DE112015001552T5 - Energiespeichervorrichtung und elektronisches Gerät - Google Patents

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Teppei Oguni
Rie Yokoi
Jun Ishikawa
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Abstract

Eine Energiespeichervorrichtung mit hoher Kapazität, eine Energiespeichervorrichtung mit hoher Energiedichte, eine äußerst zuverlässige Energiespeichervorrichtung und eine Energiespeichervorrichtung mit einer langen Lebensdauer werden bereitgestellt. Die Energiespeichervorrichtung beinhaltet eine Positivelektrode, einen Separator, eine Negativelektrode und eine Elektrolytlösung. Die Elektrolytlösung enthält ein Alkalimetallsalz und eine ionische Flüssigkeit. Der Separator ist zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode positioniert. Mindestens ein Teil der Positivelektrode überlappt mit der Negativelektrode. Mindestens ein Teil eines Endabschnitts der Negativelektrode ist innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode positioniert.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Prozess, eine Maschine, ein Erzeugnis oder eine Zusammensetzung. Im Besonderen betrifft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung, eine Speichervorrichtung, ein Betriebsverfahren dafür oder ein Herstellungsverfahren dafür. Im Besonderen betrifft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Energiespeichervorrichtung und ein Herstellungsverfahren dafür.
  • Es sei angemerkt, dass eine Energiespeichervorrichtung in dieser Beschreibung jedes Element und/oder jede Vorrichtung bezeichnet, das/die eine Funktion zum Speichern von elektrischer Energie aufweist. Beispielsweise umfasst die Kategorie der Energiespeichervorrichtung eine Speicherbatterie, wie z. B. eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, einen Lithiumionen-Kondensator und einen elektrischen Doppelschichtkondensator.
  • Stand der Technik
  • In den letzten Jahren sind verschiede Energiespeichervorrichtungen, so beispielsweise Sekundärbatterien, wie z. B. Lithiumionen-Sekundärbatterien, Lithiumionen-Kondensatoren und Luftzellen, intensiv entwickelt worden. Insbesondere ist eine Nachfrage nach Lithiumionen-Sekundärbatterien mit hoher Ausgabe und hoher Energiedichte schnell gewachsen, zusammen mit der Entwicklung der Halbleiterindustrie wie in den Fällen von elektrischen Geräten, wie z. B. tragbaren Informationsendgeräten wie Mobiltelefonen, Smartphones und Laptops, tragbaren Musikabspielgeräten und Digitalkameras; medizinischen Geräten; Saubere-Energie-Fahrzeugen der nächsten Generationen, wie z. B. Hybrid-Elektrofahrzeugen (hybrid electric vehicles: HEVs), Elektrofahrzeugen (electric vehicles: EVs) und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen bzw. aufladbaren Hybrid-Elektrofahrzeugen (plug-in hybrid electric vehicles: PHEVs); und dergleichen. Die Lithiumionen-Sekundärbatterien sind als wiederaufladbare Energieversorgungsquellen notwendig für die heutige Informationsgesellschaft.
  • Für die Energiespeichervorrichtungen werden eine hohe Kapazität, eine hohe Leistungsfähigkeit, die Sicherheit in verschiedenen Betriebsumgebungen und dergleichen erfordert.
  • Um die obigen Anforderungen zu erfüllen, werden Elektrolytlösungen von Energiespeichervorrichtungen aktiv entwickelt. Zyklische Carbonate werden als organische Lösungsmittel in Elektrolytlösungen der Energiespeichervorrichtungen verwendet. Im Besonderen wird Ethylencarbonat häufig verwendet, da es eine hohe Dielektrizitätskonstante und eine hohe Ionenleitfähigkeit aufweist.
  • Nicht nur Ethylencarbonat, sondern auch viele andere organische Lösungsmittel weisen jedoch Flüchtigkeit und Entflammbarkeit auf. Aus diesem Grund könnte in dem Fall, in dem ein organisches Lösungsmittel für eine Elektrolytlösung einer Energiespeichervorrichtung verwendet wird, die Temperatur innerhalb der Energiespeichervorrichtung infolge eines Kurzschlusses, einer Überladung oder dergleichen ansteigen und die Energiespeichervorrichtung könnte brechen oder in Flammen aufgehen.
  • Angesichts des Obigen hat man vorgeschlagen, dass eine ionische Flüssigkeit (auch als bei Raumtemperatur geschmolzenes Salz bezeichnet), die Nicht-Entflammbarkeit und Nicht-Flüchtigkeit aufweist, als nichtwässriges Lösungsmittel für einen nichtwässrigen Elektrolyten einer Lithiumionen-Sekundärbatterie verwendet wird. Beispiele für eine derartige ionische Flüssigkeit umfassen eine ionische Flüssigkeit, die ein Ethylmethylimidazolium-(EMI-)Kation enthält, eine ionische Flüssigkeit, die ein N-Methyl-N-propylpyrrolidinium-(P13-)Kation enthält, und eine ionische Flüssigkeit, die ein N-Methyl-N-propylpiperidinium-(PP13-)Kation enthält (siehe Patentdokument 1).
  • Eine Anionkomponente und eine Kationkomponente einer ionischen Flüssigkeit sind verbessert worden, um eine Lithiumionen-Sekundärbatterie bereitzustellen, bei der die ionische Flüssigkeit mit niedriger Viskosität, niedrigem Schmelzpunkt und hoher Leitfähigkeit verwendet wird (siehe Patentdokument 2).
  • [Referenz]
    • [Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-331918
    • [Patentdokument 2] PCT internationale Veröffentlichung Nr. WO2005/063773
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Energiespeichervorrichtung mit hoher Kapazität bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Energiespeichervorrichtung mit hoher Energiedichte bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine äußerst zuverlässige Energiespeichervorrichtung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Energiespeichervorrichtung mit einer langen Lebensdauer bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Energiespeichervorrichtung mit verringerter irreversibler Kapazität bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, bei der die Zersetzungsreaktion einer Elektrolytlösung vermieden wird und eine Abnahme der Kapazität infolge der ansteigenden Anzahl der Lade-/Entladezyklen verhindert wird. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die Zersetzungsreaktion einer Elektrolytlösung zu verringern oder zu vermeiden, die bei hoher Temperatur beschleunigt wird, und eine Abnahme der Lade-/Entladekapazität aufgrund eines Lade-/Endladevorgangs bei hoher Temperatur zu verhindern, damit der Bereich der Betriebstemperatur einer Energiespeichervorrichtung erweitert wird.
  • Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die Ausbeute einer Energiespeichervorrichtung zu erhöhen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine neuartige Energiespeichervorrichtung, eine neuartige Elektrode oder dergleichen bereitzustellen.
  • Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Aufgaben dem Vorhandensein weiterer Aufgaben nicht im Wege steht. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es unnötig, alle Aufgaben zu erfüllen. Weitere Aufgaben sind aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Patentansprüche und dergleichen ersichtlich und können davon abgeleitet werden.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Energiespeichervorrichtung, die eine Positivelektrode, einen Separator, eine Negativelektrode und eine Elektrolytlösung beinhaltet. Die Elektrolytlösung enthält ein Alkalimetallsalz und eine ionische Flüssigkeit. Der Separator ist zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode positioniert. Mindestens ein Teil der Positivelektrode überlappt mit der Negativelektrode. Mindestens ein Teil eines Endabschnitts der Negativelektrode ist innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode positioniert.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Energiespeichervorrichtung, die eine Positivelektrode, einen Separator, eine Negativelektrode und eine Elektrolytlösung beinhaltet. Die Elektrolytlösung enthält ein Alkalimetallsalz und eine ionische Flüssigkeit. Der Separator ist zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode positioniert. Mindestens ein Teil der Positivelektrode überlappt mit der Negativelektrode. Die Negativelektrode weist eine kleinere Breite auf als die Positivelektrode.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Energiespeichervorrichtung, die eine Positivelektrode, einen Separator, eine Negativelektrode und eine Elektrolytlösung beinhaltet. Die Elektrolytlösung enthält ein Alkalimetallsalz und eine ionische Flüssigkeit. Der Separator ist zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode positioniert. Mindestens ein Teil der Positivelektrode überlappt mit der Negativelektrode. Die Energiespeichervorrichtung beinhaltet einen Abschnitt, in dem der Abstand zwischen einem Endabschnitt der Negativelektrode und einem Endabschnitt der Positivelektrode kleiner als oder gleich 0,5 mm ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Energiespeichervorrichtung, die eine Positivelektrode, einen Separator, eine Negativelektrode und eine Elektrolytlösung beinhaltet. Die Elektrolytlösung enthält ein Alkalimetallsalz und eine ionische Flüssigkeit. Der Separator ist zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode positioniert. Mindestens ein Teil der Positivelektrode überlappt mit der Negativelektrode. Die Fläche der Positivelektrode ist 98% oder mehr derjenigen der Negativelektrode.
  • Bei der vorstehenden Struktur ist die Fläche eines Abschnitts, in dem die Positivelektrode und die Negativelektrode miteinander überlappen, vorzugsweise 90% oder mehr der Fläche der Positivelektrode.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Energiespeichervorrichtung, die eine Positivelektrode, einen Separator, eine Negativelektrode und eine Elektrolytlösung beinhaltet. Die Elektrolytlösung enthält ein Alkalimetallsalz und eine ionische Flüssigkeit. Der Separator ist zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode positioniert. Die Positivelektrode enthält eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht und einen Positivelektrodenstromkollektor. Die Negativelektrode enthält eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht und einen Negativelektrodenstromkollektor. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht ist der Positivelektrodenaktivmaterialschicht zugewandt, wobei der Separator dazwischen angeordnet ist. Mindestens ein Teil eines Endabschnitts der Negativelektrodenaktivmaterialschicht ist innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrodenaktivmaterialschicht positioniert.
  • Bei der vorstehenden Struktur enthält die Negativelektrode einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich. Der erste Bereich enthält die Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die in Kontakt mit mindestens einer Oberfläche des Negativelektrodenstromkollektors ist. Der zweite Bereich enthält eine erste Schicht, die in Kontakt mit mindestens der einen Oberfläche des Stromkollektors ist. Die erste Schicht ist vorzugsweise dünner als die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und weist vorzugsweise einen höheren Widerstand auf als die Negativelektrodenaktivmaterialschicht. Außerdem enthält bei der vorstehenden Struktur die erste Schicht vorzugsweise eine oder mehrere Komponente/n, die aus den folgenden Komponenten ausgewählt wird/werden: Polystyrol, Polymethylacrylat, Polymethylmethacrylat, Natriumpolyacrylat, Polyvinylalkohol, Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polyimid, Polyvinylchlorid, Polytetrafluorethylen, Polyethylen, Polypropylen, Isobutylen, Polyethylenterephthalat, Nylon, Polyvinylidenfluorid, Polyacrylnitril, Styrol-Butadien-Gummi, Styrol-Isopren-Styrol-Gummi, Acrylnitril-Butadien-Gummi, Butadiengummi, Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer, Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Diacetylcellulose, regenerierte Cellulose und Stärke.
  • Des Weiteren enthält bei der vorstehenden Struktur die ionische Flüssigkeit vorzugsweise ein Kation mit einem heteroaromatischen Ring.
  • Des Weiteren enthält bei der vorstehenden Struktur die ionische Flüssigkeit vorzugsweise ein Imidazoliumkation.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Gerät, das die oben beschriebene Energiespeichervorrichtung beinhaltet.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Gerät, das die oben beschriebene Energiespeichervorrichtung und eine Anzeigevorrichtung beinhaltet.
  • Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine Energiespeichervorrichtung mit hoher Kapazität bereitgestellt werden. Einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine Energiespeichervorrichtung mit hoher Energiedichte bereitgestellt werden. Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine äußerst zuverlässige Energiespeichervorrichtung bereitgestellt werden. Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine Energiespeichervorrichtung mit einer langen Lebensdauer bereitgestellt werden.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Energiespeichervorrichtung mit verringerter irreversibler Kapazität bereitstellen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Energiespeichervorrichtung bereitstellen, bei der die Zersetzungsreaktion einer Elektrolytlösung vermieden wird und eine Abnahme der Kapazität infolge der ansteigenden Anzahl der Lade-/Entladezyklen verhindert wird. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Zersetzungsreaktion einer Elektrolytlösung verringern oder vermeiden, die bei hoher Temperatur beschleunigt wird, und eine Abnahme der Lade-/Entladekapazität beim Lade-/Entladevorgang bei hoher Temperatur verhindern, damit der Bereich der Betriebstemperatur einer Energiespeichervorrichtung erweitert wird.
  • Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann die Ausbeute einer Energiespeichervorrichtung erhöht werden. Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine neuartige Energiespeichervorrichtung, eine neuartige Elektrode oder dergleichen bereitstellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Wirkungen dem Vorhandensein weiterer Wirkungen nicht im Wege steht. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung muss nicht unbedingt alle oben genannten Wirkungen aufweisen. Weitere Wirkungen sind aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Patentansprüche und dergleichen ersichtlich und können davon abgeleitet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In den begleitenden Zeichnungen:
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Energiespeichervorrichtung;
  • 2 ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer Energiespeichervorrichtung;
  • 3 stellt Elektroden und Separatoren dar, die übereinander angeordnet sind;
  • 4A bis 4C sind Draufsichten, die Elektroden und Separatoren darstellen;
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil einer Energiespeichervorrichtung darstellt;
  • 6 ist eine Draufsicht, die Elektroden und einen Separator darstellt;
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil einer Energiespeichervorrichtung darstellt;
  • 8A und 8B sind Draufsichten, die Elektroden und einen Separator darstellen;
  • 9 ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer Energiespeichervorrichtung;
  • 10 ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer Energiespeichervorrichtung;
  • 11 ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer Energiespeichervorrichtung;
  • 12A bis 12C sind Draufsichten, die Elektroden und einen Separator darstellen;
  • 13A und 13B sind Querschnittsansichten, die eine Elektrode darstellen;
  • 14A bis 14D sind Draufsichten, die Elektroden und einen Separator darstellen;
  • 15A und 15B sind Draufsichten, die Elektroden und einen Separator darstellen;
  • 16 ist eine Draufsicht, die Elektroden und einen Separator darstellt;
  • 17A bis 17C stellen das äußere Aussehen einer dünnen Speicherbatterie und ihrer Elektroden dar;
  • 18A und 18B sind Querschnittsansichten, die eine dünne Speicherbatterie darstellen;
  • 19A und 19B stellen ein Verfahren zum Herstellen einer dünnen Speicherbatterie dar;
  • 20A bis 20C stellen ein Verfahren zum Herstellen einer dünnen Speicherbatterie dar;
  • 21 stellt ein Verfahren zum Herstellen einer dünnen Speicherbatterie dar;
  • 22 ist eine Außenansicht einer dünnen Speicherbatterie;
  • 23A bis 23C stellen den Krümmungsradius einer Oberfläche dar;
  • 24A bis 24D stellen den Krümmungsradius eines Films dar;
  • 25A und 25B stellen ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode dar;
  • 26A bis 26C sind Draufsichten auf Elektroden;
  • 27A bis 27D sind Draufsichten auf Elektroden;
  • 28A und 28B zeigen jeweils ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode;
  • 29 zeigt ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode;
  • 30 zeigt ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherbatterie;
  • 31 zeigt ein Verfahren zum Auswerten einer Speicherbatterie;
  • 32 zeigt ein Verfahren zum Auswerten einer Speicherbatterie;
  • 33A bis 33F sind Diagramme, die jeweils die Eigenschaften einer Speicherbatterie zeigen;
  • 34A bis 34F sind Diagramme, die jeweils die Eigenschaften einer Speicherbatterie zeigen;
  • 35A bis 35E sind Diagramme, die jeweils die Eigenschaften einer Speicherbatterie zeigen;
  • 36A bis 36C sind Diagramme, die jeweils die Eigenschaften einer Speicherbatterie zeigen;
  • 37A und 37B sind Diagramme, die jeweils die Eigenschaften von Speicherbatterien zeigen;
  • 38 ist ein Diagramm, das die Eigenschaften von Speicherbatterien zeigt;
  • 39A und 39B sind Diagramme, die jeweils die Eigenschaften von Speicherbatterien zeigen;
  • 40A und 40B sind Diagramme, die jeweils das Zyklenverhalten beim Laden/Entladen von Speicherbatterien zeigen;
  • 41A und 41B sind Diagramme, die jeweils das Zyklenverhalten beim Laden/Entladen von Speicherbatterien zeigen;
  • 42A bis 42C sind Grafen einer Linear-Sweep-Voltammetrie bzw. Voltammetrie mit linearem Durchlauf, die Messergebnisse von ionischen Flüssigkeiten zeigen;
  • 43A und 43B sind Grafen einer Linear-Sweep-Voltammetrie, die Messergebnisse von ionischen Flüssigkeiten zeigen;
  • 44A und 44B sind jeweils eine Fotografie eines Separators; 45 ist eine Fotografie einer Negativelektrode;
  • 46A und 46B stellen jeweils die Arbeitsweise einer Energiespeichervorrichtung dar;
  • 47A und 47B stellen ein Beispiel für eine Energiespeichervorrichtung dar;
  • 48A und 48B stellen ein Beispiel für eine Energiespeichervorrichtung dar;
  • 49A und 49B stellen ein Beispiel für eine Energiespeichervorrichtung dar;
  • 50A und 50B stellen eine zylindrische Speicherbatterie dar;
  • 51A bis 51C stellen eine Knopfzellen-Speicherbatterie dar;
  • 52A und 52B stellen ein Beispiel für ein Energiespeichersystem dar;
  • 53A1, 53A2, 53B1 und 53B2 stellen jeweils ein Beispiel für ein Energiespeichersystem dar;
  • 54A und 54B stellen jeweils ein Beispiel für ein Energiespeichersystem dar;
  • 55A bis 55G stellen Beispiele für elektronische Geräte dar;
  • 56A bis 56C stellen ein Beispiel für ein elektronisches Gerät dar;
  • 57 stellt Beispiele für elektronische Geräte dar; und
  • 58A und 58B stellen Beispiele für elektronische Geräte dar.
  • Beste Methode zum Durchführen der Erfindung
  • Nachstehend werden Ausführungsformen und Beispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Beschreibung der Ausführungsformen und Beispiele beschränkt, und es wird von einem Fachmann leicht verstanden, dass die Art und Details auf verschiedene Weise verändert werden können. Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht so ausgelegt werden, dass sie auf die Beschreibung der nachfolgenden Ausführungsformen beschränkt ist.
  • Es sei angemerkt, dass in den Zeichnungen, die in dieser Beschreibung verwendet werden, die Dicken von Filmen, Schichten und Substraten und die Größen von Bestandteilen (z. B. die Größen von Bereichen) in einigen Fällen der Klarheit halber übertrieben dargestellt sind. Deshalb sind die Größen der Bestandteile auf die Größen in den Zeichnungen und die Größenverhältnisse zwischen den Bestandteilen nicht beschränkt.
  • Es sei angemerkt, dass die Ordinalzahlen, wie z. B. „erstes” und „zweites”, in dieser Beschreibung und dergleichen der Einfachheit halber verwendet werden und nicht die Reihenfolge von Schritten, die Reihenfolge der übereinander angeordneten Schichten oder dergleichen bezeichnen. Daher kann beispielsweise eine Beschreibung auch dann gegeben werden, wenn „erstes” durch „zweites” oder „drittes” nach Bedarf ersetzt wird. Außerdem sind die Ordinalzahlen in dieser Beschreibung und dergleichen nicht notwendigerweise gleich denjenigen, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmen.
  • Es sei angemerkt, dass bei den Strukturen der in dieser Beschreibung und dergleichen beschriebenen vorliegenden Erfindung die gleichen Abschnitte oder Abschnitte, die ähnliche Funktionen aufweisen, in verschiedenen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und dass die Beschreibung solcher Abschnitte nicht wiederholt wird. Zudem wird dasselbe Schraffurmuster bei Abschnitten, die ähnliche Funktionen aufweisen, verwendet, und in einigen Fällen werden die Abschnitte nicht besonders mit Bezugszeichen bezeichnet.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen eine Positivelektrode bzw. positive Elektrode und eine Negativelektrode bzw. negative Elektrode für eine Energiespeichervorrichtung kollektiv als Energiespeichervorrichtungs-Elektrode bezeichnet werden können; in diesem Fall bezeichnet die Energiespeichervorrichtungs-Elektrode die Positivelektrode und/oder die Negativelektrode für die Energiespeichervorrichtung.
  • Hier werden eine Laderate und eine Entladerate beschrieben. Beispielsweise bedeutet im Falle des Aufladens einer Sekundärbatterie mit einer bestimmten Kapazität X [Ah] bei einem konstanten Strom eine Laderate von 1 C den Stromwert/[A], mit dem das Aufladen genau in einer Stunde abgeschlossen wird, und eine Laderate von 0,2 C bedeutet 1/5 [A] (d. h. den Stromwert, mit dem das Aufladen in genau 5 Stunden abgeschlossen wird). In ähnlicher Weise bedeutet eine Entladerate von 1 C den Stromwert I [A], mit dem das Entladen genau in einer Stunde abgeschlossen wird, und eine Entladerate von 0,2 C bedeutet 1/5 [A] (d. h. den Stromwert, mit dem das Entladen genau in 5 Stunden abgeschlossen wird).
  • (Ausführungsform 1)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für die Struktur einer Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • [Struktur einer Energiespeichervorrichtung]
  • Hier wird ein Beispiel für die Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 1 beschrieben. 1 stellt ein Beispiel für eine Querschnittsansicht einer Energiespeichervorrichtung 500 dar. Die Energiespeichervorrichtung 500 in 1 beinhaltet eine oder mehrere Positivelektroden, eine oder mehrere Negativelektroden, einen oder mehrere Separatoren 507, der/die jeweils zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode angeordnet ist/sind, eine Elektrolytlösung 508 und einen Außenteil 509. Die Elektrolytlösung 508 ist in dem Außenteil 509 eingeschlossen. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs, der von einer gestrichelten Linie in 1 umgeben ist, und ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die die Positivelektroden, die Negativelektroden und die Separatoren in der Energiespeichervorrichtung 500 darstellt. Die Energiespeichervorrichtung 500 beinhaltet Positivelektroden 503a bis 503c. Jede Positivelektrode enthält einen Positivelektrodenstromkollektor und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht. Die Positivelektrode 503a enthält einen Positivelektrodenstromkollektor 501, eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a und eine zweite Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502b. Die Energiespeichervorrichtung 500 beinhaltet Negativelektroden 506a bis 506c. Jede Negativelektrode enthält einen Negativelektrodenstromkollektor und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht. Die Negativelektrode 506a enthält einen Negativelektrodenstromkollektor 504, eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a und eine zweite Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505b. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a sind einander zugewandt, wobei der Separator 507 dazwischen angeordnet ist.
  • Ein Aktivmaterial bezeichnet nur ein Material, das die Einlagerung und die Auslagerung von Ionen, die Ladungsträger sind, betrifft. In dieser Beschreibung und dergleichen werden ein Material, das tatsächlich ein „Aktivmaterial” ist, und Materialien für ein Leitfähigkeitsadditiv, ein Bindemittel und dergleichen gemeinsam als Aktivmaterialschicht bezeichnet.
  • Eine perspektivische Ansicht in 3 stellt den Zustand dar, in dem die Positivelektroden und die Negativelektroden in der Energiespeichervorrichtung 500 abwechselnd übereinander angeordnet und durch die Separatoren voneinander getrennt sind. Obwohl es in 3 der Einfachheit halber Zwischenräume zwischen der Positivelektrode und dem Separator sowie zwischen dem Separator und der Negativelektrode gibt, können sie in Kontakt miteinander sein.
  • Hier wird die Beziehung zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode in der Energiespeichervorrichtung 500 bezüglich der Größen und der Positionen beschrieben. Die Flächen der Positivelektrode und der Negativelektrode in der Energiespeichervorrichtung 500 sind vorzugsweise im Wesentlichen gleich.
  • Beispielsweise sind die Flächen der Positivelektrode und der Negativelektrode, die einander zugewandt sind, wobei der Separator dazwischen angeordnet ist, vorzugsweise im Wesentlichen gleich. In 2 sind die Flächen der Positivelektrode 503a und der Negativelektrode 506a im Wesentlichen gleich, in welchem Falle ein Bereich, in dem die Negativelektrode nicht mit der Positivelektrode überlappt, verringert (oder idealerweise eliminiert) werden kann und die irreversible Kapazität der Energiespeichervorrichtung verringert werden kann.
  • Alternativ sind die Flächen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die einander zugewandt sind, wobei der Separator dazwischen angeordnet ist, vorzugsweise im Wesentlichen gleich. In 2 sind die Flächen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a im Wesentlichen gleich.
  • Beispielsweise kann in dem Fall, in dem die Positivelektrode und die Negativelektrode Anschlussabschnitte beinhalten, die Fläche eines Bereichs der Positivelektrode mit Ausnahme des Anschlussabschnitts im Wesentlichen gleich der Fläche eines Bereichs der Negativelektrode mit Ausnahme des Anschlussabschnitts sein.
  • Des Weiteren sind beispielsweise die Endabschnitte der Positivelektrode 503a und der Negativelektrode 506a, wie in dem Beispiel in 2 dargestellt, vorzugsweise im Wesentlichen zueinander ausgerichtet. Alternativ sind die Endabschnitte der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a vorzugsweise im Wesentlichen zueinander ausgerichtet.
  • 4A und 4B sind Draufsichten, die jeweils die Negativelektrode 506a, den Separator 507 zwischen der Negativelektrode 506a und der Positivelektrode 503a sowie die Positivelektrode 503a darstellen. 4A stellt den Fall dar, in dem die Flächen der Positivelektrode 503a und der Negativelektrode 506a im Wesentlichen gleich sind und die Endabschnitte der Positivelektrode 503a und der Negativelektrode 506a im Wesentlichen zueinander ausgerichtet sind. Der Begriff „Endabschnitt” in dieser Beschreibung bezeichnet beispielsweise denjenigen, der in einer Planansicht oder einer Draufsicht wie in 4A betrachtet wird.
  • Es kann den Fall geben, in dem, wie in 4B dargestellt, die Flächen der Positivelektrode 503a und der Negativelektrode 506a im Wesentlichen gleich sind und die Endabschnitte der Positivelektrode 503a und der Negativelektrode 506a teilweise oder vollständig falsch ausgerichtet sind. Hier ist 4C eine Draufsicht, die die Negativelektrode 506a in 4B detaillierter darstellt. In 4C enthält die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a in der Negativelektrode 506a einen Bereich 261, der mit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a und/oder dem Positivelektrodenstromkollektor 501 überlappt, wobei der Separator 507 dazwischen angeordnet ist, und einen Bereich 262, der weder mit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a noch mit dem Positivelektrodenstromkollektor 501 überlappt. In diesem Fall ist vorzugsweise die Fläche des Bereichs 262 möglichst klein. Des Weiteren ist vorzugsweise der Abstand zwischen dem Endabschnitt der Positivelektrode 503a und dem Endabschnitt der Negativelektrode 506a möglichst klein. Hier ist der Abstand zwischen dem Endabschnitt der Positivelektrode 503a und dem Endabschnitt der Negativelektrode 506a bevorzugt beispielsweise 0,5 mm oder kleiner, bevorzugter 0,2 mm oder kleiner, noch bevorzugter 0,1 mm oder kleiner. Alternativ ist die Differenz zwischen den Breiten oder Längen der Positivelektrode 503a und der Negativelektrode 506a bevorzugt 1 mm oder kleiner, bevorzugter 0,4 mm oder kleiner, noch bevorzugter 0,2 mm oder kleiner.
  • Alternativ ist der Endabschnitt der Negativelektrode vorzugsweise innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode positioniert. Des Weiteren sind die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht einander zugewandt, wobei der Separator dazwischen angeordnet ist, und der Endabschnitt der Negativelektrodenaktivmaterialschicht ist vorzugsweise innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrodenaktivmaterialschicht positioniert. 5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils eines Querschnitts der Energiespeichervorrichtung 500. Beispielsweise ist, wie in 5 dargestellt, der Endabschnitt der Negativelektrode 506a vorzugsweise innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode 503a positioniert. 6 ist eine Draufsicht, die die Negativelektrode 506a, den Separator 507 zwischen der Negativelektrode 506a und der Positivelektrode 503a sowie die Positivelektrode 503a in 5 darstellt.
  • Da der Endabschnitt der Negativelektrode 506a innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode 503a positioniert ist, kann die Negativelektrode 506a vollständig mit der Positivelektrode 503a überlappen. Alternativ kann die Fläche eines Bereichs, in dem die Negativelektrode 506a und die Positivelektrode 503a nicht miteinander überlappen, verringert werden. Wenn die Fläche der Positivelektrode 503a viel größer ist als diejenige der Negativelektrode 506a, vergrößert sich ein überschüssiger Abschnitt der Positivelektrode 503a, was die Kapazität pro Volumeneinheit der Energiespeichervorrichtung 500 verringert. Daher ist in dem Fall, in dem der Endabschnitt der Negativelektrode 506a innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode 503a positioniert ist, der Abstand zwischen dem Endabschnitt der Positivelektrode 503a und dem Endabschnitt der Negativelektrode 506a bevorzugt beispielsweise 3 mm oder kleiner, bevorzugter 0,5 mm oder kleiner, noch bevorzugter 0,1 mm oder kleiner. Alternativ ist die Differenz zwischen den Breiten oder Längen der Positivelektrode 503a und der Negativelektrode 506a bevorzugt 6 mm oder kleiner, bevorzugter 1 mm oder kleiner, noch bevorzugter 0,2 mm oder kleiner.
  • Indessen stellt 7 ein Beispiel für den Fall dar, in dem der Endabschnitt der Negativelektrode weiter außen positioniert ist als der Endabschnitt der Positivelektrode. Hier stellt 7 einen vergrößerten Teil eines Querschnitts der Energiespeichervorrichtung 500 dar. In 7 enthält die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a in der Negativelektrode 506a den Bereich 261, der mit der Positivelektrode 503a überlappt, und den Bereich 262, der dem Bereich 261 benachbart ist und weiter außen positioniert ist als der Endabschnitt der Positivelektrode 503a. 8A ist eine Draufsicht, die die Negativelektrode 506a, den Separator 507 zwischen der Negativelektrode 506a und der Positivelektrode 503a sowie die Positivelektrode 503a in 7 darstellt. 8B ist eine Draufsicht, die die Negativelektrode 506a in 7 darstellt.
  • In dem Bereich 261 in 7 und 8B überlappt die Negativelektrode 506a mit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a, wobei der Separator 507 dazwischen angeordnet ist. Alternativ kann der Bereich 261 einen Abschnitt enthalten, in dem die Negativelektrode 506a nur mit dem Positivelektrodenstromkollektor 501 überlappt, wobei der Separator dazwischen angeordnet ist, ohne dabei mit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a zu überlappen; jedoch überlappt die Negativelektrode 506a vorzugsweise mit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a. In dem Bereich 262 überlappt die Negativelektrode 506a weder mit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a noch mit dem Positivelektrodenstromkollektor 501.
  • Dabei ist die Fläche des Bereichs 262 vorzugsweise möglichst klein. Alternativ ist in 7 sowie in 8A und 8B der Abstand zwischen dem Endabschnitt der Positivelektrode 503a und dem Endabschnitt der Negativelektrode 506a vorzugsweise möglichst klein. Der Abstand zwischen dem Endabschnitt der Positivelektrode 503a und dem Endabschnitt der Negativelektrode 506a ist bevorzugt beispielsweise 0,01 mm bis 0,5 mm, bevorzugter 0,01 mm bis 0,2 mm, noch bevorzugter 0,01 mm bis 0,1 mm. Alternativ ist die Differenz zwischen den Breiten oder Längen der Positivelektrode 503a und der Negativelektrode 506a bevorzugt 0,02 mm bis 1 mm, bevorzugter 0,02 mm bis 0,4 mm, noch bevorzugter 0,02 mm bis 0,2 mm.
  • Hier bezeichnet der Fall, in dem die Fläche des Bereichs 262 sehr klein ist, beispielsweise den Fall, in dem wie in 2 oder 4A der Endabschnitt der Positivelektrode 503a mit dem Endabschnitt der Negativelektrode 506a überlappt, oder den Fall, in dem wie in 5 und 6 der Endabschnitt der Positivelektrode 503 weiter außen positioniert ist als der Endabschnitt der Negativelektrode 506.
  • Hier wird anhand von 7 sowie 8A und 8B eine Reaktion beschrieben, die in der Energiespeichervorrichtung 500 in dem Fall bewirkt wird, in dem die Negativelektrode 506a der Energiespeichervorrichtung 500 einen Bereich enthält, der nicht mit der Positivelektrode 503a überlappt. In dem Bereich 262 überlappt die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a nicht mit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a und/oder dem Positivelektrodenstromkollektor 501. Eine erste Reaktion und eine zweite Reaktion in der Energiespeichervorrichtung 500 sind beispielsweise eine reversible Reaktion mit Lithiumionen bzw. eine irreversible Reaktion, wie z. B. die Zersetzung einer Elektrolytlösung. Die erste Reaktion und die zweite Reaktion werden nachstehend detailliert beschrieben. Wenn die Anzahl von Elektronen, die bei der ersten Reaktion aufgenommen und abgegeben werden, R1 ist, und die Anzahl von Elektronen, die bei der zweiten Reaktion aufgenommen und abgegeben werden, R2 ist, geht man davon aus, dass der Wert von R2/R1 in dem Bereich 262 größer ist als derjenige in dem Bereich 261. Daher könnte sich dann, wenn die Fläche des Bereichs 262 groß ist, die irreversible Kapazität erhöhen, so dass die Kapazität einer Energiespeichervorrichtung abnimmt. Hier ist die Fläche des Bereichs 262 bevorzugt z. B. 2% oder weniger, bevorzugter 1% oder weniger derjenigen des Bereichs 261. Alternativ ist die Fläche der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a bevorzugt z. B. 98% oder mehr, bevorzugter 99% oder mehr derjenigen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a. Dabei bezeichnet der Begriff „Fläche” beispielsweise die Fläche in einer derartigen Draufsicht, die in 8A und 8B dargestellt ist.
  • Es sei angemerkt, dass die Fläche der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a mehr als 100% (einmal) derjenigen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a sein kann. Beispielsweise kann die Fläche der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a das 1,3-Fache oder weniger, bevorzugt das 1,2-Fache oder weniger, bevorzugter das 1,1-Fache oder weniger derjenigen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a sein.
