Ladung auf ungefähr 60% der bewerteten Kapazität (SOC 60%).
  • Schritt 2: Nach Schritt 1, wird konstante Spannungsladung für 2,5 Stunden durchgeführt.
  • Die Testzelle kann dadurch auf einen gewünschten Ladungszustand eingestellt sein. Genannt wurde hier ein Fall, in welchem der SOC auf 60% eingestellt ist, obwohl die Einstellung auf irgendeinen Ladungszustand durch Ändern des Ladungszustands in Schritt 1 möglich ist. Zum Beispiel in einem Fall, in dem der Ladungszustand auf 80% einzustellen ist, sollte die Testzelle auf einen Ladungszustand eingestellt sein, welcher 80% der bewerteten Kapazität (SOC 80%) ist.
  • <<Ladungs-/Entladungszyklen>>
  • In Ladungs-/Entladungszyklen wird zuerst die Testzelle auf SOC 60% eingestellt. Ein Ladungs-/Entladungszyklus besteht hier aus 10 Sekunden an konstantem Stromentladen bei 30 C und 1 Minute (60 Sekunden) an konstantem Stromladen bei 5 C. Die Testzelle wird für 10 Minuten in jedem Zyklus zwischen solchem Entladen und Laden im Ruhezustand gelassen. Ladungs-/Entladungszyklen werden für 3000 Zyklen durchgeführt, während Einstellens der Testzelle jede 500 Zyklen auf SOC 60%.
  • <<IV Widerstandsmessung>>
  • In IV Widerstandsmessung wird der anfängliche Widerstand vor Ladungs-/Entladungszyklen und der Widerstand nach Ladungs-/Entladungszyklen gemessen. Der Widerstand wird als der IV-Widerstand evaluiert. Widerstandsmessung wird mit jeder Testzelle eingestellt auf SOC 60% in einer 25°C Temperaturumgebung ausgeführt. Die Testzelle wird dann für 10 Minuten im Ruhezustand gelassen und darauffolgend für 10 Sekunden bei einem konstanten Strom von 30 C (CC-Entladung) entladen. Hier wurde das untere Limit an Spannung während Entladung auf 3,0 V gesetzt.
  • 11 zeigt den Zusammenhang zwischen dem oben beschriebenen Verhältnis A/B und dem Widerstandanstiegsverhältnis (%) nach Ladungs-/Entladungszyklen für Testzellen der jeweiligen Proben A bis C. Hier werden Diamanten (♢) verwendet, um die Probe-A-Testzellen zu plotten, Dreiecke (Δ) werden verwendet, um die Probe-B-Testzellen zu plotten und Rechtecke (☐) werden verwendet um die Probe-C-Testzellen zu plotten.
  • <<Probe A>>
  • Probe A verwendet SBR als das Bindemittel in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschichten weisen eine Dicke von ungefähr 45 μm auf. In 11 sind Testzellen von Probe A gezeigt, die mit „♢”-Symbolen geplottet sind. In diesem Fall ist in Probe A, wenn das Verhältnis A/B der Massekonzentration A an SBR, das in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet ist, zu der Massekonzentration B an SBR, das in den Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die sich von dem Oberflächennahbereich unterscheiden, beinhaltet ist, von ungefähr 2,0 bis ungefähr 3,8 (2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8) ist tendiert das Widerstandsanstiegsverhältnis (%) nach Ladungs-/Entladungszyklen niedrig gehalten zu werden. Wenn dieses Verhältnis A/B niedriger als 2,0 ist oder wenn A/B größer als 3,8 ist, tendiert das Widerstandsanstiegsverhältnis (%) nach Ladungs-/Entladungszyklen zu steigen.
