DE112015004696T5

DE112015004696T5 - Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE112015004696T5
Application number: DE112015004696.8T
Authority: DE
Inventors: Ryo Hanasaki; Takashi Harayama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2035-10-17
Also published as: JP2016081758A; CN106797008B; US20190190062A1; DE112015004696B4; US20170309953A1; CN106797008A; KR101998265B1; KR20170053674A; JP6384729B2; WO2016059464A1; US11108078B2

Abstract

Eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt beinhaltet: eine Elektrodenanordnung; einen nicht-wässrigen Elektrolyten; und ein Batteriegehäuse. Die Elektrodenanordnung beinhaltet eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Separator. Die positive Elektrode beinhaltet eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht. Die negative Elektrode beinhaltet eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht. Der Separator ist zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode positioniert. Das Batteriegehäuse nimmt die Elektrodenanordnung und den nicht-wässrigen Elektrolyten auf. Enden von Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und des Separators sind zumindest teilweise miteinander verbunden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, bei der das Auftreten eines Mikrokurzschlusses aufgrund von Fremdmetallsubstanzen verringert ist, sowie ein Herstellungsverfahren für die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, typischerweise eine Lithium-Sekundärbatterie, besitzt eine kleinere Größe, ein leichteres Gewicht, eine höhere Energiedichte und eine hervorragendere Leistungsdichte als eine existierende Batterie. Aus diesem Grund wird die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt in den letzten Jahren geeigneterweise als eine sogenannte tragbare Leistungsversorgung für einen Personal Computer, ein mobiles Endgerät oder dergleichen oder als eine Leistungsversorgung zum Antreiben eines Fahrzeugs verwendet.
Die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt wird typischerweise durch Aufnehmen einer Elektrodenanordnung in ein Batteriegehäuse in einem hermetisch abgedichteten Zustand konstruiert. Die Elektrodenanordnung besitzt eine Struktur derart, dass eine positive Elektrode und eine negative Elektrode einander über einen Separator gegenüberliegen. Auf die konstruierte Batterie wird unter einer vorbestimmten Bedingung eine Erstaufladung angewandt, um die Batterie auf einen tatsächlich verwendbaren Zustand einzustellen. Auch wird auf die Batterie nach Erstaufladen eine Alterung oder dergleichen hauptsächlich zu dem Zweck der Überprüfung auf Stabilisierung einer Batteriereaktion, auf einen Kurzschluss oder dergleichen, angewandt.
Im Übrigen kann es bei der Herstellung einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt beispielsweise der Fall sein, dass in ein Batteriegehäuse Fremdmetallsubstanzen als Verunreinigungen eines konstituierenden Elements oder unvermeidbare feine Metallteilchen und dergleichen, welche zum Zeitpunkt der Konstruktion der Batterie entstehen, eingeschlossen werden (Einschluss). Die eingeschlossenen Fremdmetallsubstanzen können in einer Umgebung ionisiert werden, die infolge von Aufladung ein Lösungspotential übersteigt, und werden dann in einem Elektrolyten gelöst. Die ionisierten Fremdmetallsubstanzen wandern während des Aufladens zu der negativen Elektrode hin und fallen lokal auf der gegenüberliegenden negativen Elektrode aus. Mithin steht zu befürchten, dass die Ausfällung je nach der Größe und dergleichen von Fremdmetallsubstanzen die positive Elektrode durch den Separator erreicht und dann das Auftreten eines Mikrokurzschlusses in der Batterie bewirkt. Falls ein interner Kurzschluss erfolgt, kann ein Nachteil vorliegen, wie etwa eine Verschlechterung der Batteriegüte (beispielsweise verringerte Energiedichte oder Sicherheit).
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die eingeschlossenen Fremdmetallsubstanzen werden durch die Alterung umgehend aufgelöst und veranlasst, auf der negativen Elektrode auszufallen, so dass ein Kurzschluss auftritt. Also wird eine solche Batterie, bei der Fremdmetallsubstanzen eingeschlossen sind, vor der Auslieferung ermittelt (beispielsweise Selbstentladungstest). Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass Fremdmetallsubstanzen, die durch die Alterung nicht aufgelöst werden, während des Gebrauchs der Batterie nach der Auslieferung allmählich aufgelöst werden und ein Auftreten eines Mikrokurzschlusses mit einer Verzögerung bewirken. Die Erfindung sieht eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt vor, bei der das Auftreten eines Mikrokurzschlusses unterbunden wird, indem der Einschluss von Fremdmetallsubstanzen in einen Abschnitt, der durch Alterung schwer aufzulösen ist, unterbunden wird. Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zur einfachen Herstellung einer solchen Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt vor.
Bei der Alterung zum Zweck des Auflösens von Fremdmetallsubstanzen wird das Potential der positiven Elektrode durch Einstellen des Batteriepotentials erhöht und dabei werden die Fremdmetallsubstanzen um die positive Elektrode aufgelöst. Gemäß der eingehenden Untersuchung der Erfinder geht hauptsächlich die Auflösung von Fremdmetallsubstanzen, die zwischen der positiven Elektrode (genauer gesagt dem Positivelektrodenaktivmaterial, der Positivelektrodenaktivmaterialschicht) und dem Separator einschlossen sind, leicht vonstatten, wenn die Fremdmetallsubstanzen dem Potential der positiven Elektrode ausgesetzt sind. Es ist jedoch festzustellen, dass die Auflösung von Fremdmetallsubstanzen, die zwischen dem Separator und der negativen Elektrode (genauer gesagt dem Negativelektrodenaktivmaterial) eingeschlossen sind, Schwierigkeiten bereitet, da die Fremdmetallsubstanzen nicht einem so hohen Potential wie dem Potential der positiven Elektrode ausgesetzt sind. Die Fremdmetallsubstanzen an einem solchen Abschnitt lösen sich während eines späteren Gebrauchs der Batterie allmählich auf und können während des Gebrauchs einen Mikrokurzschluss bewirken. Beispielsweise bewirken die Fremdmetallsubstanzen selbst dann, wenn sie die gleiche Größe und Zusammensetzung besitzen, das Auftreten eines Mikrokurzschlusses mit einer Verzögerung (nachstehend kann ein solches Phänomen als „verzögerter Mikrokurzschluss” bezeichnet werden) im Vergleich zu dem Fall, dass Fremdmetallsubstanzen zwischen der positiven Elektrode und dem Separator eingeschlossen sind. In der hier beschriebenen Technik haben die Erfinder ein Konzept entwickelt, dass der Einschluss von Fremdmetallsubstanzen zwischen dem Separator und der negativen Elektrode unterbunden wird. Die Erfinder stellten fest, dass der Einschluss von Fremdmetallsubstanzen in die Elektrodenanordnung hauptsächlich zum Zeitpunkt des Imprägnierens des nicht-wässrigen Elektrolyten leicht erfolgt, und vervollständigten die Erfindung der vorliegenden Anmeldung.
Und zwar sieht ein erster Aspekt der Erfindung eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt vor. Die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt beinhaltet: eine Elektrodenanordnung; einen nicht-wässrigen Elektrolyten; und ein Batteriegehäuse. Die Elektrodenanordnung beinhaltet eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Separator. Die positive Elektrode beinhaltet eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht. Die negative Elektrode beinhaltet eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht. Der Separator ist zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode positioniert. Das Batteriegehäuse nimmt die Elektrodenanordnung und den nicht-wässrigen Elektrolyten auf. Enden von Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und des Separators sind zumindest teilweise miteinander verbunden. Bei dieser Ausgestaltung wird ein Spalt zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und dem Separator zum Zeitpunkt des Imprägnierens der Elektrodenanordnung mit dem nicht-wässrigen Elektrolyten nur schwerlich gebildet. Mithin kann ein Einschluss der Fremdmetallsubstanzen, die für einen verzögerten Mikrokurzschluss ursächlich werden, auf geeignete Weise unterbunden werden, was somit erwünscht ist. Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-151638 ( JP 2003-151638 A ) beschreibt eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, bei der eine aus einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode durch eine Klebeharzschicht mit einem Separator verbunden ist. Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie unterscheidet sich deutlich von der hier beschriebenen Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt im Hinblick auf die Tatsache, dass die positive Elektrode oder die negative Elektrode über die Klebeharzschicht mit dem Separator verbunden ist.
In dem obigen Aspekt kann die Elektrodenanordnung eine flach gerollte Elektrodenanordnung sein, die durch Stapeln der langen positiven Elektrode, der langen negativen Elektrode und des langen Separators und dann Rollen des Stapels aus positiver Elektrode, negativer Elektrode und Separator in eine ovale Querschnittsform mit einer Rollachse, die in einer Breitenrichtung senkrecht zu einer Längsrichtung der langen positiven Elektrode, der langen negativen Elektrode und des langen Separators ausgerichtet ist, gebildet ist. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator können an einem flachen Abschnitt einer Elektrodenfläche der flach gerollten Elektrodenanordnung (welcher nachstehend auch vereinfacht als ebener Abschnitt bezeichnet werden kann) in einem bandförmigen Bereich entlang jedes von Enden in der Breitenrichtung miteinander verbunden sein. Ein durch die Fremdmetallsubstanzen bedingter Mikrokurzschluss tritt leichter an dem ebenen Abschnitt als an einem gekrümmten Abschnitt der Elektrodenfläche der flach gerollten Elektrodenanordnung auf (welcher nachstehend auch vereinfacht als gekrümmter Rollabschnitt bezeichnet werden kann). Mithin wird durch Unterbinden eines Einschlusses von Fremdmetallsubstanzen in den ebenen Abschnitt der flach gerollten Elektrodenanordnung ein verzögerter Mikrokurzschluss effektiv unterbunden, was somit erwünscht ist.
In dem obigen Aspekt können die gesamten Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und des Separators miteinander verbunden sein. Bei dieser Ausgestaltung wird ein Einschluss von Fremdmetallsubstanzen zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und dem Separator zuverlässig unterbunden, was somit erwünscht ist.
In dem obigen Aspekt können die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator nicht miteinander verbunden sein. Wenn die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator in einem Zustand miteinander verbunden sind, in dem die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator miteinander verbunden sind, besteht die Möglichkeit, dass die Biegesteifigkeit der Elektrodenanordnung übermäßig hoch wird, was somit unerwünscht ist.
In dem obigen Aspekt können die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator derart miteinander verbunden sein, dass eine Ablösefestigkeit größer oder gleich 0,2 N/m und kleiner oder gleich 1,2 N/m wird. Somit sind die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator in einem angemessen verbundenen Zustand miteinander verbunden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung sieht ein Herstellungsverfahren für eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt vor. Das Herstellungsverfahren beinhaltet: Konstruieren einer Zelle durch Aufnehmen einer Elektrodenanordnung in ein Batteriegehäuse, wobei die Elektrodenanordnung eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Separator beinhaltet, die positive Elektrode eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet, die negative Elektrode eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet, der Separator zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode positioniert ist; Zuführen eines nicht-wässrigen Elektrolyten in das Batteriegehäuse; und zumindest teilweises Miteinanderverbinden von Enden von Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und des Separators vor Zuführen des nicht-wässrigen Elektrolyten. Somit werden Fremdmetallsubstanzen zum Zeitpunkt des Imprägnierens der Elektrodenanordnung mit dem nicht-wässrigen Elektrolyten nur schwerlich zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und dem Separator eingeschlossen, so dass es möglich ist, eine Batterie herzustellen, bei der ein verzögerter Mikrokurzschluss nur schwerlich auftritt.