  • In dem Bereich 261 sind/ist die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a und/oder der Positivelektrodenstromkollektor 501 der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a zugewandt, wobei der Separator dazwischen angeordnet ist. In dem Bereich ist die Verteilung eines elektrischen Feldes, das zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode angelegt wird, voraussichtlich im Wesentlichen gleichmäßig. Im Gegensatz dazu überlappt in dem Bereich 262 die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a nicht mit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a und/oder dem Positivelektrodenstromkollektor 501; daher ist die Verteilung eines elektrischen Feldes, das zwischen der Positivelektrode und der Negativelektrode angelegt wird, voraussichtlich nicht so gleichmäßig wie diejenige in dem Bereich 261.
  • Beispielsweise werden beim Ladevorgang Lithiumionen von der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a zu einer Elektrolytlösung abgegeben, so dass die Konzentration von Lithiumionen in der Nähe einer Oberfläche der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a erhöht wird. Des Weiteren weist die Konzentration von Lithiumionen ein Gefälle zwischen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a auf. Ein derartiges Konzentrationsgefälle könnte beispielsweise eine Batteriereaktion bei der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a erleichtern.
  • Hier hängt der Abstand zwischen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a und dem Bereich 261 im Wesentlichen von der Dicke des Separators ab, der dazwischen angeordnet ist. Insbesondere kann in dem Fall, in dem die Breite des Bereichs 262, d. h. der Abstand von der Grenze zwischen den Endabschnitten des Bereichs 261 und des Bereichs 262 bis zu dem anderen Endabschnitt des Bereichs 262, größer ist als die Dicke des Separators, gesagt werden, dass der Abstand zwischen dem Bereich 262 und der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a länger ist als der Abstand zwischen dem Bereich 261 und der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a. Daher könnte eine Batteriereaktion mit geringerer Wahrscheinlichkeit in dem Bereich 262 auftreten als in dem Bereich 261.
  • Hier wird der Fall der Verwendung einer ionischen Flüssigkeit als Lösungsmittel einer Elektrolytlösung beschrieben. Kationen und Anionen in der ionischen Flüssigkeit weisen Ladungen auf, und es geht daher davon aus, dass sie mit höherer Wahrscheinlichkeit in der Nähe einer Oberfläche einer Elektrode, so beispielsweise in der Nähe einer Oberfläche einer Aktivmaterialschicht oder eines Stromkollektors, existieren als Moleküle in einem organischen Lösungsmittel oder dergleichen. Folglich tritt vermutlich mit höherer Wahrscheinlichkeit eine Zersetzungsreaktion in der Nähe der Oberfläche der Aktivmaterialschicht oder des Stromkollektors auf. Darüber hinaus könnte eine Batteriereaktion von Ladungsträgerionen, wie z. B. Lithiumionen, gehemmt werden. Daher könnte im Falle der Verwendung einer ionischen Flüssigkeit als Lösungsmittel einer Elektrolytlösung der Einfluss der Verteilung eines elektrischen Feldes oder der Lithiumkonzentration bedeutsamer sein.
  • Hier ist bei der Negativelektrode 506a ein Endabschnitt des Negativelektrodenstromkollektors 504 nicht notwendigerweise zu einem Endabschnitt der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a ausgerichtet.
  • 9 bis 11 sind vergrößerte Ansichten, die jeweils einen Teil eines Querschnitts der Energiespeichervorrichtung 500 darstellen. 9 stellt ein Beispiel dar, in dem der Endabschnitt des Negativelektrodenstromkollektors 504 weiter außen positioniert ist als der Endabschnitt der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a. In diesem Fall ist beispielsweise, wie in 9 dargestellt, der Endabschnitt der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a vorzugsweise zu dem Endabschnitt der Positivelektrode 503a im Wesentlichen ausgerichtet.
  • Alternativ ist beispielsweise, wie in 10 dargestellt, der Endabschnitt der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a vorzugsweise innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode 503a positioniert.
  • Des Weiteren ist, wie in 11 dargestellt, bei der Positivelektrode 503a der Endabschnitt des Positivelektrodenstromkollektors 501 nicht notwendigerweise zu dem Endabschnitt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a ausgerichtet. In diesem Fall ist beispielsweise, wie in 11 dargestellt, der Endabschnitt der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a vorzugsweise zu dem Endabschnitt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a im Wesentlichen ausgerichtet. Alternativ ist, obwohl nicht in 11 dargestellt, die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a vorzugsweise innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502a positioniert.
  • Nun wird die Arbeitsweise der Energiespeichervorrichtung 500 beschrieben. Beispielshaft wird der Fall beschrieben, in dem die Energiespeichervorrichtung 500 eine Lithiumionen-Sekundärbatterie ist. Zudem werden bei der Lithiumionen-Sekundärbatterie LiFePO4 und Graphit als Positivelektrodenaktivmaterial bzw. als Negativelektrodenaktivmaterial verwendet; jedoch sind Aktivmaterialien, die für die Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, nicht darauf beschränkt.
  • 46A stellt eine Verbindungsstruktur der Energiespeichervorrichtung 500 und eines Ladegeräts 1122 beim Ladevorgang einer Lithiumionen-Sekundärbatterie dar. In dem Fall, in dem die Energiespeichervorrichtung 500 eine Lithiumionen-Sekundärbatterie ist, tritt eine durch die chemische Reaktionsformel 1 dargestellte Reaktion in der Positivelektrode beim Ladevorgang auf.
  • [Chemische Formel 1]
    • LiFePO4 → FePO4 + Li+ + e–
  • Zudem tritt eine durch die chemische Reaktionsformel 2 dargestellte Reaktion in der Negativelektrode beim Ladevorgang auf.
  • [Chemische Formel 2]
  • xC + Li+ + e– → LiCx x ≥ 6
  • Hier wird beispielsweise eine Elektrolytlösung in einigen Fällen in der Nähe einer Oberfläche der Elektrode auf einem Potential bei der Batteriereaktion zersetzt. Eine derartige Zersetzungsreaktion ist in vielen Fällen eine irreversible Reaktion und könnte daher zum Verlust der Kapazität der Energiespeichervorrichtung führen. Insbesondere ist in der Negativelektrode das Potential bei der Batteriereaktion niedrig, was die reduktive Zersetzung einer Elektrolytlösung leicht verursacht und die Kapazität leicht verringert.
  • Hier werden die Reaktionen in der Negativelektrode detaillierter beschrieben. Die durch die chemische Reaktionsformel 2 dargestellte Reaktion wird als erste Reaktion bezeichnet.
  • Im Gegensatz dazu tritt in einigen Fällen in der Negativelektrode, abgesehen von der durch die chemische Reaktionsformel 2 dargestellten Reaktion beim Ladevorgang, eine Reaktion auf. Beispielsweise könnte eine Elektrolytlösung in der Nähe der Oberfläche der Elektrode zersetzt werden. Darüber hinaus könnten im Falle der Verwendung einer ionischen Flüssigkeit als Lösungsmittel einer Elektrolytlösung Kationen und dergleichen in jeden Zwischenraum zwischen Schichten eines Aktivmaterials eingelagert werden. Diese Reaktionen sind in vielen Fällen irreversibel. Unter den Reaktionen mit Ausnahme der durch die chemische Reaktionsformel 2 dargestellten Reaktion wird eine irreversible Reaktion als zweite Reaktion bezeichnet.
  • Da die zweite Reaktion irreversibel ist, wird dann, wenn die zweite Reaktion auftritt, die Entladekapazität niedriger als die Ladekapazität. Daher führt die zweite Reaktion zu einer Abnahme der Kapazität der Energiespeichervorrichtung. Daher ist die zweite Reaktion vorzugsweise möglichst geringfügig.
  • Die zweite Reaktion könnte die Ausbildung eines Films an der Oberfläche der Elektrode bewirken. Der ausgebildete Film dient in einigen Fällen als Passivierungsfilm. Mit diesem Passivierungsfilm kann eine weitere Zersetzungsreaktion von anderen Ionen als Lithiumionen durch einen Lade-/Entladevorgang verhindert werden. Folglich wird eine Abnahme der Kapazität der Energiespeichervorrichtung nach der Ausbildung des Films möglicherweise verhindert. Aus diesem Grund wird der Film vorzugsweise ausgebildet.
  • Als Nächstes wird ein Entladevorgang beschrieben. 46B stellt eine Verbindungsstruktur der Energiespeichervorrichtung 500 und einer Last 1123 beim Entladevorgang der Lithiumionen-Sekundärbatterie dar. Eine durch die chemische Reaktionsformel 3 dargestellte Reaktion tritt in der Positivelektrode beim Entladevorgang auf.
  • [Chemische Formel 3]
    • FePO4 + Li+ + e– → LiFePO4
  • Zudem tritt eine durch die chemische Reaktionsformel 4 dargestellte Reaktion in der Negativelektrode beim Entladevorgang auf.
  • [Chemische Formel 4]
    • LiCx → xC + Li+ + e– x ≥ 6
  • Der Fall wird beschrieben, in dem eine irreversible Reaktion, wie z. B. die Zersetzung einer Elektrolytlösung, nach der durch die chemische Reaktionsformel 4 dargestellten Reaktion in der Negativelektrode auftritt. In diesem Fall könnte die Ladekapazität in dem nächsten Lade-/Entladezyklus niedriger werden als die Entladekapazität. Das heißt, dass dann, wenn irreversible Reaktionen wiederholt auftreten, die Kapazität mit der zunehmenden Anzahl der Lade-/Entladezyklen allmählich abnehmen könnte.
  • Hier wird die zweite Reaktion, die im Falle der Verwendung einer ionischen Flüssigkeit als Lösungsmittel einer Elektrolytlösung auftritt, detailliert beschrieben.
  • Kationen und Anionen in einer ionischen Flüssigkeit weisen Ladungen auf und können daher beispielsweise eine elektrische Doppelschicht an einer Oberfläche einer Elektrode bilden. Deshalb kann eine ionische Flüssigkeit in einer Energiespeichervorrichtung, wie z. B. einem elektrischen Doppelschichtkondensator, verwendet werden.
  • Jedoch könnten Kationen und Anionen in einer ionischen Flüssigkeit in der Nähe einer Oberfläche einer Elektrode zersetzt werden. Die meisten Zersetzungsreaktionen sind irreversibel und könnten daher die Kapazität einer Energiespeichervorrichtung verringern.
  • Ionen in einer ionischen Flüssigkeit werden in einigen Fällen in jeden Zwischenraum zwischen Schichten einer Einlagerungsverbindung, typischerweise Graphit, eingelagert und nach der Einlagerung aus dem Zwischenraum ausgelagert. Beispielsweise könnten im Falle der Verwendung von Graphit als Negativelektrodenaktivmaterial einer Energiespeichervorrichtung Kationen in jeden Zwischenraum zwischen Graphitschichten eingelagert werden. In einem derartigen Fall wird eine Ladung bei der Einlagerung in der Nähe einer Oberfläche einer Elektrode aufgenommen und abgegeben, was eine Ladekapazität erzeugt.
  • Hier wird beispielsweise der Fall beschrieben, in dem Kationen nicht ausgelagert werden können, nachdem sie in jeden Zwischenraum zwischen Graphitschichten eingelagert worden sind. Diese Reaktion ist eine irreversible Reaktion und führt daher zum Verlust der Kapazität. Die Zersetzung von eingelagerten Kationen und die Zersetzung von Kationen während der Einlagerung oder Auslagerung sind in vielen Fällen irreversible Reaktionen und könnten einen Verlust der Kapazität einer Energiespeichervorrichtung verursachen.
  • Diese irreversiblen Reaktionen sind Beispiele für die zweite Reaktion. Die zweite Reaktion tritt voraussichtlich gleichzeitig mit den durch die chemischen Reaktionsformeln (1) bis (4) dargestellten Reaktionen auf. Es wird bevorzugt, dass eine Umgebung geschafft wird, in der normale Reaktionen in einem Batteriebetrieb, d. h. die durch die chemischen Reaktionsformeln (1) bis (4) dargestellten Reaktionen, leichter auftreten als die zweite Reaktion, in welchem Falle die Kapazität einer Energiespeichervorrichtung zunimmt.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass ein Bereich einer Negativelektrode einer Energiespeichervorrichtung, der nicht mit einer Positivelektrode überlappt, die irreversible Anfangskapazität erhöhen könnte. Diese Entdeckung wird detailliert in den nachstehenden Beispielen beschrieben. Das heißt: Es wird darauf hingedeutet, dass je größer ein Bereich einer Negativelektrode ist, der nicht mit einer Positivelektrode überlappt, desto leichter die zweite Reaktion auftritt. Es wird auch darauf hingedeutet, dass ein derartiges Phänomen besonders im Falle der Verwendung einer ionischen Flüssigkeit für eine Elektrolytlösung einer Energiespeichervorrichtung bedeutsam ist.
  • Dies deutet beispielsweise darauf hin, dass durch Verringerung eines Bereichs einer Negativelektrode, der nicht mit einer Positivelektrode überlappt, die irreversible Anfangskapazität abnimmt.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für eine ionische Flüssigkeit beschrieben, die als Lösungsmittel einer Elektrolytlösung verwendet werden kann.
  • Im Falle der Verwendung einer ionischen Flüssigkeit, die ein aliphatisches Oniumkation, wie z. B. ein quaternäres Ammoniumkation, ein tertiäres Sulfoniumkation oder ein quaternäres Phosphoniumkation, enthält und ein niedrigeres Reduktionspotential aufweist als eine ionische Flüssigkeit, die ein aromatisches Kation, wie z. B. ein Imidazoliumkation, enthält, kann die irreversible Kapazität einer Energiespeichervorrichtung in einigen Fällen abnehmen. Die ionische Flüssigkeit weist jedoch eine hohe Viskosität und daher eine niedrige Ionenleitfähigkeit (z. B. Lithiumionenleitfähigkeit) auf. Des Weiteren steigt im Falle einer Lithiumionen-Sekundärbatterie mit der ionischen Flüssigkeit der Widerstand der ionischen Flüssigkeit (insbesondere eines Elektrolyten, der die ionische Flüssigkeit enthält) in einer Umgebung bei niedriger Temperatur (im Besonderen bei 0°C oder niedriger) an, und es ist daher schwierig, die Lade-/Entladerate zu erhöhen.
  • Eine ionische Flüssigkeit, die ein aromatisches Kation, wie z. B. ein Imidazoliumkation, enthält, wird vorzugsweise als Lösungsmittel einer Elektrolytlösung verwendet, da sie eine niedrigere Viskosität aufweist als eine ionische Flüssigkeit, die ein Kation einer aliphatischen Verbindung enthält, und die Lade-/Entladerate erhöhen kann. Ein aromatisches Kation, wie z. B. ein Imidazoliumkation, könnte jedoch an Oberflächen eines Aktivmaterials und eines Stromkollektors, die die Bestandsmaterialien einer Energiespeichervorrichtung sind, leicht reduktiv zersetzt werden. Als Ergebnis könnte die irreversible Kapazität zunehmen. Darüber hinaus könnte die Kapazität mit der zunehmenden Anzahl von Lade-/Entladezyklen abnehmen. Diese Phänomene sind möglicherweise auf das niedrige Reduktionspotential eines aromatischen Kations, wie z. B. eines Imidazoliumkations, zurückzuführen. Des Weiteren sind diese Phänomene möglicherweise zum Beispiel auf die Struktur eines Imidazoliumkations zurückzuführen. Daher wird es besonders bevorzugt, dass die reduktive Zersetzung eines aromatischen Kations, wie z. B. eines Imidazoliumkations, an Oberflächen eines Aktivmaterials und eines Stromkollektors, die die Bestandsmaterialien einer Energiespeichervorrichtung sind, verhindert wird.
  • Außerdem weist eine ionische Flüssigkeit, die ein aliphatisches Oniumkation, wie z. B. ein quaternäres Ammoniumkation, ein tertiäres Sulfoniumkation oder ein quaternäres Phosphoniumkation, enthält, ein relativ niedriges Reduktionspotential auf, aber könnte sie beispielsweise in Lade-/Entladezyklen bei hoher Temperatur an Oberflächen eines Aktivmaterials und eines Stromkollektors, die die Bestandsmaterialien einer Energiespeichervorrichtung sind, reduktiv versetzt werden.
  • Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann beispielsweise die Zersetzungsreaktion einer Elektrolytlösung an den Oberflächen der Aktivmaterialschicht, des Stromkollektors und dergleichen der Energiespeichervorrichtung 500 vermieden werden, was die Kapazität der Energiespeichervorrichtung erhöht.
  • Des Weiteren könnte eine irreversible Reaktion mit der Elektrolytlösung 508 auch an den Oberflächen des Negativelektrodenstromkollektors 504 und des Positivelektrodenstromkollektors 501 auftreten. Daher ist vorzugsweise die Wahrscheinlichkeit geringer, dass der Positivelektrodenstromkollektor 501 und der Negativelektrodenstromkollektor 504 mit der Elektrolytreaktion reagieren.
  • Der Positivelektrodenstromkollektor 501 und der Negativelektrodenstromkollektor 504 können jeweils beispielsweise unter Verwendung eines Metalls, wie z. B. Gold, Platin, Zink, Eisen, Nickel, Kupfer, Aluminium, Titan, Tantal oder Mangan, einer Legierung eines beliebigen der Metalle (z. B. Edelstahl), gesinterten Kohlenstoffs oder dergleichen ausgebildet werden. Alternativ kann Kupfer oder Edelstahl, das/der mit Kohlenstoff, Nickel, Titan oder dergleichen beschichtet ist, verwendet werden, um die Stromkollektoren auszubilden. Alternativ können die Stromkollektoren jeweils unter Verwendung einer Aluminiumlegierung ausgebildet werden, der ein Element zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit, wie z. B. Silizium, Neodym, Scandium oder Molybdän, hinzugefügt worden ist. Als weitere Alternative kann ein Metallelement verwendet werden, das durch eine Reaktion mit Silizium Silizid bildet. Beispiele für das Metallelement, das durch eine Reaktion mit Silizium Silizid bildet, umfassen Zirkonium, Titan, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Kobalt, Nickel und dergleichen.
  • Edelstahl oder dergleichen wird vorzugsweise als Stromkollektor verwendet, in welchem Falle eine Reaktion mit einer Elektrolytlösung in einigen Fällen verhindert werden kann.
  • Der Positivelektrodenstromkollektor 501 und der Negativelektrodenstromkollektor 504 können jeweils nach Bedarf verschiedene Formen einschließlich der Form einer Folie, der Form einer Platte (der Form eines Blattes), der Form eines Netzes, der Form eines Zylinders, der Form einer Spule, der Form eines gestanzten Metalls, der Form eines Streckmetalls, einer porösen Form und der Form von Vliesstoff aufweisen. Der Positivelektrodenstromkollektor 501 und der Negativelektrodenstromkollektor 504 können jeweils beispielsweise derart ausgebildet werden, dass sie sehr kleine Unregelmäßigkeiten an ihren Oberflächen aufweisen, um die Adhäsion an der Aktivmaterialschicht zu erhöhen. Der Positivelektrodenstromkollektor 501 und der Negativelektrodenstromkollektor 504 weisen jeweils vorzugsweise eine Dicke von 5 μm bis 30 μm auf.
  • <Etikettbereich bzw. Anschlussbereich>
  • Wie in 12A dargestellt, können beispielsweise die Positivelektrode 503a und die Negativelektrode 506a einen Etikettbereich bzw. Anschlussbereich 281a bzw. einen Etikettbereich bzw. Anschlussbereich 282a enthalten. Der Etikettbereich 281a und der Etikettbereich 282a können mit einer Anschlusselektrode, die als Anschluss einer Energiespeichervorrichtung dient, verbunden sein. Beispielsweise kann eine Anschlusselektrode mit einem Teil des Etikettbereichs verschweißt werden. Bei dem Etikettbereich 281a der Positivelektrode 503a ist vorzugsweise mindestens ein Teil des Positivelektrodenstromkollektors freigelegt. Bei dem Etikettbereich 282a der Negativelektrode 506a ist vorzugsweise mindestens ein Teil des Negativelektrodenstromkollektors freigelegt. Wenn ein Teil des Stromkollektors freigelegt ist, kann der Kontaktwiderstand zwischen der Anschlusselektrode und dem Stromkollektor verringert werden.
  • Wenn die Oberfläche des Stromkollektors freigelegt ist, könnte jedoch eine Reaktion zwischen der Elektrolytlösung 508 und dem Stromkollektor leicht bewirkt werden. Daher ist die Fläche eines Bereichs der freigelegten Oberfläche des Stromkollektors vorzugsweise klein. Indem hier eine Schicht 271 mit einer sehr guten isolierenden Eigenschaft über mindestens Teilen von Oberflächen von Abschnitten des Etikettbereichs 281a und des Etikettbereichs 282a, mit denen die Anschlusselektrode nicht verschweißt wird, ausgebildet wird, kann eine irreversible Reaktion mit der Elektrolytlösung 508 in einigen Fällen verhindert werden. Im Besonderen weist die Negativelektrode ein niedriges Reaktionspotential auf; folglich wird die Elektrolytlösung leichter zersetzt. Daher wird es bevorzugter, dass die Schicht 271 über der Oberfläche des Etikettbereichs 282a ausgebildet wird.
  • Hier wird ein Beispiel beschrieben, in dem die Schicht 271 über einem Teil der Oberfläche des Etikettbereichs 282a ausgebildet wird. 12B und 12C sind Draufsichten auf die Negativelektrode 506a. In 12B ist in dem Etikettbereich 282a der Negativelektrode 506a mindestens ein Teil der Oberfläche des Stromkollektors freigelegt. Eine nachstehend beschriebene Anschlusselektrode wird mit dem Etikettbereich 282a verschweißt. Wie in 12C dargestellt, enthält der Etikettbereich 282a einen Bereich 284a und einen Bereich 283a, der dem Bereich 284a benachbart ist und näher an einem Ende des Etikettbereichs liegt. In dem Fall, in dem eine Anschlusselektrode mit mindestens einem Teil des Bereichs 283a in 12C verschweißt wird, wird es beispielsweise bevorzugt, dass die Schicht 271 über einer Oberfläche des Bereichs 284a ausgebildet wird. Des Weiteren ist die Oberfläche des Bereichs 284a vorzugsweise mit der Schicht 271 bedeckt. Beispielsweise weist die Schicht 271 vorzugsweise einen höheren Widerstand auf als die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a. Außerdem ist beispielsweise die Schicht 271 dünner als die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a. Die Anschlusselektrode kann mit dem Bereich 283a verschweißt werden, bevor oder nachdem die Schicht 271 über der Oberfläche des Bereichs 284a ausgebildet wird. 13A und 13B sind Querschnittsansichten entlang der Strichpunktlinie A-B in 12C. In 13A ist die Schicht 271 vorzugsweise über mindestens einem Teil des Bereichs 284a ausgebildet. In mindestens einem Teil des Bereichs 283a ist die Oberfläche des Negativelektrodenstromkollektors 504 vorzugsweise freigelegt. Beispielsweise ist hier die Schicht 271 vorzugsweise dünner als die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505a. Inselförmige Bereiche können sich, wie in 13B dargestellt, als die Schicht 271 verteilen.
  • Die Schicht 271 wird beispielsweise unter Verwendung eines Materials mit einer sehr guten isolierenden Eigenschaft ausgebildet. Hier ist es vorzugsweise unwahrscheinlich, dass das Material mit einer sehr guten isolierenden Eigenschaft in einer Elektrolytlösung aufgelöst wird. Des Weiteren wird es bevorzugt, dass das Material mit einer sehr guten isolierenden Eigenschaft auf dem Potential des Stromkollektors nicht bedeutend aufgelöst wird. Beispiele für das Material mit einer sehr guten isolierenden Eigenschaft umfassen Polystyrol, Polymethylacrylat, Polymethylmethacrylat (PMMA), Natriumpolyacrylat, Polyvinylalkohol (PVA), Polyethylenoxid (PEO), Polypropylenoxid, Polyimid, Polyvinylchlorid, Polytetrafluorethylen, Polyethylen, Polypropylen, Isobutylen, Polyethylenterephthalat, Nylon, Polyvinylidenfluorid (PVdF) und Polyacrylnitril (PAN). Alternativ kann ein Gummimaterial, wie z. B. Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Styrol-Isopren-Styrol-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Butadien-Kautschuk oder Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer, oder dergleichen verwendet werden. Alternativ kann ein wasserlösliches Polymer, so beispielsweise ein Cellulosederivat, wie z. B. Carboxymethylcellulose (CMC), Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Diacetylcellulose oder regenerierte Cellulose, oder Stärke oder dergleichen verwendet werden. Alternativ können einige dieser Materialien kombiniert und verwendet werden. Im Besonderen wird ein beliebiges der vorstehenden Gummimaterialien bevorzugter in Kombination mit einem beliebigen der wasserlöslichen Polymeren verwendet.
  • Nun wird der Fall, in dem die Positivelektrode 503a den Etikettbereich 281 enthält und die Negativelektrode 506a den Etikettbereich 282 enthält, anhand von 14A bis 14D beschrieben. 14A bis 14C stellen jeweils ein Beispiel dar, in dem die Negativelektrode 506a, der Separator 507 zwischen der Negativelektrode 506a und der Positivelektrode 503a sowie die Positivelektrode 503a von oben betrachtet werden.
  • 14A stellt ein Beispiel dar, in dem der Endabschnitt der Positivelektrode 503a mit Ausnahme des Etikettbereichs zu dem Endabschnitt der Negativelektrode 506a mit Ausnahme des Etikettbereichs im Wesentlichen ausgerichtet ist. 14B stellt ein Beispiel dar, in dem der Endabschnitt der Negativelektrode 506a mit Ausnahme des Etikettbereichs innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode 503a positioniert ist.
  • Die Beispiele in 14A und 14B werden bevorzugt, da die Negativelektrode 506a mit der Positivelektrode 503a mit Ausnahme des Etikettbereichs 282 überlappt. Die Negativelektrode 506a überlappt vorzugsweise mit der Positivelektrode 503a, in welchem Falle eine irreversible Reaktion in der Energiespeichervorrichtung 500 verhindert wird. Wenn die irreversible Reaktion verhindert wird, kann eine Abnahme der Kapazität der Energiespeichervorrichtung 500 verhindert werden. In diesem Fall kann eine hohe Kapazität erzielt werden, was vorzuziehen ist.
  • 14C stellt ein Beispiel dar, in dem der Endabschnitt der Negativelektrode 506a weiter außen positioniert ist als der Endabschnitt der Positivelektrode 503a. Ein Bereich, in dem die Negativelektrode 506a mit der Positivelektrode 503a überlappt, und andere Bereiche in 14C werden detailliert anhand von 14D beschrieben.
  • 14D ist eine Draufsicht auf die Negativelektrode 506a. Der Bereich 261 in der Negativelektrode 506a in 14D entspricht einem Bereich in 14C, in dem die Negativelektrode 506a mit der Positivelektrode 503a überlappt. Der Bereich 262 entspricht einem Bereich in 14C, in dem die Negativelektrode 506a nicht mit der Positivelektrode 503a überlappt. Ein Bereich 285 entspricht einem Bereich, in dem die Negativelektrode 506a mit dem Etikettbereich der Positivelektrode 503a überlappt. Die Fläche des Bereichs 262 ist vorzugsweise klein, damit eine irreversible Reaktion in der Energiespeichervorrichtung verhindert werden kann. Wenn die irreversible Reaktion verhindert wird, kann eine Abnahme der Kapazität der Energiespeichervorrichtung 500 verhindert werden. In diesem Fall kann eine hohe Kapazität erzielt werden, was vorzuziehen ist.
  • Als Nächstes sind 15A und 15B sowie 16 Draufsichten, die jeweils die Positivelektrode 503a, die Negativelektrode 506a und einen Separator darstellen. 15A ist die Draufsicht, die den Fall darstellt, in dem die Positivelektrode 503a, die Negativelektrode 506a und der Separator jeweils rechteckig sind. Hier entsprechen, wie in 15A und dergleichen dargestellt, Abstände (oder Zwischenräume) zwischen dem Endabschnitt der Positivelektrode 503a und dem Endabschnitt der Negativelektrode 506a beispielsweise einem Abstand 131 zwischen langen Seiten der Positivelektrode und der Negativelektrode sowie einem Abstand 132 zwischen ihren kurzen Seiten in dem Fall, in dem die Positivelektrode und die Negativelektrode rechteckig sind, wenn sie von oben betrachtet werden.
  • Die Breite und die Länge der Positivelektrode 503a sind beispielsweise eine Breite 137 bzw. eine Länge 139 in 15A. In ähnlicher Weise sind die Breite und die Länge der Negativelektrode 506a beispielsweise eine Breite 136 bzw. eine Länge 138 in 15A und dergleichen.
  • 15B stellt als weiteres Beispiel den Fall dar, in dem die Positivelektrode 503a und die Negativelektrode 506a den Etikettbereich 281 bzw. den Etikettbereich 282 enthalten. In dem Fall, in dem die Positivelektrode 503a und die Negativelektrode 506a den Etikettbereich 281 bzw. den Etikettbereich 282 enthalten, enthalten die Breiten und die Längen der Positivelektrode 503a und der Negativelektrode 506a nicht notwendigerweise diejenigen des Etikettbereichs 281 und des Etikettbereichs 282. Die Breite und die Länge der Positivelektrode 503a sind beispielsweise die Breite 137 und die Länge 139 in 15B. In ähnlicher Weise sind die Breite und die Länge der Negativelektrode 506a beispielsweise die Breite 136 bzw. die Länge 138 in 15B.
  • 16 stellt als weiteres Beispiel den Fall dar, in dem der Endabschnitt der Positivelektrode 503a zu dem Endabschnitt der Negativelektrode 506a nicht parallel ist. In diesem Fall kann der Abstand zwischen den Endabschnitten an einer Vielzahl von Positionen gemessen werden, und der Durchschnitt der Abstände kann berechnet werden. Obwohl 16 das Beispiel darstellt, in dem Abstände 133a bis 133c sowie Abstände 134a und 134b jeweils als Abstand zwischen den Endabschnitten gemessen werden, sind die Positionen und die Anzahl von Messpunkten nicht auf diejenigen in dem vorstehenden Beispiel beschränkt.
  • <Bestandteile der Energiespeichervorrichtung>
  • Als Nächstes werden die Bestandteile der Energiespeichervorrichtung 500 beschrieben. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht enthält ein Positivelektrodenaktivmaterial. Als Positivelektrodenaktivmaterial kann ein Material verwendet werden, in das und aus dem Lithiumionen eingelagert und ausgelagert werden können; beispielsweise kann ein Material mit einer Olivin-Kristallstruktur, einer geschichteten Steinsalz-Kristallstruktur, einer Spinell-Kristallstruktur oder einer NASICON-Kristallstruktur oder dergleichen verwendet werden. Ein Material, das für das Positivelektrodenaktivmaterial verwendet werden kann, wird bei der Ausführungsform 3 detailliert beschrieben.
  • Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht enthält ein Negativelektrodenaktivmaterial. Als Negativelektrodenaktivmaterial kann beispielsweise ein auf Kohlenstoff basierendes Material, ein auf Legierung basierendes Material oder dergleichen verwendet werden. Ein Material, das für das Negativelektrodenaktivmaterial verwendet werden kann, wird bei der Ausführungsform 3 detailliert beschrieben.
  • Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht können jeweils ferner ein Leitfähigkeitsadditiv enthalten. Beispiele für das Leitfähigkeitsadditiv umfassen ein Kohlenstoffmaterial, ein Metallmaterial und ein leitendes Keramikmaterial. Alternativ kann ein Fasermaterial als Leitfähigkeitsadditiv verwendet werden. Ein Material, das als Leitfähigkeitsadditiv verwendet werden kann, wird bei der Ausführungsform 3 detailliert beschrieben.
  • Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht können jeweils ferner ein Bindemittel enthalten. Ein Material, das als Bindemittel verwendet werden kann, wird bei der Ausführungsform 3 detailliert beschrieben.
  • Als der Separator 507 kann Papier, Vliesstoff, Glasfaser, Keramiken, Kunstfaser, die Polyamid, Vinylon (auf Polyvinylalkohol basierende Faser), Polyester, Acryl, Polyolefin oder Polyurethan enthält, oder dergleichen verwendet werden.
  • Ein Lösungsmittel der Elektrolytlösung 508 enthält vorzugsweise eine ionische Flüssigkeit (auch als bei Raumtemperatur geschmolzenes Salz bezeichnet), die Nicht-Entflammbarkeit und Nicht-Flüchtigkeit aufweist. Entweder eine Art von ionischer Flüssigkeit oder eine Kombination aus einigen Arten von ionischen Flüssigkeiten wird verwendet. Die Verwendung der Elektrolytlösung 508, die eine ionische Flüssigkeit enthält, kann verhindern, dass eine Energiespeichervorrichtung explodiert oder Feuer fängt, selbst wenn die Energiespeichervorrichtung innen kurzgeschlossen wird oder die Innentemperatur wegen eines Überladens oder dergleichen ansteigt. Eine ionische Flüssigkeit besteht aus Kationen und Anionen. Die ionische Flüssigkeit enthält organische Kationen und Anionen. Beispiele für das organische Kation umfassen aromatische Kationen, wie z. B. ein Imidazoliumkation und ein Pyridiniumkation sowie aliphatische Oniumkationen, wie z. B. ein quaternäres Ammoniumkation, ein tertiäres Sulfoniumkation und ein quaternäres Phosphoniumkation. Beispiele für das Anion umfassen ein einwertiges auf Amid basierendes Anion, ein einwertiges auf Methid basierendes Anion, ein Fluorsulfonatanion, ein Perfluoralkylsulfonatanion, Tetrafluorborat, Perfluoralkylborat, Hexafluorphosphat und Perfluoralkylphosphat. Eine ionische Flüssigkeit, die als Lösungsmittel der Elektrolytlösung 508 verwendet werden kann, wird bei der Ausführungsform 2 detailliert beschrieben.
  • Als Lösungsmittel der Elektrolytlösung 508 kann ein aprotisches organisches Lösungsmittel in eine beliebige der vorstehenden ionischen Flüssigkeiten gemischt werden. Als aprotisches organisches Lösungsmittel kann beispielsweise eines von Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Butylencarbonat, Chlorethylencarbonat, Vinylencarbonat, γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Methylformat, Methylacetat, Methylbutyrat, 1,3-Dioxan, 1,4-Dioxan, Dimethoxyethan (DME), Dimethylsulfoxid, Diethylether, Methyldiglyme, Acetonitril, Benzonitril, Tetrahydrofuran, Sulfolan und Sulton verwendet werden, oder zwei oder mehr aus diesen Lösungsmitteln können in geeigneter Kombination in einem entsprechenden Verhältnis verwendet werden.