  • <<Probe B>>
  • Probe B verwendet PVDF als das Bindemittel, das in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet ist, und die Negativelektrodenaktivmaterialschichten weisen eine Dicke von 45 μm auf. In 11 sind die Testzellen von Probe B gezeigt, die mit „Δ”-Symbolen geplottet sind. In diesem Fall, wenn das Verhältnis A/B von ungefähr 2,0 bis ungefähr 3,8 (2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8) ist, ist eine Tendenz für das Widerstandsanstiegsverhältnis (%) nach Ladungs-/Entladungszyklen niedrig gehalten zu werden nicht sichtbar.
  • <<Probe C>>
  • Probe C verwendet SBR als das Bindemittel, das in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet ist, und die Negativelektrodenaktivmaterialschichten weisen eine Dicke von 75 μm auf. In 11 sind Testzellen von Probe C gezeigt, die mit „☐”-Symbolen geplottet sind. In diesem Fall ist auch für Probe C, wenn das Verhältnis A/B von ungefähr 2,0 bis ungefähr 3,8 (2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8) ist, eine Tendenz für das Widerstandsanstiegsverhältnis (%) nach Ladungs-/Entladungszyklen niedrig gehalten zu werden sichtbar.
  • <<Trend in Widerstandsanstiegsverhältnis (%) nach Ladungs-/Entladungszyklen>>
  • Wie mit den Proben A und B gezeigt tendiert, wenn SBR als das Bindemittel für die Negativelektrodenaktivmaterialschicht verwendet wird, ungeachtet der Dicke der Negativelektrodenaktivmaterialschicht in Fällen, in denen das Verhältnis A/B von ungefähr 2,0 bis ungefähr 3,8 (2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8) ist, das Widerstandsanstiegsverhältnis (%) nach Ladungs-/Entladungszyklen niedrig gehalten zu werden. Dagegen, wie mit der Probe C gezeigt ist, wenn das Bindemittel in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht PVDF ist, sogar falls das Verhältnis A/B von ungefähr 2,0 bis ungefähr 3,8 (2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8) ist eine Tendenz für das Widerstandsanstiegsverhältnis (%) nach Ladungs-/Entladungszyklen niedrig gehalten zu werden nicht sichtbar.
  • Wie oben angemerkt, druchläuft eine Fahrzeugantriebsbatterie wiederholt Hochratenladung und -entladung, welches es notwendig macht für die Negativelektrodenaktivmaterialschicht augenblicklich eine große Menge an Lithiumionen zu interkalieren und deinterkalieren. Insbesondere weil Lithiumionenreaktionen in Niedertemperaturumgebungen von –15°C und niedriger abnehmen ist es wünschenswert, dass das Hochratenladen und -entladen reibungslos in solch einer Niedertemperaturumgebung durchgeführt wird. Aus diesem Grund ist es wünschenswert SBR als das Bindemittel in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht zu verwenden und ferner das SBR in dem Oberflächennahbereich A der Negativelektrodenaktivmaterialschicht disproportional zu verteilen, sodass das obige Verhältnis A/B von ungefähr 2,0 bis ungefähr 3,8 (2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8) wird.
  • Ein Beispiel, in welchem SBR als das Bindemittel verwendet war, wurde hier beschrieben, obwohl eine gleiche Tendenz auch für andere gummibasierte Bindemittel beobachtbar ist. Entsprechend der Befunde durch die Erfinder ist eine ähnliche Tendenz nicht nur für gummibasierte Bindemittel beobachtbar aber auch in Fällen, in denen Verwendung von einem Harz gemacht wird, das eine Bindemittelfunktion aufweist, wie etwa einem acrylischen Bindemittel (z. B. Polyethylenoxid (PEO) oder Polyethylen (PE)) oder einem Imidbindemittel. Zusätzlich ist es bevorzugt für solch gummibasierte Bindemittel oder Harze, die ein Bindemittelharz aufweisen, Bindemittel zu sein, welche in der Lage sind im wässrigen Lösungsmittel zu dispergieren. Mit der Verwendung eines Bindemittels, das in der Lage ist in einem wässrigen Lösungsmittel zu dispergieren in Fällen, in denen das Verhältnis A/B innerhalb eines spezifischen Bereichs (ungefähr 2,0 bis ungefähr 3,8 (2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8)) fällt, ist eine Tendenz für das Widerstandsanstiegsverhältnis (%) nach Ladungs-/Entladungszyklen niedrig gehalten zu werden beobachtbar.