In dem obigen Aspekt kann die Negativelektrodenaktivmaterialschicht ein Negativelektrodenaktivmaterial und ein Bindemittel beinhalten. Die negative Elektrode und der Separator können miteinander verbunden werden, indem die Negativelektrodenaktivmaterialschicht der negativen Elektrode und der Separator zum Zeitpunkt des Konstruierens der Zelle miteinander in Berührung gebracht und dann erhitzt werden, während die Enden der Berührungsflächen zumindest teilweise gedrückt werden. Somit werden die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator auf zuverlässige Weise miteinander verbunden.
In dem obigen Aspekt kann die Negativelektrodenaktivmaterialschicht ein Negativelektrodenaktivmaterial und ein Bindemittel beinhalten. Das Herstellungsverfahren kann ferner ein Trocknen der Zelle nach Konstruieren der Zelle beinhalten. Die negative Elektrode und der Separator können miteinander verbunden werden durch Erhitzen beim Trocknen der Zelle unter Aufbringen eines Drucks derart, dass die Enden der Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und des Separators in der Elektrodenanordnung von außerhalb des Batteriegehäuses zumindest teilweise gedrückt werden. Bei dieser Ausgestaltung werden die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator unter Verwendung des Zellentrocknungsschritts miteinander verbunden, was somit erwünscht ist.
In dem obigen Aspekt können die negative Elektrode und der Separator durch Aufbringen eines Drucks von größer oder gleich 0,01 MPa und kleiner oder gleich 1 MPa zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und dem Separator in einem Temperaturbereich, der gleich oder höher als ein Erweichungspunkt des Bindemittels und 125°C oder niedriger ist, miteinander verbunden werden. Folglich werden die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator auf zuverlässige Weise miteinander verbunden, was somit erwünscht ist.
In dem obigen Aspekt können die negative Elektrode und der Separator derart miteinander verbunden werden, dass eine Ablösefestigkeit größer oder gleich 0,2 N/m und kleiner oder gleich 1,2 N/m wird. Folglich werden die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator effektiv miteinander verbunden, was somit erwünscht ist.
In dem obigen Aspekt kann das Herstellungsverfahren ferner die Anwendung einer Alterung beinhalten. Durch Anwenden von Alterung auf die oben ausgestaltete Elektrodenanordnung erfolgt umgehend eine Auflösung und Ausfällung von Fremdmetallsubstanzen, die zwischen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und dem Separator eingeschlossen sind. Damit ist es möglich zu verhindern, dass eine Batterie, bei der ein Mikrokurzschluss aufgrund von Fremdmetallsubstanzen auftreten kann, in den Handel gelangt.
Wie oben beschrieben, können die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und das Herstellungsverfahren für eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung solche sein, bei denen ein verzögerter Mikrokurzschluss durch geeignetes Unterbinden eines Einschlusses von Fremdmetallsubstanzen in die Elektrodenanordnung unterbunden wird. Mithin werden Fremdmetallsubstanzen ferner beispielsweise durch gewöhnliches Altern auf zuverlässige Weise aufgelöst, so dass es möglich ist, durch einen Selbstentladungstest sehr genau zu bestimmen, ob es sich um ein mangelfreies Produkt oder ein mangelhaftes Produkt handelt. Das heißt, es ist möglich, dem Handel eine hochwertige und hochzuverlässige Sekundärbatterie zur Verfügung zu stellen, bei der ein Auftreten eines Mikrokurzschlusses aufgrund von Fremdmetallsubstanzen unterbunden wird. Die obige Sekundärbatterie ist leicht herstellbar, indem bisherigen Herstellungsschritten lediglich ein zusätzlicher Vorgang hinzugefügt wird, so dass die Sekundärbatterie kostengünstig bereitgestellt werden kann. Mithin ist eine solche Sekundärbatterie in verschiedenen Anwendung verwendbar und wird geeigneterweise als eine Antriebsleistungsversorgung verwendet, die an einem Fahrzeug, wie etwa einem Fahrzeug, das hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit erfordert, montiert ist. Die Sekundärbatterie kann allein (Einzelzelle) oder in Form eines Batteriepacks verwendet werden, bei dem eine Mehrzahl der Sekundärbatterien in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale, Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
1 eine Querschnittsansicht ist, die die Ausgestaltung einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigt;
2 eine schematische Ansicht ist, die die Ausgestaltung einer flach gerollten Elektrodenanordnung gemäß der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
3A ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens für eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
3B ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens für eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist; und
4A bis 4E Ansichten sind, die Abschnitte schematisch veranschaulichen, an denen eine negative Elektrode und ein Separator in der flach gerollten Elektrodenanordnung miteinander verbunden sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der Spezifikation ist eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt ein Begriff, der nicht nur eine sogenannte chemische Batterie beinhaltet, wie etwa eine Lithium-Sekundärbatterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie bzw. einen Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, eine Nickel-Cadmium-Batterie bzw. einen Nickel-Cadmium-Akkumulator und eine Bleispeicherbatterie bzw. einen Blei-Akkumulator, sondern auch ein Speicherelement (beispielsweise einen Pseudokondensator, einen Redox-Kondensator), das auf ähnliche Weise in einem ähnlichen industriellen Bereich wie eine chemische Batterie (zum Beispiel eine Lithium-Sekundärbatterie) verwendbar ist, einen Hybridkondensator, der eine Kombination aus der chemischen Batterie und dem Speicherelement ist, einen Lithium-Ionen-Kondensator und dergleichen. Die Lithium-Sekundärbatterie bedeutet eine Sekundärbatterie, die Lithiumionen als Elektrolytionen verwendet und die infolge der Migration von Lithiumionen (Migration von Ladungen) zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode geladen oder entladen wird. Generell sind Sekundärbatterien, die als eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Lithium-Polymer-Batterie und dergleichen bezeichnet werden, typische Beispiele, welche in der Lithium-Sekundärbatterie in der Spezifikation beinhaltet sind. In der Spezifikation bedeutet ein aktives Material bzw. Aktivmaterial eine Substanz (chemische Verbindung), die chemische Spezies (Lithium-Ionen bei der Lithium-Sekundärbatterie), welche als Ladungsträger auf der Seite der positiven Elektrode oder der Seite der negativen Elektrode dienen, wechselseitig okkludieren oder freisetzen kann.
In der hier beschriebenen Technik sind Fremdmetallsubstanzen, die ein Auflösungstarget sein können, Metall (typischerweise feine Metallteilchen), das in einem Herstellungsprozess für eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt in ein Batteriegehäuse eingeschlossen werden kann; sie besitzen ein Oxidations-Reduktionspotential innerhalb eines Betriebsspannungsbereichs der Sekundärbatterie und können bei jenem Potential aufgelöst (ionisiert) werden. Solche Fremdmetallsubstanzen können beispielsweise unweigerlich als Verunreinigungen von konstituierenden Rohmaterialien der Sekundärbatterie, Staubteilchen bei Zerstäubung oder Bearbeitung zum Zeitpunkt des Schweißens, oder dergleichen in dem Batteriegehäuse eingeschlossen werden. Metallische Elemente, die solche Fremdmetallsubstanzen bilden (und deren Oxidations-Reduktionspotentiale), sind typischerweise zum Beispiel Eisen (Fe; 2,6 V) und Kupfer (Cu; 3,4 V), und die Zusammensetzungen von Fremdmetallsubstanzen sind chemische Elemente derselben, Legierungen derselben, und dergleichen. Insbesondere ist zum Beispiel Eisen ein Hauptbestandteil eines Edelstahls, der häufig verschiedentlich als Fertigungsvorrichtungen, konstituierende Elemente und dergleichen verwendet wird, so dass Eisen als ein chemisches Element gilt, das mit hoher Wahrscheinlichkeit im Herstellungsprozess eingeschlossen wird. In der Spezifikation bedeutet ein Potential ein Lithium-Referenzpotential (V vs. Li/Li⁺), sofern nichts Anderes angegeben ist.
Nachstehend wird die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt zusammen mit Ausführungsformen eines Herstellungsverfahrens für die hier beschriebene Batterie beschrieben. In der Spezifikation können Sachverhalte mit Ausnahme jener Sachverhalte, auf die speziell Bezug genommen wird und deren Ausführung erforderlich ist (die generelle Ausgestaltung und dergleichen der Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, welche die Erfindung nicht kennzeichnen), von einem Fachmann basierend auf dem existierenden Stand der Technik in jenem Gebiet als eine Gestaltungsfrage verstanden werden. Die so aufgebaute Sekundärbatterie kann auf Basis der in der Spezifikation beschriebenen Informationen und technischem Allgemeinwissen in dem Gebiet ausgeführt werden. Nachstehend wird eine Lithium-Sekundärbatterie, die eine gewünschte Ausführungsform ist, beispielhaft beschrieben; jedoch ist das Zielobjekt, auf das die Erfindung angewendet wird, nicht dazu gedacht, auf die Batterie bzw. den Akkumulator beschränkt zu sein.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht der Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß der Ausführungsform. 2 ist eine schematische Ansicht, die die Ausgestaltung einer Elektrodenanordnung veranschaulicht, welche in der Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt vorgesehen ist. 3A und 3B sind Flussdiagramme, die Herstellungsverfahren für die hier beschriebene Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt zeigen. Nachstehend spiegeln die Maßstabsverhältnisse (Länge, Breite, Dicke und dergleichen) in den Zeichnungen nicht immer tatsächliche Maßstabsverhältnisse wider. Die hier beschriebene Sekundärbatterie 100 mit nicht-wässrigem Elektrolyt beinhaltet im Wesentlichen eine Elektrodenanordnung 20, einen nicht-wässrigen Elektrolyten (nicht gezeigt) und ein Batteriegehäuse 10. Die Elektrodenanordnung 20 beinhaltet eine positive Elektrode 30, eine negative Elektrode 40 und einen Separator 50. Die positive Elektrode 30 beinhaltet eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34. Die negative Elektrode 40 beinhaltet eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44. Der Separator 50 ist zwischen dieser positiven Elektrode 30 und negativen Elektrode 40 positioniert. Die Elektrodenanordnung 20 und der nicht-wässrige Elektrolyt sind in dem Batteriegehäuse 10 aufgenommen. Auf die so konstruierte Sekundärbatterie 100 wird eine Erstaufladung unter einer vorbestimmten Bedingung angewandt, um die Sekundärbatterie 100 auf einen tatsächlich verwendbaren (auslieferbaren) Zustand einzustellen. Beispielsweise kann auf die Batterie nach Erstaufladen eine Hochtemperaturalterung zu dem Hauptzweck des Stabilisierens einer Batteriereaktion, ein Selbstentladungstest (Niedrigtemperaturalterung) zur Überprüfung auf einen Mikrokurzschluss, oder dergleichen angewandt werden. Nur diejenige Batterie, die den Test bestanden hat, wird als ein Produkt ausgeliefert.