  • Ferner kann ein Additivmittel, wie z. B. Vinylencarbonat, Propansulton (PS), tert-Butylbenzol (TBB), Fluorethylencarbonat (FEC) oder LiBOB der Elektrolytlösung hinzugefügt werden. Die Konzentration eines derartigen Additivmittels im ganzen Lösungsmittel ist beispielsweise höher als oder gleich 0,1 Gew.-% und niedriger als oder gleich 5 Gew.-%.
  • In dem Fall, in dem Lithiumionen als Ladungsträger verwendet werden, kann als Elektrolyt, der in dem vorstehend beschriebenen Lösungsmittel aufgelöst ist, eines von Lithiumsalzen, wie z. B. LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiAlCl4, LiSCN, LiBr, LiI, Li2SO4, Li2B10Cl10, Li2B12Cl12, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiC(CF3SO2)3, LiC(C2F5SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C4F9SO2)(CF3SO2) und LiN(C2F5SO2)2, verwendet werden, oder zwei oder mehr aus diesen Lithiumsalzen können in geeigneter Kombination in einem geeigneten Verhältnis verwendet werden.
  • Die Elektrolytlösung, die für eine Energiespeichervorrichtung verwendet wird, ist vorzugsweise hoch gereinigt und enthält eine geringe Menge an Staubpartikeln und anderen Elementen als die Bestandselemente der Elektrolytlösung (nachstehend auch einfach als Verunreinigungen bezeichnet). Insbesondere ist das Gewichtsverhältnis von Verunreinigungen zu der Elektrolytlösung niedriger als oder gleich 1%, bevorzugt niedriger als oder gleich 0,1%, bevorzugter niedriger als oder gleich 0,01%.
  • Alternativ kann ein gelierter Elektrolyt verwendet werden, der erhalten wird, indem ein Polymer in einer Elektrolytlösung quellen gelassen wird. Beispiele für den gelierten Elektrolyten (Polymer-Gel-Elektrolyten) umfassen ein Wirtspolymer, das als Träger verwendet wird und die oben beschriebene Elektrolytlösung enthält.
  • Beispiele für Wirtspolymere umfassen ein Polymer mit einer Polyalkylenoxid-Struktur, wie z. B. Polyethylenoxid (PEO), PVdF, Polyacrylnitril, und ein Copolymer, das eines von ihnen enthält. Beispielsweise kann PVdF-HFP, das ein Copolymer von PVdF und Hexafluorpropylen (HFP) ist, verwendet werden. Das gebildete Polymer kann porös sein.
  • In Kombination mit der Elektrolytlösung kann ein Festelektrolyt, der ein anorganisches Material, wie z. B. ein auf Sulfid basierendes anorganisches Material oder ein auf Oxid basierendes anorganisches Material, enthält, oder ein Festelektrolyt, der ein makromolekulares Material, wie z. B. ein auf Polyethylenoxid (PEO) basierendes makromolekulares Material, enthält, als Alternative verwendet werden. Beispielsweise kann der Festelektrolyt über einer Oberfläche der Aktivmaterialschicht ausgebildet werden. In dem Fall, in dem der Festelektrolyt und die Elektrolytlösung in Kombination verwendet werden, sind in einigen Fällen ein Separator und ein Abstandshalter nicht notwendigerweise bereitgestellt.
  • Es wird bevorzugt, dass die Oberfläche des Außenteils 509, die in Kontakt mit der Elektrolytlösung ist, d. h. die Innenfläche des Außenteils 509, nicht bedeutsam mit der Elektrolytlösung reagiert. Wenn die Feuchtigkeit von außen in die Energiespeichervorrichtung 500 eindringt, könnte eine Reaktion zwischen einer Komponente der Elektrolytlösung oder dergleichen und Wasser bewirkt werden. Daher weist der Außenteil 509 vorzugsweise eine niedrige Durchlässigkeit für Feuchtigkeit auf.
  • [Dünne Speicherbatterie]
  • Ein Beispiel für die Energiespeichervorrichtung 500, die einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend hergestellt wird, wird anhand von 17A bis 17C beschrieben. 17A stellt eine dünne Speicherbatterie als Beispiel für die Speichervorrichtung 500 dar. 18A ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie A1-A2 in 17A. 18B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie B1-B2 in 17A. Die Energiespeichervorrichtung 500 beinhaltet die Positivelektrode 503, die Negativelektrode 506, den Separator 507, den Außenteil 509, eine Positivelektrodenleitung 510 und eine Negativelektrodenleitung 511.
  • 17B stellt das äußere Aussehen der Positivelektrode 503 dar. Die Positivelektrode 503 enthält den Positivelektrodenstromkollektor 501 und die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502. Die Positivelektrode 503 enthält vorzugsweise den Etikettbereich 281. Die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 wird vorzugsweise mit einem Teil des Etikettbereichs 281 verschweißt. Der Etikettbereich 281 enthält vorzugsweise einen Bereich, in dem der Positivelektrodenstromkollektor 501 freigelegt ist. Wenn die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 mit dem Bereich, in dem der Positivelektrodenstromkollektor 501 freigelegt ist, verschweißt wird, kann der Kontaktwiderstand ferner verringert werden. Obwohl 17B das Beispiel darstellt, in dem der Positivelektrodenstromkollektor 501 in dem ganzen Etikettbereich 281 freigelegt ist, kann der Etikettbereich 281 teilweise die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 enthalten.
  • 17C stellt das äußere Aussehen der Negativelektrode 506 dar. Die Negativelektrode 506 enthält den Negativelektrodenstromkollektor 504 und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505. Die Negativelektrode 506 enthält vorzugsweise den Etikettbereich 282. Die Negativelektrodenanschlusselektrode 511 wird vorzugsweise mit einem Teil des Etikettbereichs 282 verschweißt. Der Etikettbereich 282 enthält vorzugsweise einen Bereich, in dem der Negativelektrodenstromkollektor 504 freigelegt ist. Wenn die Negativelektrodenanschlusselektrode 511 mit dem Bereich, in dem der Negativelektrodenstromkollektor 504 freigelegt ist, verschweißt wird, kann der Kontaktwiderstand ferner verringert werden. Obwohl 17C das Beispiel darstellt, in dem der Negativelektrodenstromkollektor 504 in dem ganzen Etikettbereich 282 freigelegt ist, kann der Etikettbereich 282 teilweise die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 enthalten.
  • Unter Verwendung eines flexiblen Außenteils kann die dünne Speicherbatterie in 17A Flexibilität aufweisen. Wenn die dünne Speicherbatterie Flexibilität aufweist, kann sie in einem elektronischen Gerät verwendet werden, bei dem mindestens ein Teil flexibel ist, und die Speicherbatterie kann gebogen werden, wenn das elektronische Gerät gebogen wird.
  • Obwohl 17A und 11 jeweils das Beispiel darstellen, in dem die Endabschnitte der Positivelektrode und der Negativelektrode zueinander im Wesentlichen ausgerichtet sind, kann, wie in 5 und 6 dargestellt, mindestens ein Teil des Endabschnitts der Positivelektrode weiter außen positioniert sein als der Endabschnitt der Negativelektrode. Alternativ kann, wie in 7 sowie in 8A und 8B dargestellt, der Endabschnitt der Negativelektrode weiter außen positioniert sein als der Endabschnitt der Positivelektrode. In diesem Fall ist die Fläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht außerhalb der Positivelektrode vorzugsweise möglichst klein, wie anhand von 7 sowie 8A und 8B beschrieben.
  • Die Beispiele für Speicherbatterien in 18A und 18B beinhalten jeweils drei Paare von Positivelektroden und Negativelektroden. Es ist unnötig zu erwähnen, dass die Anzahl von Elektrodenpaaren nicht auf drei beschränkt ist und sie mehr als drei oder weniger als drei sein kann. Im Falle der Verwendung einer großen Anzahl von Elektrodenpaaren kann die Speicherbatterie eine hohe Kapazität aufweisen. Im Gegensatz dazu kann in dem Fall, in dem eine geringe Anzahl von Elektrodenpaaren verwendet wird, die Speicherbatterie eine kleinere Dicke und höhere Flexibilität aufweisen. Die Beispiele in 18A und 18B beinhalten jeweils fünf Paaren von Positivelektrodenaktivmaterialschichten und Negativelektrodenaktivmaterialschichten (die Positivelektrode und die Negativelektrode jedes Paars sind einander zugewandt). Es ist unnötig zu erwähnen, dass die Anzahl von Paaren von Aktivmaterialschichten nicht auf fünf beschränkt ist.
  • Die Energiespeichervorrichtung 500 kann die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 und die Negativelektrodenanschlusselektrode 511 enthalten. Die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 ist vorzugsweise elektrisch mit der Positivelektrode 503 verbunden. Beispielsweise kann die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 mit dem Etikettbereich 281 der Positivelektrode 503 verschweißt werden. In ähnlicher Weise ist die Negativelektrodenanschlusselektrode 511 vorzugsweise elektrisch mit der Negativelektrode 506 verbunden. Beispielsweise kann die Negativelektrodenanschlusselektrode 511 mit dem Etikettbereich 282 der Negativelektrode 506 verschweißt werden. Die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 und die Negativelektrodenanschlusselektrode 511 sind vorzugsweise außerhalb des Außenteils freigelegt, um als Anschlüsse für den elektrischen Kontakt mit einem äußeren Abschnitt zu dienen.
  • Wie in 13A und 13B dargestellt, sind der Etikettbereich 281 und der Etikettbereich 282 vorzugsweise teilweise mit der Schicht 271 bedeckt. Im Besonderen ist ein Teil des Etikettbereichs 282 vorzugsweise mit der Schicht 271 bedeckt. In diesem Fall ist beispielsweise der Etikettbereich 281 mit Ausnahme eines Abschnitts, mit dem die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 verschweißt wird, mit der Schicht 271 bedeckt.
  • Der Positivelektrodenstromkollektor 501 und der Negativelektrodenstromkollektor 504 können auch als Anschlüsse für den elektrischen Kontakt mit einem äußeren Abschnitt dienen. In diesem Fall können der Positivelektrodenstromkollektor 501 und der Negativelektrodenstromkollektor 504 derart angeordnet werden, dass ein Teil des Positivelektrodenstromkollektors 501 und ein Teil des Negativelektrodenstromkollektors 504 ohne Anschlusselektroden außerhalb des Außenteils 509 freigelegt sind.
  • Obwohl die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 und die Negativelektrodenanschlusselektrode 511 in 17A an der gleichen Seite der Speicherbatterie bereitgestellt sind, können die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 und die Negativelektrodenanschlusselektrode 511 an unterschiedlichen Seiten einer Speicherbatterie, wie in 22 dargestellt, bereitgestellt werden. Die Anschlusselektroden einer Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können, wie oben beschrieben, frei angeordnet werden; daher ist der Grad der Gestaltungsfreiheit hoch. Dementsprechend kann eine Ware, die eine Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet, einen hohen Grad der Gestaltungsfreiheit aufweisen. Ferner kann die Ausbeute von Waren, die jeweils eine Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten, erhöht werden.
  • Als der Außenteil 509 der dünnen Speicherbatterie kann beispielsweise ein Film verwendet werden, der eine dreischichtige Struktur aufweist, bei der ein hochflexibler dünner Metallfilm aus Aluminium, Edelstahl, Kupfer, Nickel oder dergleichen über einem Film aus einem Material, wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Ionomer oder Polyamid, angeordnet ist und ein isolierender synthetischer Harzfilm aus einem auf Polyamid basierenden Harz, einem auf Polyester basierenden Harz oder dergleichen als Außenfläche des Außenteils über dem dünnen Metallfilm angeordnet ist.
  • Bei der vorstehenden Struktur kann der Außenteil 509 der Speicherbatterie seine Form mit einem Radius von größer als oder gleich 10 mm, bevorzugt größer als oder gleich 30 mm, ändern. Ein oder zwei Film/e wird/werden als Außenteil der Speicherbatterie verwendet. In dem Fall, in dem die Speicherbatterie eine mehrschichtige Struktur aufweist, weist die Speicherbatterie beim Krümmen einen Querschnitt auf, bei dem sie sich zwischen zwei gekrümmten Oberflächen der Filme befindet.
  • Der Krümmungsradius einer Oberfläche wird anhand von 23A bis 23C beschrieben. In 23A ist an einer Fläche 1701, entlang der eine gekrümmte Oberfläche 1700 geschnitten ist, ein Teil einer Kurve 1702 der gekrümmten Oberfläche 1700 nahezu ein Kreisbogen, und der Radius des Kreises wird als ein Krümmungsradius 1703 bezeichnet und der Mittelpunkt des Kreises wird als ein Mittelpunkt 1704 der Krümmung bezeichnet. 23B ist eine Draufsicht auf die gekrümmte Oberfläche 1700. 23C ist eine Querschnittsansicht der gekrümmten Oberfläche 1700 entlang der Fläche 1701. Wenn eine gekrümmte Oberfläche von einer Fläche geschnitten wird, unterscheidet sich der Krümmungsradius einer Kurve in einem Querschnitt abhängig von dem Winkel zwischen der gekrümmten Oberfläche und der Fläche oder von der Schnittposition, und in dieser Beschreibung und dergleichen wird der kleinste Krümmungsradius als Krümmungsradius einer Oberfläche definiert.
  • In dem Fall, in dem eine Sekundärbatterie, in der ein Bestandteil 1805, der Elektroden und eine Elektrolytlösung enthält, zwischen zwei Filmen als Außenteilen liegt, gebogen wird, ist ein Krümmungsradius 1802 eines Films 1801, der nahe an einem Mittelpunkt 1800 der Krümmung der Sekundärbatterie liegt, kleiner als ein Krümmungsradius 1804 eines Films 1803, der entfernt von dem Mittelpunkt 1800 der Krümmung liegt (24A). Wenn die Sekundärbatterie gekrümmt wird und einen bogenförmigen Querschnitt aufweist, wird eine Druckspannung auf eine Oberfläche des Films an der an dem Mittelpunkt 1800 der Krümmung näher liegenden Seite ausgeübt, und eine Zugspannung wird auf eine Oberfläche des Films an der von dem Mittelpunkt 1800 der Krümmung entfernt liegenden Seite ausgeübt (24B). Jedoch kann durch Ausbilden eines Musters, das Vertiefungen oder Vorsprünge aufweist, an Oberflächen der Außenteile der Einfluss einer Verformung auf einen akzeptablen Grad verringert werden, selbst wenn eine Druckspannung und eine Zugspannung ausgeübt werden. Aus diesem Grund kann die Sekundärbatterie ihre Form derart ändern, dass der Außenteil an der an dem Mittelpunkt der Krümmung näher liegenden Seite einen Krümmungsradius von größer als oder gleich 10 mm, bevorzugt größer als oder gleich 30 mm aufweist.
  • Es sei angemerkt, dass die Querschnittsform der Sekundärbatterie nicht auf eine einfache Bogenform beschränkt ist, und der Querschnitt kann teilweise eine Bogenform sein; beispielsweise kann eine Form in 24C, eine Wellenform in 24D oder eine S-Form verwendet werden. Wenn die gekrümmte Oberfläche der Sekundärbatterie eine Form mit einer Vielzahl von Mittelpunkten der Krümmung aufweist, kann die Sekundärbatterie ihre Form derart ändern, dass eine gekrümmte Oberfläche mit dem kleinsten Krümmungsradius unter Krümmungsradien bezüglich der Vielzahl von Mittelpunkten der Krümmung, die eine Oberfläche des Außenteils an der an dem Mittelpunkt der Krümmung näher liegenden Seite ist, einen Krümmungsradius von größer als oder gleich 10 mm, bevorzugt größer als oder gleich 30 mm aufweist.
  • [Herstellungsverfahren einer dünnen Speicherbatterie]
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Herstellungsverfahren der Energiespeichervorrichtung 500, die eine dünne Speicherbatterie ist, anhand von Zeichnungen beschrieben.
  • In dem Fall, in dem die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 über nur einer Oberfläche der Negativelektrode 506 ausgebildet wird und der Negativelektrodenstromkollektor 504 an der Rückflächenseite freigelegt wird, wird die Schicht 271 vorzugsweise über dem freigelegten Negativelektrodenstromkollektor 504 ausgebildet. Die Schicht 271 weist vorzugsweise eine sehr gute isolierende Eigenschaft auf. Die Schicht 271 weist vorzugsweise einen höheren Widerstand auf als die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505. Die Schicht 271 ist vorzugsweise dünner als die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505.
  • Hier wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Ausbilden der Schicht 271 beschrieben. Zuerst wird ein Schlamm zum Ausbilden der Schicht 271 ausgebildet. Der Schlamm kann beispielsweise derart ausgebildet werden, dass ein beliebiges der oben beschriebenen Materialien mit einem Lösungsmittel gemischt wird. Einige der oben beschriebenen Materialien können in Kombination verwendet werden. Als Lösungsmittel kann beispielsweise Wasser oder N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) verwendet werden.
  • Das Mischen kann mit einem Mischer durchgeführt werden. Hier kann ein beliebiger von verschiedenen Mischern als Mischer verwendet werden. Beispielsweise kann ein Planetenmixer, ein Homogenisierer oder dergleichen verwendet werden.
  • Dann wird der ausgebildete Schlamm auf den Negativelektrodenstromkollektor 504 aufgetragen. Zum Auftragen kann ein Rakelverfahren oder dergleichen verwendet werden. Ferner kann ein Gerät zur kontinuierlichen Beschichtung oder dergleichen zum Auftragen verwendet werden.
  • Das Lösungsmittel wird durch ein Verfahren, wie z. B. Belüftungstrocknung oder Trocknung unter verringertem Druck (Vakuumtrocknung), aus dem Schlamm, der auf den Negativelektrodenstromkollektor 504 aufgetragen worden ist, ausgetrieben, wodurch die Schicht 271 ausgebildet wird. Das Lösungsmittel wird vorzugsweise unter Verwendung von z. B. einem heißen Luftstrom bei einer Temperatur von höher als oder gleich 30°C und niedriger als oder gleich 160°C ausgetrieben. Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Atmosphäre.
  • Wie in 13A und 13B dargestellt, wird in dem Fall, in dem eine Anschlusselektrode mit mindestens einem Teil des Bereichs 283a in dem Etikettbereich 282 verschweißt wird, beispielsweise die Schicht 271 bevorzugt auch über einer Oberfläche des Bereichs 284a ausgebildet.
  • Durch die vorstehenden Schritte kann die Schicht 271 ausgebildet werden.
  • Als Nächstes werden die Positivelektrode 503, die Negativelektrode 506 und der Separator 507 übereinander angeordnet.
  • Zuerst wird der Separator 507 über der Positivelektrode 503 positioniert. Dann wird die Negativelektrode 506 über dem Separator 507 positioniert. In dem Fall, in dem zwei oder mehr Paare von Positivelektroden und Negativelektroden verwendet werden, wird ein weiterer Separator über der Negativelektrode 506 positioniert, und dann wird die Positivelektrode 503 positioniert. Auf diese Weise werden die Positivelektrode und die Negativelektrode abwechselnd übereinander angeordnet und durch den Separator voneinander getrennt.
  • Alternativ kann der Separator 507 die Form einer Tasche aufweisen. Zuerst wird die Positivelektrode 503 über dem Separator 507 positioniert. Dann wird der Separator 507 entlang der gestrichelten Linie in 19A derart gefaltet, dass die Positivelektrode 503 von dem Separator 507 zweiseitig eingeschlossen wird. Obwohl das Beispiel, in dem die Positivelektrode 503 von dem Separator 507 zweiseitig eingeschlossen wird, hier beschrieben wird, kann die Negativelektrode 506 von dem Separator 507 zweiseitig eingeschlossen werden.
  • Dabei werden die äußeren Kanten des Separators 507 außerhalb der Positivelektrode 503 derart gebunden, dass der Separator 507 die Form einer Tasche (oder die Form eines Umschlages) aufweist. Das Binden der äußeren Kanten des Separators 507 kann unter Verwendung eines Klebstoffs oder dergleichen durch Ultraschallschweißen oder durch ein Binden mittels thermischer Verschmelzung durchgeführt werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird Polypropylen als der Separator 507 verwendet, und die äußeren Kanten des Separators 507 werden durch eine Erwärmung gebunden. Zu bindende Abschnitte 514 sind in 19A dargestellt. Auf derartige Weise kann die Positivelektrode 503 mit dem Separator 507 bedeckt werden.
  • Dann werden die Negativelektroden 506 und die Positivelektroden 503, die jeweils mit dem Separator 507 bedeckt sind, wie in 19B abwechselnd übereinander angeordnet. Des Weiteren werden die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 und die Negativelektrodenanschlusselektrode 511, die jeweils eine Dichtungsschicht 115 aufweisen, vorbereitet.
  • Danach wird die Positivelektrodenanschlusselektrode 510, die die Dichtungsschicht 115 aufweist, mit dem Etikettbereich 281 der Positivelektrode 503 wie in 20A verbunden. 20B ist eine vergrößerte Ansicht eines Verbindungsabschnitts. Der Etikettbereich 281 der Positivelektrode 503 und die Positivelektrodenanschlusselektrode 510 werden elektrisch miteinander verbunden, indem der zu bindende Abschnitt 512 mit Ultraschalwellen bestrahlt wird, wobei der Druck daran angelegt wird (Ultraschalschweißen). In diesem Fall wird ein gekrümmter Abschnitt 513 vorzugsweise in dem Etikettbereich 281 bereitgestellt.
  • Dieser gekrümmte Abschnitt 513 kann eine Belastung wegen einer Kraft, die nach der Herstellung der Energiespeichervorrichtung 500 von außen ausgeübt wird, verringern. Daher kann die Energiespeichervorrichtung 500 eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
  • Als Nächstes wird die Negativelektrodenanschlusselektrode 511 elektrisch durch ein ähnliches Verfahren mit dem Etikettbereich 282 der Negativelektrode 506 verbunden.
  • Hier kann die Schicht 271 ausgebildet werden, nachdem die Negativelektrodenanschlusselektrode 511 durch Ultraschalschweißen mit dem Etikettbereich 282 verschweißt worden ist.
  • Anschließend werden die Positivelektrode 503, die Negativelektrode 506 und der Separator 507 über einem Außenteil 509 positioniert.
  • Dann wird der Außenteil 509 entlang einem Abschnitt, der von einer Punktlinie dargestellt wird, in der Nähe eines Mittelabschnitts des Außenteils 509 in 20C gefaltet.
  • Dann werden die äußeren Kanten des Außenteils 509 mit Ausnahme eines Einlasses 119 zum Einführen der Elektrolytlösung 508 durch Thermokompressionsbonden gebunden. Bei dem Thermokompressionsbonden werden auch die Dichtungsschichten 115, die über den Anschlusselektroden bereitgestellt sind, geschmolzen, wodurch die Anschlusselektroden und der Außenteil 509 aneinander befestigt werden. Darüber hinaus kann die Adhäsion zwischen dem Außenteil 509 und den Anschlusselektroden erhöht werden. In 21 ist der durch Thermokompressionsbonden gebundene Bereich in den äußeren Kanten des Außenteils 509 als ein zu bindender Abschnitt 118 dargestellt.
  • Danach wird in einer Atmosphäre unter verringertem Druck oder einer Inertatmosphäre eine gewünschte Menge der Elektrolytlösung 508 von dem Einlass 119 in den Innenabschnitt des Außenteils 509 eingeführt. Schließlich wird der Einlass 119 durch Thermokompressionsbonden versiegelt. Durch die vorstehenden Schritte kann die Energiespeichervorrichtung 500, die eine dünne Speicherbatterie ist, hergestellt werden.
  • Als Nächstes wird eine Alterung nach der Herstellung der Energiespeichervorrichtung 500 beschrieben. Eine Alterung wird vorzugsweise nach der Herstellung der Energiespeichervorrichtung 500 ausgeführt. Beispielsweise kann die Alterung unter den folgenden Bedingungen ausgeführt werden. Ein Aufladen wird mit einer Rate von 0,001 C oder mehr und 0,2 C oder weniger bei einer Temperatur von höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als oder gleich 50°C ausgeführt. In dem Fall, in dem eine Elektrolytlösung zersetzt wird und ein Gas erzeugt und in der Energiespeichervorrichtung akkumuliert wird, kann die Elektrolytlösung in einigen Bereichen nicht in Kontakt mit einer Oberfläche der Elektrode sein. Das heißt, dass eine effektive Reaktionsfläche der Elektrode verringert wird und die effektive Stromdichte erhöht wird.
  • Wenn die Stromdichte sehr hoch ist, fällt die Spannung abhängig von dem Widerstand der Elektrode ab, wird Lithium in Graphit eingelagert, und wird Lithium an der Oberfläche von Graphit abgeschieden. Die Lithiumabscheidung könnte die Kapazität verringern. Beispielsweise kann dann, wenn nach der Lithiumabscheidung ein Beschichtungsfilm oder dergleichen an der Oberfläche wächst, Lithium, das an der Oberfläche abgeschieden worden ist, nie wieder aufgelöst werden. Dieses Lithium kann zur Kapazität nicht beitragen. Außerdem kann dann, wenn abgeschiedenes Lithium physikalisch zerfällt und die elektrische Verbindung mit der Elektrode verloren geht, auch das Lithium nicht zur Kapazität beitragen. Daher wird das Gas vorzugsweise freigesetzt, bevor das Potential der Elektrode infolge eines Spannungsabfalls das Potential von Lithium erreicht.
  • In dem Fall, in dem die Entgasung durchgeführt wird, wird beispielsweise ein Teil des Außenteils der dünnen Speicherbatterie geschnitten, um die Speicherbatterie offen zu machen. Wenn der Außenteil wegen eines Gases ausgedehnt wird, wird die Form des Außenteils vorzugsweise reguliert. Des Weiteren kann die Elektrolytlösung je nach Bedarf vor der erneuten Abdichtung zugesetzt werden.
  • Nach der Freisetzung des Gases kann der Ladezustand bei einer Temperatur von höher als Raumtemperatur, bevorzugt höher als oder gleich 30°C und niedriger als oder gleich 60°C, bevorzugter höher als oder gleich 35°C und niedriger als oder gleich 50°C beispielsweise 1 Stunde oder mehr und 100 Stunden oder weniger lang gehalten werden. Beim anfänglichen Aufladen bildet eine Elektrolytlösung, die an der Oberfläche zersetzt wird, einen Beschichtungsfilm. Der gebildete Beschichtungsfilm kann daher dichter werden, wenn beispielsweise nach der Freisetzung des Gases der Ladezustand bei einer Temperatur von höher als Raumtemperatur gehalten wird.
  • Beispielsweise werden in einigen Fällen bei Speicherbatterien, die in elektronischen Geräten bereitgestellt sind, die wiederholt gefaltet werden können, Außenteile allmählich verschlechtert, und Risse werden wahrscheinlich verursacht, wenn die elektronischen Geräte widerholt gefaltet werden. Außerdem bewirkt der Kontakt zwischen einer Oberfläche eines Aktivmaterials und dergleichen und einer Elektrolytlösung durch einen Lade-/Entladevorgang eine Zersetzungsreaktion der Elektrolytlösung, was ein Gas oder dergleichen erzeugen könnte. Wenn die Außenteile infolge der Erzeugung eines Gases ausgedehnt werden, werden sie mit höherer Wahrscheinlichkeit beschädigt, wenn die elektronischen Geräte gefaltet werden. Die Zersetzung einer Elektrolytlösung kann unter Verwendung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert werden; daher kann beispielsweise in einigen Fällen die Erzeugung eines Gases durch einen Lade-/Entladevorgang verhindert werden. Folglich können die Ausdehnung, die Verformung, die Beschädigung und dergleichen der Außenteile unterdrückt werden. Dies verringert eine Belastung auf den Außenteil, was vorzuziehen ist.
  • Die Verwendung der Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung führt dazu, dass die Zersetzung einer Elektrolytlösung verhindert wird und daher in einigen Fällen auch das überschüssige Wachstum eines Beschichtungsfilms verhindert wird. In dem Fall, in dem das Wachstum eines Beschichtungsfilms übertrieben ist, erhöht sich der Widerstand einer Elektrode mit der zunehmenden Anzahl von Lade-/Entladezyklen. Eine derartige Erhöhung des Widerstandes fördert die Zunahme des Potentials der Elektrode auf das Potential, auf dem Lithium abgeschieden wird. Des Weiteren könnte beispielsweise bei einer Negativelektrode Lithium wegen einer Beanspruchung beim Falten eines elektronischen Geräts abgeschieden werden. Die Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Beständigkeit gegen eine Beanspruchung auf, die verursacht wird, wenn ein elektronisches Gerät gefaltet wird; daher führt in einigen Fällen die Verwendung der Elektrode beispielsweise dazu, dass die Möglichkeit der Lithiumabscheidung verringert wird.
  • Bei dieser Ausführungsform wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden bei den anderen Ausführungsformen beschrieben. Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise wurde der Fall beschrieben, in dem die Flächen von zwei Elektroden, z. B. die Flächen einer Positivelektrode und einer Negativelektrode, im Wesentlichen gleich sind; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Abhängig von Umständen können sich bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Flächen von zwei Elektroden, z. B. die Flächen einer Positivelektrode und einer Negativelektrode, in hohem Maße voneinander unterscheiden. Als weiteres Beispiel wurde der Fall beschrieben, in dem die Endabschnitte von zwei Elektroden, z. B. die Endabschnitte einer Positivelektrode und einer Negativelektrode, zueinander im Wesentlichen ausgerichtet sind; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Abhängig von Umständen sind bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Endabschnitte von zwei Elektroden, z. B. die Endabschnitte einer Positivelektrode und einer Negativelektrode, nicht notwendigerweise ausgerichtet oder teilweise ausgerichtet. Als weiteres Beispiel wurde der Fall beschrieben, in dem ein Endabschnitt einer von zwei Elektroden, z. B. ein Endabschnitt einer von einer Positivelektrode und einer Negativelektrode, innerhalb eines Bereich zwischen den Endabschnitten der anderen Elektrode, z. B. den Endabschnitten der anderen von der Positivelektrode und der Negativelektrode, positioniert ist; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Abhängig von Umständen kann bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Endabschnitt einer von zwei Elektroden, z. B. ein Endabschnitt einer von einer Positivelektrode und einer Negativelektrode, teilweise weiter außen positioniert sein als ein Endabschnitt der anderen Elektrode, z. B. ein Endabschnitt der anderen von der Positivelektrode und der Negativelektrode. Alternativ kann abhängig von Umständen bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Endabschnitt einer von zwei Elektroden, z. B. ein Endabschnitt einer von einer Positivelektrode und einer Negativelektrode, weiter außen positioniert sein als ein Endabschnitt der anderen Elektrode, z. B. ein Endabschnitt der anderen von der Positivelektrode und der Negativelektrode.
  • Diese Ausführungsform kann in Kombination mit jeder der anderen Ausführungsformen soweit erforderlich umgesetzt werden.
  • (Ausführungsform 2)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein nichtwässriges Lösungsmittel beschrieben, das bei einer Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Ein nichtwässriges Lösungsmittel, das bei einer Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, enthält vorzugsweise eine ionische Flüssigkeit. Entweder eine Art von ionischer Flüssigkeit oder eine Kombination aus einigen Arten von ionischen Flüssigkeiten wird verwendet. Die ionische Flüssigkeit besteht aus Kationen und Anionen. Die ionische Flüssigkeit enthält organische Kationen und Anionen.
  • Als organisches Kation wird vorzugsweise ein aromatisches Kation oder ein aliphatisches Oniumkation, wie z. B. ein quaternäres Ammoniumkation, ein tertiäres Sulfoniumkation oder ein quaternäres Phosphoniumkation, verwendet.
  • Ein aromatisches Kation ist vorzugsweise ein Kation mit einem fünfgliedrigen heteroaromatischen Ring. Beispiele für das Kation mit einem fünfgliedrigen heteroaromatischen Ring sind ein Benzimidazoliumkation, ein Benzoxazoliumkation und ein Benzothiazoliumkation. Beispiele für das Kation mit einem monozyklischen fünfgliedrigen heteroaromatischen Ring umfassen ein Oxazoliumkation, ein Thiazoliumkation, ein Isoxazoliumkation, ein Isothiazoliumkation, ein Imidazoliumkation und ein Pyrazoliumkation. In Anbetracht der Stabilität, Viskosität und ionischen Leitfähigkeit der Verbindung sowie der Leichtigkeit der Synthese wird das Kation mit einem monozyklischen fünfgliedrigen heteroaromatischen Ring bevorzugt. Ein Imidazoliumkation wird besonders bevorzugst, da es die Viskosität niedrig machen kann.
  • Beispiele für das Anion in der vorstehenden ionischen Flüssigkeit umfassen ein einwertiges Amid-Anion, ein einwertiges Methid-Anion, ein Fluorsulfonsäure-Anion (SO3F–), ein Fluoralkylsulfonsäure-Anion, Tetrafluorborat (BF4 –), Fluoralkylborat, Hexafluorphosphat (PF6 –) und Fluoralkylphosphat. Ein Beispiel für das einwertige Amid-Anion ist (CnF2n+1SO2)2N– (n = 0 bis 3). Ein Beispiel für das einwertige zyklische Amid-Anion ist (CF2SO2)2N–. Ein Beispiel für das einwertige Methid-Anion ist (CnF2n+1SO2)3C– (n = 0 bis 3). Ein Beispiel für das einwertige zyklische Methid-Anion ist (CF2SO2)2C–(CF3SO2). Ein Beispiel für das Fluoralkylsulfonsäure-Anion ist (CmF2m+1SO3)– (m = 0 bis 4). Ein Beispiel für Fluoralkylborat ist {BFn(CmHkF2m+1–k)4-n}– (n = 0 bis 3, m = 1 bis 4 und k = 0 bis 2m). Ein Beispiel für Fluoralkylphosphat ist {PFn(CmHkF2m+1-k)6-n}– (n = 0 bis 5, m = 1 bis 4 und k = 0 bis 2m). Es sei angemerkt, dass das Anion nicht darauf beschränkt ist.
  • Eine ionische Flüssigkeit, die ein Kation mit einem fünfgliedrigen heteroaromatischen Ring enthält, kann durch die allgemeine Formel (G1) dargestellt werden. [Chemische Formel 5]
    Figure DE112015001552T5_0002
  • In der allgemeinen Formel (G1) stellt R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen dar; R2 bis R4 stellen jeweils unabhängig ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen dar; R5 stellt eine Hauptkette aus zwei oder mehr Atomen ausgewählt aus C, O, Si, N, S und P dar; und A– stellt ein einwertiges Imid-Anion, ein einwertiges Amid-Anion, ein einwertiges Methid-Anion, ein Fluorsulfonatanion, ein Fluoralkylsulfonatanion, Tetrafluorborat, Fluoralkylborat, Hexafluorphosphat oder Fluoralkylphosphat dar.