  • Hier wurden in dem Negativelektrodenaktivmaterialschichtbildenden Schritt durch Aufweisen des Anteils an Lösungsmittel in dem Negativelektrodenmischung groß zu sein und Einstellen der hohen Trocknungstemperatur, Bedingungen zur einfacheren Migration als in der Praxis bis zum heutigen Tag kreiert. Als ein Resultat stieg das Verhältnis A/B auf mehr als 2,0 an und das Bindemittel ist disproportional in dem Oberflächennahbereich der Negativelektrodenaktivmaterialschicht vorhanden. In Fällen, in denen Migration stark begünstigt worden ist und das Niveau an gummibasierten Bindemittel und Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A auf ungefähr 2 mal bis ungefähr 3,8 mal des Niveaus in anderen Abschnitten der Negativelektrodenmaterialschicht 243A eingestellt worden ist, nimmt das Niveau an gummibasierten Bindemitteln und Harzen, die eine Bindemittelfunktion aufweisen, an der Grenze zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A und dem Negativelektrodenstromabnehmer 241A ab. Aus diesem Grund scheint es eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A zu geben von dem Negativelektrodenstromabnehmer 241A abzulösen.
  • Wie oben beschrieben, verwendet die Lithiumionensekundärbatterie 100A (siehe 10) ein gummibasiertes Bindemittel oder ein Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, als das Bindemittel in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A, und das Verhältnis A/B ist 2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8. In solch einem Fall ist es wünschenswert, dass die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A nicht einfach von dem Negativelektrodenstromabnehmer 241A ablöst.
  • Bezüglich der Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 wünschenswert für die Verwendung in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A haben die Erfinder vorgeschlagen, dass die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 eine Klopfdichte nach 150 mal Klopfen von zumindest 1 g/cm3 aufweisen. 12 zeigt den Zusammenhang zwischen der Klopfdichte nach 150 mal Klopfen und der Ablösefestigkeit für die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710.
  • Hier ist die Klopfdichte nach 150 mal Klopfen durch Platzieren von Negativelektrodenaktivmaterialteilchen in einen Messzylinder, dann mechanisches Klopfen des Messzylinders mit einer Klopfvorrichtung für 150 mal, sodass das wahrnehmbare Volumen der Negativelektrodenaktivmaterialpartikel verkleinert ist. Die Ablösefestigkeit wurde, wie in 13 gezeigt, in Übereinstimmung mit dem 90° ablöseartigen Adhäsivfestigkeitstestverfahren (JIS K 6854-1) gemessen. In 13 ist ein Diagramm, das das 90° ablöseartige Adhäsivfestigkeitstestverfahren zeigt.
  • Hier wurde ein Prüfstück 120 ausgeschnitten auf eine Größe von 15 mm (W) × 120 mm (L) und durch Anheften eines druckempfindlichen Adhäsivbands 105 (Nr. 3303N von Nitto Denko Corporation) an die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 auf einer Seite eines Negativelektrodenblatts 66 bereitgestellt. In diesem Prüfstück 120, das ausgeschnitten worden ist, wurde das Adhäsivband 105 über eine Länge von 40 mm von einem Ende abgelöst. Als Nächstes wurde doppelseitiges Band (Nr. 501F von Nitto Denko Corporation) an einer Plattform 115 angebracht. Das obige Prüfstück 120 wurde durch Platzieren des druckempfindlichen Adhäsivbands 105 nach unten auf dieses doppelseitige Band 110 daran angebracht. Als Nächstes wurde der abgelöste 40 mm Abschnitt des Prüfstücks 120 in einer Einspannvorrichtung 125 gesichert. Die Einspannvorrichtung 125 wurde dann bei einem Winkel von 90° zu der Plattform 115 gezogen und die Zuglast, wenn die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 von dem Negativelektrodenstromabnehmer 62 abgelöst wurde, wurde gemessen. Eine universale Testmaschine, die durch Minebea Co., Ltd. hergestellt ist, wurde für das Ziehen der Einspannvorrichtung 125 verwendet. Dies wurde bei einer Ziehrate von 20 m/min durchgeführt. Die Ablösefestigkeit N/m wurde durch Teilen der erhaltenen Zuglast (N) durch die Breite (15 mm) des Prüfstücks 120 bestimmt.