Im Übrigen können zum Zeitpunkt des Konstruierens der Zelle 100 Fremdmetallsubstanzen in der Elektrodenanordnung 20 eingeschlossen werden. In einem solchen Fall, wenn das Potential der positiven Elektrode 30 infolge von Erstaufladung oder Aufladung zum Altern höher wird als das Auflösungspotential (Oxidationspotential) von Fremdmetallsubstanzen, werden Fremdmetallsubstanzen nahe der positiven Elektrode 30 oxidiert (verlieren Elektronen), so dass sie zu Metallionen werden, und lösen sich in dem Elektrolyten auf. Wenn beispielsweise die Fremdmetallsubstanzen Kupfer oder Eisen sind, löst sich Kupfer auf wie Cu → Cu²⁺, oder Eisen löst sich auf wie Fe → Fe²⁺. Die Metallionen sind positiv geladen, so dass die Metallionen für gewöhnlich geradlinig hin zu der negativen Elektrode 40 durch den Separator 50 zwischen der positiven und negativen Elektrode wandern. Die Metallionen werden an einer Position auf der negativen Elektrode 40, die den Fremdmetallsubstanzen zugewandt ist, reduziert und fallen lokal (in starkem Maße) aus. Mithin wächst mit fortschreitender Aufladung eine Ausfällung auf der negativen Elektrode allmählich in Richtung der positiven Elektrode 30 an. Wenn die Ausfällung die positive Elektrode erreicht, erfolgt in der Batterie ein Kurzschluss (Mikrokurzschluss).
Wenn Fremdmetallsubstanzen nicht dem Potential der positiven Elektrode 30 ausgesetzt sind, konkret beispielsweise dann, wenn Fremdmetallsubstanzen zwischen der negativen Elektrode 40 und dem Separator 50 vorliegen, erreicht das Potential an der Position, an der die Fremdmetallsubstanzen vorliegen, nur schwerlich das Auflösungspotential, so dass die Fremdmetallsubstanzen sich nur schwer auflösen lassen. Jedoch kann beispielsweise je nach der Verwendungsweise der Batterie die Auflösung von Fremdmetallsubstanzen allmählich erfolgen, zum Beispiel aufgrund der Tatsache, dass das Potential der Fremdmetallsubstanzen infolge von örtlicher Überladung oder dergleichen intermittierend das Auflösungspotential erreicht. Beispielsweise tritt in einer Batterie in einem Verwendungsmodus, in dem eine große Kapazität mit einer hohen Geschwindigkeit aufgeladen oder entladen wird, leicht ein überladener Zustand auf. Während des Gebrauchs der Batterie kann eine Situation eintreten, in der ein Kurzschluss mit einer Verzögerung auftritt. Um eine solche Situation zu vermeiden, setzt die hier beschriebene Sekundärbatterie 100 mit nicht-wässrigem Elektrolyt eine Ausgestaltung derart ein, dass Fremdmetallsubstanzen nicht zwischen der negativen Elektrode 40 und dem Separator 50 eingeschlossen werden.
In der hier beschriebenen Technik wird die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt konkret beispielsweise, wie in 3A gezeigt, in dem folgenden Verfahren hergestellt.

(S1) Zellenkonstruktionsschritt
(S2) Zufuhrschritt des nicht-wässrigen Elektrolyten

Vor dem Zufuhrschritt des nicht-wässrigen Elektrolyten (S2) ist (X), ein Verbindungsschritt des zumindest teilweisen Miteinanderverbindens der Enden von Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und des Separators, als ein Merkmal beinhaltet.
S1. Konstruktion der Zelle
In Schritt S1 wird zunächst die Elektrodenanordnung, welche die positive Elektrode 30, die negative Elektrode 40 und den Separator 50 beinhaltet, erstellt. Die positive Elektrode 30 beinhaltet die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34. Die negative Elektrode 40 beinhaltet die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44. Der Separator 50 ist zwischen der positiven Elektrode 30 und der negativen Elektrode 40 positioniert.
Positive Elektrode
Die positive Elektrode 30 beinhaltet typischerweise einen langen Positivelektrodenstromkollektor 32 und die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 wird auf dem Positivelektrodenstromkollektor 32 gehalten. Der Positivelektrodenstromkollektor 32 beinhaltet typischerweise einen Abschnitt, an dem die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 gebildet ist, und einen Positivelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitt 33. An dem Positivelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitt 33 ist keine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 vorgesehen und der Stromkollektor 32 liegt frei. Der Positivelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitt 33 ist typischerweise bandförmig entlang eines Endes des langen Positivelektrodenstromkollektors 32 in der Breitenrichtung vorgesehen. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 ist auf der Oberfläche des Positivelektrodenstromkollektors 32 mit Ausnahme des Positivelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitts 33 vorgesehen. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 kann auf beiden Flächen des Positivelektrodenstromkollektors 32 vorgesehen sein oder kann nur auf einer der Flächen vorgesehen sein. Der Positivelektrodenstromkollektor 32 ist geeigneterweise ein elektrisch leitendes Element, das aus einem Metall mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit (zum Beispiel Aluminium, Nickel oder dergleichen) hergestellt ist. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 beinhaltet mindestens ein Positivelektrodenaktivmaterial und besitzt eine poröse Struktur, so dass eine Imprägnierung eines nicht-wässrigen Elektrolyten möglich ist.
Ein Verfahren des Erstellens der positiven Elektrode 30 unterliegt keinen speziellen Einschränkungen. Beispielsweise wird eine Zusammensetzung in Form einer Paste (einschließlich Schlämme und Tinte) (nachstehend als „Positivelektrodenpaste” bezeichnet) durch Vermischen eines Positivelektrodenaktivmaterials, eines elektrisch leitenden Materials, eines Bindemittels und dergleichen in einem geeigneten Lösungsmittel (zum Beispiel NMP) erstellt, und die resultierende Paste wird auf den Positivelektrodenstromkollektor 32 aufgebracht. Somit wird die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 gebildet. Ein Verfahren des Aufbringens der Positivelektrodenpaste ist zum Beispiel ein Verfahren des Auftragens der Positivelektrodenpaste auf eine Fläche oder beide Flächen des Positivelektrodenstromkollektors unter Verwendung eines bislang bekannten Beschichtungsapplikators (zum Beispiel eines Schlitzbeschichters, eines Düsenbeschichters, eines Kommabeschichters, eines Gravurbeschichters). Alternativ werden ein Positivelektrodenaktivmaterial, ein elektrisch leitendes Material und ein Bindemittel auf eine geeignete Größe granuliert, um Granulen zu bilden, und die Granulen werden auf den Positivelektrodenstromkollektor 32 aufgebracht und druckverbunden. Somit wird die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 gebildet.
Das Positivelektrodenaktivmaterial kann ein Material sein, das imstande ist, Lithiumionen zu okkludieren oder freizusetzen, und ist geeigneterweise eine lithiumhaltige Verbindung (zum Beispiel Lithium-Übergangsmetall-Kompositoxid), die Lithiumelement und ein oder zwei oder mehr Arten von Übergangsmetallelementen beinhaltet. Beispielsweise ist ein Lithium-Übergangsmetall-Oxid mit einer Schichtsalz- oder Spinellkristallstruktur ein geeignetes Beispiel. Das Lithium-Übergangsmetall-Oxid kann beispielsweise ein Lithium-Nickel-Kompositoxid (zum Beispiel LiNiO₂), ein Lithium-Cobalt-Kompositoxid (zum Beispiel LiCoO₂), ein Lithium-Mangan-Kompositoxid (zum Beispiel LiMn₂O₄) oder ein ternäres lithiumhaltiges Kompositoxidsystem, wie etwa ein Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Kompositoxid (zum Beispiel LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂), sein. Eine polyanionische Verbindung (zum Beispiel LiFePO₄, LiMnPO₄, LiFeVO₄, LiMnVO₄, Li₂FeSiO₄, Li₂MnSiO₄, Li₂CoSiO₄), die durch die allgemeine Formel LiMPO₄ oder LiMVO₄ oder Li₂MSiO₄ ausgedrückt wird (M in der Formel ist mindestens ein oder mehrere chemische Elemente, ausgewählt aus Co, Ni, Mn und Fe), oder dergleichen kann als das Positivelektrodenaktivmaterial verwendet werden.
Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 kann eine oder zwei oder mehr Arten von Materialien enthalten, welche gegebenenfalls zusätzlich zu dem Positivelektrodenaktivmaterial als die konstituierenden Komponenten der Positivelektrodenaktivmaterialschicht in einer allgemeinen Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt verwendbar sind. Ein Beispiel für ein solches Material beinhaltet ein elektrisch leitendes Material und ein Bindemittel. Das elektrisch leitende Material kann geeigneterweise zum Beispiel ein Kohlenstoffmaterial, wie etwa verschiedene Kohlenstoffruße (beispielsweise Acetylenruß oder Ketjen-Ruß), aktivierter Kohlenstoff, Graphit und Kohlenstofffaser, sein. Das Bindemittel kann geeigneterweise zum Beispiel ein Vinylhalogenidharz, wie etwa Polyvinylidenfluorid (PVdF), und ein Polyalkylenoxid, wie etwa ein Polyethylenoxid (PEO), sein.
Der Anteil des Positivelektrodenaktivmaterials in der gesamten Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 ist unter dem Gesichtspunkt des Erzielens einer hohen Energiedichte angemessenerweise größer oder gleich etwa 60 Massenprozent (typischerweise 60 Massenprozent bis 95 Massenprozent), und beträgt für gewöhnlich geeigneterweise etwa 70 Massenprozent bis 95 Massenprozent. Wenn das Bindemittel verwendet wird, kann der Anteil des Bindemittels in der gesamten Positivelektrodenaktivmaterialschicht unter dem Gesichtspunkt des geeigneten Sicherstellens einer mechanischen Festigkeit (Formfestigkeit) beispielsweise etwa 0,5 Massenprozent bis 10 Massenprozent betragen, und beträgt geeigneterweise für gewöhnlich etwa 1 Massenprozent bis 5 Massenprozent. Wenn das elektrisch leitende Material verwendet wird, kann der Anteil des elektrisch leitenden Materials in der gesamten Positivelektrodenaktivmaterialschicht unter dem Gesichtspunkt des Erzielens sowohl von Ausgabeeigenschaften als auch Energiedichte auf einem hohen Niveau beispielsweise etwa 1 Massenprozent bis 20 Massenprozent betragen, und beträgt geeigneterweise für gewöhnlich etwa 2 Massenprozent bis 10 Massenprozent.