  • Die Hauptkette, die durch R5 dargestellt wird, kann einen Substituenten aufweisen. Beispiele für den Substituenten umfassen eine Alkylgruppe und eine Alkoxygruppe.
  • Die Alkylgruppe in der ionischen Flüssigkeit, die durch die allgemeine Formel (G1) dargestellt wird, kann entweder eine geradkettige Alkylgruppe oder eine verzweigtkettige Alkylgruppe sein. Beispielsweise kann die Alkylgruppe eine Ethylgruppe oder eine tert-Butylgruppe sein. In der ionischen Flüssigkeit, die durch die allgemeine Formel (G1) dargestellt wird, wird es bevorzugt, dass R5 keine Sauerstoff-Sauerstoff-Bindung (Peroxid) aufweist. Eine Sauerstoff-Sauerstoff-Einfachbindung ist sehr leicht zu brechen und ist reaktiv; daher könnte die ionische Flüssigkeit mit der Bindung explosiv sein. Deshalb ist die ionische Flüssigkeit nicht für Energiespeichervorrichtungen geeignet.
  • Die ionische Flüssigkeit kann einen sechsgliedrigen heteroaromatischen Ring enthalten. Beispielsweise kann eine ionische Flüssigkeit, die durch die folgende allgemeine Formel (G2) dargestellt wird, verwendet werden. [Chemische Formel 6]
    Figure DE112015001552T5_0003
  • In der allgemeinen Formel (G2) ist R6 eine Hauptkette aus zwei oder mehr Atomen, die ausgewählt sind aus einem C-Atom, einem O-Atom, einem Si-Atom, einem N-Atom, einem S-Atom und einem P-Atom; R7 und R11 sind getrennt eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Wasserstoffatomen oder Kohlenstoffatomen; und A– ist ein einwertiges Imid-Anion, ein einwertiges Amid-Anion, ein einwertiges Methid-Anion, ein Fluorsulfonsäure-Anion, ein Fluoralkylsulfonsäure-Anion, Tetrafluorborat, Fluoralkylborat, Hexafluorphosphat oder Fluoralkylphosphat.
  • Die Hauptkette, die durch R6 dargestellt wird, kann einen Substituenten aufweisen. Beispiele für den Substituenten umfassen eine Alkylgruppe und eine Alkoxygruppe.
  • Als ionische Flüssigkeit, die ein quaternäres Ammoniumkation enthält, kann beispielsweise eine ionische Flüssigkeit, die durch die folgende allgemeine Formel (G3) dargestellt wird, verwendet werden. [Chemische Formel 7]
    Figure DE112015001552T5_0004
  • In der allgemeinen Formel (G3) sind R12 bis R17 getrennt eine Alkylgruppe, eine Methoxygruppe, eine Methoxymethylgruppe oder eine Methoxyethylgruppe jeweils mit 1 oder mehr und 20 oder weniger Kohlenstoffatomen oder ein Wasserstoffatom.
  • Als ionische Flüssigkeit kann beispielsweise eine ionische Flüssigkeit, die ein quaternäres Ammoniumkation und ein einwertiges Anion enthält und durch die allgemeine Formel (G4) dargestellt wird, verwendet werden. [Chemische Formel 8]
    Figure DE112015001552T5_0005
  • In der allgemeinen Formel (G4) sind R18 bis R24 getrennt eine Alkylgruppe, eine Methoxygruppe, eine Methoxymethylgruppe oder eine Methoxyethylgruppe jeweils mit 1 oder mehr und 20 oder weniger Kohlenstoffatomen oder ein Wasserstoffatom.
  • Als ionische Flüssigkeit kann beispielsweise eine ionische Flüssigkeit, die ein quaternäres Ammoniumkation und ein einwertiges Anion enthält und durch die folgende allgemeine Formel (G5) dargestellt wird, verwendet werden. [Chemische Formel 9]
    Figure DE112015001552T5_0006
  • In der allgemeinen Formel (G5) sind n und m jeweils größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich 3. Man geht davon aus, dass α größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 6 ist. Wenn n 1 ist, ist α größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 4. Wenn n 2 ist, ist α größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 5. Wenn n 3 ist, ist α größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 6. Man geht davon aus, dass β größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 6 ist. Wenn m 1 ist, ist β größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 4. Wenn m 2 ist, ist β größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 5. Wenn m 3 ist, ist β größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 6. Wenn α oder β 0 ist, ist mindestens einer von zwei aliphatischen Ringen unsubstituiert. Es sei angemerkt, dass der Fall, in dem sowohl α als auch β 0 sind, ausgeschlossen wird. X oder Y ist ein Substituent, wie z. B. eine geradkettige oder Seitenketten-Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine geradkettige oder Seitenketten-Alkoxygruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder eine geradkettige oder Seitenketten-Alkoxyalkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Zusätzlich ist A– ein einwertiges Amid-Anion, ein einwertiges Methid-Anion, ein Perfluoralkylsulfonatanion, Tetrafluorborat, Perfluoralkylborat, Hexafluorphosphat oder Perfluoralkylphosphat.
  • Bei einem quaternären Spiro-Ammoniumkation sind zwei aliphatische Ringe, die einen Spiro-Ring bilden, jeweils ein fünfgliedriger Ring, ein sechsgliedriger Ring oder ein siebengliedriger Ring.
  • Konkrete Beispiele für das Kation, das durch die folgende allgemeine Formel (G1) dargestellt wird, umfassen Strukturformeln (111) bis (174). [Chemische Formeln 10]
    Figure DE112015001552T5_0007
    [Chemische Formeln 11]
    Figure DE112015001552T5_0008
    [Chemische Formeln 12]
    Figure DE112015001552T5_0009
    [Chemische Formeln 13]
    Figure DE112015001552T5_0010
    [Chemische Formeln 14]
    Figure DE112015001552T5_0011
    [Chemische Formeln 15]
    Figure DE112015001552T5_0012
    [Chemische Formeln 16]
    Figure DE112015001552T5_0013
  • Diese Ausführungsform kann in Kombination mit jeder der anderen Ausführungsformen soweit erforderlich umgesetzt werden.
  • (Ausführungsform 3)
  • Bei dieser Ausführungsform werden konkrete Strukturen und Herstellungsverfahren einer Positivelektrode und einer Negativelektrode beschrieben, die für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
  • Für den Negativelektrodenstromkollektor 504 und den Positivelektrodenstromkollektor 501 kann ein beliebiges der Materialien für den Negativelektrodenstromkollektor 504 und den Positivelektrodenstromkollektor 501, die bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden sind, verwendet werden.
  • Als Negativelektrodenaktivmaterial kann beispielsweise ein auf Kohlenstoff basierendes Material, ein auf Legierung basierendes Material oder dergleichen verwendet werden. Beispiele für das auf Kohlenstoff basierende Material umfassen Graphit, graphitierenden Kohlenstoff (weichen Kohlenstoff), nicht graphitierenden Kohlenstoff (harten Kohlenstoff), eine Kohlenstoffnanoröhre, Graphen und Kohlenschwarz. Beispiele für Graphit umfassen Kunstgraphit, wie z. B. meso-Kohlenstoff-Mikrokügelchen (meso-carbon microbeads, MCMB), auf Koks basierenden Kunstgraphit und auf Pech basierenden Kunstgraphit, sowie natürlichen Graphit, wie z. B. sphärischen natürlichen Graphit.
  • Graphit weist ein niedriges Potential auf, das im Wesentlichen gleich demjenigen eines Lithiummetalls ist (höher als oder gleich 0,1 V und niedriger als oder gleich 0,3 V gegen Li/Li+), wenn Lithiumionen in den Graphit eingelagert werden (während eine Lithium-Graphit-Einlagerungsverbindung ausgebildet wird). Aus diesem Grund kann eine Lithiumionen-Sekundärbatterie eine hohe Betriebsspannung aufweisen. Zusätzlich wird Graphit bevorzugt, da er Vorteile aufweist, wie z. B. eine relativ hohe Kapazität pro Volumeneinheit, geringe Volumenausdehnung, niedrige Kosten und eine höhere Sicherheit als ein Lithiummetall.
  • Für das Negativelektrodenaktivmaterial kann ein Material, das Lade- und Entladereaktionen durch eine Legierungsreaktion (alloying reaction) und eine Befreiungsreaktion (dealloying reaction) mit Lithium ermöglicht, verwendet werden. Beispielsweise kann ein Material, das mindestens eines von Ga, Si, Al, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Ag, Au, Zn, Cd, In und dergleichen enthält, verwendet werden. Derartige Elemente weisen eine höhere Kapazität auf als Kohlenstoff. Im Besonderen weist Silizium eine sehr hohe theoretische Kapazität von 4200 mAh/g auf. Deshalb wird Silizium vorzugsweise als Negativelektrodenaktivmaterial verwendet. Beispiele für ein auf Legierung basierendes Material, das derartige Elemente enthält, umfassen SiO, Mg2Si, Mg2Ge, SnO, SnO2, Mg2Sn, SnS2, V2Sn3, FeSn2, CoSn2, Ni3Sn2, Cu6Sn5, Ag3Sn, Ag3Sb, Ni2MnSb, CeSb3, LaSn3, La3Co2Sn7, CoSb3, InSb, SbSn und dergleichen.
  • Alternativ kann für die Negativelektrodenaktivmaterialien ein Oxid, wie z. B. Titandioxid (TiO2), Lithiumtitanoxid (Li4Ti5O12), eine Lithium-Graphit-Einlagerungsverbindung (LixC6), Niobpentoxid (Nb2O5), Wolframoxid (WO2) oder Molybdänoxid (MoO2), verwendet werden.
  • Als weitere Alternative kann für die Negativelektrodenaktivmaterialien Li3-xMxN (M = Co, Ni oder Cu) mit einer Li3N-Strukur, welches ein Nitrid ist, das Lithium und ein Übergangsmetall enthält, verwendet werden. Beispielsweise wird Li2,6Co0,4N3 infolge seiner hohen Lade- und Entladekapazität (900 mAh/g und 1890 mAh/cm3) bevorzugt. Ein Nitrid, das Lithium und ein Übergangsmetall enthält, wird vorzugsweise als Negativelektrodenaktivmaterial verwendet, in welchem Falle Lithiumionen in den Negativelektrodenaktivmaterialien enthalten sind und deswegen die Negativelektrodenaktivmaterialien in Kombination mit einem Material für ein Positivelektrodenaktivmaterial, das keine Lithiumionen enthält, wie z. B. V2O5 oder Cr3O8, verwendet werden kann. In dem Fall, in dem ein Material, das Lithiumionen enthält, für ein Positivelektrodenaktivmaterial verwendet wird, kann das Nitrid, das Lithium und ein Übergangsmetall enthält, für das Negativelektrodenaktivmaterial verwendet werden, indem die in dem Positivelektrodenaktivmaterial enthaltenen Lithiumionen im Voraus ausgelagert werden.
  • Alternativ kann ein Material, das eine Konversionsreaktion bewirkt, für die Negativelektrodenaktivmaterialien verwendet werden; beispielsweise kann ein Übergangsmetalloxid, das keine Legierung mit Lithium bildet, wie z. B. Kobaltoxid (CoO), Nickeloxid (NiO) und Eisenoxid (FeO), verwendet werden. Weitere Beispiele für das Material, das eine Konversionsreaktion bewirkt, umfassen Oxide, wie z. B. Fe2O3, CuO, Cu2O, RuO2 und Cr2O3, Sulfide, wie z. B. CoS0,89, NiS und CuS, Nitride, wie z. B. Zn3N2, Cu3N und Ge3N4, Phosphide, wie z. B. NiP2, FeP2 und CoP3, und Fluoride, wie z. B. FeF3 und BiF3. Es sei angemerkt, dass jedes der Fluoride als Positivelektrodenaktivmaterial verwendet werden kann, weil sein Potential hoch ist.
  • Das Reaktionspotential des Negativelektrodenaktivmaterials ist vorzugsweise möglichst niedrig, in welchem Falle die Spannung der Energiespeichervorrichtung hoch sein kann. Im Gegensatz dazu erhöht sich dann, wenn das Potential niedrig ist, die Energie für die Reduktion einer Elektrolytlösung, so dass ein organisches Lösungsmittel oder dergleichen in einer Elektrolytlösung einer Reduktionszersetzung unterzogen werden könnte. Der Potentialbereich, in dem es nicht zur Elektrolyse einer Elektrolytlösung kommt, wird als Potentialfenster bezeichnet. Das Elektrodenpotential der Negativelektrode muss in einem Potentialfenster einer Elektrolytlösung liegen; jedoch liegen die Potentiale von vielen Aktivmaterialien, die für Negativelektroden von Lithiumionen-Sekundärbatterien und Lithiumionen-Kondensatoren verwendet werden, außerhalb der Potentialfenster fast aller Elektrolytlösungen. Insbesondere können Materialien mit niedrigen Reaktionspotentialen, wie z. B. Graphit und Silizium, die Spannung von Speicherbatterien erhöhen, aber es ist wahrscheinlich, dass sie die Reduktionszersetzung von Elektrolytlösungen verursachen.
  • Als Positivelektrodenaktivmaterial kann ein Material verwendet werden, in das und aus dem Lithiumionen eingelagert und ausgelagert werden können; beispielsweise kann ein Material mit einer Olivin-Kristallstruktur, einer geschichteten Steinsalz-Kristallstruktur, einer Spinell-Kristallstruktur oder einer NASICON-Kristallstruktur oder dergleichen verwendet werden.
  • Als Positivelektrodenaktivmaterial kann eine Verbindung, wie z. B. LiFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, V2O5, Cr2O5 oder MnO2, verwendet werden.
  • Alternativ kann ein Lithium enthaltendes komplexes Phosphat mit einer Olivin-Kristallstruktur (LiMPO4 (allgemeine Formel) (M ist eines oder mehrere von Fe(II), Mn(II), Co(II) und Ni(II))) verwendet werden. Typische Beispiele für LiMPO4 sind Lithiummetallphosphat-Verbindungen, wie z. B. LiFePO4, LiNiPO4, LiCoPO4, LiMnPO4, LiFeaNibPO4, LiFeaCobPO4, LiFeaMnbPO4, LiNiaCobPO4, LiNiaMnbPO4 (a + b ≤ 1, 0 < a < 1 und 0 < b < 1), LiFecNidCoePO4, LiFecNidMnePO4, LiNicCodMnePO4 (c + d + e ≤ 1, 0 < c < 1, 0 < d < 1 und 0 < e < 1) und LiFefNigCohMniPO4(f + g + h + i ≤ 1,0 < f < 1,0 < g < 1,0 < h < 1 und 0 < i < 1).
  • Alternativ kann ein Lithium enthaltendes komplexes Silicat, wie z. B. Li(2-j)MSiO4 (allgemeine Formel) (M ist eines oder mehrere von Fe(II), Mn(II), Co(II) und Ni(II); 0 ≤ j ≤ 2), verwendet werden. Typische Beispiele für Li(2-j)MSiO4 sind Lithiumsilicatverbindungen, wie z. B. Li(2-f)FeSiO4, Li(2-J)NiSiO4, Li(2-j)CoSiO4, Li(2-j)MnSiO4, Li(2-j)FekNilSiO4, Li(2-j)FekColSiO4, Li(2-j)FekMnlSiO4, Li(2-j)NikColSiO4, Li(2-j)NikMnlSiO4 (k + 1 ≤ 1, 0 < k < 1 und 0 < l < 1), Li(2-j)FemNinCoqSiO4, Li(2-j)FemNinMnqSiO4, Li(2-j)NimConMnqSiO4 (m + n + q ≤ 1, 0 < m < 1,0 < n < 1 und 0 < q < 1) und Li(2-j)FerNisCotMnuSiO4 (r + s + t + u ≤ 1,0 < r < 1, 0 < s < 1,0 < t < 1 und 0 < u < 1).
  • Als weitere Alternative kann eine NASICON-Verbindung, die durch AxM2(XO4)3 (allgemeine Formel) (A = Li, Na oder Mg, M = Fe, Mn, Ti, V, Nb oder Al, X = S, P, Mo, W, As oder Si) dargestellt wird, als Positivelektrodenaktivmaterial verwendet werden. Beispiele für die NASICON-Verbindung sind Fe2(MnO4)3, Fe2(SO4)3 und Li3Fe2(PO4)3. Als weitere Alternative kann eine Verbindung, die durch Li2MPO4F, Li2MP2O7 oder Li5MO4 (allgemeine Formel) (M = Fe oder Mn) dargestellt wird, ein Perowskit-Fluorid (perovskite fluoride), wie z. B. NaF3 und FeF3, ein Metallchalkogenid (ein Sulfid, ein Selenid oder ein Tellurid), wie z. B. TiS2 und MoS2, ein Material mit einer umgekehrten Spinellstruktur (inverse spinel structure), wie z. B. LiMVO4, ein Vanadiumoxid (V2O5, V8O13, LiV3O8 oder dergleichen), ein Manganoxid, eine organische Schwefelverbindung oder dergleichen als Positivelektrodenaktivmaterial verwendet werden.
  • In dem Fall, in dem Ladungsträgerionen Alkalimetallionen, die verschieden von Lithiumionen sind, oder Erdalkalimetallionen sind, kann eine Verbindung, die anstatt von Lithium der Lithiumverbindung, des Lithium enthaltenden komplexen Phosphats oder des Lithium enthaltenden komplexen Silicats Ladungsträger, wie z. B. ein Alkalimetall (z. B. Natrium und Kalium) oder ein Erdalkalimetall (z. B. Calcium, Strontium, Barium, Beryllium und Magnesium), enthält, als Positivelektrodenaktivmaterial verwendet werden.
  • Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Positivelektrodenaktivmaterials ist vorzugsweise z. B. größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 μm.
  • Beispielsweise weist ein Lithium enthaltendes komplexes Phosphat mit einer Olivin-Kristallstruktur, das für das Positivelektrodenaktivmaterial verwendet wird, einen eindimensionalen Diffusionsweg für Lithium auf, so dass die Lithiumdiffusion langsam erfolgt. Deshalb ist beispielsweise in dem Fall, in dem ein Lithium enthaltendes komplexes Phosphat mit einer Olivin-Kristallstruktur verwendet wird, der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Positivelektrodenaktivmaterials vorzugsweise größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 1 μm, so dass die Lade-/Entladerate erhöht wird. Der spezifische Oberflächenbereich des Positivelektrodenaktivmaterials ist beispielsweise bevorzugt größer als oder gleich 10 m2/g und kleiner als oder gleich 50 m2/g.
  • Ein Positivelektrodenaktivmaterial mit einer Olivin-Kristallstruktur wird mit viel geringerer Wahrscheinlichkeit durch einen Lade-/Entladevorgang bezüglich seiner Kristallstruktur geändert und weist eine stabilere Kristallstruktur auf als beispielsweise ein Aktivmaterial mit einer geschichteten Steinsalz-Kristallstruktur. Daher ist ein Positivelektrodenaktivmaterial mit einer Olivin-Kristallstruktur bei einem Betrieb, wie z. B. einer Überladung, stabil. Unter Verwendung eines derartigen Positivelektrodenaktivmaterials kann eine sehr sichere Energiespeichervorrichtung hergestellt werden.
  • Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 und die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 können jeweils ein Leitfähigkeitsadditiv enthalten. Beispiele für das Leitfähigkeitsadditiv umfassen natürlichen Graphit, Kunstgraphit, wie z. B. Meso-Kohlenstoff-Mikrokügelchen, und Kohlenstofffaser. Beispiele für Kohlenstofffaser umfassen auf Meso-Phasen-Pech basierende Kohlenstofffaser, auf isotropem Pech basierende Kohlenstofffaser, Kohlenstoffnanofaser und Kohlenstoffnanoröhre. Kohlenstoffnanoröhre kann beispielsweise durch ein Gasphasenabscheidungsverfahren ausgebildet werden. Weitere Beispiele für das Leitfähigkeitsadditiv umfassen Kohlenstoffmaterialien, wie z. B. Kohlenschwarz (z. B. Acetylenruß, acetylene black (AB)) und Graphen. Alternativ kann Metallpulver oder Metallfaser von Kupfer, Nickel, Aluminium, Silber, Gold oder dergleichen, ein leitendes Keramikmaterial oder dergleichen verwendet werden.
  • Flockiges Graphen weist ausgezeichnete elektrische Eigenschaften, nämlich eine hohe Leitfähigkeit, und ausgezeichnete physikalische Eigenschaften auf, nämlich eine hohe Flexibilität und eine hohe mechanische Festigkeit. Aus diesem Grund kann die Verwendung von Graphen als Leitfähigkeitsadditiv die Punkte und die Fläche, bei denen die Aktivmaterialien in Kontakt miteinander sind, vermehren.
  • Es sei angemerkt, dass Graphen in dieser Beschreibung einlagiges Graphen und mehrlagiges Graphen, das zwei bis hundert Lagen aufweist, umfasst. Einlagiges Graphen bezeichnet eine Schicht mit der Dicke eines einzelnen Atoms aus Kohlenstoffmolekülen mit π-Bindungen. Graphenoxid bezeichnet eine Verbindung, die durch Oxidation solchen Graphens gebildet wird. Wenn Graphenoxid zu Graphen reduziert wird, wird Sauerstoff in dem Graphenoxid nicht vollständig freigesetzt, und ein Teil des Sauerstoffs verbleibt in Graphen. Wenn Graphen Sauerstoff enthält, ist der Anteil an Sauerstoff, der durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) gemessen wird, höher als oder gleich 2 Atom-% und niedriger als oder gleich 20 Atom-%, bevorzugt höher als oder gleich 3 Atom-% und niedriger als oder gleich 15 Atom-%.
  • Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 und die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 enthalten jeweils vorzugsweise ein Bindemittel.
  • Das Bindemittel enthält vorzugsweise z. B. wasserlösliche Polymere. Als wasserlösliche Polymere kann ein Polysaccharid oder dergleichen verwendet werden. Als Polysaccharid kann ein Cellulosederivat, wie z. B. Carboxymethylcellulose (CMC), Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Diacetylcellulose oder regenerierte Cellulose, Stärke oder dergleichen verwendet werden.
  • Als Bindemittel wird ein Gummimaterial, wie z. B. Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Styrol-Isopren-Styrol-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Butadien-Kautschuk oder Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer, vorzugsweise verwendet. Bevorzugter wird ein beliebiges dieser Gummimaterialien in Kombination mit den vorstehenden wasserlöslichen Polymeren verwendet.
  • Als Bindemittel wird ein Material, wie z. B. Polystyrol, Polymethylacrylat, Polymethylmethacrylat (PMMA), Natriumpolyacrylat, Polyvinylalkohol (PVA), Polyethylenoxid (PEO), Polypropylenoxid, Polyimid, Polyvinylchlorid, Polytetrafluorethylen, Polyethylen, Polypropylen, Isobutylen, Polyethylenterephthalat, Nylon, Polyvinylidenfluorid (PVdF) oder Polyacrylnitril (PAN), vorzugsweise verwendet.
  • Zwei oder mehr aus den vorstehenden Materialien können in Kombination für das Bindemittel verwendet werden.
  • Als Nächstes werden Verfahren zum Herstellen der Negativelektrode 506 und der Positivelektrode 503 beschrieben.
  • [Herstellungsverfahren der Negativelektrode]
  • Zuerst wird ein Herstellungsverfahren der Negativelektrode 506 beschrieben.
  • Zuerst wird ein Schlamm ausgebildet, um die
  • Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 auszubilden. Der Schlamm kann beispielsweise derart ausgebildet werden, dass das oben beschriebene Material für das Negativelektrodenaktivmaterial, dem ein Leitfähigkeitsadditiv, ein Bindemittel und dergleichen nach Bedarf hinzugefügt worden sind, mit einem Lösungsmittel gemischt wird. Als Lösungsmittel kann beispielsweise Wasser oder N-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP) verwendet werden. Im Sinne der Sicherheit und Kosten wird vorzugsweise Wasser verwendet.
  • Das Mischen kann mit einem Mischer durchgeführt werden. Hier kann ein beliebiger von verschiedenen Mischern als Mischer verwendet werden. Beispielsweise kann ein Planetenmixer, ein Homogenisierer oder dergleichen verwendet werden.
  • Der Negativelektrodenstromkollektor 504 kann einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Beispiele für eine derartige Oberflächenbehandlung umfassen eine Corona-Entladungsbehandlung, eine Plasmabehandlung und eine Grundierungsbehandlung. Die Oberflächenbehandlung kann die Benetzbarkeit des Negativelektrodenstromkollektors 504 in Bezug auf den Schlamm erhöhen. Zudem kann die Adhäsion zwischen dem Negativelektrodenstromkollektor 504 und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 erhöht werden.
  • Die „Grundierung” bezieht sich hier auf einen Film, der vor dem Auftragen eines Schlamms auf einen Stromkollektor über dem Stromkollektor ausgebildet wird, um den Widerstand einer Grenzfläche zwischen einer Aktivmaterialschicht und dem Stromkollektor zu verringern oder um die Adhäsion zwischen der Aktivmaterialschicht und dem Stromkollektor zu erhöhen. Es sei angemerkt, dass die Grundierung nicht notwendigerweise in Form eines Films ausgebildet ist und inselförmig ausgebildet werden kann. Zusätzlich kann die Grundierung als Aktivmaterial dienen und eine Kapazität aufweisen. Für die Grundierung kann beispielsweise ein Kohlenstoffmaterial verwendet werden. Beispiele für das Kohlenstoffmaterial umfassen Graphit, Kohlenschwarz, wie z. B. Acetylenruß oder Ketjen-Ruß, und eine Kohlenstoffnanoröhre.
  • Dann wird der ausgebildete Schlamm auf den Negativelektrodenstromkollektor 504 aufgetragen.
  • Zum Auftragen kann ein Rakelverfahren oder dergleichen verwendet werden. Ferner kann ein Gerät zur kontinuierlichen Beschichtung oder dergleichen zum Auftragen verwendet werden.
  • Die Positivelektrode 503 und die Negativelektrode 506 enthalten vorzugsweise Etikettbereiche, so dass eine Vielzahl von übereinander angeordneten Positivelektroden elektrisch miteinander verbunden sein kann und eine Vielzahl von übereinander angeordneten Negativelektroden elektrisch miteinander verbunden sein kann. Darüber hinaus ist eine Anschlusselektrode vorzugsweise elektrisch mit dem Etikettbereich verbunden. In mindestens einem Teil des Etikettbereichs ist der Stromkollektor vorzugsweise freigelegt.
  • 25A und 25B stellen ein Beispiel für ein Verfahren zum Bereitstellen des Etikettbereichs dar. 25A stellt das Beispiel dar, in dem die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 über dem Positivelektrodenstromkollektor 501 ausgebildet ist, der eine bandartige Form aufweist. Indem ein Schneiden entlang Punktlinien durchgeführt wird, kann die Positivelektrode 503 in 25B erhalten werden. Die Positivelektrode 503 wird auf diese Weise hergestellt, wodurch die Oberfläche des Positivelektrodenstromkollektors 501 in mindestens einem Teil des Etikettbereichs 281 freigelegt werden kann. Ein Beispiel für die Positivelektrode 503 wird hier beschrieben, und der Etikettbereich 282 der Negativelektrode 506 kann in ähnlicher Weise bereitgestellt werden.
  • Alternativ können, um den Etikettbereich 281 und den Etikettbereich 282 bereitzustellen, die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505, die aufgetragen worden sind, teilweise derart entfernt werden, dass die Stromkollektoren freigelegt werden.
  • Das Lösungsmittel wird dann aus dem Schlamm, der auf den Negativelektrodenstromkollektor 504 aufgetragen worden ist, durch ein Verfahren, wie z. B. Belüftungstrocknung oder Trocknung unter verringertem Druck (Vakuumtrocknung), ausgetrieben, wodurch die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 ausgebildet wird. Das Lösungsmittel wird vorzugsweise unter Verwendung von z. B. einem heißen Luftstrom bei einer Temperatur von höher als oder gleich 30°C und niedriger als oder gleich 160°C ausgetrieben. Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Atmosphäre.
  • Die Dicke der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505, die auf die oben beschriebene Weise ausgebildet wird, ist beispielsweise bevorzugt größer als oder gleich 5 μm und kleiner als oder gleich 300 μm, bevorzugter größer als oder gleich 10 μm und kleiner als oder gleich 150 μm. Die Menge des Aktivmaterials in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 ist beispielsweise bevorzugt größer als oder gleich 2 mg/cm2 und kleiner als oder gleich 50 mg/cm2.
  • Es sei angemerkt, dass die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 über nur einer Oberfläche des Negativelektrodenstromkollektors 504 ausgebildet werden kann oder die Negativelektrodenaktivmaterialschichten 505 derart ausgebildet werden können, dass der Negativelektrodenstromkollektor 504 dazwischen liegt. Alternativ können die Negativelektrodenaktivmaterialschichten 505 derart ausgebildet werden, dass ein Teil des Negativelektrodenstromkollektors 504 dazwischen liegt.
  • Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 kann durch ein Kompressionsverfahren, wie z. B. ein Walzen-Press-Verfahren oder ein Flachplatten-Press-Verfahren, gepresst werden, um sie zu verdichten.
  • Durch die vorstehenden Schritte kann die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 hergestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 vordotiert werden kann. Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich des Verfahrens zum Vordotieren der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505. Beispielsweise kann die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 elektrochemisch vordotiert werden. Beispielsweise kann unter Verwendung eines Lithiummetalls als Gegenelektrode die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 mit Lithium in einer Elektrolytlösung, die später beschrieben wird, vordotiert werden, bevor die Batterie zusammengesetzt wird.
  • [Herstellungsverfahren der Positivelektrode]
  • Als Nächstes wird ein Herstellungsverfahren der Positivelektrode 503 beschrieben. Für das Herstellungsverfahren der Positivelektrode 503 kann auf das Herstellungsverfahren der Negativelektrode 506 Bezug genommen werden.
  • Zuerst wird ein Schlamm ausgebildet, um die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 auszubilden. Der Schlamm kann derart ausgebildet werden, dass beispielsweise ein beliebiges der oben beschriebenen Materialien für ein Positivelektrodenaktivmaterial, dem ein Leitfähigkeitsadditiv, ein Bindemittel und dergleichen nach Bedarf hinzugefügt worden sind, mit einem Lösungsmittel gemischt wird. Als Lösungsmittel kann beispielsweise das Lösungsmittel verwendet werden, das zum Ausbilden der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 verwendet werden kann.
  • Das Mischen wird, wie im Falle der Ausbildung der Negativelektrode, mit einem Mischer durchgeführt werden.
  • Der Positivelektrodenstromkollektor 501 kann, wie im Falle der Ausbildung der Negativelektrode, einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden.
  • Dann wird der Positivelektrodenschlamm auf den Stromkollektor aufgetragen.
  • Das Lösungsmittel wird dann aus dem Schlamm, der auf den Positivelektrodenstromkollektor 501 aufgetragen worden ist, durch ein Verfahren, wie z. B. Belüftungstrocknung oder Trocknung unter verringertem Druck (Vakuumtrocknung), ausgetrieben, wodurch die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 ausgebildet wird. Das Lösungsmittel wird vorzugsweise unter Verwendung von z. B. einem heißen Luftstrom bei einer Temperatur von höher als oder gleich 50°C und niedriger als oder gleich 160°C ausgetrieben. Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Atmosphäre.
  • Es sei angemerkt, dass die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 über nur einer Oberfläche des Positivelektrodenstromkollektors 501 ausgebildet werden kann oder die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 501 derart ausgebildet werden können, dass der Positivelektrodenstromkollektor 501 dazwischen liegt. Alternativ können die Positivelektrodenaktivmaterialschichten 502 derart ausgebildet werden, dass ein Teil des Positivelektrodenstromkollektors 501 dazwischen liegt.
  • Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 kann durch ein Kompressionsverfahren, wie z. B. ein Walzen-Press-Verfahren oder ein Flachplatten-Press-Verfahren, gepresst werden, um sie zu verdichten.
  • Durch die vorstehenden Schritte kann die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 hergestellt werden.
  • Die Dicke der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502, die auf die oben beschriebene Weise ausgebildet wird, ist beispielsweise bevorzugt größer als oder gleich 5 μm und kleiner als oder gleich 300 μm, bevorzugter größer als oder gleich 10 μm und kleiner als oder gleich 150 μm. Die Menge des Aktivmaterials in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 ist beispielsweise bevorzugt größer als oder gleich 2 mg/cm2 und kleiner als oder gleich 50 mg/cm2.
  • Hier enthält die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 vorzugsweise Graphen. Graphen ist dazu geeignet, einen niedrohmigen Oberflächenkontakt zu bilden, und weist eine sehr hohe Leitfähigkeit auf, selbst wenn seine Dicke klein ist. Daher kann selbst eine geringe Menge an Graphen effizient einen Leitungspfad in einer Aktivmaterialschicht bilden.
  • Hier weist beispielsweise ein Lithium enthaltendes komplexes Phosphat mit einer Olivin-Kristallstruktur, das für das Positivelektrodenaktivmaterial verwendet wird, einen eindimensionalen Diffusionsweg für Lithium auf, so dass die Lithiumdiffusion langsam erfolgt. Deshalb ist beispielsweise der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Aktivmaterials vorzugsweise größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 1 μm, so dass die Lade-/Entladerate erhöht wird. Der spezifische Oberflächenbereich des Aktivmaterials ist beispielsweise bevorzugt größer als oder gleich 10 m2/g und kleiner als oder gleich 50 m2/g.
  • In dem Fall, in dem ein derartiges Aktivmaterial mit einem kleinen durchschnittlichen Partikeldurchmesser (z. B. 1 μm oder kleiner) verwendet wird, ist der spezifische Oberflächenbereich des Aktivmaterials groß, und daher werden mehr Leitungspfade für die Aktivmaterialpartikeln benötigt. In einem derartigen Fall wird besonders bevorzugt, dass Graphen mit sehr hoher Leitfähigkeit, das selbst mit einer geringen Menge einen Leitungspfad effizient bilden kann, verwendet wird.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der Positivelektrode 503 beschrieben.
  • Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 enthält Partikeln eines Positivelektrodenaktivmaterials, Graphenflocken als Leitfähigkeitsadditiv und ein Bindungsmittel (nicht abgebildet).