  • Nach den Befunden der Erfinder wird in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A, die in 10 gezeigt ist, wenn die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 eine Klopfdichte nach 150 mal Klopfen von zumindest ungefähr 1 g/cm3 aufweisen, die Ablösefestigkeit hoch. Infolgedessen, ist es in Fällen, in denen eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A mit disproportional in dem Oberflächennahbereich A1 verteiltem Bindemittel gebildet ist, wünschenswert Negativelektrodenaktivmaterialteilchen 710 mit einer Klopfdichte nach 150 mal Klopfen von bevorzugt zumindest ungefähr 1 g/cm3, mehr bevorzugt zumindest 1,08 g/cm3 und noch mehr bevorzugt zumindest 1,10 g/cm3 zu verwenden. Dadurch kann eine geeignete Ablösefestigkeit in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A sichergestellt werden.
  • In einer nicht wässrigen Sekundärbatterie, wie die oben Beschriebene, mit einem Negativelektrodenblatt 240A, in welchem eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A durch einen Negativelektrodenstromabnehmer 241A gehalten ist, wie in 10 gezeigt, kann ein gummibasiertes Bindemittel oder ein Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist (z. B. ein acrylisches Bindemittel oder ein Imidbindemittel) in dem Bindemittel 730 innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A beinhaltet sein. In diesem Fall, ist es für das gummibasierte Bindemittel oder das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, bevorzugt innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A im Überschuss vorhanden (überproportional verteilt) zu sein.
  • In solch einer nicht wässrigen Sekundärbatterie ist ein gummibasiertes Bindemittel oder ein Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A im Überschuss beinhaltet. Mit solch einem gummibasierten Bindemittel oder einem Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, kann die Reaktionsrate während Deinterkalation oder Interkalation innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A von der chemischen Spezies, die die Ladungsträger innerhalb der Sekundärbatterie (z. B. Lithiumionen in einer Lithiumionensekundärbatterie) werden, hochgehalten werden. Als ein Resultat ist es möglich, das Widerstandsanstiegsverhaltnis nach Ladungs-/Entladungszyklen in einer Niedertemperaturumgebung von ungefähr –15°C nieder (niedrig) zu halten.
  • In diesem Fall, kann der Oberflächennahbereich A1 als ein Bereich definiert sein, der 1/4 der Dicke der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A von der oberen Fläche davon ausmacht. Zu diesem Zeitpunkt ist es wünschenswert für das Verhältnis A/B der kombinierten Massekonzentration A des gummibasierten Bindemittels und des Harzes, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A beinhaltet sind, zu der kombinierten Massekonzentration B des gummibasierten Bindemittels und des Harzes, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A, die sich von dem Oberflächennahbereich A1 unterscheiden, beinhaltet sind, die Bedingung 2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8 zu erfüllen. Dies ermöglicht dem Widerstandanstiegsverhältnis nach Ladungs-/Entladungszyklen noch zuverlässiger in einer Niedertemperaturumgebung von ungefähr –15°C nieder gehalten zu werden. In solch einem Fall, erfüllt das Verhältnis A/B bevorzugt die Bedingung 2,1 ≤ (A/B), und mehr bevorzugt erfüllt die Bedingung 2,2 ≤ (A/B). Auch erfüllt das Verhältnis A/B bevorzugt die Bedingung (A/B) ≤ 3,7 und mehr bevorzugt erfüllt die Bedingung (A/B) ≤ 3,6. Durch erfüllen dieser Bedingungen kann das Widerstandsanstiegsverhältnis nach Ladungs-/Entladungszyklen sogar noch zuverlässiger niedergehalten werden.