Die flächenbezogene Masse (Flächengewicht) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34, welche auf dem Positivelektrodenstromkollektor 32 vorgesehen ist, muss unter dem Gesichtspunkt des Erzielens einer hohen Energiedichte lediglich größer oder gleich 3 mg/cm² (zum Beispiel größer oder gleich 5 mg/cm², typischerweise größer oder gleich 7 mg/cm²) pro Fläche einer Seite des Positivelektrodenstromkollektors 32 sein. Unter dem Gesichtspunkt des Erzielens von hervorragenden Ausgabeeigenschaften muss das Flächengewicht der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 lediglich kleiner oder gleich 100 mg/cm² (zum Beispiel kleiner oder gleich 70 mg/cm², typischerweise kleiner oder gleich 50 mg/cm²) pro Fläche einer Seite des Positivelektrodenstromkollektors 32 sein. Die durchschnittliche Dicke der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 pro Fläche einer Seite muss lediglich beispielsweise größer oder gleich 20 μm (typischerweise größer oder gleich 40 μm) und kleiner oder gleich 100 μm (typischerweise kleiner oder gleich 80 μm) sein. Die Dichte der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34 muss lediglich beispielsweise größer oder gleich 1,0 g/cm³ (typischerweise größer oder gleich 2,0 g/cm³) und kleiner oder gleich 4,5 g/cm³ (zum Beispiel kleiner oder gleich 4,0 g/cm³) sein.
Negative Elektrode
Die lange negative Elektrode 40 beinhaltet typischerweise einen langen Negativelektrodenstromkollektor 42 und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 ist auf dem Negativelektrodenstromkollektor 42 gebildet. Der Negativelektrodenstromkollektor 42 beinhaltet einen Abschnitt, an dem die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 gebildet ist, und einen Negativelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitt 43. An dem Negativelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitt 43 ist keine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 vorgesehen und der Stromkollektor 42 liegt frei. Der Negativelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitt 43 ist typischerweise bandförmig entlang eines Endes des Negativelektrodenstromkollektors 42 in der Breitenrichtung vorgesehen. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 ist auf der Oberfläche des Negativelektrodenstromkollektors 42 mit Ausnahme des Negativelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitts 43 vorgesehen. Der Negativelektrodenstromkollektor 42 ist geeigneterweise ein elektrisch leitendes Element, das aus einem Metall mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit (zum Beispiel Kupfer, Nickel oder dergleichen) hergestellt ist. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 beinhaltet mindestens ein Negativelektrodenaktivmaterial und besitzt eine poröse Struktur derart, dass eine Imprägnierung eines nicht-wässrigen Elektrolyten möglich ist.
Ein Verfahren des Erstellens der negativen Elektrode unterliegt keinen speziellen Einschränkungen. Beispielsweise wird eine Zusammensetzung in Form einer Paste (nachstehend als „Negativelektrodenpaste” bezeichnet) durch Vermischen eines Negativelektrodenaktivmaterials, eines Bindemittels und dergleichen in einem geeigneten Lösungsmittel erstellt, und die resultierende Paste wird auf den Negativelektrodenstromkollektor aufgetragen, um die Negativelektrodenaktivmaterialschicht zu bilden. Die so erstellte negative Elektrode kann verwendet werden. Alternativ werden das Negativelektrodenaktivmaterial und ein nachstehend beschriebenes elektrisch leitendes Material sowie gegebenenfalls ein Bindemittel auf eine geeignete Größe granuliert, um Granulen zu bilden, und die Granulen werden auf den Negativelektrodenstromkollektor 42 aufgebracht und druckverbunden. Somit wird die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 gebildet. Ein zu dem Fall der oben beschriebenen positiven Elektrode ähnliches Verfahren kann gegebenenfalls als ein Verfahren des Ausbildens der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 eingesetzt werden.
Das Negativelektrodenaktivmaterial kann eine oder zwei oder mehr Arten von verschiedenen bekannten Materialien sein, die als das Negativelektrodenaktivmaterial der Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt verwendbar sind. Ein geeignetes Beispiel für das Negativelektrodenaktivmaterial beinhaltet ein Kohlenstoffmaterial, wie etwa Graphit, nicht-graphitisierbaren Kohlenstoff (Hartkohlenstoff), graphitisierbaren Kohlenstoff (Weichkohlenstoff), Kohlenstoffnanoröhrchen, und ein Material mit einer Struktur, die beliebige zwei oder mehr derselben kombiniert. Unter anderem kann unter dem Gesichtspunkt der Energiedichte geeigneterweise ein Graphitmaterial, wie etwa Naturgraphit (Reißblei) und künstlicher Graphit, verwendet werden. Das Graphitmaterial kann geeigneterweise ein Material sein, bei dem amorpher Kohlenstoff auf mindestens einem Teil der Oberfläche angeordnet ist. Noch geeigneter ist nahezu die gesamte Oberfläche von granularem Kohlenstoff mit einem amorphen Kohlenstofffilm beschichtet. Viele Kantenflächen liegen auf der Oberfläche von amorphem Kohlenstoff frei, so dass die Akzeptanz von Ladungsträgern hoch ist (das heißt, die Geschwindigkeit der Okklusion/Freisetzung von Ladungsträgern ist hoch). Graphit besitzt eine hohe theoretische Kapazität und eine hervorragende Energiedichte. Mithin ist es durch Verwendung von amorphem, mit Kohlenstoff beschichtetem Graphit als das Negativelektrodenaktivmaterial möglich, die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt zu realisieren, welche eine hohe Kapazität, eine hohe Energiedichte und hervorragende Eingabe-/Ausgabeeigenschaften besitzt. Abgesehen von solchen Kohlenstoffmaterialien kann beispielsweise ein Lithium-Titan-Kompositoxid, wie etwa Li₄Ti₅O₁₂, oder eine Lithium-Übergangsmetall-Kompositverbindung, wie etwa ein Lithium-Übergangsmetall-Kompositnitrid, verwendet werden.
Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 kann ein oder zwei oder mehr Materialien enthalten, die gegebenenfalls zusätzlich zu dem Negativelektrodenaktivmaterial als die konstituierenden Komponenten der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 in einer allgemeinen Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt verwendbar sind. Beispiele für solche Materialien beinhalten ein Bindemittel und verschiedene Additive. Ein ähnliches Bindemittel wie das in der negativen Elektrode einer allgemeinen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendete Bindemittel kann gegebenenfalls als das Bindemittel eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein ähnliches Bindemittel wie jenes in der positiven Elektrode 30 verwendet werden. Als eine geeignete Ausführungsform kann bei Verwendung des wässrigen Lösungsmittels zur Bildung der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 geeigneterweise ein Kautschuk, wie etwa Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), ein wasserlösliches Polymermaterial, wie etwa Polyethylenoxid (PEO) und ein Vinylacetatcopolymer, oder ein wasserdispergierbares Polymermaterial eingesetzt werden. Abgesehen von den Vorstehenden können gegebenenfalls verschiedene Additive, wie etwa ein Verdickungsmittel, ein Dispergiermittel und ein elektrisch leitendes Material, verwendet werden. Beispielsweise beinhaltet das Verdickungsmittel Carboxymethylcellulose (CMC), Methylcellulose (MC), ein Polymer auf Cellulosebasis, wie etwa Celluloseacetatphthalat (CAP).
Der Anteil des Negativelektrodenaktivmaterials in der gesamten Negativelektrodenaktivmaterialschicht ist angemessenerweise größer oder gleich etwa 50 Massenprozent und beträgt geeigneterweise für gewöhnlich 90 Massenprozent bis 99 Massenprozent (zum Beispiel 95 Massenprozent bis 99 Massenprozent). Somit ist es möglich, eine hohe Energiedichte zu erzielen. Wenn das Bindemittel verwendet wird, kann der Anteil des Bindemittels in der gesamten Negativelektrodenaktivmaterialschicht beispielsweise etwa 1 Massenprozent bis 10 Massenprozent betragen und beträgt geeigneterweise für gewöhnlich etwa 1 Massenprozent bis 5 Massenprozent. Somit wird die mechanische Festigkeit (Formfestigkeit) der Negativelektrodenaktivmaterialschicht auf geeignete Weise sichergestellt, und eine hohe Dauerhaltbarkeit wird erzielt. Wenn das Verdickungsmittel verwendet wird, kann der Anteil des Verdickungsmittels in der gesamten Negativelektrodenaktivmaterialschicht beispielsweise etwa 1 Massenprozent bis 10 Massenprozent betragen und beträgt geeigneterweise für gewöhnlich etwa 1 Massenprozent bis 5 Massenprozent.
Die flächenbezogene Masse (Flächengewicht) der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44, die auf dem Negativelektrodenstromkollektor 42 vorgesehen ist, muss unter dem Gesichtspunkt des Erzielens einer hohen Energiedichte und einer Leistungsdichte lediglich größer oder gleich 5 mg/cm² (typischerweise größer oder gleich 7 mg/cm²) pro Fläche einer Seite des Negativelektrodenstromkollektors 42 und kleiner oder gleich etwa 20 mg/cm² (typischerweise 15 mg/cm²) sein. Die Dicke der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 pro Fläche einer Seite muss lediglich beispielsweise größer oder gleich 40 μm (typischerweise größer oder gleich 50 μm) und kleiner oder gleich 100 μm (typischerweise kleiner oder gleich 80 μm) sein. Die Dichte der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 muss lediglich beispielsweise größer oder gleich 0,5 g/cm³ (typischerweise größer oder gleich 1,0 g/cm³) und kleiner oder gleich 2,0 g/cm³ (typischerweise 1,5 g/cm³) sein.
Separator
Der Separator 50 ist ein konstituierendes Material, welches die positive Elektrode 30 und die negative Elektrode 40 elektrisch voneinander isoliert, Ladungsträger hält und den Durchtritt der Ladungsträger erlaubt. Der Separator 50 kann geeigneterweise aus einer mikroporösen Harzfolie gebildet sein, die aus verschiedenen Materialien hergestellt ist. Obzwar der Separator 50 keinen speziellen Einschränkungen unterliegt, kann er so ausgestaltet sein, dass er eine Shutdown- bzw. Abschaltfunktion des Unterbrechens des Durchtritts von Ladungsträgern durch Erweichen und Schmelzen besitzt, wenn die Temperatur der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 eine vorbestimmte Temperatur wird. Beispielsweise eignet sich eine mikroporöse Folie aus einem Polyolefinharz, typischerweise Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), als der Separator 50, da die mikroporöse Folie imstande ist, eine Abschalttemperatur (zum Beispiel Erweichungstemperatur) auf relativ geeignete Weise einzustellen. Beispielsweise kann die Abschalttemperatur (Erweichungstemperatur) des aus Polyethylen hergestellten Separators 50 auf 120°C bis 145°C, geeigneterweise 125°C bis 140°C, eingestellt werden und kann beispielsweise auf 130°C bis 135°C eingestellt werden.
In dem Separator 50 wird, um der Oxidationsatmosphäre der positiven Elektrode ausreichend standzuhalten, die mikroporöse Harzfolie als ein Basismaterial verwendet, und die Oberfläche (Fläche einer Seite) des Basismaterials, welche der positiven Elektrode 30 zugewandt ist, kann aus einem oxidationsbeständigen Harz, wie etwa Polyamid und Polyamidimid, gebildet sein, das eine höhere Oxidationsbeständigkeit besitzt als das Polyolefinharz. Alternativ wird die mikroporöse Harzfolie als ein Basismaterial verwendet und eine wärmebeständige Schicht (HRL von engl. „Heat-Resistant Layer”), die aus einem anorganischen Füllstoff (anorganischen Aggregat) mit einer wärmebeständigen Beschaffenheit und einer elektrisch isolierenden Beschaffenheit hergestellt ist, kann auf einer Fläche einer Seite oder auf beiden Flächen des Basismaterials vorgesehen sein. Geeigneterweise kann die HRL auf der Oberfläche (Fläche einer Seite) vorgesehen sein, welche der positiven Elektrode 30 zugewandt ist. Beispielsweise kann ein feines Pulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von größer oder gleich etwa 0,1 μm und kleiner oder gleich 3 μm, welches aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Cerdioxid (CeO₂), Yttriumoxid (Y₂O₃), Böhmit (Al2O_3☐H₂O), Mullit (Al₆O₁₃Si₂), Magnesiumoxid (MgO), Siliziumdioxid (SiO₂), Titandioxid (TiO₂) oder dergleichen hergestellt ist, als der anorganische Füllstoff verwendet werden.