  • Die Graphenflocken werden im Längsschnitt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 im Wesentlichen gleichmäßig dispergiert. Die Graphenflocken sind dünne Filme, die jeweils eine Dicke aufweisen, die der Dicke einer oder mehrerer Schichten aus Kohlenstoffmolekülen entspricht. Die Vielzahl von Graphenflocken ist derart ausgebildet, dass sie die Oberflächen der Vielzahl von Partikeln des Positivelektrodenaktivmaterials umschließen oder beschichten oder an die Oberflächen haften, so dass die Graphenflocken einen Oberflächenkontakt mit den Partikeln des Positivelektrodenaktivmaterials bilden. Des Weiteren sind die Graphenflocken ebenfalls in Oberflächenkontakt miteinander; dementsprechend bildet die Vielzahl von Graphenflocken ein dreidimensionales elektrisches Leitungsnetzwerk.
  • Das liegt daran, dass Graphenoxid mit sehr hoher Dispergierbarkeit in einem polaren Lösungsmittel verwendet wird, um die Graphenflocken auszubilden. Das Lösungsmittel wird durch Austreibung von einem Dispersionsmittel, in dem Graphenoxid gleichmäßig dispergiert ist, entfernt, und das Graphenoxid wird zu Graphen reduziert. Somit überlappen die Graphenflocken, die in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 verbleiben, teilweise miteinander und werden derart dispergiert, dass ein Oberflächenkontakt gebildet wird, wodurch ein elektrischer Leitungspfad gebildet werden kann.
  • Im Gegensatz zu einem herkömmlichen partikelförmigen Leitfähigkeitsadditiv, wie z. B. Acetylenruß, das in Punktkontakt mit einem Aktivmaterial kommt, kann die Graphenflocke einen niederohmigen Oberflächenkontakt bilden; demzufolge kann die elektrische Verbindung zwischen den Partikeln des Positivelektrodenaktivmaterials und den Graphenflocken verbessert werden, ohne die Menge eines Leitfähigkeitsadditivs zu vergrößern. Daher kann der Anteil an den Partikeln des Positivelektrodenaktivmaterials in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 erhöht werden. Dies kann die Entladekapazität einer Speicherbatterie erhöhen.
  • Obwohl das Beispiel, in dem Graphen für die Positivelektrode verwendet wird, beschrieben wird, kann Graphen auch für die Negativelektrode verwendet werden.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer Positivelektrode, bei der Graphen als Leitfähigkeitsadditiv verwendet wird, beschrieben. Zuerst werden ein Aktivmaterial, ein Bindungsmittel und Graphenoxid vorbereitet.
  • Das Graphenoxid ist ein Rohstoff für die Graphenflocken, die später als Leitfähigkeitsadditiv dienen. Graphenoxid kann durch verschiedene Syntheseverfahren ausgebildet werden, wie z. B. ein Hummers-Verfahren, ein modifiziertes Hummers-Verfahren und Oxidation von Graphit. Es sei angemerkt, dass ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Speicherbatterie der vorliegenden Erfindung nicht durch den Grad der Trennung von Graphenoxid eingeschränkt wird.
  • Beispielsweise handelt es sich bei dem Hummers-Verfahren um ein Verfahren zum Ausbilden von Graphitoxid durch Oxidierung von Graphit, wie z. B. Flockengraphit. Das gewonnene Graphitoxid ist dasjenige, das stellenweise oxidiert ist und an das daher eine funktionelle Gruppe, wie z. B. eine Carbonylgruppe, eine Carboxylgruppe oder eine Hydroxylgruppe, gebunden ist. Bei dem Graphitoxid ist die Kristallinität vom Graphit verloren, und der Abstand zwischen Schichten ist erhöht. Deshalb können die Schichten durch eine Ultraschallbehandlung oder dergleichen leicht getrennt werden, um Graphenoxid zu gewinnen.
  • Die Länge einer Kante (auch als Flockengröße bezeichnet) des Graphenoxides ist größer als oder gleich 50 nm und kleiner als oder gleich 100 μm, bevorzugt größer als oder gleich 800 nm und kleiner als oder gleich 20 μm. Insbesondere werden in dem Fall, in dem die Flockengröße kleiner ist als der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Partikeln des Positivelektrodenaktivmaterials, der Oberflächenkontakt mit einer Vielzahl der Partikeln des Positivelektrodenaktivmaterials und die Verbindung zwischen Graphenflocken schwierig, was es schwierig macht, die elektrische Leitfähigkeit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 zu verbessern.
  • Ein Positivelektrodenschlamm wird ausgebildet, indem ein Lösungsmittel zu derartigem Graphenoxid, einem Aktivmaterial und einem Bindemittel hinzugefügt wird. Als Lösungsmittel kann Wasser oder ein polares organisches Lösungsmittel, wie z. B. N-Methylpyrrolidon (NMP) oder Dimethylformamid, verwendet werden.
  • Indem die Aktivmaterialschicht verwendet wird, die auf die vorstehende Weise die Aktivmaterialpartikeln, Graphen und das Bindemittel enthält, weisen eine Graphenflocke und einige der Partikeln des auf Legierung basierenden Materials einen Oberflächenkontakt auf, so dass die Flocke die Partikeln umschließt, und Graphenflocken weisen auch einen Oberflächenkontakt auf, so dass sie miteinander überlappen; daher wird ein umfangreiches Netzwerk von dreidimensionalen elektrischen Leitungspfaden in der Aktivmaterialschicht gebildet. Aus diesem Grund kann eine Aktivmaterialschicht ausgebildet werden, die eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die Acetylenruß-(acetylene black, AB-)Partikeln oder Ketjen-Ruß-(ketjen black, KB-)Partikeln enthält, die herkömmlich als Leitfähigkeitsadditiv verwendet werden und einen elektrischen Punktkontakt mit einem Aktivmaterial aufweisen.
  • Des Weiteren wird Graphen vorzugsweise verwendet, da auch im Falle der Verwendung von z. B. einem Aktivmaterial mit einem kleinen Partikeldurchmesser der Leitungspfad selbst dann gehalten werden kann, nachdem Lade-/Entladevorgänge wiederholt ausgeführt worden sind. Daher können vorteilhafte zyklische Eigenschaften erhalten werden.
  • Graphenflocken werden miteinander verbunden, um netzartiges Graphen (nachstehend als Graphennetz bezeichnet) zu bilden. Das Graphennetz, das das Aktivmaterial bedeckt, kann als Bindemittel zum Binden von Partikeln dienen. Die Menge eines Bindemittels kann daher verringert werden, oder das Bindemittel muss nicht notwendigerweise verwendet werden. Dies kann den Anteil des Aktivmaterials in dem Volumen oder dem Gewicht der Elektrode erhöhen. Das heißt, dass die Kapazität der Energiespeichervorrichtung zunehmen kann.
  • In dem Fall, in dem die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 ein Bindemittel enthält, wird beispielsweise das bei der Ausführungsform 1 beschriebene Bindemittel verwendet. Ein Beispiel ist PVdF, welches eine hohe Beständigkeit gegen Oxidierung aufweist und auch in dem Fall stabil ist, in dem das Potential der Positivelektrode bei der Batteriereaktion hoch ist. Ein weiteres Beispiel ist wasserlösliche Polymere, die eine hohe Dispergierbarkeit aufweisen und gleichmäßig mit kleinen Aktivmaterialpartikeln dispergiert werden können. Daher können wasserlösliche Polymere selbst dann ihre Funktion erfüllen, wenn ihre Menge klein ist. Ein Film, der wasserlösliche Polymere enthält und die Oberfläche eines Aktivmaterials bedeckt oder kontaktiert, kann die Zersetzung einer Elektrolytlösung verhindern.
  • Es sei angemerkt, dass die Menge an Graphenoxid auf 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bevorzugter 0,2 Gew.-% bis 1 Gew.-% des Gesamtgewichts des Gemisches aus dem Graphenoxid, dem Positivelektrodenaktivmaterial, dem Leitfähigkeitsadditiv und dem Bindungsmittel eingestellt wird. Andererseits ist Graphen, welches gewonnen wird, nachdem der Positivelektrodenschlamm auf einen Stromkollektor aufgetragen worden ist und eine Reduktion durchgeführt worden ist, mit mindestens 0,05 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,05 Gew.-% bis 2,5 Gew.-%, bevorzugter 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% des Gesamtgewichts der Positivelektrodenaktivmaterialschicht enthalten. Das liegt daran, dass das Gewicht von Graphen, das durch die Reduktion des Graphenoxides erhalten wird, ungefähr die Hälfte desjenigen des Graphenoxides beträgt.
  • Es sei angemerkt, dass nach dem Mischen ein polares Lösungsmittel weiter hinzugefügt werden kann, so dass die Viskosität des Gemisches reguliert werden kann. Das Mischen und das Hinzufügen eines polaren Lösungsmittels können mehrmals wiederholt werden.
  • Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 kann durch ein Kompressionsverfahren, wie z. B. ein Walzen-Press-Verfahren oder ein Flachplatten-Press-Verfahren, gepresst werden, um sie zu verdichten.
  • Dann wird beispielsweise Graphenoxid bevorzugt durch eine Wärmebehandlung oder unter Verwendung eines Reduktionsmittels reduziert.
  • Ein Beispiel für ein Reduktionsverfahren mit einem Reduktionsmittel wird nachstehend beschrieben. Zuerst wird eine Reaktion in einem Lösungsmittel, das ein Reduktionsmittel enthält, bewirkt. Durch diesen Schritt wird das Graphenoxid, das in der Aktivmaterialschicht enthalten ist, zu den Graphenflocken reduziert. Es sei angemerkt, dass es möglich ist, dass Sauerstoff im Graphenoxid nicht notwendigerweise vollständig freigesetzt wird, sondern teilweise im Graphen verbleiben kann. Wenn die Graphenflocken Sauerstoff enthalten, ist der Anteil an Sauerstoff in den Graphenflocken, der durch XPS gemessen wird, höher als oder gleich 2 Atom-% und niedriger als oder gleich 20 Atom-%, bevorzugt höher als oder gleich 3 Atom-% und niedriger als oder gleich 15 Atom-%. Diese Reduktionsbehandlung wird vorzugsweise bei höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als oder gleich 150°C durchgeführt.
  • Beispiele für das Reduktionsmittel umfassen Ascorbinsäure, Hydrazin, Dimethylhydrazin, Hydrochinon, Natriumborhydrid (NaBH4), Tetrabutylammoniumbromid (TBAB), LiAlH4, Ethylenglycol, Polyethylenglycol, N,N-Diethylhydroxylamin und ein Derivat davon.
  • Ein polares Lösungsmittel kann als Lösungsmittel verwendet werden. Jedes Material kann für das polare Lösungsmittel verwendet werden, solange sich das Reduktionsmittel darin auflösen kann. Beispiele für das Material des polaren Lösungsmittels umfassen Wasser, Methanol, Ethanol, Aceton, Tetrahydrofuran (THF), Dimethylformamid (DMF), N-Methylpyrrolidon (NMP), Dimethylsulfoxid (DMSO) und eine Mischlösung aus zwei oder mehr von ihnen.
  • Danach werden ein Waschen und ein Trocknen durchgeführt, um das Lösungsmittel auszutreiben. Das Lösungsmittel wird vorzugsweise unter verringertem Druck (im Vakuum) oder in einer Reduktionsatmosphäre ausgetrieben. Das Lösungsmittel wird vorzugsweise derart ausgetrieben, dass eine Erwärmung beispielsweise im Vakuum bei einer Temperatur von höher als oder gleich 50°C und niedriger als oder gleich 160°C über einen Zeitraum von länger als oder gleich 10 Stunden und kürzer als oder gleich 48 Stunden durchgeführt wird. Die Erwärmung ermöglicht die Verdampfung, Austreibung oder Entfernung des polaren Lösungsmittels und der Feuchtigkeit in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502. Der Austreibung des Lösungsmittels kann ein Pressen folgen.
  • Alternativ kann das Lösungsmittel unter Verwendung eines Trockenofens oder dergleichen ausgetrieben werden. Im Falle der Verwendung eines Trockenofens wird eine Erwärmung beispielsweise bei 30°C bis 200°C über einen Zeitraum von länger als oder gleich 30 Sekunden und kürzer als oder gleich 20 Minuten durchgeführt. Die Temperatur kann stufenweise erhöht werden.
  • Es sei angemerkt, dass eine Erwärmung die Reduktionsreaktion mit dem Reduktionsmittel erleichtern kann. Nach dem der chemischen Reduktion folgenden Trocknen kann eine weitere Erwärmung durchgeführt werden.
  • In dem Fall, in dem keine Reduktion mit einem Reduktionsmittel durchgeführt wird, kann eine Reduktion durch eine Wärmebehandlung durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Reduktion durch eine Wärmebehandlung unter verringertem Druck (im Vakuum) bei einer Temperatur von höher als oder gleich 150°C über einen Zeitraum von länger als oder gleich 0,5 Stunden und kürzer als oder gleich 30 Stunden durchgeführt werden.
  • Durch die vorstehenden Schritte kann die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502, in der die Partikeln des Positivelektrodenaktivmaterials und die Graphenflocken gleichmäßig dispergiert sind, ausgebildet werden.
  • Hier wird eine Reduktion vorzugsweise an einer Elektrode, bei der Graphenoxid verwendet wird, durchgeführt. Es wird darüber hinaus bevorzugt, dass eine Reduktion derart durchgeführt wird, dass eine chemische Reaktion und eine thermische Reduktion in dieser Reihenfolge durchgeführt werden. Bei der thermischen Reduktion werden Sauerstoffatome in Form von z. B. Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Im Gegensatz dazu wird bei der chemischen Reduktion eine Reduktion durch eine chemische Reaktion durchgeführt, wodurch der Anteil an Kohlenstoffatomen, die eine sp2-Bindung von Graphen bilden, hoch sein kann. Des Weiteren wird die thermische Reduktion vorzugsweise nach der chemischen Reduktion durchgeführt, in welchem Falle die Leitfähigkeit des gebildeten Graphens weiter erhöht werden kann.
  • Die Verwendung von LiFePO4 für die Positivelektrode ermöglicht die Herstellung einer sehr sicheren Speicherbatterie, die bei einer Belastung von außen, wie z. B. einer Überladung, stabil ist. Eine derartige Speicherbatterie ist beispielsweise für ein Mobilgerät, ein tragbares Gerät und dergleichen besonders geeignet.
  • Hier wird das Verhältnis der Kapazität einer Positivelektrode einer Speicherbatterie zu der Kapazität einer Negativelektrode der Speicherbatterie beschrieben. Eine Variable R, die durch die folgende mathematische Formel 1 definiert wird, ist das Verhältnis der Positivelektrodenkapazität zu der Negativelektrodenkapazität. Hier bezeichnet die Positivelektrodenkapazität die Kapazität der Positivelektrode der Speicherbatterie, und die Negativelektrodenkapazität bezeichnet die Kapazität der Negativelektrode der Speicherbatterie. [Mathematische Formel 1]
    Figure DE112015001552T5_0014
  • Hier kann die theoretische Kapazität oder dergleichen für die Berechnung der Positivelektrodenkapazität und der Negativelektrodenkapazität verwendet werden. Alternativ kann die Kapazität basierend auf einem Messwert oder dergleichen verwendet werden. Beispielsweise beträgt in dem Fall, in dem LiFePO4 und Graphit verwendet werden, die Kapazität pro Gewichtseinheit des Aktivmaterials von LiFePO4 170 mAh/g, und diejenige von Graphit beträgt 372 mAh/g.
  • Diese Ausführungsform kann in Kombination mit jeder der anderen Ausführungsformen soweit erforderlich umgesetzt werden.
  • (Ausführungsform 4)
  • Bei dieser Ausführungsform werden verschiedene Arten von Energiespeichervorrichtungen, die einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend hergestellt werden, beschrieben.
  • [Strukturbeispiele einer Speicherbatterie, bei der ein gewickelter Teil verwendet wird]
  • Als Nächstes stellen 47A und 47B sowie 48A und 48B Strukturbeispiele einer Speicherbatterie dar, bei der ein gewickelter Teil verwendet wird und die eine Energiespeichervorrichtung ist, die einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend hergestellt wird. Ein gewickelter Teil 993 in 47A und 47B enthält eine Negativelektrode 994, eine Positivelektrode 995 und einen Separator 996.
  • Der gewickelte Teil 993 wird erhalten, indem eine blattförmige Schichtanordnung gewickelt wird, in der die Negativelektrode 994 mit der Positivelektrode 995 überlappt, wobei der Separator 996 dazwischen angeordnet ist. Der gewickelte Teil 993 wird mit einem rechteckigen Dichtungsbehälter oder dergleichen bedeckt; auf diese Weise wird eine rechteckige Sekundärbatterie hergestellt.
  • Es sei angemerkt, dass die Anzahl von Schichtanordnungen, die jeweils die Negativelektrode 994, die Positivelektrode 995 und den Separator 996 umfassen, je nach der Kapazität und dem Volumen eines Elements, die nötig sind, angemessen bestimmt wird. Die Negativelektrode 994 wird über eine Anschlusselektrode 997 oder eine Anschlusselektrode 998 mit einem Negativelektrodenstromkollektor (nicht dargestellt) verbunden. Die Positivelektrode 995 wird über die andere von der Anschlusselektrode 997 und der Anschlusselektrode 998 mit einem Positivelektrodenstromkollektor (nicht dargestellt) verbunden.
  • Die Fläche eines Bereichs, in dem die Negativelektrode 994 nicht mit der Positivelektrode 995 überlappt, ist vorzugsweise möglichst klein. 47B stellt das Beispiel dar, in dem eine Breite 1091 der Negativelektrode 994 in dem gewickelten Teil 993 kleiner ist als eine Breite 1092 der Positivelektrode 995. Zudem ist ein Endabschnitt der Negativelektrode 994 innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode 995 positioniert. Bei einer derartigen Struktur kann die Negativelektrode 994 vollständig mit der Positivelektrode 995 überlappen, oder kann die Fläche eines Bereichs, in dem die Negativelektrode 994 und die Positivelektrode 995 nicht miteinander überlappen, verringert werden.
  • In dem Fall, in dem die Fläche der Positivelektrode 995 zu viel größer ist als diejenige der Negativelektrode 994, ist ein überschüssiger Abschnitt der Positivelektrode 995 groß, was beispielsweise die Kapazität pro Volumeneinheit einer Speicherbatterie verringert. Daher ist in dem Fall, in dem der Endabschnitt der Negativelektrode 994 innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode 995 positioniert ist, der Abstand zwischen dem Endabschnitt der Positivelektrode 995 und dem Endabschnitt der Negativelektrode 994 bevorzugt 3 mm oder kleiner, bevorzugter 0,5 mm oder kleiner, noch bevorzugter 0,1 mm oder kleiner. Alternativ ist die Differenz zwischen den Breiten der Positivelektrode 995 und der Negativelektrode 994 bevorzugt 6 mm oder kleiner, bevorzugter 1 mm oder kleiner, noch bevorzugter 0,2 mm oder kleiner.
  • Alternativ wird es bevorzugt, dass die Breiten 1091 und 1092 ungefähr gleiche Werte aufweisen und der Endabschnitt der Negativelektrode 994 zu dem Endabschnitt der Positivelektrode 995 im Wesentlichen ausgerichtet ist.
  • Bei einer Speicherbatterie 980 in 48A und 48B ist der gewickelte Teil 993 in einem Raum gepackt, der durch Bindung eines Films 981 und eines Films 982 mit einem vertieften Teil, die als Außenteile dienen, durch Thermokompressionsbonden oder dergleichen gebildet wird. Der gewickelte Teil 993 enthält die Anschlusselektrode 997 und die Anschlusselektrode 998 und wird in eine Elektrolytlösung in einem Raum eingetaucht, der von dem Film 981 und dem Film 982 mit einem vertieften Teil umschlossen ist.
  • Für den Film 981 und den Film 982 mit einem vertieften Teil kann beispielsweise ein Metallmaterial, wie z. B. Aluminium, oder ein Harzmaterial verwendet werden. Unter Verwendung eines Harzmaterials für den Film 981 und den Film 982 mit einem vertieften Teil können die Formen des Films 981 und des Films 982 mit einem vertieften Teil geändert werden, wenn eine Kraft von außen ausgeübt wird; auf diese Weise kann eine flexible Speicherbatterie hergestellt werden.
  • Obwohl 48A und 48B ein Beispiel darstellen, in dem ein Raum von zwei Filmen gebildet ist, kann sich der gewickelte Teil 993 in einem Raum befinden, der durch Biegen eines Films gebildet wird.
  • Ferner kann bei der Herstellung einer flexiblen Energiespeichervorrichtung ein Harzmaterial oder dergleichen für einen Außenteil und einen Dichtungsbehälter der Energiespeichervorrichtung verwendet werden. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem ein Harzmaterial für den Außenteil und den Dichtungsbehälter verwendet wird, ein leitendes Material für einen Teil verwendet wird, der mit der Außenseite verbunden ist.
  • 49A und 49B stellen ein Beispiel für eine dünne Speicherbatterie dar, die sich von der Speicherbatterie in 48A und 48B unterscheidet. Der gewickelte Teil 993 in 49A ist gleich demjenigen in 47A und 47B sowie 48A, und seine ausführliche Beschreibung wird weggelassen. Bei der Speicherbatterie 990 in 49A und 49B ist der gewickelte Teil 993 in einem Außenteil 991 gepackt. Der gewickelte Teil 993 enthält die Anschlusselektrode 997 und die Anschlusselektrode 998 und wird in eine Elektrolytlösung in einem Raum eingetaucht, der von dem Außenteil 991 und einem Außenteil 992 umschlossen ist. Beispielsweise kann ein Metallmaterial, wie z. B. Aluminium, oder ein Harzmaterial für die Außenteile 991 und 992 verwendet werden. Unter Verwendung eines Harzmaterials für die Außenteile 991 und 992 können die Formen der Außenteile 991 und 992 geändert werden, wenn eine Kraft von außen ausgeübt wird; auf diese Weise kann eine flexible dünne Speicherbatterie hergestellt werden.
  • [Zylindrische Speicherbatterie]
  • Als Nächstes wird eine zylindrische Speicherbatterie als Beispiel für eine Energiespeichervorrichtung beschrieben, bei der wie in 47A und 47B, 48A und 48B sowie 49A und 49B ein gewickelter Teil verwendet wird. Die zylindrische Speicherbatterie wird anhand von 50A und 50B beschrieben. Eine zylindrische Speicherbatterie 600 beinhaltet, wie in 50A dargestellt, eine Positivelektrodenkappe (Batteriedeckel) 601 an der oberen Oberfläche und eine Batteriedose (Außendose) 602 an der seitlichen Oberfläche und der nach unten weisenden Oberfläche. Die Positivelektrodenkappe 601 und die Batteriedose 602 sind durch eine Dichtung (Isolierdichtung) 610 voneinander isoliert.
  • 50B ist ein Schema, das einen Querschnitt der zylindrischen Speicherbatterie schematisch darstellt. Innerhalb der Batteriedose 602, die eine hohle zylindrische Form aufweist, ist ein Batterieelement bereitgestellt, bei dem eine streifenförmige Positivelektrode 604 und eine streifenförmige Negativelektrode 606 aufgewickelt sind, wobei ein streifenförmiger Separator 605 dazwischen angeordnet ist. Obwohl nicht dargestellt, ist das Batterieelement um einen mittleren Stift gewickelt. Ein Ende der Batteriedose 602 ist geschlossen, und ihr anderes Ende ist geöffnet. Für die Batteriedose 602 kann ein Metall, das ein Korrosionsbeständigkeitsvermögen gegenüber einer Elektrolytlösung aufweist, wie z. B. Nickel, Aluminium oder Titan, eine Legierung eines derartigen Metalls oder eine Legierung aus einem derartigen Metall und einem weiteren Metall (z. B. Edelstahl oder dergleichen) verwendet werden. Alternativ ist die Batteriedose 602 vorzugsweise mit Nickel, Aluminium oder dergleichen beschichtet, um Korrosion infolge der Elektrolytlösung zu verhindern. Innerhalb der Batteriedose 602 ist das Batterieelement, bei dem die Positivelektrode, die Negativelektrode und der Separator aufgewickelt sind, zwischen einem Paar von Isolierplatten 608 und 609 angeordnet, die einander zugewandt sind. Ferner wird eine nichtwässrige Elektrolytlösung (nicht dargestellt) in die Batteriedose 602 injiziert, die mit dem Batterieelement versehen ist. Als nichtwässrige Elektrolytlösung kann eine nichtwässrige Elektrolytlösung verwendet werden, die denjenigen der Knopfzellen-Speicherbatterie ähnlich ist.
  • Die Positivelektrode 604 und die Negativelektrode 606 können auf eine Weise, die derjenigen der Positivelektrode und der Negativelektrode der oben beschriebenen dünnen Speicherbatterie ähnlich ist, ausgebildet werden. Da die Positivelektrode und die Negativelektrode der zylindrischen Speicherbatterie gewickelt werden, werden vorzugsweise Aktivmaterialien an beiden Seiten der Stromkollektoren ausgebildet. Ein Positivelektroden-Anschluss (Positivelektroden-Stromsammelleitung) 603 ist mit der Positivelektrode 604 verbunden, und ein Negativelektroden-Anschluss (Negativelektroden-Stromsammelleitung) 607 ist mit der Negativelektrode 606 verbunden. Sowohl der Positivelektroden-Anschluss 603 als auch der Negativelektroden-Anschluss 607 können unter Verwendung eines Metallmaterials, wie z. B. Aluminium, ausgebildet werden. Der Positivelektroden-Anschluss 603 und der Negativelektroden-Anschluss 607 sind an einem Sicherheitsventil-Mechanismus 612 bzw. am Boden der Batteriedose 602 widerstandsgeschweißt. Der Sicherheitsventil-Mechanismus 612 ist über ein Element mit positivem Temperaturkoeffizienten (positive temperature coefficient, PTC-Element) 611 elektrisch mit der Positivelektrodenkappe 601 verbunden. Der Sicherheitsventil-Mechanismus 612 trennt die elektrische Verbindung zwischen der Positivelektrodenkappe 601 und der Positivelektrode 604, wenn der Innendruck der Batterie einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Das PTC-Element 611, das als wärmeempfindlicher Widerstand dient, dessen Widerstand sich mit dem Temperaturanstieg erhöht, schränkt die Strommenge durch Erhöhung des Widerstandes ein, um abnormale Wärmeerzeugung zu verhindern. Es sei angemerkt, dass auf Bariumtitanat (BaTiO3) basierende Halbleiterkeramik für das PTC-Element verwendet werden kann.
  • Die Fläche eines Bereichs, in dem die Negativelektrode 606 nicht mit der Positivelektrode 604 überlappt, ist vorzugsweise möglichst klein. Beispielsweise ist ein Endabschnitt der Negativelektrode 606 innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode 604 positioniert. Des Weiteren ist der Abstand zwischen dem Endabschnitt der Positivelektrode 604 und dem Endabschnitt der Negativelektrode 606 bevorzugt 3 mm oder kleiner, bevorzugter 0,5 mm oder kleiner, noch bevorzugter 0,1 mm oder kleiner. Alternativ ist die Differenz zwischen einer Breite 1094 der Positivelektrode 604 und einer Bereite 1093 der Negativelektrode 606 bevorzugt 6 mm oder kleiner, bevorzugter 1 mm oder kleiner, noch bevorzugter 0,2 mm oder kleiner.
  • Alternativ wird es bevorzugt, dass die Breiten 1093 und 1094 ungefähr gleiche Werte aufweisen und der Endabschnitt der Negativelektrode 606 zu dem Endabschnitt der Positivelektrode 604 im Wesentlichen ausgerichtet ist.
  • [Knopfzellen-Speicherbatterie]
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für eine Knopfzellen-Speicherbatterie, die eine Speicherbatterie ist, die einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend hergestellt wird, anhand von 51A bis 51C als Beispiel für eine Energiespeichervorrichtung beschrieben. 51A ist eine Außenansicht einer Knopfzellen-(einschichtigen flachen)Speicherbatterie, und 51B und 51C sind ihre Querschnittsansichten.
  • Bei einer Knopfzellen-Speicherbatterie 300 sind eine Positivelektrodendose 301, die auch als Positivelektroden-Anschluss dient, und eine Negativelektrodendose 302, die auch als Negativelektroden-Anschluss dient, durch eine Dichtung 303, die aus Polypropylen oder dergleichen gebildet ist, voneinander isoliert und versiegelt. Eine Positivelektrode 304 enthält einen Positivelektrodenstromkollektor 305 und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 306, die in Kontakt mit dem Positivelektrodenstromkollektor 305 angeordnet ist. Für die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 306 kann auf die Beschreibung der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 Bezug genommen werden.
  • Eine Negativelektrode 307 enthält einen Negativelektrodenstromkollektor 308 und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 309, die in Kontakt mit dem Negativelektrodenstromkollektor 308 angeordnet ist. Für die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 309 kann auf die Beschreibung der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 Bezug genommen werden. Für den Separator 310 kann auf die Beschreibung des Separators 507 Bezug genommen werden. Für die Elektrolytlösung kann auf die Beschreibung der Elektrolytlösung 508 Bezug genommen werden.
  • Es sei angemerkt, dass nur eine Oberfläche von jeder der Positivelektrode 304 und der Negativelektrode 307, die für die Knopfzellen-Speicherbatterie 300 verwendet werden, mit einer Aktivmaterialschicht versehen wird.
  • Es wird bevorzugt, dass die Form und die Fläche der Positivelektrode 304 im Wesentlichen gleich denjenigen der Negativelektrode 307 sind und dass ein Endabschnitt der Positivelektrode 304 zu einem Endabschnitt der Negativelektrode 307 im Wesentlichen ausgerichtet ist. 51B stellt ein Beispiel dar, in dem der Endabschnitt der Positivelektrode 304 zu dem Endabschnitt der Negativelektrode 307 ausgerichtet ist.
  • Alternativ wird es bevorzugt, dass die Fläche der Negativelektrode 307 größer ist als diejenige der Positivelektrode 304 und dass der Endabschnitt der Positivelektrode 304 innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Negativelektrode 307 positioniert ist. 51C stellt ein Beispiel dar, in dem der Endabschnitt der Positivelektrode 304 innerhalb eines Bereichs zwischen den Endabschnitten der Negativelektrode 307 positioniert ist.
  • Für die Positivelektrodendose 301 und die Negativelektrodendose 302 kann ein Metall mit einem Korrosionsbeständigkeitsvermögen gegenüber einer Elektrolytlösung, wie z. B. Nickel, Aluminium oder Titan, eine Legierung eines derartigen Metalls oder eine Legierung aus einem derartigen Metall und einem weiteren Metall (z. B. Edelstahl oder dergleichen) verwendet werden. Alternativ werden die Positivelektrodendose 301 und die Negativelektrodendose 302 vorzugsweise mit Nickel, Aluminium oder dergleichen bedeckt, um Korrosion wegen der Elektrolytlösung zu verhindern. Die Positivelektrodendose 301 und die Negativelektrodendose 302 werden elektrisch mit der Positivelektrode 304 bzw. der Negativelektrode 307 verbunden.
  • Die Negativelektrode 307, die Positivelektrode 304 und der Separator 310 werden in die Elektrolytlösung eingetaucht. Wie in 51B und 51C dargestellt, werden dann die Positivelektrode 304, der Separator 310, die Negativelektrode 307 und die Negativelektrodendose 302 in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet, wobei die Positivelektrodendose 301 am unteren Ende liegt, und die Positivelektrodendose 301 und die Negativelektrodendose 302 werden unter Druck verbunden, wobei die Dichtung 303 dazwischen angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Knopfzellen-Batterie 300 hergestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform die Knopfzellen-Speicherbatterie, die zylindrische Speicherbatterie und die dünne Speicherbatterie als Beispiele für die Speicherbatterie angegeben werden; jedoch können beliebige Speicherbatterien in verschiedenen Formen, wie z. B. eine verschlossene Speicherbatterie und eine quadratische Speicherbatterie, verwendet werden. Außerdem kann eine Struktur zum Einsatz kommen, bei der eine Vielzahl von Positivelektroden, eine Vielzahl von Negativelektroden und eine Vielzahl von Separatoren übereinander angeordnet oder aufgewickelt sind.
  • [Strukturbeispiel eines Energiespeichersystems]
  • Strukturbeispiele von Energiespeichersystemen werden anhand von 52A und 52B, 53A1 bis 53B2 sowie 54A und 54B beschrieben. Hier bezeichnet ein Energiespeichersystem beispielsweise eine Vorrichtung, die eine Energiespeichervorrichtung beinhaltet. Das bei dieser Ausführungsform beschriebene Energiespeichersystem beinhaltet eine Speicherbatterie, die eine Energiespeichervorrichtung ist, die einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend hergestellt wird.
  • 52A und 52B sind Außenansichten eines Energiespeichersystems. Das Energiespeichersystem beinhaltet eine Leiterplatte 900 und eine Speicherbatterie 913. Ein lappenförmiger Anschluss bzw. ein Etikett 910 haftet an der Speicherbatterie 913. Wie in 52B gezeigt, beinhaltet das Energiespeichersystem ferner einen Anschluss 951, einen Anschluss 952, eine Antenne 914 und eine Antenne 915.
  • Die Leiterplatte 900 enthält Anschlüsse 911 und eine Schaltung 912. Die Anschlüsse 911 sind mit den Anschlüssen 951 und 952, den Antennen 914 und 915 und der Schaltung 912 verbunden. Es sei angemerkt, dass eine Vielzahl von Anschlüssen 911, die als Steuersignal-Eingangsanschluss, Energieversorgungsanschluss und dergleichen dienen, bereitgestellt sein kann.
  • Die Schaltung 912 kann auf der Rückfläche der Leiterplatte 900 angeordnet sein. Die Formen der Antennen 914 und 915 sind nicht auf die Form einer Spule beschränkt und kann eine lineare Form oder eine Plattenform sein. Darüber hinaus kann eine planare Antenne, eine Peilantenne, eine Wanderwellenantenne, eine EH-Antenne, eine Magnetfeld-Antenne oder eine dielektrische Antenne verwendet werden. Alternativ kann die Antenne 914 oder die Antenne 915 ein flacher Leiter sein. Der flache Leiter kann als einer von Leitern für elektrische Feldkopplung dienen. Das heißt, dass die Antenne 914 oder die Antenne 915 als einer von zwei Leitern eines Kondensators dienen kann. Elektrische Energie kann daher nicht nur durch ein elektromagnetisches Feld oder ein magnetisches Feld, sondern auch durch ein elektrisches Feld übertragen und empfangen werden.
  • Die Leiterbreite der Antenne 914 ist vorzugsweise größer als diejenige der Antenne 915. Dies kann die Menge an elektrischer Energie, die die Antenne 914 empfängt, erhöhen.