  • Auch ist es für das gummibasierte Bindemittel oder das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in dem Bindemittel enthalten sind, wünschenswert ein Bindemittel zu sein, das in der Lage ist in einem wässrigen Lösungsmittel zu dispergieren. In diesem Fall ist es für das gummibasierte Bindemittel wünschenswert zum Beispiel SBR zu sein. Das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, beinhaltet acrylische Bindemittel. Das acrylische Bindemittel beinhaltet bevorzugt zumindest ein Bindemittel, das ausgewählt ist aus Polyethylenoxid und Polyethylen.
  • In diesem Fall, ist es für die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen wünschenswert eine Klopfdichte nach 150 mal Klopfen von zumindest 1 g/cm3 aufzuweisen. Dies ermöglicht, dass die Ablösefestigkeit der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A verbessert ist. Durch disproportionales Verteilen des Bindemittels 730 an dem Oberflächennahbereich A1 der Negativelektrodentaktivmaterialschicht 243A kann eine Abnahme in der Ablösefestigkeit der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 243A unterdrückt werden.
  • Diese nicht wässrige Sekundärbatterie kann als eine Lithiumionenbatterie konstruiert sein. Des Weiteren ist diese Erfindung nicht limitiert auf eine der oben beschriebenen Ausführungsformen. Zum Beispiel, obwohl die nicht wässrige Sekundärbatterie durch Lithiumionensekundärbatterie in den obigen Ausführungsformen beispielhaft dargestellt war, kann diese Erfindung auf nicht wässrige Sekundärbatterien anders als Lithiumionensekundärbatterien angewendet werden. Eine Mehrzahl der nicht wässrigen Sekundärbatterien kann zusammen eine Batteriepackung ausmachen. Auch kann in der nicht wässrigen Sekundärbatterie der Erfindung das Widerstandsanstiegsverhältnis nach Ladungs-/Entladungszyklen insbesondere in einer Niedertemperaturumgebung bei –15°C niedergehalten werden. Dementsprechend sind die vorhergehenden nicht wässrigen Sekundärbatterien und Batteriepackungen insbesondere bevorzugt für die Konstruktionen von Fahrzeugantriebsbatterien, welche benötigt werden, um einen Anstieg im Widerstand in solch einer Niedertemperaturumgebung zu unterdrücken.
  • Nicht wässrige Sekundärbatterie nach den Ausführungsformen dieser Erfindung wurden oben beschrieben, obwohl die nicht wässrige Sekundärbatterie der Erfindung nicht limitiert ist auf die oben beschriebenen Ausführungsformen, sind verschiedene Modifikationen dazu möglich.