Somit kann ein Kurzschluss zwischen der positiven Elektrode 30 und der negativen Elektrode 40 beispielsweise selbst dann verhindert werden, wenn die Temperatur der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 höher wird als der Schmelzpunkt des Separators 50 und der Separator 50 daraufhin schrumpft oder bricht. Durch Vorsehen des anorganischen Füllstoffs auf der Oberfläche, welche der positiven Elektrode 30 zugewandt ist, wird auf geeignete Weise eine Verbindung der (später beschriebenen) negativen Elektrode 40 mit dem Separator 50 erreicht. Obzwar die durchschnittliche Dicke des gesamten Separators 50 keinen speziellen Einschränkungen unterliegt, kann die durchschnittliche Dicke für gewöhnlich größer oder gleich 10 μm, typischerweise größer oder gleich 15 μm und zum Beispiel größer oder gleich 17 μm sein. Der obere Grenzwert der durchschnittlichen Dicke kann kleiner oder gleich 40 μm, typischerweise kleiner oder gleich 30 μm und zum Beispiel kleiner oder gleich 25 μm sein. Da die durchschnittliche Dicke in den vorstehenden Bereich fällt, wird die hohe Durchlässigkeit für Ladungsträger beibehalten, und das Auftreten eines Mikrokurzschlusses (Leckstroms) wird erschwert. Mithin wird sowohl die Eingabe-/Ausgabedichte als auch Sicherheit auf einem hohen Niveau erreicht.
Elektrodenanordnung
Beispielsweise wird die in 2 gezeigte flach gerollte Elektrodenanordnung 20 unter Verwendung der erstellten positiven Elektrode 30, negativen Elektrode 40 und des Separators 50 gebildet. Und zwar werden die lange positive Elektrode 30, die lange negative Elektrode 40 und die beiden langen Separatoren 50 derart gestapelt, dass einer der Separatoren 50 zwischen der langen positiven Elektrode 30 und der langen negativen Elektrode 40 positioniert ist und der andere der langen Separatoren 50 auf die lange negative Elektrode 40 und über die lange negative Elektrode 40 gegenüberliegend zu dem einen der langen Separatoren 50 gestapelt ist, und dann in eine ovale Querschnittsform mit einer Rollachse gerollt, die in der Breitenrichtung senkrecht zu der Längsrichtung ausgerichtet ist. Die flach gerollte Elektrodenanordnung 20 kann durch seitliches Drücken und Quetschen der zylindrisch gerollten Elektrodenanordnung 20 geformt werden oder kann durch Rollen des Stapels aus langer positiver Elektrode 30, langer negativer Elektrode 40 und langen Separatoren 50 von vorherein in einer flachen Querschnittsform ausgebildet werden. Die Form der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 kann nach Maßgabe der Form des zu verwendenden Batteriegehäuses 10 angemessen eingestellt werden.
Zum Zeitpunkt des Stapelns der positiven Elektrode 30, der negativen Elektrode 40 und der Separatoren 50 müssen die positive Elektrode 30 und die negative Elektrode 40 einander lediglich mit einem geringen Versatz in der Breitenrichtung derart überlappen, dass der Positivelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitt 33 der positiven Elektrode 30 und der Negativelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitt 43 der negativen Elektrode 40 von einem Ende bzw. dem anderen Ende der Separatoren 50 in der Breitenrichtung hervorstehen. Infolgedessen erstrecken sich der Positivelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitt 33 und der Negativelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitt 43 in der Richtung der Rollachse W der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 von einem Rollkernabschnitt (das heißt, einem Abschnitt, an dem die Positiv- und Negativelektrodenaktivmaterialschichten 34, 44 einander zugewandt sind) nach außen. Unter Verwendung des Positivelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitts 33 und des Negativelektrodenstromkollektor-Freilegeabschnitts 43 wird Strom mit hoher Effizienz gesammelt.
Zusammenbau der Zelle
Als Nächstes wird die Elektrodenanordnung 20 in dem geeigneten Batteriegehäuse 10 aufgenommen. Die Sekundärbatterie (Zelle) 100 wird durch hermetisches Abdichten des Gehäuses 10 konstruiert. Obzwar nicht konkret eine strikte Unterscheidung getroffen wird, kann die Batterie in der Spezifikation bis zum Abschluss einer Behandlung, wie etwa Erstaufladung und Alterung, in dem Zustand, in dem die Elektrodenanordnung in dem Batteriegehäuse aufgenommen ist, als Zelle bezeichnet werden. Ein Material und eine Form, die herkömmlicherweise für eine Sekundärbatterie verwendet werden, können für das Batteriegehäuse 10 verwendet werden. Beispielsweise kann ein relativ leichtes Metallmaterial, wie etwa Aluminium und Stahl, oder ein Harzmaterial, wie etwa Polyphenylensulfidharz und Polyimidharz, als das Material des Batteriegehäuses verwendet werden. Unter anderem kann unter dem Gesichtspunkt beispielsweise des Verbesserns einer Wärmeabstrahlungseigenschaft und Energiedichte geeigneterweise das aus einem relativ leichten Metall (zum Beispiel Aluminium oder einer Aluminiumlegierung) hergestellte Batteriegehäuse 10 eingesetzt werden. Die Form des Gehäuses 10 (die äußere Form des Gehäuses) unterliegt auch keinen speziellen Einschränkungen. Beispielsweise kann die Form des Gehäuses 10 eine Kreisform (eine zylindrische Form, eine Münzform, eine Knopfform), eine Hexaeder-Form (Kastenform), eine durch Bearbeiten einer dieser Formen verformte Form oder dergleichen sein.
Das in dieser Zeichnung veranschaulichte Batteriegehäuse 10 beinhaltet einen flachen, rechtwinkligen, parallelepipedischen (kastenförmigen) Gehäusekörper 12 und einen Verschlussdeckel 14. Das obere Ende des Gehäusekörpers 12 ist offen. Der Verschlussdeckel 14 verschließt die Öffnung. Ein Positivelektrodenanschluss 60 und ein Negativelektrodenanschluss 70 sind an der oberen Fläche (das heißt, dem Verschlussdeckel 14) des Batteriegehäuses 10 vorgesehen. Der Positivelektrodenanschluss 60 ist mit der positiven Elektrode 30 der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 elektrisch verbunden. Der Negativelektrodenanschluss 70 ist mit der negativen Elektrode 40 der Elektrodenanordnung 20 elektrisch verbunden. Beispielsweise ist eine Positivelektrodenstromsammelplatte 62 mit dem freiliegenden Ende des Positivelektrodenstromkollektors 32 der Elektrodenanordnung 20 durch einen geschweißten Abschnitt oder dergleichen verbunden, und eine Negativelektrodenstromsammelplatte 72 ist mit dem freiliegenden Ende des Negativelektrodenstromkollektors 42 durch einen geschweißten Abschnitt oder dergleichen verbunden. Die Positivelektrodenstromsammelplatte 62 und die Negativelektrodenstromsammelplatte 72 sind mit dem Positivelektrodenanschluss 60 bzw. dem Negativelektrodenanschluss 70 elektrisch verbunden. In dem Batteriegehäuse 10 kann gegebenenfalls ein Sicherheitsmechanismus, wie etwa ein Stromunterbrechungsmechanismus 80 (ein Mechanismus, der Strom als Reaktion auf einen Anstieg des Innendrucks zum Zeitpunkt des Überladens der Batterie unterbrechen kann), in einem elektrisch leitenden Pfad zwischen dem Positivelektrodenanschluss 60 und der Elektrodenanordnung 20 oder einem elektrisch leitenden Pfad zwischen dem Negativelektrodenanschluss 70 und der Elektrodenanordnung 20 vorgesehen sein. Der Verschlussdeckel 14, sowie das Batteriegehäuse 10 einer existierenden Sekundärbatterie, beinhaltet ein Sicherheitsventil 82, eine Einfüllöffnung 84 und dergleichen. Das Sicherheitsventil 82 wird zum Abgeben von Gas, das im Inneren des Batteriegehäuses erzeugt wird, nach außen aus dem Gehäuse verwendet. Die Einfüllöffnung 84 wird zum Einfüllen eines nicht-wässrigen Elektrolyten verwendet.
Abdichtungsarbeiten können in einem ähnlichen Verfahren wie einem Verfahren, das herkömmlicherweise für eine Sekundärbatterie verwendet wird, durchgeführt werden. Wenn beispielsweise das aus einem Metall hergestellte Batteriegehäuse 10 verwendet wird, kann eine Technik wie etwa Laserschweißen, Widerstandsschweißen und Elektronenstrahlschweißen verwendet werden. Wenn das aus einem Nichtmetall (zum Beispiel einem Harzmaterial) hergestellte Batteriegehäuse 10 verwendet wird, kann eine Technik wie etwa Verbinden unter Verwendung eines Klebstoffs und Ultraschallweißen verwendet werden.
X. Verbinden
Es ist anzunehmen, dass ein Einschluss von Fremdmetallsubstanzen zwischen der negativen Elektrode 40 und jedem der Separatoren 50 zu dem Zeitpunkt erfolgt, wenn ein nicht-wässriger Elektrolyt in die wie oben beschrieben konstruierte Zelle eingefüllt wird und der nicht-wässrige Elektrolyt dann zwischen die negative Elektrode 40 und jeden Separator 50 in der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 imprägniert wird. Somit wird in der hier beschriebenen Technik vor dem Zuführen eines nicht-wässrigen Elektrolyten im nächsten Schritt S2 dieser Schritt X durchgeführt, und die Enden der Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jedes der Separatoren 50 werden zumindest teilweise miteinander verbunden.
X-1. Verbinden im Trocknungsschritt
Je nach der Anwendung der Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt kann ein Zellentrocknungsschritt aufgenommen werden, nachdem die Zelle konstruiert wurde und bevor ein nicht-wässriger Elektrolyt zugeführt wird. In diesem Zellentrocknungsschritt kann die Zelle typischerweise zum Beispiel auf etwa 105°C ± 5°C erhitzt werden, um Feuchtigkeit in der Elektrodenanordnung 20 (beispielsweise ein in der Positivelektrodenpaste oder der Negativelektrodenpaste enthaltenes Lösungsmittel oder dergleichen) auf ein vorbestimmtes Niveau oder darunter zu verringern. In der hier beschriebenen Technik, wie in 3A gezeigt, wird unter Verwendung des Zellentrocknungsschritts die negative Elektrode 40 mit jedem der Separatoren 50 verbunden.