  • Das Energiespeichersystem beinhaltet eine Schicht 916 zwischen der Speicherbatterie 913 und den Antennen 914 und 915. Die Schicht 916 kann eine Funktion aufweisen, ein elektromagnetisches Feld von der Speicherbatterie 913 zu blockieren. Als die Schicht 916 kann beispielsweise ein Magnetkörper verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Struktur des Energiespeichersystems nicht auf diejenige in 52A und 52B beschränkt ist.
  • Beispielsweise können, wie in 53A1 und53A2 gezeigt, zwei entgegengesetzte Oberflächen der Speicherbatterie 913 in 52A und 52B mit jeweiligen Antennen versehen sein. 53A1 ist eine Außenansicht, die eine Seite der entgegengesetzten Oberflächen zeigt, und 53A2 ist eine Außenansicht, die die andere Seite der entgegengesetzten Oberflächen zeigt. Für Teile, die denjenigen in 52A und 52B ähnlich sind, kann je nach Bedarf auf die Beschreibung des Energiespeichersystems in 52A und 52B Bezug genommen werden.
  • Wie in 53A1 dargestellt, ist die Antenne 914 auf einer der entgegengesetzten Oberflächen der Speicherbatterie 913 angeordnet, wobei die Schicht 916 dazwischen angeordnet ist, und wie in 53A2 dargestellt, ist die Antenne 915 an der anderen der entgegengesetzten Oberflächen der Speicherbatterie 913 angeordnet, wobei eine Schicht 917 dazwischen angeordnet ist. Die Schicht 917 kann eine Funktion aufweisen, Beeinträchtigungen eines elektromagnetischen Feldes von der Speicherbatterie 913 zu verhindern. Als die Schicht 917 kann beispielsweise ein Magnetkörper verwendet werden.
  • Mit der vorstehenden Struktur können sowohl die Antenne 914 als auch die Antenne 915 vergrößert werden.
  • Alternativ können, wie in 53B1 und 53B2 dargestellt, zwei entgegengesetzte Oberflächen der Speicherbatterie 913 in 52A und 52B mit verschiedenen Arten von Antennen versehen sein. 53B1 ist eine Außenansicht, die eine Seite der entgegengesetzten Oberflächen zeigt, und 53B2 ist eine Außenansicht, die die andere Seite der entgegengesetzten Oberflächen zeigt. Für Teile, die denjenigen in 52A und 52B ähnlich sind, kann je nach Bedarf auf die Beschreibung des Energiespeichersystems in 52A und 52B Bezug genommen werden.
  • Wie in 53B1 dargestellt, sind die Antennen 914 und 915 auf einer der entgegengesetzten Oberflächen der Speicherbatterie 913 angeordnet, wobei die Schicht 916 dazwischen angeordnet ist. Wie in 53B2 dargestellt, ist eine Antenne 918 an der anderen der entgegengesetzten Oberflächen der Speicherbatterie 913 angeordnet, wobei die Schicht 917 dazwischen angeordnet ist. Die Antenne 918 weist beispielsweise eine Funktion zur Datenkommunikation mit einem externen Gerät auf. Eine Antenne mit einer Form, die auf die Antennen 914 und 915 angewendet werden kann, kann beispielsweise als die Antenne 918 verwendet werden. Als System zur Kommunikation unter Verwendung der Antenne 918 zwischen dem Energiespeichersystem und einem anderen Gerät kann ein Antwortverfahren, das zwischen dem Energiespeichersystem und einem anderen Gerät verwendet werden kann, wie z. B. NFC, zum Einsatz kommen.
  • Alternativ kann, wie in 54A dargestellt, die Speicherbatterie 913 in 52A und 52B mit einer Anzeigevorrichtung 920 versehen sein. Die Anzeigevorrichtung 920 ist über einen Anschluss 919 elektrisch mit dem Anschluss 911 verbunden. Es ist möglich, dass das Etikett 910 nicht in einem Teil, in dem die Anzeigevorrichtung 920 angeordnet ist, bereitgestellt ist. Für Teile, die denjenigen in 52A und 52B ähnlich sind, kann je nach Bedarf auf die Beschreibung des Energiespeichersystems in 52A und 52B Bezug genommen werden.
  • Die Anzeigevorrichtung 920 kann beispielsweise ein Bild, das zeigt, ob ein Aufladen gegenwärtig ausgeführt wird oder nicht, ein Bild, das die Menge der gespeicherten Energie zeigt, oder dergleichen anzeigen. Als die Anzeigevorrichtung 920 kann elektronisches Papier, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine Elektrolumineszenz-(EL-)Anzeigevorrichtung oder dergleichen verwendet werden. Beispielsweise kann die Verwendung elektronischen Papiers den Stromverbrauch der Anzeigevorrichtung 920 verringern.
  • Alternativ kann, wie in 54B dargestellt, die Speicherbatterie 913 in 52A und 52B mit einem Sensor 921 versehen sein. Der Sensor 921 ist über einen Anschluss 922 elektrisch mit dem Anschluss 911 verbunden. Für Teile, die denjenigen in 52A und 52B ähnlich sind, kann je nach Bedarf auf die Beschreibung des Energiespeichersystems in 52A und 52B Bezug genommen werden.
  • Als der Sensor 921 kann ein Sensor, der eine Funktion zum Messen beispielsweise von Kraft, Verschiebung, Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeit, Drehzahl, Abstand, Licht, Flüssigkeit, Magnetismus, Temperatur, chemischer Substanz, Ton, Zeit, Härte, elektrischem Feld, elektrischem Strom, Spannung, elektrischer Energie, Strahlung, Durchflussmenge, Feuchtigkeit, Steigungsgrad, Schwingung, Geruch oder Infrarotstrahlen aufweist, verwendet werden. Mit dem Sensor 921 können beispielsweise Daten über eine Umgebung (z. B. Temperatur), in der das Energiespeichersystem steht, bestimmt und in einem Speicher innerhalb der Schaltung 912 gespeichert werden.
  • Die Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei der Speicherbatterie und dem Energiespeichersystem verwendet, die bei dieser Ausführungsform beschrieben worden sind. Die Kapazität der Speicherbatterie und des Energiespeichersystems kann daher hoch sein. Ferner kann die Energiedichte hoch sein. Außerdem kann die Zuverlässigkeit hoch sein, und die Lebensdauer kann lang sein.
  • Diese Ausführungsform kann in geeigneter Kombination mit jeder der anderen Ausführungsformen umgesetzt werden.
  • (Ausführungsform 5)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für ein elektronisches Gerät beschrieben, das eine flexible Speicherbatterie beinhaltet, die eine Energiespeichervorrichtung ist, die einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend hergestellt wird.
  • 55A bis 55G stellen Beispiele für elektronische Geräte dar, die die bei der Ausführungsform 2 beschriebenen flexiblen Speicherbatterien beinhalten. Beispiele für elektronische Geräte, die jeweils eine flexible Energiespeichervorrichtung beinhalten, umfassen Fernsehgeräte (auch als Fernseher oder Fernsehempfänger bezeichnet), Monitore von Computern oder dergleichen, Kameras, wie z. B. Digitalkameras und Digitalvideokameras, digitale Fotorahmen, Mobiltelefone (auch als Handys oder Mobiltelefonvorrichtungen bezeichnet), tragbare Spielkonsolen, tragbare Informationsendgeräte, Audiowiedergabevorrichtungen und große Spielautomaten, wie z. B. Flipperautomaten.
  • Außerdem kann eine flexible Energiespeichervorrichtung entlang einer gekrümmten Innenwandoberfläche/Außenwandoberfläche eines Hauses oder eines Gebäudes oder einer gekrümmten Oberfläche einer Innenausstattung/Außenausstattung eines Autos eingebaut werden.
  • 55A stellt ein Beispiel für ein Mobiltelefon dar. Ein Mobiltelefon 7400 ist mit einem Anzeigeabschnitt 7402, der in einem Gehäuse 7401 eingebaut ist, einem Bedienungsknopf 7403, einem externen Verbindungsanschluss 7404, einem Lautsprecher 7405, einem Mikrofon 7406 und dergleichen versehen. Es sei angemerkt, dass das Mobiltelefon 7400 eine Energiespeichervorrichtung 7407 beinhaltet.
  • 55B stellt das Mobiltelefon 7400 dar, das gekrümmt ist. Wenn das ganze Mobiltelefon 7400 durch die Kraft von außen gekrümmt wird, wird auch die Energiespeichervorrichtung 7407, die in dem Mobiltelefon 7400 enthalten ist, gebogen. 55C stellt die gebogene Energiespeichervorrichtung 7407 dar. Die Energiespeichervorrichtung 7407 ist eine dünne Speicherbatterie. Die Energiespeichervorrichtung 7407 ist in einem gekrümmten Zustand befestigt. Es sei angemerkt, dass die Energiespeichervorrichtung 7407 eine Anschlusselektrode, die elektrisch mit einem Stromkollektor verbunden ist, beinhaltet.
  • 55D stellt ein Beispiel für ein Armband mit einer Anzeigevorrichtung dar. Eine tragbare Anzeigevorrichtung 7100 beinhaltet ein Gehäuse 7101, einen Anzeigeabschnitt 7102, einen Bedienungsknopf 7103 und eine Energiespeichervorrichtung 7104. 55E stellt die gebogene Energiespeichervorrichtung 7104 dar. Wenn die Anzeigevorrichtung am Arm eines Benutzers getragen wird, wobei die Energiespeichervorrichtung 7104 gebogen ist, ändert das Gehäuse seine Form, und die Krümmung eines Teils oder des Ganzen der Energiespeichervorrichtung 7104 wird geändert. Es sei angemerkt, dass der Krümmungsradius einer Kurve an einem Punkt den Radius des kreisförmigen Bogens bezeichnet, der der Kurve an diesem Punkt am nächsten kommt. Der Kehrwert des Krümmungsradius ist die Krümmung. Insbesondere wird ein Teil oder das Ganze des Gehäuses oder der Hauptfläche der Energiespeichervorrichtung 7104 im Bereich des Krümmungsradius von 40 mm bis 150 mm geändert. Wenn der Krümmungsradius der Hauptfläche der Energiespeichervorrichtung 7104 größer als oder gleich 40 mm und kleiner als oder gleich 150 mm ist, kann die Zuverlässigkeit hoch gehalten werden.
  • 55F stellt ein Beispiel für ein armbanduhrartiges tragbares Informationsendgerät dar. Ein tragbares Informationsendgerät 7200 beinhaltet ein Gehäuse 7201, einen Anzeigeabschnitt 7202, ein Band 7203, eine Schnalle 7204, einen Bedienungsknopf 7205, einen Eingangs-/Ausgangsanschluss 7206 und dergleichen.
  • Das tragbare Informationsendgerät 7200 kann verschiedene Applikationen, wie z. B. Mobiltelefongespräche, E-Mails schicken und empfangen, Texte zeigen und bearbeiten, Musik wiedergeben, Internet-Kommunikation und ein Computer-Spiel, ausführen.
  • Die Anzeigeoberfläche des Anzeigeabschnitts 7202 ist gekrümmt, und Bilder können auf der gekrümmten Anzeigeoberfläche angezeigt werden. Der Anzeigeabschnitt 7202 beinhaltet ferner einen Berührungssensor, und die Bedienung kann durch Berühren des Bildschirms mit einem Finger, einem Stift oder dergleichen ausgeführt werden. Beispielsweise kann man durch Berühren eines Icons 7207, das auf dem Anzeigeabschnitt 7202 angezeigt wird, eine Applikation starten.
  • Mit dem Bedienungsknopf 7205 können verschiedene Funktionen ausgeführt werden, wie z. B. Ein-/Ausschalten des Stroms, Ein-/Ausschalten der drahtlosen Kommunikation, Aktivieren und Deaktivieren des Ruhemodus sowie Aktivieren und Deaktivieren eines Stromsparmodus. Beispielsweise können die Funktionen des Bedienungsknopfs 7205 beliebig durch Einstellen des Bedienungssystems, das in dem tragbaren Informationsendgerät 7200 eingebaut ist, eingestellt werden.
  • Das tragbare Informationsendgerät 7200 kann die Nahbereichskommunikation verwenden, die ein Kommunikationsverfahren auf Basis eines bestehenden Kommunikationsstandards ist. Beispielsweise kann in diesem Fall gegenseitige Kommunikation zwischen dem tragbaren Informationsendgerät 7200 und einem Headset, das drahtlose Kommunikation ausführen kann, ausgeführt werden, und somit ist ein Freisprechen möglich.
  • Das tragbare Informationsendgerät 7200 beinhaltet außerdem den Eingangs-/Ausgangsanschluss 7206, und Daten können über ein Verbindungselement direkt an ein weiteres Informationsendgerät gesendet und von ihm empfangen werden. Außerdem ist ein Aufladen durch den Eingangs-/Ausgangsanschluss 7206 möglich. Es sei angemerkt, dass der Ladevorgang ohne den Eingangs-/Ausgangsanschluss 7206 durch drahtlose Energieversorgung ausgeführt werden kann.
  • Der Anzeigeabschnitt 7202 des tragbaren Informationsendgeräts 7200 ist mit einer Energiespeichervorrichtung versehen, die die Elektrode einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Beispielsweise kann die Energiespeichervorrichtung 7104 in 55E, die sich in einem gekrümmten Zustand befindet, in dem Gehäuse 7201 bereitgestellt werden. Alternativ kann die Energiespeichervorrichtung 7104 in 55E in dem Band 7203 derart bereitgestellt sein, dass sie gekrümmt werden kann.
  • 55G stellt ein Beispiel für eine Armbinde mit einer Anzeigevorrichtung dar. Eine Anzeigevorrichtung 7300 beinhaltet einen Anzeigeabschnitt 7304 und die Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Anzeigevorrichtung 7300 kann einen Berührungssensor in dem Anzeigeabschnitt 7304 beinhalten und als tragbares Informationsendgerät dienen.
  • Die Anzeigeoberfläche des Anzeigeabschnitts 7304 ist gekrümmt, und Bilder können auf der gekrümmten Anzeigeoberfläche angezeigt werden. Ein Anzeigezustand der Anzeigevorrichtung 7300 kann beispielsweise durch Nahbereichskommunikation geändert werden, die ein auf einem bestehenden Kommunikationsstandard basierendes Kommunikationsverfahren ist.
  • Die Anzeigevorrichtung 7300 beinhaltet einen Eingangs-/Ausgangsanschluss, und Daten können über ein Verbindungselement direkt an ein weiteres Informationsendgerät gesendet und von ihm empfangen werden. Außerdem ist ein Aufladen durch den Eingangs-/Ausgangsanschluss möglich. Es sei angemerkt, dass der Ladevorgang ohne den Eingangs-/Ausgangsanschluss durch drahtlose Energieversorgung ausgeführt werden kann.
  • Diese Ausführungsform kann in geeigneter Kombination mit jeder der anderen Ausführungsformen umgesetzt werden.
  • (Ausführungsform 6)
  • Bei dieser Ausführungsform werden Beispiele für elektronische Geräte beschrieben, die Energiespeichervorrichtungen beinhalten können.
  • 56A und 56B stellen ein Beispiel für einen Tablet-Computer dar, der zweifach gefaltet werden kann. Ein Tablet-Computer 9600 in 56A und 56B beinhaltet ein Gehäuse 9630a, ein Gehäuse 9630b, einen beweglichen Abschnitt 9640, der die Gehäuse 9630a und 9630b verbindet, einen Anzeigeabschnitt 9631, der einen Anzeigeabschnitt 9631a und einen Anzeigeabschnitt 9631b umfasst, einen Schalter 9626 zum Umschalten des Anzeigemodus, einen Leistungseinschalter 9627, einen Schalter 9625 zum Umschalten des Stromsparmodus, eine Halterung 9629 und einen Bedienschalter 9628. 56A stellt den Tablet-Computer 9600 dar, der geöffnet ist, und 56B stellt den Tablet-Computer 9600 dar, der zugeklappt ist.
  • Der Tablet-Computer 9600 beinhaltet eine Energiespeichereinheit 9635 innerhalb der Gehäuse 9630a und 9630b. Die Energiespeichereinheit 9635 ist über den beweglichen Abschnitt 9640 hinüber in den ganzen Gehäusen 9630a und 9630b bereitgestellt.
  • Ein Teil des Anzeigeabschnitts 9631a kann ein Touchscreen-Bereich 9632a sein, und Daten können durch Berühren angezeigter Bedienungstasten 9638 eingegeben werden. Es sei angemerkt, dass 56A als Beispiel zeigt, dass ein halber Bereich des Anzeigeabschnitts 9631a nur eine Anzeigefunktion aufweist und der andere halbe Bereich des Anzeigeabschnitts 9631a eine Touchscreenfunktion aufweist. Jedoch ist die Struktur des Anzeigeabschnitts 9631a nicht darauf beschränkt, und der ganze Bereich des Anzeigeabschnitts 9631a kann eine Touchscreenfunktion aufweisen. Beispielsweise kann der ganze Anzeigeabschnitt 9631a eine Tastatur anzeigen und als Touchscreen dienen, während der Anzeigeabschnitt 9631b als Anzeigebildschirm verwendet werden kann.
  • Wie bei dem Anzeigeabschnitt 9631a kann ein Teil des Anzeigeabschnitts 9631b ein Touchscreen-Bereich 9632b sein. Wenn ein Knopf zum Schalten der Tastaturanzeige 9639, der auf dem Touchscreen angezeigt wird, mit einem Finger, einem Stift oder dergleichen berührt wird, kann eine Tastatur auf dem Anzeigeabschnitt 9631b angezeigt werden.
  • Eine berührungsempfindliche Eingabe kann in dem Touchscreen-Bereich 9632a und dem Touchscreen-Bereich 9632b gleichzeitig ausgeführt werden.
  • Der Schalter 9626 zum Umschalten des Anzeigemodus ermöglicht das Wechseln zwischen einem Hochformat und einem Querformat, das Wechseln zwischen einer Farbanzeige und einer Schwarz-Weiß-Anzeige und dergleichen. Der Schalter 9625 zum Umschalten des Stromsparmodus kann die Anzeigeleuchtdichte entsprechend der Intensität des Außenlichts beim Verwenden des Tablet-Computers 9600 steuern, das von einem optischen Sensor in dem Tablet-Computer 9600 gemessen wird. Zusätzlich zu dem optischen Sensor können weitere Erfassungsvorrichtungen, wie z. B. Sensoren zum Bestimmen der Neigung, wie z. B. ein Gyroskop oder ein Beschleunigungssensor, in dem Tablet-Computer eingebaut sein.
  • Obwohl der Anzeigeabschnitt 9631a und der Anzeigeabschnitt 9631b die gleiche Fläche in 56A aufweisen, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Der Anzeigeabschnitt 9631a und der Anzeigeabschnitt 9631b können verschiedene Flächen oder verschiedene Anzeigequalität aufweisen. Beispielsweise kann einer der Anzeigeabschnitte 9631a und 9631b Bilder mit höherer Auflösung als der andere anzeigen.
  • Der Tablet-Computer ist in 56B zugeklappt. Der Tablet-Computer beinhaltet das Gehäuse 9630, eine Solarzelle 9633 und eine Lade-/Entladesteuerschaltung 9634, die einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 9636 enthält. Die Energiespeichereinheit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als die Energiespeichereinheit 9635 verwendet.
  • Der Tablet-Computer 9600 kann derart gefaltet werden, dass die Gehäuse 9630a und 9630b miteinander überlappen, wenn er nicht in Gebrauch ist. Daher können die Anzeigeabschnitte 9631a und 9631b geschützt werden, was die Haltbarkeit des Tablet-Computers 9600 erhöht. Außerdem weist die Energiespeichereinheit 9635 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Flexibilität auf und kann ohne bedeutende Abnahme der Lade-/Entladekapazität wiederholt gebogen werden. Daher kann ein äußerst zuverlässiger Tablet-Computer bereitgestellt werden.
  • Der Tablet-Computer in 56A und 56B kann auch eine Funktion zum Anzeigen verschiedener Arten von Daten (z. B. eines Standbildes, eines bewegten Bildes und eines Textbildes), eine Funktion zum Anzeigen eines Kalenders, eines Datums oder der Zeit auf dem Anzeigeabschnitt, eine Funktion zum Eingeben durch Berührung zur Bedienung oder Bearbeitung der Daten, die durch das Eingeben durch Berührung auf dem Anzeigeabschnitt angezeigt werden, eine Funktion zum Steuern der Verarbeitung mittels verschiedener Arten von Software (Programmen) und dergleichen aufweisen.
  • Die Solarzelle 9633, die an der Oberfläche des Tablet-Computers angebaut ist, führt einem Touchscreen, einem Anzeigeabschnitt, einem Bildsignalverarbeitungsabschnitt und dergleichen elektrische Energie zu. Es sei angemerkt, dass die Solarzelle 9633 an einer oder beiden Oberflächen des Gehäuses 9630 angeordnet sein kann und die Energiespeichereinheit 9635 effizient aufgeladen werden kann. Unter Verwendung einer Lithiumionen-Batterie als die Energiespeichereinheit 9635 kommt es zu einem Vorteil, wie z. B. Verkleinerung.
  • Die Struktur und die Bedienung der Lade-/Entladesteuerschaltung 9634, die in 56B dargestellt ist, werden anhand eines Blockschemas in 56C beschrieben. Die Solarzelle 9633, die Energiespeichereinheit 9635, der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 9636, ein Wandler 9637, Schalter SW1 bis SW3 und der Anzeigeabschnitt 9631 sind in 56C dargestellt, und die Energiespeichereinheit 9635, der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 9636, der Wandler 9637 und die Schalter SW1 bis SW3 entsprechen der Lade-/Entladesteuerschaltung 9634 in 56B.
  • Zuerst wird ein Beispiel für die Bedienung in dem Fall, in dem elektrische Energie von der Solarzelle 9633 unter Verwendung von Außenlicht erzeugt wird, beschrieben. Die Spannung der von der Solarzelle erzeugten elektrischen Energie wird von dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 9636 auf eine Ladespannung der Energiespeichereinheit 9635 erhöht oder verringert. Wenn der Anzeigeabschnitt 9631 mit der elektrischen Energie aus der Solarzelle 9633 bedient wird, wird der Schalter SW1 eingeschaltet, und die Spannung der elektrischen Energie wird von dem Wandler 9637 auf eine Spannung, die für die Bedienung des Anzeigeabschnitts 9631 nötig ist, erhöht oder verringert. Wenn keine Anzeige auf dem Anzeigeabschnitt 9631 ausgeführt wird, wird der Schalter SW1 ausgeschaltet und der Schalter SW2 eingeschaltet, so dass die Energiespeichereinheit 9635 aufgeladen werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass die Solarzelle 9633 als Beispiel für ein Energieerzeugungsmittel beschrieben wird; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Energiespeichereinheit 9635 kann mittels eines anderen Energieerzeugungsmittels, wie z. B. eines piezoelektrischen Elements oder eines thermoelektrischen Wandlerelements (Peltier-Elements), aufgeladen werden. Beispielsweise kann die Energiespeichereinheit 9635 mittels eines kontaktfreien Energieübertragungsmoduls aufgeladen werden, das ein Aufladen durch drahtloses (kontaktloses) Übertragen und Empfangen von elektrischer Energie oder ein beliebiges der weiteren Lademittel in Kombination ausführen kann.
  • 57 stellt weitere Beispiele für elektronische Geräte dar. In 57 ist eine Anzeigevorrichtung 8000 ein Beispiel für ein elektronisches Gerät, das eine Energiespeichervorrichtung 8004 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Insbesondere entspricht die Anzeigevorrichtung 8000 einer Anzeigevorrichtung zum Empfangen einer Fernsehübertragung und beinhaltet ein Gehäuse 8001, einen Anzeigeabschnitt 8002, Lautsprecherabschnitte 8003 und die Energiespeichervorrichtung 8004. Die Energiespeichervorrichtung 8004 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem Gehäuse 8001 bereitgestellt. Die Anzeigevorrichtung 8000 kann elektrische Energie aus einer gewerblichen Stromquelle empfangen. Alternativ kann die Anzeigevorrichtung 8000 elektrische Energie, die in der Energiespeichervorrichtung 8004 gespeichert ist, verwenden. Somit kann die Anzeigevorrichtung 8000 unter Verwendung der Energiespeichervorrichtung 8004 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als unterbrechungsfreie Stromquelle bedient werden, selbst wenn keine elektrische Energie aus einer gewerblichen Stromquelle wegen eines Stromausfalls oder dergleichen zugeführt werden kann.
  • Eine Halbleiteranzeigevorrichtung, wie z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, in der ein Licht emittierendes Element, wie z. B. ein organisches EL-Element, in jedem Pixel bereitgestellt ist, eine Elektrophoreseanzeigevorrichtung, eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (digital micromirror device, DMD), ein Plasmabildschirm (plasma display panel, PDP) oder ein Feldemissionsbildschirm (field emission display, FED), kann für den Anzeigeabschnitt 8002 verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Kategorie der Anzeigevorrichtung alle Informationsanzeigevorrichtungen für Personal-Computer, Werbeanzeigen und dergleichen zusätzlich zum Empfangen einer Fernsehübertragung umfasst.
  • In 57 ist eine eingebaute Beleuchtungsvorrichtung 8100 ein Beispiel für ein elektronisches Gerät, das eine Energiespeichervorrichtung 8103 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Insbesondere beinhaltet die Beleuchtungsvorrichtung 8100 ein Gehäuse 8101, eine Lichtquelle 8102 und die Energiespeichervorrichtung 8103. Obwohl 57 den Fall darstellt, in dem die Energiespeichervorrichtung 8103 in einer Decke 8104, an der das Gehäuse 8101 und die Lichtquelle 8102 eingebaut sind, bereitgestellt ist, kann die Energiespeichervorrichtung 8103 in dem Gehäuse 8101 bereitgestellt sein. Die Beleuchtungsvorrichtung 8100 kann elektrische Energie aus einer gewerblichen Stromquelle empfangen. Alternativ kann die Beleuchtungsvorrichtung 8100 elektrische Energie, die in der Energiespeichervorrichtung 8103 gespeichert ist, verwenden. Somit kann die Beleuchtungsvorrichtung 8100 unter Verwendung der Energiespeichervorrichtung 8103 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als unterbrechungsfreie Stromquelle bedient werden, selbst wenn keine elektrische Energie aus einer gewerblichen Stromquelle wegen eines Stromausfalls oder dergleichen zugeführt werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass zwar die eingebaute Beleuchtungsvorrichtung 8100 in der Decke 8104 als Beispiel in 57 dargestellt ist, aber die Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als eingebaute Beleuchtungsvorrichtung beispielsweise in einer Wand 8105, einem Fußboden 8106, einem Fenster 8107 oder dergleichen neben der Decke 8104 verwendet werden kann. Alternativ kann die Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Tischlampe oder dergleichen verwendet werden.
  • Als die Lichtquelle 8102 kann eine künstliche Lichtquelle, die mittels elektrischer Energie künstlich Licht emittiert, verwendet werden. Insbesondere werden eine Glühlampe, eine Entladungslampe, wie z. B. eine Fluoreszenzlampe, und Licht emittierende Elemente, wie z. B. eine LED und ein organisches EL-Element, als Beispiele für die künstliche Lichtquelle angegeben.
  • In 57 ist eine Klimaanlage, die eine Inneneinheit 8200 und eine Außeneinheit 8204 beinhaltet, ein Beispiel für ein elektronisches Gerät, das eine Energiespeichervorrichtung 8203 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Insbesondere beinhaltet die Inneneinheit 8200 ein Gehäuse 8201, einen Luftauslass 8202 und die Energiespeichervorrichtung 8203. Obwohl 57 den Fall darstellt, in dem die Energiespeichervorrichtung 8203 in der Inneneinheit 8200 bereitgestellt ist, kann die Energiespeichervorrichtung 8203 in der Außeneinheit 8204 bereitgestellt sein. Alternativ können die Energiespeichervorrichtungen 8203 sowohl in der Inneneinheit 8200 als auch in der Außeneinheit 8204 bereitgestellt sein. Die Klimaanlage kann elektrische Energie aus einer gewerblichen Stromquelle empfangen. Alternativ kann die Klimaanlage elektrische Energie, die in der Energiespeichervorrichtung 8203 gespeichert ist, verwenden. Insbesondere kann in dem Fall, in dem die Energiespeichervorrichtungen 8203 sowohl in der Inneneinheit 8200 als auch in der Außeneinheit 8204 bereitgestellt sind, die Klimaanlage unter Verwendung der Energiespeichervorrichtung 8203 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als unterbrechungsfreie Stromquelle bedient werden, selbst wenn keine elektrische Energie aus einer gewerblichen Stromquelle wegen eines Stromausfalls oder dergleichen zugeführt werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass zwar die in Teile aufgetrennte Klimaanlage, die die Inneneinheit und die Außeneinheit beinhaltet, als Beispiel in 57 dargestellt ist, die Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Klimaanlage, bei der die Funktionen einer Inneneinheit und einer Außeneinheit in einem Gehäuse integriert sind, verwendet werden kann.
  • In 57 ist ein elektrischer Gefrier-Kühlschrank 8300 ein Beispiel für ein elektronisches Gerät, das eine Energiespeichervorrichtung 8304 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Insbesondere beinhaltet der elektrische Gefrier-Kühlschrank 8300 ein Gehäuse 8301, eine Tür für einen Kühlschrank 8302, eine Tür für einen Gefrierschrank 8303 und die Energiespeichervorrichtung 8304. Die Energiespeichervorrichtung 8304 ist in dem Gehäuse 8301 in 57 bereitgestellt. Der elektrische Gefrier-Kühlschrank 8300 kann elektrische Energie aus einer gewerblichen Stromquelle empfangen. Alternativ kann der elektrische Gefrier-Kühlschrank 8300 elektrische Energie, die in der Energiespeichervorrichtung 8304 gespeichert ist, verwenden. Somit kann der elektrische Gefrier-Kühlschrank 8300 unter Verwendung der Energiespeichervorrichtung 8304 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als unterbrechungsfreie Stromquelle betrieben werden, selbst wenn keine elektrische Energie aus einer gewerblichen Stromquelle wegen eines Stromausfalls oder dergleichen zugeführt werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass unter den vorstehend beschriebenen elektronischen Geräten ein Hochfrequenzheizgerät, wie z. B. ein Mikrowellenofen, und ein elektronisches Gerät, wie z. B. ein elektrischer Reiskocher, viel Energie in einer kurzen Zeit benötigen. Die Auslösung eines Stromunterbrechers einer gewerblichen Stromquelle beim Verwenden eines elektronischen Geräts kann verhindert werden, indem die Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Hilfsstromquelle verwendet wird, um elektrische Energie, die von einer gewerblichen Stromquelle nicht genügend zugeführt werden kann, zuzuführen.
  • Zusätzlich kann in einer Zeitperiode, in der elektronische Geräte nicht verwendet werden, insbesondere in der der Anteil der Menge an elektrischer Energie, die tatsächlich verbraucht wird, zur Gesamtmenge der elektrischen Energie, die aus einer gewerblichen Energieversorgungsquelle zugeführt werden kann (wobei ein derartiger Anteil als eine Verbrauchsrate elektrischer Energie bezeichnet wird), niedrig ist, elektrische Energie in der Energiespeichervorrichtung gespeichert werden, wodurch die Verbrauchsrate elektrischer Energie in einer Zeitperiode, in der die elektronische Geräte verwendet werden, verringert werden kann. Beispielsweise kann im Falle des elektrischen Gefrier-Kühlschranks 8300 elektrische Energie in der Energiespeichervorrichtung 8304 nachtsüber gespeichert werden, wobei die Temperatur niedrig ist und die Tür für einen Kühlschrank 8302 und die Tür für einen Gefrierschrank 8303 nicht oft auf- oder zugemacht werden. Andererseits wird die Energiespeichervorrichtung 8304 tagsüber als Hilfsstromquelle verwendet, wobei die Temperatur hoch ist und die Tür für einen Kühlschrank 8302 und die Tür für einen Gefrierschrank 8303 häufig auf- und zugemacht werden; daher kann die Verbrauchsrate elektrischer Energie in der Tageszeit verringert werden.
  • Diese Ausführungsform kann in Kombination mit jeder der anderen Ausführungsformen soweit erforderlich umgesetzt werden.
  • (Ausführungsform 7)
  • Bei dieser Ausführungsform werden Beispiele für Fahrzeuge beschrieben, bei denen Energiespeichervorrichtungen verwendet werden.
  • Die Verwendung von Energiespeichervorrichtungen in Fahrzeugen ermöglicht die Herstellung von mit sauberer Energie betriebenen Fahrzeugen der nächsten Generationen, wie z. B. Hybrid-Elektrofahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEVs), Elektrofahrzeugen (electric vehicles, EVs) und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen bzw. aufladbaren Hybrid-Elektrofahrzeugen (plug-in hybrid electric vehicles, PHEVs).
  • 58A und 58B stellen jeweils ein Beispiel für ein Fahrzeug dar, bei dem eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein Auto 8400 in 58A ist ein Elektrofahrzeug, das mittels der Antriebsleistung eines Elektromotors läuft. Alternativ ist das Auto 8400 ein Hybrid-Elektrofahrzeug, das geeignet entweder mit einem Elektromotor oder mit einem Verbrennungsmotor fahren kann. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Fahrzeug mit hoher Laufleistung bereitstellen. Das Auto 8400 beinhaltet die Energiespeichervorrichtung. Die Energiespeichervorrichtung wird nicht nur zum Betreiben des Elektromotors, sondern auch zum Zuführen elektrischer Energie zu einer Licht emittierenden Vorrichtung, wie z. B. einem Scheinwerfer 8401 oder einer Innenraumbeleuchtung (nicht dargestellt), verwendet.
  • Die Energiespeichervorrichtung kann auch einer Anzeigevorrichtung eines Geschwindigkeitsmessers, eines Tachometers oder dergleichen in dem Auto 8400 elektrische Energie zuführen. Darüber hinaus kann die Energiespeichervorrichtung elektrische Energie zu einer Halbleitervorrichtung in dem Auto 8400, wie z. B. einem Navigationssystem, zuführen.