  • Die hier offenbarte nicht wässrige Sekundärbatterie ist in der Lage, das Widerstandsanstiegsverhältnis in Niedertemperaturumgebungen nieder zu halten und ermöglicht insbesondere nicht wässriger Sekundärbatterien, wie etwa Lithiumionensekundärbatterien, die eine hohe Leistung in Niedertemperaturumgebungen ausüben, bereitzustellen. Dadurch, wie in 14 gezeigt, ermöglicht diese Erfindung ein Fahrzeug 1000 (typischerweise ein Automobil und insbesondere ein Automobil mit einem elektrischen Motor, wie etwa einem Hybridfahrzeug oder elektrischen Fahrzeug), das mit dieser nicht wässrigen Sekundärbatterie 10 ausgestattet ist, (welche in der Form einer Batteriepackung sein kann, die durch Verbinden einer Mehrzahl von solchen nicht wässrigen Sekundärbatterien 10 in Serie gebildet ist) als die Energiequelle (Fahrzeugantriebsbatterie) bereitgestellt zu werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Fahrzeugantriebsbatterie
    100, 100A
    Lithiumsekundärbatterie (nicht wässrige Sekundärbatterie)
    200
    gewickelte Elektrodenanordnung
    220
    Positivelektrodenblatt
    221
    Positivelektrodenstromabnehmer
    222
    unbeschichteter Bereich
    223
    Positivelektrodenaktivmaterialschicht
    224
    mittlere Abschnitt
    225
    Lücke
    240, 240A
    Negativelektrodenblatt
    241, 241A
    Negativelektrodenstromabnehmer
    242, 242A
    unbeschichteter Bereich
    243, 243A
    Negativelektrodenaktivmaterialschicht
    262, 264
    Separator
    280
    Elektrolyt
    290
    Ladegerät
    300
    Batteriegehäuse
    320
    Containerkörper
    340
    Deckel
    350
    Elektrolytinjektionsloch
    352
    Versiegelungskappe
    360
    Sicherheitsventil
    420
    Elektrodenklemme
    440
    Elektrodenklemme
    610
    Positivelektrodenaktivmaterialteilchen
    620
    leitfähiges Material
    630
    Bindemittel
    710
    Negativelektrodenaktivmaterialteilchen
    730
    Bindemittel
    1000
    Fahrzeug

Claims (10)

  1. Nichtwässrige Sekundärbatterie, die umfasst: einen Negativelektrodenstromabnehmer und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die durch den Negativelektrodenstromabnehmer gehalten wird, wobei die Negativelektrodenaktivmaterialschicht Negativelektrodenaktivmaterialteilchen und ein Bindemittel beinhaltet, das Bindemittel ein gummibasiertes Bindemittel oder ein Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, enthält und das gummibasierte Bindemittel oder das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, innerhalb der Negativelektrodenaktivmaterialschicht in einem Oberflächennahbereich der Negativelektrodenaktivmaterialschicht im Überschuss beinhaltet sind.
  2. Nichtwässrige Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei der Oberflächennahbereich eine Region ist, die 1/4 der Dicke der Negativelektrodenaktivmaterialschicht von der Oberfläche davon ausmacht, und wobei das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in dem Oberflächennahbereich der Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet sind, eine kombinierte Massenkonzentration A aufweisen und das gummibasierte Bindemittel und das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, die in Abschnitten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die sich von dem Oberflächennahbereich unterscheiden, beinhaltet sind, eine kombinierte Massenkonzentration B aufweisen, sodass das Verhältnis A/B die Bedingung 2,0 ≤ (A/B) ≤ 3,8 erfüllt.
  3. Nichtwässrige Sekundärbatterie nach Anspruch 1 oder 2, wobei das gummibasierte Bindemittel oder das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, in dem Bindemittel ein Bindemittel ist, das in einem wässrigen Lösungsmittel dispergierbar ist.
  4. Nichtwässrige Sekundärbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die SBR als das gummibasierte Bindemittel beinhaltet.
  5. Nichtwässrige Sekundärbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ein acrylisches Bindemittel oder ein Imidbindemittel als das Harz, das eine Bindemittelfunktion aufweist, beinhaltet.
  6. Nichtwässrige Sekundärbatterie nach Anspruch 5, die zumindest ein Bindemittel, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyethylenoxid und Polyethylen besteht, als das acrylische Bindemittel beinhaltet.
  7. Nichtwässrige Sekundärbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Negativelektrodenaktivmaterialteilchen eine Klopfdichte nach 150 mal Klopfen von zumindest 1 g/cm3 aufweisen.
  8. Nichtwässrige Sekundärbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche als eine Lithiumionenbatterie konstruiert ist.
  9. Batteriepackung, die durch Kombinieren einer Mehrzahl der nichtwässrigen Sekundärbatterien nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erhalten ist.
  10. Fahrzeugantriebsbatterie, die die nichtwässrige Sekundärbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder die Batteriepackung nach Anspruch 9 umfasst.
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