Konkret wird die negative Elektrode 40 durch Erhitzen der Zelle unter Drücken des Batteriegehäuses 10 von außen zum Zeitpunkt des Trocknens der Zelle mit jedem der Separatoren 50 verbunden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Enden der Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jedes Separators 50 der Elektrodenanordnung 20 zumindest teilweise über das Batteriegehäuse 10 gedrückt. Somit erweicht oder schmilzt das in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 enthaltene Bindemittel an jenem Abschnitt und haftet an jedem Separator 50 an dem gedrückten Abschnitt. In diesem Zustand, wenn das Bindemittel durch Abkühlen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jedes Separators 50 verfestigt wird, werden die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jeder Separator 50 miteinander verbunden.
Sofern die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jeder Separator 50 imstande sind, die Einlagerung von Fremdmetallsubstanzen zwischen diesen Schichten zu verhindern, wird eine gewisse vorteilhafte Wirkung erhalten. Unter dem obigen Gesichtspunkt müssen die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jeder Separator 50 lediglich an einem ebenen Abschnitt P der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 in jedem der bandförmigen Bereiche entlang beider Enden in der Richtung der Rollachse W (Breitenrichtung) zumindest teilweise miteinander verbunden sein. Beide Enden in der Richtung der Rollachse W werden zu Einlässen zwischen den Schichten der flach gerollten Elektrodenanordnung 20. Beispielsweise, wie in 4A gezeigt, können beide Enden des ebenen Abschnitts P in der Breitenrichtung jeweils in den bandförmigen Bereichen B geeignet verbunden sein. Jedoch müssen die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jeder Separator 50 nicht durchgehend über jeden der bandförmigen Bereiche verbunden sein. Beispielsweise, wie in 4B gezeigt, können die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jeder Separator 50 in Bereichen B miteinander verbunden sein, die sich jeweils nahe der Mitte des entsprechenden bandförmigen Bereichs in der Längsrichtung befinden. Beispielsweise, wie in 4C gezeigt, kann das Verbinden in einer Mehrzahl von Bereichen B in jedem der bandförmigen Bereiche erfolgen. Alternativ kann, wie in 4D gezeigt, das Verbinden beispielsweise auf zuverlässige Weise über im Wesentlichen den gesamten Bereich B des ebenen Abschnitts P erfolgen. Beispielsweise ist dies gemäß der in 4D gezeigten Form im Hinblick darauf geeignet, um einen Einschluss von Fremdmetallsubstanzen zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jedem Separator 50 zuverlässig zu verhindern. In den in 4A bis 4E gezeigten Beispielen sind die Verbindungsbereiche B an einem Ende und dem anderen Ende des ebenen Abschnitts P in der Breitenrichtung an den gleichen Positionen vorgesehen; jedoch können Verbindungsbereiche B an einem Ende und dem anderen Ende an unterschiedlichen Positionen vorgesehen sein. In der Spezifikation bedeutet „teilweise” zum Beispiel an einem Teil von Enden von Berührungsflächen des Negativelektrodenaktivmaterials 44 und des Separators 50.
Die Erhitzungstemperatur beim Verbinden kann auf eine Temperatur eingestellt werden, die gleich oder höher ist als der Erweichungspunkt (zum Beispiel 60°C oder höher) des in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 enthaltenen Bindemittels. Noch geeigneter ist die Erhitzungstemperatur geeigneterweise gleich oder höher als der Erweichungspunkt des Bindemittels und ist 100°C oder höher, noch geeigneter 105°C oder höher und besonders geeignet 110°C oder höher. Obzwar der obere Grenzwert der Erhitzungstemperatur keinen speziellen Einschränkungen unterliegt, ist die Erhitzungstemperatur beispielsweise dann, wenn der Separator eine Abschaltfunktion besitzt, geeigneterweise eine Temperatur, die gleich oder niedriger als die Erweichungstemperatur (oder niedriger als die Erweichungstemperatur) des Separators ist. Zum Beispiel kann der obere Grenzwert der Erhitzungstemperatur 125°C oder niedriger, geeigneterweise 120°C oder niedriger und besonders geeignet 115°C oder niedriger sein. Beispielsweise kann der obere Grenzwert der Erhitzungstemperatur ein Temperaturbereich von bis zu etwa 105°C sein, bei dem Feuchtigkeit bei normalem Druck verflüchtigt werden kann.
Obgleich nicht immer erforderlich, kann das Verbinden bei reduziertem Druck durchgeführt werden, um Feuchtigkeit in dem Batteriegehäuse 10 auf geeignete Weise zu trocknen oder zu entfernen. Der Druck wird in diesem Fall geeigneterweise auf zum Beispiel 3 kPa (abs) oder darüber und 18 kPa (abs) oder darunter, stärker geeignet auf 5 kPa (abs) oder darüber und 15 kPa (abs) oder darunter, und besonders geeignet auf 8 kPa (abs) oder darüber und 12 kPa (abs) oder darunter, Absolutdruck, reduziert.
Der Druck zum Zeitpunkt des Drückens wird so eingestellt, dass ein Druck größer oder gleich 0,01 MPa und kleiner oder gleich 1 MPa zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jedem Separator 50 angelegt wird. Wenn der Druck, der größer oder gleich 0,01 MPa ist, angelegt wird, wird eine Verbindungsfestigkeit in einem solchem Umfang erreicht, dass beispielsweise die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jeder Separator 50 sich nicht leicht aufgrund einer Dehnung oder Schrumpfung der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44, welche das Resultat von Laden oder Entladen ist, voneinander ablösen. Der Druck ist geeigneterweise größer oder gleich 0,05 MPa und noch geeigneter größer oder gleich 0,1 MPa. Obzwar der obere Grenzwert des anzulegenden Drucks keinen speziellen Einschränkungen unterliegt, muss in der hier beschriebenen Erfindung lediglich eine Verbindungskraft in einem solchen Umfang vorgesehen werden, dass es möglich ist, einen Einschluss von Fremdmetallsubstanzen zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jedem Separator 50 zu verhindern. Der obere Grenzwert des Drucks kann zum Beispiel kleiner oder gleich 1 MPa, kleiner oder gleich 0,75 MPa und beispielsweise kleiner oder gleich 0,7 MPa sein.
Das örtliche Drücken von außerhalb des Batteriegehäuses, wie in 4A bis 4E gezeigt, kann zum Beispiel geeigneterweise unter Verwendung einer zwangsbeaufschlagten Platte (die ein Abstandshalter sein kann) durchgeführt werden, die zu dem Zeitpunkt verwendet wird, wenn eine Mehrzahl von Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt zwangsbeaufschlagt wird. Konkret gibt es, um die Wirkung des Vereinfachens einer Alterung zu erhalten, oder dergleichen, einen Fall, in dem eine Mehrzahl von Batterien durch Positionieren einer zwangsbeaufschlagten Platte zwischen der Mehrzahl von Batterien zwangsbeaufschlagt wird und dann durch Altern oder dergleichen in diesem zwangsbeaufschlagten Zustand behandelt wird. Durch Verwenden dieser zwangsbeaufschlagten Platte ist es beispielsweise möglich, den ebenen Abschnitt P der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 im Inneren des Batteriegehäuses durch gleichmäßiges Aufbringen eines begrenzten Drucks auf den ebenen Abschnitt P zu drücken, ohne die Festigkeit des Batteriegehäuses zu verringern. Beispielsweise ist es durch Vorsehen gewünschter vorspringender Abschnitte, deren Form den Bereichen B auf jener Fläche entspricht, an der die zwangsbeaufschlagte Platte das Batteriegehäuse 10 berührt, möglich, örtlich Druck auf die Bereiche B der Elektrodenanordnung mit den vorspringenden Abschnitten auszuüben. Somit werden die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jeder Separator 50 an ausgewählten Positionen an den Enden des ebenen Abschnitts P der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 in der Breitenrichtung miteinander verbunden.
In der Spezifikation meint „Verbinden” zum Beispiel den Zustand, in dem die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jeder Separator durch eine physikalische oder chemische Bindungskraft über eine Komponente (typischerweise ein Bindemittel oder ein Harz), die eine Bindemittelfähigkeit besitzt und die in der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und/oder jedem Separator 50 intrinsisch enthalten ist, miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist in dem hier beschriebenen Verbinden nicht der Fall beinhaltet, in dem die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jeder Separator 50 über die Bindemittelkomponente der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 (benachbart zueinander) miteinander in Berührung stehen, oder der Fall, in dem beide nicht miteinander verbunden sind, selbst wenn sie beispielsweise elektrostatisch aneinander haften.
Ob eine ausreichende Verbindung erzielt wird, wird beispielsweise bestimmt, indem die Ablösefestigkeit zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jedem Separator 50, die einer Verbindung unterzogen wurden, unter der gleichen Bedingung gemessen wird. Die Ablösefestigkeit zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jedem Separator 50 kann beispielsweise durch den in JIS K6854-1: 1999 definierten „90-Grad-Ablöseversuch” quantitativ beurteilt werden. In einer geeigneten Ausführungsform ist die 90-Grad-Ablösefestigkeit zwischen der negativen Elektrode 40 und jedem Separator 50 nach Verbinden geeigneterweise größer oder gleich 0,2 N/m, typischerweise größer oder gleich 0,3 N/m und kann beispielsweise größer oder gleich 0,4 N/m sein. Der obere Grenzwert der Ablösefestigkeit unterliegt keinen speziellen Einschränkungen. Zum Beispiel wird es als ausreichend bestimmt, sofern der obere Grenzwert der Ablösefestigkeit kleiner oder gleich etwa 2 N/m ist. Da eine stärkere Verbindung als erforderlich zum Brechen einer Elektrode führen kann, kann die Ablösefestigkeit zum Beispiel kleiner oder gleich etwa 1,2 N/m, geeigneterweise kleiner oder gleich 0,7 N/m, typischerweise kleiner oder gleich 0,6 N/m sein und kann beispielsweise kleiner oder gleich 0,5 N/m sein. Somit werden die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jeder Separator 50 zuverlässig miteinander verbunden, so dass es möglich ist, einen Einschluss von Fremdmetallsubstanzen zu verhindern.
Die positive Elektrode 30 (Positivelektrodenaktivmaterialschicht 34) und jeder Separator 50 sind nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Genau wie im Fall einer existierenden Zelle, sind die positive Elektrode 30 und jeder Separator 50 geeigneterweise nicht miteinander verbunden, selbst wenn die positive Elektrode 30 und jeder Separator 50 einander berühren. Der Grund hierfür ist, dass dann, wenn zusätzlich zu der negativen Elektrode 40 (Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44) und jedem Separator 50 auch die positive Elektrode 30 verbunden ist, zu befürchten ist, dass aufgrund eines Biegsamkeitsverlustes der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 oder des Unterbindens der Imprägnierung eines nicht-wässrigen Elektrolyten die Dauerhaltbarkeit abnimmt. An der Oberfläche der negativen Elektrode 40 (Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44) kann infolge einer Zersetzung des Elektrolyten oder einer Überfrachtung mit Additiv während des gewöhnlichen Gebrauchs der Batterie oder während Überladung Gas erzeugt werden. Wenn die positive Elektrode 30 und jeder Separator 50 miteinander verbunden sind, kann die Abgabe von Gas, das in der negativen Elektrode 40 erzeugt wird, zum Äußeren der Elektrodenanordnung 20 beeinträchtigt werden, was somit nicht geeignet ist. Obzwar dies nicht immer erforderlich ist, weist unter einem solchen Gesichtspunkt jeder Separator 50 die HRL stärker geeignet auf jener Oberfläche auf, die der positiven Elektrode zugewandt ist.