  • 58B stellt ein Auto 8500 dar, das die Energiespeichervorrichtung beinhaltet. Das Auto 8500 kann aufgeladen werden, wenn die Energiespeichervorrichtung mit elektrischer Energie über ein externes Ladegerät durch ein Plug-in-System bzw. ans Netz ansteckbares System, ein kontaktloses Energieversorgungssystem oder dergleichen versorgt wird. In 58B wird eine Energiespeichervorrichtung 8024 in dem Auto 8500 mittels eines bodengestützten Ladegerätes 8021 über ein Kabel 8022 aufgeladen. Beim Ladevorgang kann geeignet ein gegebenes Verfahren, wie z. B. CHAdeMO (eingetragenes Warenzeichen) oder Combined Charging System bzw. kombiniertes Ladeverfahren, als Ladeverfahren, der Standard eines Verbinders oder dergleichen verwendet werden. Das bodengestützte Ladegerät 8021 kann eine Ladestation in einer Handelseinrichtung oder eine Haushaltsstromquelle sein. Beispielsweise kann mittels der Plug-in-Technik die Energiespeichervorrichtung 8024 in dem Auto 8500 aufgeladen werden, indem sie mit elektrischer Energie von außen versorgt wird. Das Aufladen kann durch Umwandlung eines Wechselstroms in einen Gleichstrom mittels eines Wandlers, wie z. B. eines Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers, ausgeführt werden.
  • Darüber hinaus kann, obwohl nicht dargestellt, das Fahrzeug eine Energieempfangsvorrichtung beinhalten, so dass es aufgeladen werden kann, indem es mit elektrischer Energie von einem oberirdischen Stromübertragungsgerät auf eine kontaktlose Weise versorgt wird. Im Falle des kontaktlosen Energieversorgungssystems kann das Elektrofahrzeug nicht nur beim Halten, sondern auch beim Fahren aufgeladen werden, indem ein Stromübertragungsgerät in eine Straße oder eine Außenwand eingebaut wird. Des Weiteren kann das kontaktlose Energieversorgungssystem benutzt werden, um elektrische Energie zwischen Fahrzeugen zuzuführen und zu empfangen. Darüber hinaus kann eine Solarzelle in dem Äußeren des Autos bereitgestellt werden, um die Energiespeichervorrichtung aufzuladen, wenn das Auto hält oder sich bewegt. Um elektrische Energie auf eine solche kontaktlose Weise zuzuführen, kann ein elektromagnetisches Induktions-Verfahren oder ein magnetisches Resonanz-Verfahren verwendet werden.
  • Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann die Energiespeichervorrichtung verbesserte Zykleneigenschaften und Zuverlässigkeit aufweisen. Darüber hinaus kann einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend als Ergebnis von verbesserten Eigenschaften der Energiespeichervorrichtung die Energiespeichervorrichtung selbst kompakter und leichter werden. Die kompakte und leichte Energiespeichervorrichtung trägt zur Verringerung des Gewichts eines Fahrzeugs bei, und demzufolge erhöht sich die Fahrleistung. Des Weiteren kann die Energiespeichervorrichtung in dem Fahrzeug als Stromquelle zur Zufuhr von elektrischer Energie zu Produkten, die sich von dem Fahrzeug unterscheiden, verwendet werden. In einem derartigen Fall kann man vermeiden, dass man in einer Spitzenzeit des Bedarfs an elektrischer Energie eine gewerbliche Stromquelle verwendet.
  • Diese Ausführungsform kann in geeigneter Kombination mit jeder der anderen Ausführungsformen umgesetzt werden.
  • [Beispiel 1]
  • In diesem Beispiel wurden die dünnen Speicherbatterien, die bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden sind, als Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt, und ihre Lade-/Entladeeigenschaften wurden gemessen.
  • Ein Paar von Elektroden, d. h. die Positivelektrode 503 und die Negativelektrode 506, wurden bei jeder dünnen Speicherbatterie verwendet. 26A bis 26C und 27A bis 27D sind Draufsichten auf die Positivelektrode 503 und die Negativelektrode 506, die verwendet wurden. Die in 26A bis 26C und 27A bis 27D dargestellten Positivelektroden enthalten jeweils die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 und den Etikettbereich 281. Die Negativelektroden enthalten jeweils die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 und den Etikettbereich 282. 26B sowie 27B und 27D sind die Draufsichten, die jeweils den Fall darstellen, in dem der Mittelpunkt der Positivelektrode 503 mit Ausnahme des Etikettbereichs mit dem Mittelpunkt der Negativelektrode 506 mit Ausnahme des Etikettbereichs überlappt, d. h. den idealen Fall, in dem es keine positionelle Falschausrichtung gibt. Die Beschreibung eines Separators zwischen der Positivelektrode 503 und der Negativelektrode 506 wird weggelassen.
  • 26A ist die Draufsicht auf die Positivelektrode 503 und die Negativelektrode 506. 26B ist die Draufsicht, die den Fall darstellt, in dem der Mittelpunkt der Positivelektrode 503 in 26A mit Ausnahme des Etikettbereichs mit dem Mittelpunkt der Negativelektrode 506 in 26A mit Ausnahme des Etikettbereichs überlappt, d. h. den idealen Fall, in dem es keine Fehlausrichtung der Positionen gibt. Die Beschreibung des Separators zwischen der Positivelektrode 503 und der Negativelektrode 506 wird weggelassen.
  • 26C ist die Draufsicht, die die Positivelektrode 503 und die Negativelektrode 506 darstellt.
  • 27A ist die Draufsicht, die die Positivelektrode 503 und die Negativelektrode 506 darstellt. 27B ist die Draufsicht, die den Fall darstellt, in dem der Mittelpunkt der Positivelektrode 503 in 27A mit Ausnahme des Etikettbereichs mit dem Mittelpunkt der Negativelektrode 506 in 27A mit Ausnahme des Etikettbereichs überlappt.
  • 27C ist die Draufsicht, die die Positivelektrode 503 und die Negativelektrode 506 darstellt. 27D ist die Draufsicht, die den Fall darstellt, in dem der Mittelpunkt der Positivelektrode 503 in 27C mit Ausnahme des Etikettbereichs mit dem Mittelpunkt der Negativelektrode 506 in 27C mit Ausnahme des Etikettbereichs überlappt.
  • Hier wird die Kombination der Größen der Positivelektrode und der Negativelektrode in 26A als Elektrodengröße A bezeichnet, die Kombination in 26C wird als Elektrodengröße B bezeichnet, die Kombination der Größen der Positivelektrode und der Negativelektrode in 27A wird als Elektrodengröße C bezeichnet, und die Kombination in 27C wird als Elektrodengröße D bezeichnet. Im Falle der Elektrodengröße A ist die Größe der Negativelektrode 506, den Etikettbereich ausgenommen, größer als diejenige der Positivelektrode 503 ohne den Etikettbereich. Des Weiteren ist die Fläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 größer als diejenige der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502. Im Falle der Elektrodengröße B ist die Größe der Negativelektrode 506, den Etikettbereich ausgenommen, gleich derjenigen der Positivelektrode 503 ohne den Etikettbereich. Des Weiteren ist die Fläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 gleich derjenigen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502. In den Fällen der Elektrodengröße C und der Elektrodengröße D ist die Größe der Negativelektrode 506, den Etikettbereich ausgenommen, kleiner als diejenige der Positivelektrode 503 ohne den Etikettbereich. Des Weiteren ist die Fläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505 kleiner als diejenige der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502.
  • Der Abstand zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode 503 und der Negativelektrode 506 in dem Fall beschrieben, in dem der Mittelpunkt der Positivelektrode 503 mit Ausnahme des Etikettbereichs mit dem Mittelpunkt der Negativelektrode 506 mit Ausnahme des Etikettbereichs überlappt. Im Falle der Elektrodengröße A betragen ein Abstand 141 zwischen den Endabschnitten, ein Abstand 142 zwischen den Endabschnitten, ein Abstand 143 zwischen den Endabschnitten und ein Abstand 144 zwischen den Endabschnitten beispielsweise 1 mm, 2 mm, 1 mm bzw. 2 mm. Im Falle der Elektrodengröße C betragen ein Abstand 145 zwischen den Endabschnitten, ein Abstand 146 zwischen den Endabschnitten, ein Abstand 147 zwischen den Endabschnitten und ein Abstand 148 zwischen den Endabschnitten beispielsweise 1 mm, 2 mm, 1 mm bzw. 2 mm. Im Falle der Elektrodengröße D betragen ein Abstand 149 zwischen den Endabschnitten, ein Abstand 150 zwischen den Endabschnitten, ein Abstand 151 zwischen den Endabschnitten und ein Abstand 152 zwischen den Endabschnitten jeweils beispielsweise 0,5 mm. In 26A bis 26C und 27A bis 27D sind die Abstände 141 bis 152 zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode 503 und der Negativelektrode 506 jeweils ungefähr gleich dem Abstand zwischen den Endabschnitten der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 502 und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 505.
  • [Herstellung von Elektroden]
  • Zuerst wird die Herstellung der Positivelektrode und der Negativelektrode beschrieben.
  • Es werden zuerst das Zusammensetzungsverhältnis und die Herstellungsbedingungen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht beschrieben. Sphärischer natürlicher Graphit mit einem spezifischen Oberflächenbereich von 6,3 m2/g und einem Partikeldurchmesser von 15 μm wurde als Aktivmaterial verwendet. Als Bindemittel wurden Natriumcarboxymethylcellulose (CMC-Na) und SBR verwendet. Der Polymerisationsgrad von dem verwendeten CMC-Na war 600 bis 800, und die Viskosität einer 1% wässrigen CMC-Na-Lösung lag im Bereich von 300 mPa·s bis 500 mPa·s. Das Zusammensetzungsverhältnis eines Schlamms für die Herstellung der Elektrode war wie folgt: Graphit:CMC-Na:SBR = 97:1,5:1,5 (Gew.-%).
  • Als Nächstes wird die Ausbildung des Schlamms für die Negativelektrode anhand von Ablaufdiagrammen in 28A und 28B beschrieben. Schlämme von Lot1 bis Lot3 wurden getrennt ausgebildet.
  • 28A zeigt ein Verfahren zum Ausbilden der Schlämme von Lot1 und Lot2. Zuerst wurde eine wässrige Lösung derart vorbereitet, dass CMC-Na gleichmäßig in reinem Wasser aufgelöst wurde (Schritt S1).
  • Als Nächstes wurden eine wässrige CMC-Na-Lösung und ein Aktivmaterial gemischt und dann mittels eines Mischers geknetet, so dass ein Gemisch 1 gewonnen wurde (Schritt S2). Dabei bedeutet das Kneten „etwas zu mischen, so dass es eine hohe Viskosität aufweist”.
  • Dann wurde dem Gemisch 1 eine 50 Gew.-% wässrige SBR-Dispersion hinzugefügt, und ein Mischen wurde mit einem Mischer durchgeführt, so dass ein Gemisch 2 gewonnen wurde (Schritt S3).
  • Danach wurde dem Gemisch 2 reines Wasser, das als Lösungsmittel dient, hinzugefügt, bis eine vorbestimmte Viskosität erhalten wurde, und ein Mischen wurde durchgeführt (Schritt S4). Durch die vorstehenden Schritte wurde der Schlamm ausgebildet.
  • Als Nächstes zeigt 28B ein Verfahren zum Ausbilden des Schlamms von Lot3. Zuerst wurden ein CMC-Na-Pulver und ein Aktivmaterial gemischt und dann mittels eines Mischers geknetet (Schritt S11), so dass ein Gemisch 1 gewonnen wurde.
  • Anschließend wurde dem Gemisch 1 eine kleine Menge an Wasser als Lösungsmittel hinzugefügt, und ein Kneten wurde durchgeführt, so dass ein Gemisch 2 gewonnen wurde (Schritt S12). Dabei wird dem Gemisch 1 Wasser vorzugsweise ganz allmählich hinzugefügt, in welchem Falle eine Kohäsion von CMC-Na und dem Aktivmaterial unterdrückt werden kann.
  • Dann wurde ein Lösungsmittel ferner hinzugefügt, und das Gemisch wurde mit einem Mischer geknetet (Schritt S13). Die Viskosität wird vorzugsweise vor dem Hinzufügen von SBR im Voraus verringert, in welchem Falle in einigen Fällen die Trennung und die Ausfällung von SBR infolge eines starken Rührens verhindert werden können. Des Weiteren kann ein Mischen von Luftblasen durch Rühren in einigen Fällen verringert werden, was vorzuziehen ist.
  • Dann wurde dem Gemisch eine 50 Gew.-% wässrige SBR-Dispersion hinzugefügt, und ein Mischen wurde mit einem Mischer durchgeführt (Schritt S14). Danach wurde das gewonnene Gemisch unter verringertem Druck entgast, so dass ein Schlamm zum Auftragen der Elektrode gewonnen wurde (Schritt S15).
  • Dann wurden die Schlämme von Lot1 bis Lot3 aufgetragen.
  • Der Schlamm von Lot1 wurde durch ein Rakelverfahren auf einen Stromkollektor aufgetragen. Die Betriebsgeschwindigkeit der Rakel wurde auf 10 mm/s eingestellt. In den Bedingungen in den Tabellen 2 bis 4 wurde eine 18 μm dicke gewalzte Kupferfolie als Stromkollektor verwendet. In der Bedingung in der Tabelle 5 wurde eine 10 μm dicke Edelstahlfolie (NSSC190) als Stromkollektor verwendet. Die Tabellen 2 bis 5 werden nachstehend detailliert beschrieben.
  • Anschließend wurde der Stromkollektor, auf den der Schlamm aufgetragen worden war, unter Verwendung einer Heizplatte in einer Luftatmosphäre bei 50°C 30 Minuten lang getrocknet. Danach wurde ein weiteres Trocknen unter verringertem Druck bei 100°C 10 Stunden lang durchgeführt. Durch die vorstehenden Schritte wurde die Negativelektrodenaktivmaterialschicht über einer Oberfläche des Stromkollektors ausgebildet.
  • Im Falle von Lot2 wurde eine Oberfläche des Stromkollektors durch ein Verfahren, das demjenigen für Lot1 ähnlich ist, mit der Negativelektrodenaktivmaterialschicht versehen, und dann wurde die andere Oberfläche des Stromkollektors auf ähnliche Weise mit der Negativelektrodenaktivmaterialschicht versehen.
  • Im Falle von Lot3 wurde der Schlamm mit einem Gerät zur kontinuierlichen Beschichtung auf eine Oberfläche eines Stromkollektors aufgetragen. Eine 18 μm dicke gewalzte Kupferfolie wurde als Stromkollektor verwendet. Die Beschichtungsgeschwindigkeit betrug 0,5 m/m. Anschließend wurde der Beschichtungsschlamm in einem Trockenofen getrocknet. Die Negativelektrode wurde bei 50°C in einer Luftatmosphäre 180 Sekunden lang getrocknet und dann ferner bei 80°C in der Luftatmosphäre 180 Sekunden lang getrocknet. Danach wurde ein weiteres Trocknen unter verringertem Druck bei 100°C 10 Stunden lang durchgeführt.
  • Durch die vorstehenden Schritte wurden die Negativelektroden von Lot1 bis Lot3 hergestellt.
  • Ala Nächstes werden das Zusammensetzungsverhältnis und die Herstellungsbedingungen der Positivelektrode beschrieben. LiFePO4 mit einem spezifischen Oberflächenbereich von 9,2 m2/g wurde als Aktivmaterial verwendet, PVdF wurde als Bindungsmittel verwendet, und Graphen wurde als Leitfähigkeitsadditiv verwendet. Es sei angemerkt, dass Graphen durch eine Reduktion von Graphenoxid, das für die Ausbildung des Schlamms verwendet wurde, nach dem Auftragen der Elektrode gewonnen wurde. Das Zusammensetzungsverhältnis des Schlamms für die Elektrode wurde auf LiFePO4:Graphenoxid:PVdF = 94,4:0,6:5,0 (Gew.-%) eingestellt.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Ausbilden des Schlamms für die Positivelektrode anhand eines Ablaufdiagramms in 29 beschrieben.
  • Zuerst wurden Graphenoxidpulver und NMP, welches als Lösungsmittel dient, mit einem Mischer gemischt, so dass ein Gemisch 1 gewonnen wurde (Schritt S21).
  • Das Aktivmaterial wurde dem Gemisch 1 anschließend hinzugefügt, und das Gemisch wurde mit einem Mischer geknetet, so dass ein Gemisch 2 gewonnen wurde (Schritt S22). Durch Kneten des Gemisches kann die Kohäsion des Aktivmaterials geschwächt werden, und Graphenoxid kann sehr gleichmäßig dispergiert werden.
  • Dem Gemisch 2 wurde anschließend PVdF hinzugefügt, und ein Mischen wurde mit einem Mischer durchgeführt, so dass ein Gemisch 3 gewonnen wurde (Schritt S23).
  • Das Lösungsmittel NMP wurde anschließend dem Gemisch 3 hinzugefügt, und ein Mischen wurde mit einem Mischer durchgeführt (Schritt S24). Durch die vorstehenden Schritte wurde der Schlamm ausgebildet.
  • Der ausgebildete Schlamm wurde dann auf einen Aluminium-Stromkollektor (mit einer Dicke von 20 μm), der im Voraus mit einer Grundierung versehen worden war, aufgetragen. Das Auftragen wurde mittels eines Geräts zum kontinuierlichen Beschichtung mit einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 1 m/m durchgeführt. Danach wurde das Lösungsmittel mit einem Trockenofen bei 80°C 4 Minuten lang ausgetrieben. Dann wurde eine Reduktion der Elektrode durchgeführt.
  • Für die Reduktion wurde eine chemische Reduktion zuerst durchgeführt, die von einer thermischen Reduktion gefolgt wurde. Zuerst werden die Bedingungen der chemischen Reduktion beschrieben. Eine für die Reduktion verwendete Lösung wurde wie folgt vorbereitet: Ein Lösungsmittel, in dem NMP und Wasser in 9:1 gemischt waren, wurde verwendet, und Ascorbinsäure und LiOH wurden dem Lösungsmittel in einer Konzentration von 77 mmol/l bzw. 73 mmol/l hinzugefügt. Die Reduktionsbehandlung wurde 1 Stunde lang bei 60°C durchgeführt. Danach wurde ein Waschen mit Ethanol durchgeführt, und das Lösungsmittel wurde in einer Atmosphäre mit verringertem Druck bei Raumtemperatur ausgetrieben. Als Nächstes werden die Bedingungen der thermischen Reduktion beschrieben. Nach der chemischen Reduktion wurde die thermische Reduktion durchgeführt. Die thermische Reduktion wurde 10 Stunden lang in einer Atmosphäre mit verringertem Druck bei 170°C durchgeführt.
  • Anschließend wurde die Positivelektrodenaktivmaterialschicht durch ein Walzen-Press-Verfahren gepresst, um sie zu verdichten. Durch die vorstehenden Schritte wurde die Positivelektrode hergestellt.
  • Die Tabelle 1 zeigt den Aktivmaterialgehalt, die Dicke und die Dichte der Negativelektrodenaktivmaterialschichten und der Positivelektrodenaktivmaterialschicht, die ausgebildet wurden. Die in der Tabelle 1 gezeigten Werte sind die durchschnittlichen, maximalen und minimalen Messwerte der Elektroden, die bei der Herstellung von Speicherbatterien unter den nachstehend beschriebenen, in den Tabellen 2 bis 5 gezeigten Bedingungen verwendet wurden. Es sei angemerkt, dass die Werte der Aktivmaterialschichten, die derart ausgebildet wurden, dass der Stromkollektor dazwischen angeordnet war, die Werte der sämtlichen Aktivmaterialschichten sind, die an beiden Oberflächen des Stromkollektors ausgebildet wurden. [Tabelle 1]
    durchschnittlich maximal minimal
    Positivelektrodenaktivmaterialschicht Dicke [μm] 55 59 43
    Menge [mg/cm2] 9,3 10,0 8,3
    Dichte [g/cc] 1,8 2,3 1,6
    Negativelektrodenaktivmaterialschicht Lot1 Dicke [μm] 58 76 42
    Menge [mg/cm2] 5,5 6,4 4,9
    Dichte [g/cc] 1,0 1,3 0,8
    Lot2 Dicke [μm] 122 135 87
    Menge [mg/cm2] 10,9 12,1 8,8
    Dichte [g/cc] 0,9 1,0 0,9
    Lot3 Dicke [μm] 56 77 51
    Menge [mg/cm2] 4,7 4,9 4,5
    Dichte [g/cc] 0,9 1,0 0,8
  • Als Nächstes wurde in einer Elektrolytlösung EMI-FSA, welches durch die Strukturformel (G7) dargestellt wird, als Lösungsmittel verwendet, und Lithium-bis(trifluormethylsulfonyl)amid (Li(CF3SO2)2N, Abkürzung: LiTFSA) wurde als Elektrolyt verwendet. LiTFSA wurde in EMI-FSA aufgelöst, so dass Elektrolytlösungen mit Konzentrationen von 0,5 mol/l und 1 mol/l vorbereitet wurden. Die nachstehend beschriebenen Tabellen 2 bis 5 zeigen die Bedingungen für die Konzentrationen von Lithiumsalzen in den Elektrolytlösungen. [Chemische Formel 17]
    Figure DE112015001552T5_0015
  • Als Separator wurde eine aus Lösungsmittel gesponnene regenerierte Cellulosefaser (solvent-spun regenerated cellulosic fiber) (TF40, hergestellt von NIPPON KODOSHI CORPORATION) mit einer Dicke von 50 μm verwendet. Der Separator wurde durch ein Schneiden derart ausgebildet, dass er eine rechteckige Form mit einer Größe von 24 mm × 45 mm (in den vertikalen und horizontalen Richtungen) aufweist. Als Außenteil wurde eine Aluminiumfolie verwendet, die mit einer Harzschicht bedeckt war.
  • [Herstellung von Speicherbatterien]
  • Als Nächstes wurden dünne Speicherbatterien hergestellt. Die Tabellen 2 bis 5 zeigen die Herstellungsbedingungen von Negativelektroden, die Konzentrationen von Lithiumsalzen in den Elektrolytlösungen, die Elektrodengrößen und die Kapazitätsverhältnisse der hergestellten dünnen Speicherbatterien. Hier sind die Kapazitätsverhältnisse jeweils das Verhältnis R der Positivelektrodenkapazität zu der Negativelektrodenkapazität. Im Falle der Herstellung einiger Speicherbatterien unter der gleichen Bedingung wird jede Speicherbatterie als n = x (x ist eine natürliche Zahl) dargestellt. Beispielsweise werden im Falle der Herstellung der zwei gleichen Speicherbatterien unter der Bedingung A-1 die jeweiligen Speicherbatterien als Bedingung A-1 (n = 1) und Bedingung A-1 (n = 2) dargestellt. [Tabelle 2]
    Bedingung Negativelektrodenstromkollektor Auftragen von CMC-Na/SBR auf Stromkollektor Beschichtung der Negativelektrode LiTFSA-Konzentration [mol/l] Elektrodengröße Kapazitätsverhältnis
    A-1 Kupfer nicht durchgeführt eine Seite (Lot1) 0,5 A 63%
    A-2 Kupfer nicht durchgeführt eine Seite (Lot1) 1 A 67%
    B-1 Kupfer Rückfläche eine Seite (Lot1) 0,5 A 64%
    B-2 Kupfer Rückfläche eine Seite (Lot1) 1 A 68%
    C-1 Kupfer Rückfläche und Etikettbereich eine Seite (Lot3) 0,5 A 76%
    C-2 Kupfer Rückfläche und Etikettbereich eine Seite (Lot3) 1 A 80%
    D-2 Kupfer nicht durchgeführt beide Seiten (Lot2) 1 A 70%
    E-2 Kupfer Etikettbereich beide Seiten (Lot2) 1 A 66%
    [Tabelle 3]
    Bedingung Negativelektrodenstromkollektor Auftragen von CMC-Na/SBR auf Stromkollektor Beschichtung der Negativelektrode LiTFSA-Konzentration [mol/l] Elektrodengröße Kapazitätsverhältnis
    F-1 Kupfer nicht durchgeführt eine Seite (Lot3) 0,5 B 87%
    F-2 Kupfer nicht durchgeführt eine Seite (Lot3) 1 B 88%
    G-1 Kupfer Rückfläche und Etikettbereich eine Seite (Lot3) 0,5 B 91%
    G-2 Kupfer Rückfläche und Etikettbereich eine Seite (Lot3) 1 B 92%
    H-2 Kupfer Etikettbereich beide Seiten (Lot2) 1 B 76%
    [Tabelle 4]
    Bedingung Negativelektrodenstromkollektor Auftragen von CMC-Na/SBR auf Stromkollektor Beschichtung der Negativelektrode LiTFSA-Konzentration [mol/l] Elektrodengröße Kapazitätsverhältnis
    I-1 Kupfer Rückfläche und Etikettbereich eine Seite (Lot3) 0,5 C 106%
    I-2 Kupfer Rückfläche und Etikettbereich eine Seite (Lot3) 1 C 111%
    I-3 Kupfer Rückfläche und Etikettbereich eine Seite (Lot3) 0,5 D 99%
    [Tabelle 5]
    Bedingung Negativelektrodenstromkollektor Auftragen von CMC-Na/SBR auf Stromkollektor Beschichtung der Negativelektrode LiTFSA-Konzentration [mol/l] Elektrodengröße Kapazitätsverhältnis
    J-1 Edelstahl nicht durchgeführt eine Seite (Lot1) 0,5 A 62%
    J-2 Edelstahl nicht durchgeführt eine Seite (Lot1) 1 A 57%
    K-1 Edelstahl Rückfläche eine Seite (Lot1) 0,5 A 60%
    K-2 Edelstahl Rückfläche eine Seite (Lot1) 1 A 61%
  • Ein Herstellungsverfahren der dünnen Speicherbatterie wird anhand eines Ablaufdiagramms in 30 beschrieben. Zuerst wurden die ausgebildete Positivelektrode und Negativelektrode entsprechend den in den Tabellen 2 bis 5 gezeigten Bedingungen derart geschnitten, dass sie die in 26A und 26B sowie in 27A und 27B dargestellten Formen aufweisen (Schritt S31). Zudem wurde der Separator geschnitten.
  • Dann wurden das Positivelektrodenaktivmaterial und das Negativelektrodenaktivmaterial in Etikettbereichen derart entfernt, dass die Stromkollektoren freigelegt wurden.
  • Danach wurde dem CMC-Na-Pulver Wasser hinzugefügt, so dass eine wässrige CMC-Na-Lösung vorbereitet wurde. Dann wurde der vorbereiteten wässrigen CMC-Na-Lösung eine 50 Gew.-% wässrige SBR-Dispersion hinzugefügt, und ein Rühren wurde durchgeführt, so dass ein Schlamm ausgebildet wurde (Schritt S32). Das Zusammensetzungsverhältnis von CMC-Na zu SBR betrug 1:1 (Gewichtsverhältnis).
  • Als Nächstes wurde der Schlamm auf eine Oberfläche des Stromkollektors in jeder der Negativelektroden der Bedingungen C-1 bis C-3, G-1 bis G-3, I-1 bis I-3 sowie K-1 und K-2 in den Tabellen 2 bis 5 aufgetragen, wobei diese Oberfläche einer Oberfläche entgegengesetzt war, auf der die Negativelektrodenaktivmaterialschicht ausgebildet war, d. h. eine Oberfläche, auf der keine Negativelektrodenaktivmaterialschicht ausgebildet war. Danach wurde ein Trocknen unter Verwendung einer Heizplatte bei 50°C durchgeführt, so dass eine Mischschicht aus CMC-Na und SBR ausgebildet wurde (Schritt S33).
  • Die geschnittene Positivelektrode, der geschnittene Separator und die geschnittene Negativelektrode wurden in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet und mit einem Klebeband aneinander befestigt (Schritt S34). Danach wurden Anschlusselektroden durch Ultraschalschweißen mit den Etikettbereichen der Positivelektrode und der Negativelektrode verschweißt (Schritt S35). Die Anschlusselektroden wurden mit Dichtungsschichten versehen.
  • Als Nächstes wurden eine wässrige CMC-Na-Lösung und eine wässrige SBR-Dispersion wie im Schritt S32 gemischt, so dass ein Schlamm ausgebildet wurde (Schritt S36).
  • Dann wurde der Schlamm auf einen Abschnitt des Etikettbereichs in jeder der Negativelektroden der Bedingungen C-1 bis C-3, E-2 und E-3, G-1 bis G-3, H-2 und H-3 sowie I-1 bis I-3 in den Tabellen 2 bis 4 aufgetragen. Danach wurde ein Trocknen unter Verwendung einer Heizplatte bei 50°C durchgeführt, so dass eine Mischschicht aus CMC-Na und SBR gebildet wurde (Schritt S37).
  • Anschließend wurde der Außenteil in der Mitte derart gefaltet, dass die Positivelektrode, der Separator und die Negativelektrode, die übereinander angeordnet waren, eingeschlossen wurden. Dabei wurden die Positivelektrode und die Negativelektrode übereinander derart angeordnet, dass die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht (eine Oberfläche einer der Negativelektrodenaktivmaterialschichten im Falle der Beschichtung der beiden Seiten) einander zugewandt waren.
  • Dann wurden die zugewandten Außenkanten des Außenteils durch eine Erwärmung an Seiten mit Ausnahme einer Seite, die zur Einführung einer Elektrolytlösung verwendet wurde, aneinander gebunden (Schritt S38). Dabei wurden die Dichtungsschichten, die an den Anschlusselektroden bereitgestellt waren, derart positioniert, dass sie mit dem Dichtungsabschnitt des Außenteils überlappen.
  • Nachdem die zugewandten Außenkanten des Außenteils an der Seite A und der Seite B aneinander gebunden worden waren, wurden der Außenteil sowie die Positivelektrode, der Separator und die Negativelektrode, die von dem Außenteil eingewickelt waren, bei 80°C unter verringertem Druck 10 Stunden lang getrocknet (Schritt S39).
  • Anschließend wurde eine Elektrolytlösung in den Außenteil von einer Seite, die nicht versiegelt war, in einer Argonatmosphäre eingeführt (Schritt S40). Danach wurde die eine Seite des Außenteils durch eine Erwärmung in einer Atmosphäre mit verringertem Druck versiegelt (Schritt S41). Durch die vorstehenden Schritte wurde jede dünne Speicherbatterie hergestellt.
  • [Messung 1 von Speicherbatterien]
  • Zuerst werden die Messergebnisse der Speicherbatterien, die unter den in der Tabelle 2 gezeigten Bedingungen hergestellt wurden, beschrieben. Die Elektrodengröße der Bedingung A gilt für alle Bedingungen in der Tabelle 2. Die Speicherbatterien wurden gemäß dem Ablaufdiagramm in 31 ausgewertet.
  • Zuerst wurde ein erstes Aufladen bei einem konstanten Strom von 0,01 C ausgeführt, bis die Spannung erhöht wurde und 3,2 C erreichte (Schritt S51). Hier wurden die Laderate und die Entladerate basierend auf 170 mAh pro Gramm des Positivelektrodenaktivmaterials berechnet.
  • Ein Gas könnte beispielsweise aufgrund einer Reaktion der Elektrolytlösung in der Nähe einer Oberfläche der Elektrode durch Aufladen der Speicherbatterie erzeugt werden. Daher wurde, um das erzeugte Gas zu entfernen, der Außenteil geöffnet, indem er an einer Seite in einem Handschuhkasten in einer Argonatmosphäre geschnitten wurde (Schritt S52). Danach wurden die Kanten in einer Atmosphäre mit verringertem Druck wieder versiegelt (Schritt S53).
  • Als Nächstes wurde ein zweites Aufladen ausgeführt (Schritt S54). Das zweite Aufladen wurde bei einem konstanten Strom von 0,05 C ausgeführt, bis die Spannung erhöht wurde und 4 V erreichte.
  • Als Nächstes wurde ein Entladen ausgeführt (Schritt S55). Das Entladen wurde bei einem konstanten Strom von 0,2 C ausgeführt, bis die Spannung verringert wurde und 2 V erreichte.
  • Dann wurden ein Aufladen und ein Entladen im in 31 gezeigten Schritt S56 ausgeführt, und dann wurden ein Aufladen und ein Entladen im Schritt S57 ausgeführt. Das Aufladen in den Schritten S56 und S57 wurde unter der gleichen Bedingung ausgeführt, und das Entladen in den Schritten S56 und S57 wurde unter der gleichen Bedingung ausgeführt. Für den Ladevorgang wurde ein Aufladen bei einem konstanten Strom von 0,2 C ausgeführt, bis die Spannung erhöht wurde und 4 V erreichte. Für den Entladevorgang wurde ein Entladen bei einem konstanten Strom von 0,2 C ausgeführt, bis die Spannung verringert wurde und 2 V erreichte.
  • Hier können die Schritte S51 bis S57 als Alterung bezeichnet werden.
  • 33A bis 33F sowie 34A und 34B zeigen Kurven des ersten Aufladens im Schritt S51, des zweiten Aufladens im Schritt S54, des Entladens im Schritt S55, des Aufladens und des Entladens im Schritt S56 sowie des Aufladens und des Entladens im Schritt S57 in 31 unter den typischen Bedingungen. Die vertikale Achse stellt die Spannung dar, und die horizontale Achse stellt die normierte Kapazität dar. 33A, 33B, 33C, 33D, 33E und 33F zeigen die Eigenschaften der Speicherbatterien, die unter der Bedingung A-1, der Bedingung A-2, der Bedingung B-1, der Bedingung B-2, der Bedingung C-1 bzw. der Bedingung C-2 hergestellt wurden. 34A und 34B zeigen die Eigenschaften der Speicherbatterien, die unter der Bedingung D-2 bzw. der Bedingung E-2 hergestellt wurden. Hier wurde die Kapazität bezüglich des Gewichts des Positivelektrodenaktivmaterials normalisiert. Es sei angemerkt, dass die Ladekapazität, die durch das anfängliche Aufladen erhalten wird, der Summe der Ladekapazitäten in den Schritten S51 und S54 entspricht. Der Wert, der durch ein Subtrahieren der Entladekapazität im Schritt S55 aus der Summe der Ladekapazitäten in den Schritten S51 und S54 erhalten wird, wird anfängliche irreversible Kapazität bezeichnet. 37A und 37B zeigen jeweils die anfänglichen Ladekapazitäten und die anfänglichen Entlade-(Schritt S55)Kapazitäten unter den unterschiedlichen Bedingungen. Beispielsweise sind zwei Paare von Lade- und Entladedaten im Falle der Bedingung A-1 gezeigt; die Daten zeigen die Messergebnisse von zwei Speicherbatterien (n = 1 und n = 2), die unter der Bedingung A-1 hergestellt wurden. In ähnlicher Weise wurden zwei Speicherbatterien unter der Bedingung A-2 hergestellt, drei Speicherbatterien wurden unter der Bedingung B-1 hergestellt, und drei Speicherbatterien wurden unter der Bedingung B-2 hergestellt.