X-2. Verbinden während der Konstruktion der Elektrodenanordnung
Als eine andere Ausführungsform ist der Zeitpunkt des Verbindens der negativen Elektrode 40 und jedes Separators 50 beispielsweise nicht auf den Zeitpunkt nach dem Zellenkonstruktionsschritt S1 und vor dem Zufuhrschritt S2 des nicht-wässrigen Elektrolyten, wie oben beschrieben, beschränkt. Zum Beispiel kann das Verbinden, wie in 3B gezeigt, gleichzeitig mit der Konstruktion der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 durchgeführt werden. Das heißt, bei der Konstruktion der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 wird beispielsweise die lange negative Elektrode 40 zwischen den beiden Separatoren 50 (oder dem einen Separator 50, der doppelt so lang und in der Mitte gefaltet ist) platziert, die lange positive Elektrode 30 wird darübergelegt und die gestapelten Komponenten werden in der Längsrichtung um die Rollachse W gerollt. Beispielsweise können zu diesem Zeitpunkt, wenn die negative Elektrode 40 zwischen den Separatoren 50 platziert wird und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 mit den Separatoren 50 in Berührung gebracht wird, beide Enden der Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jedes Separators 50 in der Breitenrichtung zumindest teilweise miteinander verbunden werden. Die Erhitzungsbedingung und Druckbedingung für das Verbinden sind auf ähnliche Weise bestimmbar wie in dem Fall, in dem das Batteriegehäuse 10 von außen gedrückt wird. Beispielsweise können Erhitzen und Drücken unter Verwendung einer Flachpressmaschine, einer Walzenpressmaschine oder dergleichen erfolgen. Unter Verwendung beispielsweise einer geeigneten Anpressvorrichtung werden die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jeder Separator 50 in den in 4A bis 4D gezeigten Bereichen B mit der obigen Ausgestaltung miteinander verbunden. Beispielsweise, wie in 4E gezeigt, können die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und jeder Separator 50 nicht nur an dem ebenen Abschnitt P der flach gerollten Elektrodenanordnung 20 miteinander verbunden sein, sondern auch an einem gekrümmten Abschnitt R der flach gerollten Elektrodenanordnung 20.
S2. Zufuhr des nicht-wässrigen Elektrolyten
Anschließend wird in Schritt S2 ein nicht-wässriger Elektrolyt in das Batteriegehäuse 10 zugeführt. In der hier beschriebenen Technik werden die Enden der negativen Elektrode 40 und jedes Separators 50 vor dem Zufuhrschritt S2 des nicht-wässrigen Elektrolyten zumindest teilweise miteinander verbunden. Somit wird zum Zeitpunkt der Zufuhr des nicht-wässrigen Elektrolyten ein Einschluss von Fremdmetallsubstanzen, die in dem Batteriegehäuse 10 beinhaltet sind, zwischen der negativen Elektrode 40 und jedem Separator 50 gemeinsam mit dem nicht-wässrigen Elektrolyten unterbunden. Somit ist es beispielsweise möglich, die Häufigkeit des Auftretens eines verzögerten Bruchs zu verringern. Verzögerter Bruch ist, dass sich eine Auflösung von Fremdmetallsubstanzen nach Auslieferung der Batterie allmählich vollzieht und sich dann ein Mikrokurzschluss ereignet.
Typischerweise kann ein Trägerelektrolyt (zum Beispiel ein Lithiumsalz bei einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie), der in einem nicht-wässrigen Lösungsmittel gelöst oder dispergiert ist, als der nicht-wässrige Elektrolyt eingesetzt werden. Alternativ kann ein sogenannter Festkörperelektrolyt, bei dem ein Polymer einem flüssigen nicht-wässrigen Elektrolyten unter Bildung eines Gels zugesetzt ist, als der nicht-wässrige Elektrolyt eingesetzt werden. Verschiedene organische Lösungsmittel, wie etwa Carbonate, Ether, Ester, Nitrile, Sulfone und Lactone, welche als ein Elektrolyt in einer allgemeinen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendet werden, sind ohne besondere Einschränkungen als das nicht-wässrige Lösungsmittel verwendbar. Beispielsweise beinhaltet das wässrige Lösungsmittel konkret Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Diethylcarbonat (DEC), Dimethylcarbonat (DMC), Ethylmethylcarbonat (EMC) und dergleichen. Eines solcher nicht-wässriger Lösungsmittel kann alleine verwendet werden oder zwei oder mehr solcher nicht-wässriger Lösungsmittel können als ein Lösungsmittelgemisch verwendet werden.
Verschiedene Salze, die in einer allgemeinen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendet werden, können gegebenenfalls als der Trägerelektrolyt gewählt und eingesetzt werden. Die Verwendung eines Lithiumsalzes, wie etwa LiPF₆, LiBF₄, ClO₄, LiAsF₆, Li(CF₃SO₂)₂N und LiCF₃SO₃, ist beispielhaft veranschaulicht. Eines solcher Trägersalze kann alleine verwendet werden oder zwei oder mehr solcher Trägersalze können in Kombination verwendet werden. Das Trägersalz wird geeigneterweise derart erstellt, dass die Konzentration in dem nicht-wässrigen Elektrolyten in den Bereich von 0,7 mol/l bis 1,3 mol/l fällt.
Der nicht-wässrige Elektrolyt kann verschiedene Additive oder dergleichen beinhalten, sofern der nicht-wässrige Elektrolyt nicht den Vorteil der hier beschriebenen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie beeinträchtigt. Die Additive beinhalten einen Filmbildner, wie etwa Vinylencarbonat (VC) und Fluorethylencarbonat (FEC), einen Gasbildner, wie etwa Biphenyl (BP) und Cyclohexylbenzol (CHB), und dergleichen.
S3. Erstaufladung
In der hier beschriebenen Technik kann bei der Erstellung der Sekundärbatterie 100 mit nicht-wässrigem Elektrolyt nach dem Elektrolytzufuhrschritt S2 geeigneterweise eine Erstaufladung erfolgen, obgleich dies kein unerlässlicher Schritt ist. Die Erstaufladung ist ein Schritt des Aufladens der konstruierten Sekundärbatterie (Zelle) 100 beispielsweise auf einen oberen Betriebsspannungsgrenzwert der Batterie in einem normalen Temperaturbereich. Typischerweise muss das Aufladen (typischerweise Konstantstromaufladen) lediglich bis zu einer vorbestimmten Spannung durchgeführt werden, indem eine externe Leistungsversorgung (nicht gezeigt) zwischen der positiven Elektrode 30 (Positivelektrodenanschluss 60) der Zelle und der negativen Elektrode 40 (Negativelektrodenanschluss 70) der Zelle angeschlossen wird. Der normale Temperaturbereich in diesem Erstaufladungsschritt ist typischerweise ein Temperaturbereich, der als eine normale Temperatur angesehen wird, und kann 20°C ± 15°C sein. Die Spannung (typischerweise erreichbare Maximalspannung) zwischen dem Positiv- und Negativelektrodenanschluss bei der Erstaufladung kann je nach den Arten von aktiven Materialien und dem verwendeten nicht-wässrigen Lösungsmittel und dergleichen variieren; jedoch muss die Spannung lediglich ein Spannungsbereich sein, der zu dem Zeitpunkt angegeben werden kann, wenn der Ladezustand (SOC von engl. „State Of Charge”) der Batterieanordnung größer oder gleich etwa 80% (typischerweise 90% bis 105%) einer vollen Ladekapazität (typischerweise der Nennkapazität der Batterie) ist. Beispielsweise wird bei einer Batterie, die bei 4,2 V einen vollen Ladezustand erreicht, die Batterie im Bereich von etwa 3,8 bis 4,2 V eingestellt. Eine Laderate beim Erstaufladen kann ähnlich einer bisher bekannten Laderate sein, die allgemein eingesetzt werden kann, wenn eine existierende Batterieanordnung erstaufgeladen wird, und kann beispielsweise etwa 0,1 bis 10 C betragen. Das Aufladen kann einmal durchgeführt werden oder kann beispielsweise wiederholt zwei- oder mehrmals mit Entladen dazwischen durchgeführt werden.
S4. Alterung
Ein Alterungsschritt ist typischerweise ein Schritt des Haltens (typischerweise Stehenlassens) der dem Erstaufladungsschritt unterzogenen Sekundärbatterie (Zelle) 100 in einem vorbestimmten Temperaturbereich bei einem vorbestimmten SOC für eine festgesetzte Zeit. Die Temperatur, bei der die Zelle gehalten wird, kann ein niedriger Temperaturbereich (zum Beispiel etwa der normale Temperaturbereich bis 40°C) oder ein hoher Temperaturbereich (zum Beispiel etwa 40°C bis 80°C) sein. Der SOC der Zelle kann ferner einer aus dem Zustand von 0% bis 100% oder dem Zustand größer oder gleich 100% sein. Diese Temperatur und dieser SOC können verschiedentlich geändert werden, um durch Alterung eine vorbestimmte vorteilhafte Wirkung zu erzielen.
Bei dieser Alterung können Fremdmetallsubstanzen, die zwischen der positiven Elektrode 30 und jedem Separator 50 eingeschlossen sind, einem hohen Potential der positiven Elektrode ausgesetzt werden. Somit werden Elektronen zwischen der positiven Elektrode 30 und den Fremdmetallsubstanzen ausgetauscht, und die Fremdmetallsubstanzen werden aufgelöst (das heißt, ionisiert). Die Ionen der aufgelösten Fremdmetallsubstanzen sind positiv geladen, so dass die Ionen in dem Elektrolyten zu der negativen Elektrode 40 mit einem niedrigeren Potential hingezogen werden. Bei Vorliegen eines Abschnitts, an dem das Potential niedriger oder gleich dem Reduktionspotential der Fremdmetallsubstanzen an der Oberfläche der negativen Elektrode 40 wird, können die Ionen der Fremdmetallsubstanzen an jenem Abschnitt als eine Ausfällung ausfallen. Wenn das Altern abgeschlossen ist und das Potential der negativen Elektrode gleich oder niedriger als das Reduktionspotential der Fremdmetallsubstanzen wird, fallen die Ionen der Fremdmetallsubstanzen als eine Ausfällung auf der Oberfläche der negativen Elektrode 40 aus. Die Batterie 100, bei der aufgrund einer solchen Ausfällung von Metall ein Mikrokurzschluss aufgetreten ist, kann beispielsweise durch einen nachstehend beschriebenen Selbstentladungstestschritt bestimmt und einbehalten werden.
In dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren können Fremdmetallsubstanzen, die zwischen der positiven Elektrode 30 und jedem Separator 50 eingeschlossen sind, aufgrund des hohen Potentials der positiven Elektrode umgehend aufgelöst werden. Mithin werden die Fremdmetallsubstanzen beispielsweise sogar dann auf geeignete Weise in einer relativ kurzen Zeit aufgelöst, wenn die Fremdmetallsubstanzen Eisen mit einer niedrigen Auflösungsgeschwindigkeit sind. Ein Einschluss von Fremdmetallsubstanzen zwischen der negativen Elektrode 40 und jedem Separator 50 wird verhindert. Mithin wird beispielsweise ein Einschluss von Eisen oder Ähnlichem, das eine niedrige Auflösungsgeschwindigkeit besitzt, zwischen jedem Separator 50 und der negativen Elektrode 40, wo eine Auflösung nur schwerlich gefördert werden kann, verhindert. Somit ist es möglich, das Vorliegen von nicht aufgelösten Fremdmetallsubstanzen in einem solchen Umfang auf eine extrem geringe Menge zu verringern, dass über einen vorbestimmten Alterungszeitraum kein Mikrokurzschluss auftritt.
S5. Selbstentladungstestschritt
Obwohl dies kein unerlässlicher Schritt ist, kann in einer geeigneten Ausführungsform nach dem obigen Alterungsschritt S4 ferner ein Selbstentladungstest durchgeführt werden. Der Selbstentladungstest ist ein Test zum Bestimmen eines mangelhaften Produkts (einer Batterie, bei der ein interner Kurzschluss aufgetreten ist) durch Messen des Spannungsabfallbetrags der Zelle. Der zu testende interne Kurzschluss ist ein Mikrokurzschluss aufgrund von Fremdmetallsubstanzen, die auf der Seite der positiven Elektrode verbleiben, und somit sind zur akkuraten Messung, ob ein Mikrokurzschluss vorliegt, mindestens etwa fünf Tage im existierenden Stand der Technik und gegebenenfalls eine Testzeit von etwa 10 Tagen erforderlich. Dies liegt hauptsächlich daran, dass aufgrund der Annahme, dass Fremdmetallsubstanzen mit einer niedrigen Auflösungsgeschwindigkeit und einem hohen Widerstand (typischerweise Eisen) in der Zelle verbleiben, eine Testzeit auf Grundlage des Hinweises festgesetzt wird, dass zum Testen des Einflusses der Fremdsubstanzen fünf oder mehr Tage erforderlich sind. Jedoch kann beim Alter selbst dann, wenn die Fremdmetallsubstanzen nicht vollständig aufgelöst werden, eine Auflösung in einem solchen Umfang geeignet gefördert werden, dass ein Mikrokurzschluss auftreten kann. Mithin kann der Selbstentladungstest durch Verkürzen der Testzeit im Vergleich zu der bisherigen durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine für den Selbstentladungstest erforderliche Zeit zum Beispiel innerhalb von 24 Stunden (typischerweise innerhalb von 15 Stunden, beispielsweise innerhalb von 10 Stunden, geeigneterweise zum Beispiel zwei Stunden bis fünf Stunden) sein. Mithin wird eine für den Selbstentladungstest erforderliche Zeit verkürzt, so dass sich eine Verbesserung der Produktivität erzielen lässt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Technik unter der Annahme beschrieben, dass die Elektrodenanordnung 20 die flach gerollte Elektrodenanordnung 20 ist. Jedoch ist die Elektrodenanordnung 20 nicht auf die flach gerollte Elektrodenanordnung beschränkt. Beispielsweise kann die Elektrodenanordnung 20 eine Plattenstapelelektrodenanordnung 20 sein, bei der die plattenförmige positive Elektrode 30 und die plattenförmige negative Elektrode 40 über den Separator 50 in mehreren Sätzen gestapelt sind. Obzwar nicht konkret gezeigt, ist auch die Ausgestaltung, die eine Plattenstapelelektrodenanordnung beinhaltet, ähnlich zu betrachten wie im Fall der flach gerollten Elektrodenanordnung 20. Das heißt, die Plattenstapelelektrodenanordnung wird durch Stapeln einer Mehrzahl der rechteckigen positiven Elektroden 30 und einer Mehrzahl der rechteckigen negativen Elektroden 40 gebildet. Die gesamte Fläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 berührt den Separator 50. Mithin sind die Enden der Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und des Separators 50 ringsum bandförmig entlang des Außenumfangs der rechteckigen Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 angeordnet. Die bandförmigen Außenumfangsabschnitte (Enden) der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 44 und des Separators 50 müssen lediglich zumindest teilweise miteinander verbunden sein.
Mit der hier beschriebenen Technik wird die Ausgestaltung zum Verhindern, dass ein Einschluss von Fremdmetallsubstanzen verursacht wird, inhärent an dem Abschnitt implementiert, an dem sich eine Auflösung von Fremdmetallsubstanzen schwerlich fördern lässt. Mithin ist es zum Beispiel möglich, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines verzögerten Mikrokurzschlusses für die in den Handel gebrachte Batterie infolge des Bestehens des oben beschriebenen Selbstentladungstests signifikant zu verringern. Somit wird die hochwertige und hochzuverlässige Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt bereitgestellt, bei der ein Nachteil, wie etwa eine verminderte Kapazität aufgrund eines Mikrokurzschlusses und verminderte Sicherheit bei Überladung, verringert ist.
Die hier beschriebene Sekundärbatterie 100 mit nicht-wässrigem Elektrolyt kann in verschiedenen Anwendungen genutzt werden und kann beispielsweise als eine solche bereitgestellt werden, die im Vergleich zu einem existierenden Produkt eine hohe Kapazitätsretentionsrate und eine hohe Sicherheit (Verlässlichkeit) wie oben beschrieben besitzt. Somit wird zum Beispiel sowohl der Vorteil, wie etwa eine hohe Energiedichte, welcher in der Sekundärbatterie 100 mit nicht-wässrigem Elektrolyt inhärent bereitgestellt werden kann, als auch Sicherheit auf einem hohen Niveau erzielt. Eine derartige Ausgestaltung kann geeigneterweise auch auf eine Batterie angewendet werden, die eine relativ hohe Kapazität (zum Beispiel eine Batteriekapazität von größer oder gleich 20 Ah, typischerweise größer oder gleich 25 Ah, zum Beispiel größer oder gleich 30 Ah) erfordert. Mithin kann die hier beschriebene Technik unter Ausnutzung eines solchen Merkmals besonders geeignet auf eine Batterie in einer Anwendung angewandt werden, welche eine hohe Kapazität, eine hohe Energiedichte, eine Zykluseigenschaft und dergleichen erfordert, und auf eine Batterie in einer Anwendung, die hohe Zuverlässigkeit erfordert. Solche Anwendungen beinhalten beispielsweise eine Antriebsleistungsversorgung, die an einem Fahrzeug, wie etwa einem Plug-in-Hybridfahrzeug (PHV), einem Hybridfahrzeug (HV) und einem Elektrofahrzeug (EV), montiert ist. Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie kann typischerweise in einer Ausführungsform eines Batteriepacks verwendet werden, bei dem eine Mehrzahl von Lithium-Sekundärbatterien in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind.
Konkrete Beispiele der Erfindung wurden im Detail beschrieben; diese sind jedoch nur veranschaulichend und beschränken nicht die angehängten Ansprüche. Die in den angehängten Ansprüchen beschriebenen Techniken umfassen verschiedene Modifikationen und Änderungen der vorstehend veranschaulichten konkreten Beispiele.

Claims

Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, umfassend: eine Elektrodenanordnung, die eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Separator beinhaltet, wobei die positive Elektrode eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet, die negative Elektrode eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet, der Separator zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode positioniert ist; einen nicht-wässrigen Elektrolyten; und ein Batteriegehäuse, das die Elektrodenanordnung und den nicht-wässrigen Elektrolyten aufnimmt, wobei Enden von Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und des Separators zumindest teilweise miteinander verbunden sind.
Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenanordnung eine flach gerollte Elektrodenanordnung ist, die durch Stapeln der langen positiven Elektrode, der langen negativen Elektrode und des langen Separators und dann Rollen des Stapels aus positiver Elektrode, negativer Elektrode und Separator in eine ovale Querschnittsform mit einer Rollachse, die in einer Breitenrichtung senkrecht zu einer Längsrichtung der langen positiven Elektrode, der langen negativen Elektrode und des langen Separators ausgerichtet ist, gebildet ist, und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator an einem flachen Abschnitt einer Elektrodenfläche der flach gerollten Elektrodenanordnung in einem bandförmigen Bereich entlang jedes von Enden in der Breitenrichtung miteinander verbunden sind.
Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt nach Anspruch 1 oder 2, wobei die gesamten Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und des Separators miteinander verbunden sind.
Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator nicht miteinander verbunden sind.
Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine wärmebeständige Schicht, die einen elektrisch isolierten anorganischen Füllstoff beinhaltet, auf einer Oberfläche der Positivelektrodenaktivmaterialschicht vorgesehen ist.
Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Negativelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator derart miteinander verbunden sind, dass eine Ablösefestigkeit größer oder gleich 0,2 N/m und kleiner oder gleich 1,2 N/m wird.
Herstellungsverfahren für eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, umfassend: Konstruieren einer Zelle durch Aufnehmen einer Elektrodenanordnung in ein Batteriegehäuse, wobei die Elektrodenanordnung eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Separator beinhaltet, die positive Elektrode eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet, die negative Elektrode eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet, der Separator zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode positioniert ist; Zuführen eines nicht-wässrigen Elektrolyten in das Batteriegehäuse; und zumindest teilweises Miteinanderverbinden von Enden von Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und des Separators vor Zuführen des nicht-wässrigen Elektrolyten.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, wobei die Negativelektrodenaktivmaterialschicht ein Negativelektrodenaktivmaterial und ein Bindemittel beinhaltet, und die negative Elektrode und der Separator zum Zeitpunkt des Konstruierens der Zelle durch Miteinanderinberührungbringen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht der negativen Elektrode und des Separators und dann Erhitzen unter zumindest teilweisem Drücken der Enden der Berührungsflächen miteinander verbunden werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Trocknen der Zelle nach Konstruieren der Zelle, wobei die Negativelektrodenaktivmaterialschicht ein Negativelektrodenaktivmaterial und ein Bindemittel beinhaltet, und die negative Elektrode und der Separator beim Trocknen der Zelle durch Erhitzen unter Aufbringen eines Drucks derart, dass die Enden der Berührungsflächen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und des Separators in der Elektrodenanordnung zumindest teilweise von außerhalb des Batteriegehäuses gedrückt werden, miteinander verbunden werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die negative Elektrode und der Separator durch Aufbringen eines Drucks größer oder gleich 0,01 MPa und kleiner oder gleich 1 MPa zwischen der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und dem Separator in einem Temperaturbereich, der gleich oder höher als ein Erweichungspunkt des Bindemittels und 125°C oder niedriger ist, miteinander verbunden werden.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die negative Elektrode und der Separator derart miteinander verbunden werden, dass eine Ablösefestigkeit größer oder gleich 0,2 N/m und kleiner oder gleich 1,2 N/m wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, ferner umfassend: Anwenden einer Alterung.