  • Zuerst waren, wie in 33A, 33C und 33E gezeigt, die anfänglichen irreversiblen Kapazitäten der Speicherbatterien hoch, die unter der Bedingung hergestellt wurden, bei der die LiTFSA-Konzentration 0,5 mol/l betrug. Im Gegensatz dazu waren, wie in 33B, 33D und 33F gezeigt, die anfänglichen irreversiblen Kapazitäten der Speicherbatterien niedriger, die unter der Bedingung hergestellt wurden, bei der die LiTFSA-Konzentration 1 mol/l betrug. Dies deutet auf eine Verbesserung der Eigenschaften der Speicherbatterien hin. Daher ist die Konzentration des Lithiumsalzes vorzugsweise möglichst hoch. Die Konzentration des Lithiumsalzes ist beispielsweise bevorzugt höher als oder gleich 0,5 mol/l, bevorzugter höher als oder gleich 1 mol/l, noch bevorzugter höher als oder gleich 1,5 mol/l.
  • Die irreversiblen Kapazitäten der Speicherbatterien, die jeweils die Negativelektrode beinhalten, deren Rückfläche mit der Mischschicht aus CMC-Na und SBR beschichtet war, waren niedriger. Die irreversiblen Kapazitäten der Speicherbatterien, bei denen die Etikettbereiche jeweils auch mit der Mischschicht aus CMC-Na und SBR beschichtet waren, waren viel niedriger. Die ausgebildete Mischschicht aus CMC-Na und SBR verhinderte wahrscheinlich eine Reaktion zwischen der Elektrolytlösung und dem Stromkollektor.
  • Als Nächstes wird die Bedingung beschrieben, bei der eine Edelstahlfolie als Stromkollektor verwendet wurde. 34C, 34D, 34E und 34F zeigen typische Lade- und Entladekurven der Speicherbatterien, die unter der Bedingung J-1, der Bedingung J-2, der Bedingung K-1 bzw. der Bedingung K-2 hergestellt wurden. 38 zeigt die anfänglichen Lade- und Entladekapazitäten der hergestellten Speicherbatterien. Es wird darauf hingedeutet, dass die irreversible Kapazität einer Speicherbatterie, bei der eine Edelstahlfolie als Stromkollektor verwendet wird und die Rückfläche einer Negativelektrode mit einer Mischschicht aus CMC-Na und SBR beschichtet ist, niedriger sein kann als diejenige einer Speicherbatterie, bei der eine Kupferfolie als Stromkollektor verwendet wird und die Rückfläche einer Negativelektrode mit einer Mischschicht aus CMC-Na und SBR beschichtet ist. Dies deutet an, dass die Verwendung einer Edelstahlfolie anstatt einer Kupferfolie als Stromkollektor dazu führen kann, dass eine Reaktion zwischen der Oberfläche eines Stromkollektors und einer Elektrolytlösung verhindert wird.
  • [Demontage und Begutachtung von Speicherbatterien]
  • Die zwei Speicherbatterien mit unterschiedlichen irreversiblen Kapazitäten, nämlich die Speicherbatterie (n = 1), die unter der Bedingung A-1 hergestellt wurde, und die Speicherbatterie (n = 2), die unter der Bedingung B-1 hergestellt wurde, wurden demontiert und begutachtet, nachdem das Aufladen und das Entladen im Schritt S57 abgeschlossen worden waren. Die Demontage wurde in einer Argonatmosphäre durchgeführt.
  • 44A und 44B sind Fotografien der Separatoren, die aus den Speicherbatterien entnommen wurden. 44A zeigt den Separator der Speicherbatterie (n = 1), die unter der Bedingung A-1 hergestellt wurde. 44B zeigt den Separator der Speicherbatterie (n = 2), die unter der Bedingung B-1 hergestellt wurde. Eine Außenkante des Separators der Speicherbatterie (n = 1), die unter der der Bedingung A-1 hergestellt wurde, wurde schwarz gefärbt. Im Gegensatz dazu wurde kein bedeutender Farbwechsel in dem Separator der Speicherbatterie (n = 2), die unter der Bedingung B-1 hergestellt wurde, beobachtet.
  • Wenn der Separator und die Negativelektrode, die nach dem Auseinanderbauen aus der unter der Bedingung A-1 hergestellten Speicherbatterie (n = 1) entnommen wurden, in eine Lösung aus schwerem Acetonitril eingetaucht wurden, färbte sich die Lösung aus schwerem Acetonitril braun. Im Gegensatz dazu wurde kein bedeutender Farbwechsel im Falle der Speicherbatterie (n = 2) beobachtet, die unter der Bedingung B-1 hergestellt wurde.
  • Als Nächstes wurde, um eine Negativelektrode zu beobachten, eine Speicherbatterie, die unter der Bedingung A-1 hergestellt wurde, abgebaut, nachdem das zweite Aufladen im Schritt S54 in 31 abschlossen worden war. Die Demontage wurde in einer Argonatmosphäre durchgeführt. 45 zeigt ein Beobachtungsergebnis. Es ist bekannt, dass sich Graphit in einem reagierten Bereich infolge des eingelagerten Lithiums golden färbt. Wie in 45 gezeigt, wurde ein bedeutender Farbwechsel, der auf eine Reaktion zwischen Graphit und Lithium hindeutet, in einem Bereich 291, der einem Mittelabschnitt der Negativelektrode entspricht, beobachtet, während ein Farbwechsel in einer Außenkante der Negativelektrode nicht so bedeutsam war. Diese Ergebnisse deuten an, dass eine Reaktion zwischen Lithium und Graphit an der Außenkante der Negativelektrode nicht so leicht wie in dem Mittelabschnitt der Negativelektrode verursacht wurde. Des Weiteren wird es festgestellt, dass sich der Bereich, in dem ein Farbwechsel nicht so bedeutsam war, nicht nur bis zu einem Bereich, der nicht mit der Positivelektrode überlappt, sondern auch bis zu einem Bereich an der inneren Seite, erstreckte.
  • [Messung 2 von Speicherbatterien]
  • Als Nächstes wurden Speicherbatterien untersucht, bei denen jeweils die Fläche eines Bereichs einer Negativelektrode und einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht, der nicht mit einer Positivelektrode überlappt, wie in der Speicherbatterie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verringert (ideal eliminiert) wurde.
  • Die Speicherbatterien wurden unter den in der Tabelle 3 und der Tabelle 4 gezeigten Bedingungen hergestellt.
  • In der Tabelle 3 handelt es sich bei der Elektrodengröße um diejenige der Bedingung B. Das heißt, dass die Größe der Positivelektrode mit Ausnahme eines Etikettbereichs gleich derjenigen der Negativelektrode mit Ausnahme eines Etikettbereichs war.
  • In der Tabelle 4 handelt es sich bei den Elektrodengrößen um diejenigen der Bedingungen C und D. Das heißt, dass die Größe der Negativelektrode mit Ausnahme eines Etikettbereichs kleiner war als diejenige der Positivelektrode mit Ausnahme eines Etikettbereichs.
  • Die Speicherbatterien wurden in ähnlicher Weise gemäß dem Ablaufdiagramm in 31 ausgewertet. 35A bis 35E sowie 36A bis 36C zeigen Kurven des ersten Aufladens im Schritt S51, des zweiten Aufladens im Schritt S54, des Entladens im Schritt S55, des Aufladens und des Entladens im Schritt S56 sowie des Aufladens und des Entladens im Schritt S57. 35A, 35B, 35C, 35D und 35E zeigen hier die Eigenschaften der Speicherbatterien, die unter der Bedingung F-1, der Bedingung F-2, der Bedingung G-1, der Bedingung G-2 bzw. der Bedingung H-2 hergestellt wurden. 36A, 36B und 36C zeigen die Eigenschaften der Speicherbatterien, die unter der Bedingung I-2, der Bedingung I-2 bzw. der Bedingung I-3 hergestellt wurden. 39A und 39B zeigen jeweils die anfänglichen Ladekapazitäten (die Summe von Kapazitäten des ersten Aufladens im Schritt S51 und des zweiten Aufladens im Schritt S54) und die anfänglichen Entlade-(Schritt S55)Kapazitäten unter den unterschiedlichen Bedingungen.
  • Aus 35A bis 35E und 39A waren die irreversiblen Kapazitäten der Speicherbatterien, die mit der Elektrodengröße B hergestellt wurden, niedriger als diejenigen der Speicherbatterien, die mit der Elektrodengröße A hergestellt wurden. Dies deutet an, dass eine irreversible Reaktion leicht in dem Bereich der Negativelektrode, der nicht mit der Positivelektrode überlappte, bewirkt wurde. Im Falle der Elektrodengröße A war der Abstand zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode und der Negativelektrode wahrscheinlich ungefähr 1 mm bis 2 mm, und die Fläche des Bereichs der Negativelektrode, der nicht mit der Positivelektrode überlappte, war groß. Der Abstand zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode und der Negativelektrode ist beispielsweise bevorzugt 0,5 mm oder kleiner, bevorzugter 0,2 mm oder kleiner, noch bevorzugter 0,1 mm oder kleiner.
  • Aus 36A bis 36C und 39B waren die anfänglichen irreversiblen Kapazitäten der Speicherbatterien, die mit der Elektrodengröße D hergestellt wurden, niedriger als diejenigen der Speicherbatterien, die mit der Elektrodengröße C hergestellt wurden, was vorzuziehen ist.
  • [Messung 3 von Speicherbatterien: Zyklenverhalten]
  • Speicherbatterien wurden unter den Bedingungen mit der Elektrodengröße A (der Bedingung A-2, der Bedingung B-2, der Bedingung C-2, der Bedingung D-2 und der Bedingung E-2), den Bedingungen mit der Elektrodengröße B (der Bedingung F-2, der Bedingung G-2 und der Bedingung H-2) und der Bedingung mit der Elektrodengröße C (der Bedingung I-2) hergestellt. Die Schwankungen der Entladekapazität bezüglich der Anzahl von Zyklen (nachstehend als Zyklenverhalten beim Laden/Entladen bezeichnet) wurden gemessen. Es sei angemerkt, dass dann, wenn ein Aufladen und ein Entladen wiederholt werden, ein Paar von Aufladen und Entladen als ein Zyklus gezählt wird. Zudem bezeichnet die Anzahl von Zyklen die Anzahl von Paaren von Aufladen und Entladen.
  • Die Lade- und Entladezyklen wurden bei 60°C gemäß einem Ablaufdiagramm in 32 gemessen. Für den Ladevorgang wurde ein Aufladen bei einem konstanten Strom ausgeführt, bis die Spannung erhöht wurde und 4 V erreichte. Für den Entladevorgang wurde ein Entladen bei einem konstanten Strom ausgeführt, bis die Spannung verringert wurde und 2 V erreichte.
  • Zuerst wurde ein erster Lade-/Entladevorgang bei einer Rate von 0,2 C ausgeführt (Schritt S61). Dann wurden zweite bis 201. Lade- und Entladevorgänge bei einer Rate von 0,5 C ausgeführt (Schritt S62). Dann wurde ein 202. Lade- und Entladevorgang bei einer Rate von 0,2 C ausgeführt (Schritt S63).
  • Danach wurden die Lade- und Entladevorgänge bei 0,5 C zweihundertmal ausgeführt (Schritt S64). Dann wurde ein Lade- und Entladevorgang bei 0,2 C einmal ausgeführt (Schritt S65). Danach wurden der Schritt S64 und der Schritt S65 abwechselnd wiederholt.
  • 40A zeigt das Zyklenverhalten beim Laden/Entladen der Speicherbatterien, die unter der Bedingung A-2, der Bedingung B-2 und der Bedingung C-2 hergestellt wurden. 40B zeigt das Zyklenverhalten beim Laden/Entladen der Speicherbatterien, die unter der Bedingung D-2 und der Bedingung E-2 hergestellt wurden. 41A zeigt das Zyklenverhalten beim Laden/Entladen der Speicherbatterien, die unter der Bedingung A-2, der Bedingung F-2, der Bedingung G-2 und der Bedingung H-2 hergestellt wurden. 41B zeigt das Zyklenverhalten beim Laden/Entladen der Speicherbatterien, die unter der Bedingung A-2 und der Bedingung I-2 hergestellt wurden. Die horizontale Achse stellt die Anzahl von Zyklen dar, und die vertikale Achse stellt die Entladekapazität dar.
  • Das Zyklenverhalten beim Laden/Entladen aller Speicherbatterien, die unter den Bedingungen mit der Elektrodengröße A hergestellt wurden, weist Wendepunkte auf, an denen die Kapazitäten während der Zyklen im Großen verringert werden. In den Fällen der Speicherbatterie, bei der die Mischschicht aus CMC-Na und SBR über der Oberfläche des Etikettbereichs ausgebildet war, konnte die Anzahl der Zyklen erhöht werden, bis ein Wendepunkt erkannt wurde.
  • Auch im Falle der Speicherbatterie, bei der beide Seiten des Stromkollektors mit den Negativelektrodenaktivmaterialschichten versehen waren, konnte die Anzahl der Zyklen erhöht werden, bis ein Wendepunkt erkannt wird. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Reaktion zwischen dem Stromkollektor und der Elektrolytlösung verhindert werden kann, indem die Aktivmaterialschichten an beiden Seiten des Stromkollektors bereitgestellt werden und/oder indem die Mischschicht aus CMC-Na und SBR über dem freigelegten Bereich des Stromkollektors bereitgestellt wird.
  • Das Zyklenverhalten beim Laden/Entladen aller Speicherbatterien mit der Elektrodengröße B und der Elektrodengröße C weist keine Wendepunkte auf, an denen die Kapazität schlagartig verringert wird, und sind daher vorteilhaft. Außerdem ist die Abnahme der Kapazitäten der Speicherbatterien mit der Elektrodengröße B und der Elektrodengröße C bezüglich der Anzahl der Zyklen, nämlich die Abhänge der Kurven, geringer als die Abnahme der Kapazitäten der Speicherbatterien mit der Elektrodengröße A bei Zyklen vor der Erkennung eines Wendepunktes.
  • Die vorstehenden Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Nebeneffekt wahrscheinlich in einem Bereich einer Negativelektrode oder einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht verursacht wird, der nicht mit einer Positivelektrode oder einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht überlappt. Es wird davon ausgegangen, dass dieser Nebeneffekt ein wichtiger Faktor für eine Abnahme der Kapazität einer Energiespeichervorrichtung ist. Beispielsweise wird die Fläche eines Bereichs einer Negativelektrode oder einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht, der nicht mit einer Positivelektrode überlappt, vorzugsweise verringert, in welchem Falle eine Abnahme der Kapazität einer Energiespeichervorrichtung verringert werden kann.
  • Die anfängliche irreversible Kapazität der Speicherbatterie mit der Elektrodengröße D war niedriger als die anfänglichen irreversiblen Kapazitäten der Speicherbatterien mit der Elektrodengröße C. Die anfänglichen irreversiblen Kapazitäten der Speicherbatterien mit der Elektrodengröße B waren viel niedriger. Daher ist die Fläche eines Bereichs einer Negativelektrode oder einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht, der nicht mit einer Positivelektrode oder einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht überlappt, vorzugsweise möglichst klein. Der Abstand zwischen den Endabschnitten der Positivelektrode und der Negativelektrode ist beispielsweise bevorzugt 3 mm oder kleiner, bevorzugter 0,5 mm oder kleiner, noch bevorzugter 0,1 mm oder kleiner. Der Abstand zwischen den Endabschnitten der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht ist beispielsweise bevorzugt 3 mm oder kleiner, bevorzugter 0,5 mm oder kleiner, noch bevorzugter 0,1 mm oder kleiner.
  • [Beispiel 2]
  • In diesem Beispiel wurden die Oxidationspotentiale und die Reduktionspotentiale von ionischen Flüssigkeiten unter Verwendung von Linear-Sweep-Voltammetrie bzw. Voltammetrie mit linearem Durchlauf gemessen. Als ionische Flüssigkeiten wurden eine ionische Flüssigkeit, die ein quaternäres Ammoniumkation enthält, und eine ionische Flüssigkeit, die einen fünfgliedrigen heteroaromatischen Ring enthält, verwendet.
  • Als ionische Flüssigkeit, die ein quaternäres Ammoniumkation enthält, wurde 1-Methyl-1-propylpyrrolidinium-bis(fluorsulfonyl)amid (Abkürzung: P13-FSA), welches durch die Strukturformel (G6) dargestellt wird, verwendet. Als ionische Flüssigkeiten, die jeweils ein Kation mit einem fünfgliedrigen heteroaromatischen Ring enthalten, wurden die folgenden drei Arten von ionischen Flüssigkeiten verwendet: 1-Ethyl-3-methylimidazolium-bis(fluorsulfonyl)amid (Abkürzung: EMI-FSA), welches durch die Strukturformel (G7) dargestellt wird, 1-Hexyl-3-methylimidazolium-bis(fluorsulfonyl)amid (Abkürzung: HMI-FSA), welches durch die Strukturformel (G8) dargestellt wird, und 1-Methyl-3-(2-propoxyethyl)imidazolium-bis(fluorsulfonyl)amid (Abkürzung: poEMI-FSA), welches durch die Strukturformel (G9) dargestellt wird. [Chemische Formel 18]
    Figure DE112015001552T5_0016
    [Chemische Formel 19]
    Figure DE112015001552T5_0017
    [Chemische Formel 20]
    Figure DE112015001552T5_0018
    [Chemische Formel 21]
    Figure DE112015001552T5_0019
  • Zuerst wurden ionische Flüssigkeiten vorbereitet. Als EMI-FSA, HMI-FSA und P13-FSA wurden diejenigen, die von KANTO CHEMICAL CO., INC. hergestellt wurden, verwendet.
  • <Herstellung von 1-Methyl-3-(2-propoxyethyl)imidazoliumchlorid>
  • In einen 100 ml Dreihalskolben wurden 8,27 g (101 mMol) 1-Methylimidazol, 13,4 g (109 mMol) 2-Chlorethylpropylether und 5 ml Acetonitril gegeben. Diese Lösung wurde unter einem Stickstoffstrom bei 80°C 6 Stunden lang und bei 100°C 8 Stunden lang gerührt. Nach dem Rühren wurde der Lösung Ethylacetat hinzugefügt, und die gewonnene Lösung wurde weiter gerührt. Dann wurde die obenstehende Flüssigkeit entfernt, und ein Waschen wurde durchgeführt. Der gewonnenen Flüssigkeit wurden 100 ml Acetonitril und 5,27 g Aktivkohle hinzugefügt, und die Lösung wurde 20 Stunden lang gerührt. Das Gemisch wurde einer Saugfiltration durch Celite (hergestellt von Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Katalog Nr. 537-02305) unterzogen, und das gewonnene Filtrat wurde konzentriert, um eine Lösung zu gewinnen. Wasser wurde der gewonnen Lösung hinzugefügt, und eine wässrige Schicht wurde mit Ethylacetat gewaschen. Diese wässrige Schicht wurde konzentriert und getrocknet, so dass 17,0 g der gelben Zielflüssigkeit in einer Ausbeute von 82% gewonnen wurde. [Chemische Formel 22]
    Figure DE112015001552T5_0020
  • <Herstellung von poEMI-FSA>
  • In einen 100 ml Rückgewinnungskolben wurden 17,0 g (83,1 mMol) 1-Methyl-3-(2-propoxyethyl)imidazoliumchlorid, 20,1 g (91,7 mMol) Kalium-bis(fluorsulfonyl)amid und 20 ml Wasser gegeben. Die resultierende Lösung wurde bei Raumtemperatur 20 Stunden lang gerührt. Nach dem Rühren wurde dem gewonnenen Gemisch Wasser hinzugefügt, und eine wässrige Schicht dieses Gemisches wurde einer Extraktion mit Dichlormethan unterzogen. Die Extraktlösung und eine organische Schicht wurden mit Wasser gewaschen, und dann wurde die organische Schicht über Magnesiumsulfat getrocknet. Das Gemisch wurde schwerkraftfiltriert, und das gewonnene Filtrat wurde konzentriert, um eine Flüssigkeit zu gewinnen. Diese Flüssigkeit wurde getrocknet, so dass 26,2 g der gelben Zielflüssigkeit in einer Ausbeute von 90% gewonnen wurde. [Chemische Formel 23]
    Figure DE112015001552T5_0021
  • Die Verbindung, die durch die Herstellung mit den vorstehenden Schritten gewonnen wurde, wurde mittels Kernspinresonanz-(nuclear magnetic resonance, NMR-)Spektroskopie als poEMI-FSA identifiziert, welches die Zielverbindung war.
  • Die 1H NMR Daten der gewonnenen Verbindung sind unten gezeigt.
    1H NMR (1,1,2,2-Tetrachlorethan-d2, 300 MHz): δ = 0,90 (t, J = 7,5 Hz, 3H), 1,53–1,65 (m, 2H), 3,44 (t, J = 6,9 Hz, 2H), 3,74–3,77 (m, 2H), 3,96 (s, 3H), 4,33–4,36 (m, 2H), 7,22–7,23 (m, 1H), 7,40–7,41 (m, 1H), 8,58 (s, 1H).
  • Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass poEMI-FSA hergestellt wurde.
  • Als Nächstes wurde die Messung durch Linear-Sweep-Voltammetrie durchgeführt. Die Messung wurde mit dem elektrochemischen Messsystem HZ-5000, hergestellt von HOKUTO DENKO CORPORATION, in einem Handschuhkasten in einer Argonatmosphäre durchgeführt. Eine Glaskohlenstoffelektrode wurde als Arbeitselektrode verwendet, und ein Platindraht wurde als Gegenelektrode verwendet. Als Referenzelektrode wurde ein Silberdraht verwendet, der in eine Lösung eingetaucht wurde, in der Silbertrifluormethansulfonat in 1-Ethyl-3-methylimidazolium-bis(trifluormethanesulfonyl)amid mit einer Konzentration von 0,1 mol/l aufgelöst wurde. Die Reduktionspotentiale von Probenelementen wurden basierend auf dem Redoxpotential von Lithium (Li/Li+) korrigiert.
  • Bei Linear-Sweep-Voltammetrie ist ein Oxidationspotential ein Potential, auf dem eine Stromdichte von 1 mA/cm2 erfasst wurde, während das Potential abgetastet wurde. Ein Reduktionspotential ist ein Potential, auf dem eine Stromdichte von –1 mA/cm2 erfasst wurde, während das Potential abgetastet wurde.
  • 42A bis 42C sowie 43A und 43B sind Grafen der Linear-Sweep-Voltammetrie.
  • Es wird aus 42A bis 42C sowie 43A und 43B festgestellt, dass die Reduktionspotentiale von EMI-FSA, HMI-FSA und poEMI-FSA, die jeweils ein Kation mit einem aromatischen Ring enthalten, höher als 0,5 V (vs. Li/Li+) sind. Wenn eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine beliebige dieser ionischen Flüssigkeiten, die jeweils ein Kation mit einem aromatischen Ring enthalten, verwendet werden, kann eine Versetzungsreaktion der ionischen Flüssigkeit voraussichtlich verhindert werden, so dass die Kapazität einer Energiespeichervorrichtung zunimmt. In ähnlicher Weise kann auch dann, wenn eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und P13-FSA mit einem niedrigeren Reduktionspotential in einer Umgebung, bei der eine Elektrolytlösung leichter versetzt wird, z. B. bei einer hohen Temperatur, verwendet werden, eine Versetzungsreaktion der ionischen Flüssigkeit voraussichtlich verhindert werden, so dass die Kapazität einer Energiespeichervorrichtung zunimmt.
  • Erläuterung der Bezugszeichen
    • 115: Dichtungsschicht, 118: zu bindender Abschnitt, 119: Einlass, 131: Abstand, 132: Abstand, 133a: Abstand, 133b: Abstand, 133c: Abstand, 134a: Abstand, 134b: Abstand, 141: Abstand, 142: Abstand, 143: Abstand, 144: Abstand, 145: Abstand, 146: Abstand, 147: Abstand, 148: Abstand, 149: Abstand, 150: Abstand, 151: Abstand, 152: Abstand, 261: Bereich, 262: Bereich, 271: Schicht, 281: Etikettbereich bzw. Anschlussbereich, 281a: Etikettbereich, 282: Etikettbereich, 282a: Etikettbereich, 283a: Bereich, 284a: Bereich, 285: Bereich, 291: Bereich, 300: Speicherbatterie, 301: Positivelektrodendose, 302: Negativelektrodendose, 303: Dichtung, 304: Positivelektrode, 305: Positivelektrodenstromkollektor, 306: Positivelektrodenaktivmaterialschicht, 307: Negativelektrode, 308: Negativelektrodenstromkollektor, 309: Negativelektrodenaktivmaterialschicht, 310: Separator, 500: Energiespeichervorrichtung, 501: Positivelektrodenstromkollektor, 502: Positivelektrodenaktivmaterialschicht, 502a: Positivelektrodenaktivmaterialschicht, 502b: Positivelektrodenaktivmaterialschicht, 503: Positivelektrode, 503a: Positivelektrode, 503c: Positivelektrode, 504: Negativelektrodenstromkollektor, 505: Negativelektrodenaktivmaterialschicht, 505a: Negativelektrodenaktivmaterialschicht, 505b: Negativelektrodenaktivmaterialschicht, 506: Negativelektrode, 506a: Negativelektrode, 506b: Negativelektrode, 506c: Negativelektrode, 507: Separator, 508: Elektrolytlösung, 509: Außenteil, 510: Positivelektrodenanschlusselektrode, 511: Negativelektrodenanschlusselektrode, 512: zu bindender Abschnitt, 513: gekrümmter Abschnitt, 514: zu bindender Abschnitt, 600: Speicherbatterie, 601: Positivelektrodenkappe, 602: Batteriedose, 603: Positivelektroden-Anschluss, 604: Positivelektrode, 605; Separator, 606: Negativelektrode, 607: Negativelektroden-Anschluss, 608: Isolierplatte, 609: Isolierplatte, 610: Dichtung, 611: PTC-Element, 612: Sicherheitsventil-Mechanismus, 900: Leiterplatte, 910: Etikett, 911: Anschluss, 912: Schaltung, 913: Speicherbatterie, 914: Antenne, 915: Antenne, 916: Schicht, 917: Schicht, 918: Antenne, 919: Anschluss, 920: Anzeigevorrichtung, 921: Sensor, 922: Anschluss, 951: Anschluss, 952: Anschluss, 981: Film, 982: Film, 990: Speicherbatterie, 991: Außenteil, 994: Negativelektrode, 995: Positivelektrode, 996: Separator, 997: Anschlusselektrode, 998: Anschlusselektrode, 1122: Ladegerät, 1123: Last, 1700: gekrümmte Oberfläche, 1701: Fläche, 1702: Kurve, 1703: Krümmungsradius, 1704: Mittelpunkt der Krümmung, 1800: Mittelpunkt der Krümmung, 1801: Film, 1802: Krümmungsradius, 1803: Film, 1804: Krümmungsradius, 7100: tragbare Anzeigevorrichtung, 7101: Gehäuse, 7102: Anzeigeabschnitt, 7103: Bedienungsknopf, 7104: Energiespeichervorrichtung, 7200: tragbares Informationsendgerät, 7201: Gehäuse, 7202: Anzeigeabschnitt, 7203: Band, 7204: Schnalle, 7205: Bedienungsknopf, 7206: Eingangs-/Ausgangsanschluss, 7207: Icon, 7300: Anzeigevorrichtung, 7304: Anzeigeabschnitt, 7400: Mobiltelefon, 7401: Gehäuse, 7402: Anzeigeabschnitt, 7403: Bedienungsknopf, 7404: externer Verbindungsanschluss, 7405: Lautsprecher, 7406: Mikrofon, 7407: Energiespeichervorrichtung, 7408: Anschlusselektrode, 7409: Stromkollektor, 8000: Anzeigevorrichtung, 8001: Gehäuse, 8002: Anzeigeabschnitt, 8003: Lautsprecherabschnitt, 8004: Energiespeichervorrichtung, 8021: Ladegerät, 8022: Kabel, 8024: Energiespeichervorrichtung, 8100: Beleuchtungsvorrichtung, 8101: Gehäuse, 8102: Lichtquelle, 8103: Energiespeichervorrichtung, 8104: Decke, 8105: Wand, 8106: Boden, 8107: Fenster, 8200: Inneneinheit, 8201: Gehäuse, 8202: Luftauslass, 8203: Energiespeichervorrichtung, 8204: Außeneinheit, 8300: elektrischer Gefrier-Kühlschrank, 8301: Gehäuse, 8302: Tür für Kühlschrank, 8303: Tür für Gefrierschrank, 8304: Energiespeichervorrichtung, 8400: Auto, 8401: Scheinwerfer, 8500: Auto, 9600: Tablet-Computer, 9625: Schalter, 9626: Schalter, 9627: Leistungseinschalter, 9628: Bedienschalter, 9629: Halterung, 9630: Gehäuse, 9630a: Gehäuse, 9630b: Gehäuse, 9631: Anzeigeabschnitt, 9631a: Anzeigeabschnitt, 9631b: Anzeigeabschnitt, 9632a: Bereich, 9632b: Bereich, 9633: Solarzelle, 9634: Lade-/Entladesteuerschaltung, 9635: Energiespeichereinheit, 9636: Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, 9637: Wandler, 9638: Bedienungstaste, 9639: Knopf und 9640: beweglicher Abschnitt
  • Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2014-073556 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 31. März 2014, deren gesamter Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht ist.

Claims (21)

  1. Eine Energiespeichervorrichtung, die umfasst: eine Positivelektrode; einen Separator; eine Negativelektrode, die der Positivelektrode zugewandt ist, wobei der Separator dazwischen angeordnet ist; und eine Elektrolytlösung, die ein Alkalimetallsalz und eine ionische Flüssigkeit enthält und in Kontakt mit der Positivelektrode und der Negativelektrode ist, wobei mindestens ein Teil der Positivelektrode mit der Negativelektrode überlappt, und wobei mindestens ein Teil eines Endabschnitts der Negativelektrode innerhalb eines Bereichs zwischen entgegengesetzten Endabschnitten der Positivelektrode positioniert ist.
  2. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, die einen Abschnitt umfasst, in dem ein Abstand zwischen dem Endabschnitt der Negativelektrode und einem der entgegengesetzten Endabschnitte der Positivelektrode kleiner als oder gleich 0,5 mm ist.
  3. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Fläche der Positivelektrode größer als oder gleich 98% einer Fläche der Negativelektrode ist.
  4. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei mehr als oder gleich 90% einer Fläche der Positivelektrode mit der Negativelektrode überlappen.
  5. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Negativelektrode einen Stromkollektor umfasst, wobei die Negativelektrode einen ersten Bereich, in dem eine Aktivmaterialschicht in Kontakt mit mindestens einer Oberfläche des Stromkollektors bereitgestellt ist, und einen zweiten Bereich enthält, in dem eine Schicht in Kontakt mit mindestens einer Oberfläche des Stromkollektors bereitgestellt ist, und wobei die Schicht dünner ist und einen höheren Widerstand aufweist als die Aktivmaterialschicht.
  6. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Schicht ein Gummimaterial und ein wasserlösliches Polymer aufweist.
  7. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ionische Flüssigkeit ein Kation mit einem heteroaromatischen Ring enthält.
  8. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ionische Flüssigkeit ein Imidazoliumkation enthält.
  9. Eine Energiespeichervorrichtung, die umfasst: eine Positivelektrode; einen Separator; eine Negativelektrode, die der Positivelektrode zugewandt ist, wobei der Separator dazwischen angeordnet ist; und eine Elektrolytlösung, die ein Alkalimetallsalz und eine ionische Flüssigkeit enthält und in Kontakt mit der Positivelektrode und der Negativelektrode ist, wobei mindestens ein Teil der Positivelektrode mit der Negativelektrode überlappt, und wobei die Negativelektrode eine kleinere Breite aufweist als die Positivelektrode.
  10. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 9, die einen Abschnitt umfasst, in dem ein Abstand zwischen einem Endabschnitt der Negativelektrode und einem Endabschnitt der Positivelektrode kleiner als oder gleich 0,5 mm ist.
  11. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Negativelektrode einen Stromkollektor aufweist, wobei die Negativelektrode einen ersten Bereich, in dem eine Aktivmaterialschicht in Kontakt mit mindestens einer Oberfläche des Stromkollektors bereitgestellt ist, und einen zweiten Bereich enthält, in dem eine Schicht in Kontakt mit mindestens einer Oberfläche des Stromkollektors bereitgestellt ist, und wobei die Schicht dünner ist und einen höheren Widerstand aufweist als die Aktivmaterialschicht.
  12. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Schicht ein Gummimaterial und ein wasserlösliches Polymer aufweist.
  13. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die ionische Flüssigkeit ein Kation mit einem heteroaromatischen Ring enthält.
  14. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die ionische Flüssigkeit ein Imidazoliumkation enthält.
  15. Eine Energiespeichervorrichtung, die umfasst: eine Positivelektrode, die einen ersten Stromkollektor und eine erste Aktivmaterialschicht über dem ersten Stromkollektor aufweist; einen Separator; eine Negativelektrode, die einen zweiten Stromkollektor und eine zweite Aktivmaterialschicht über dem zweiten Stromkollektor aufweist, wobei die zweite Aktivmaterialschicht der ersten Aktivmaterialschicht zugewandt ist, wobei der Separator dazwischen angeordnet ist; und eine Elektrolytlösung, die ein Alkalimetallsalz und eine ionische Flüssigkeit aufweist und in Kontakt mit der Positivelektrode und der Negativelektrode ist, wobei mindestens ein Teil der ersten Aktivmaterialschicht mit der zweiten Aktivmaterialschicht überlappt, und wobei mindestens ein Teil eines Endabschnitts der zweiten Aktivmaterialschicht innerhalb eines Bereichs zwischen entgegengesetzten Endabschnitten der ersten Aktivmaterialschicht positioniert ist.
  16. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 15, wobei die zweite Aktivmaterialschicht eine kleinere Breite aufweist als die erste Aktivmaterialschicht.
  17. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Negativelektrode einen ersten Bereich, in dem die zweite Aktivmaterialschicht in Kontakt mit mindestens einer Oberfläche des zweiten Stromkollektors bereitgestellt ist, und einen zweiten Bereich enthält, in dem eine Schicht in Kontakt mit mindestens einer Oberfläche des zweiten Stromkollektors bereitgestellt ist, und wobei die Schicht dünner ist und einen höheren Widerstand aufweist als die zweite Aktivmaterialschicht.
  18. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Schicht ein Gummimaterial und ein wasserlösliches Polymer aufweist.
  19. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 15, wobei die ionische Flüssigkeit ein Kation mit einem heteroaromatischen Ring enthält.
  20. Die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 15, wobei die ionische Flüssigkeit ein Imidazoliumkation enthält.
  21. Ein elektronisches Gerät, das die Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 15 umfasst.
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