DE112015004925B4 - Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, hierfür verwendeter Elektrodenkörper, und Verfahren zur Herstellung des Elektrodenkörpers - Google Patents

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Abstract

Elektrodenkörper (20) zur Verwendung für eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt, wobei der Elektrodenkörper (20) umfasst:eine positive Elektrode (50), die eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) enthaltend ein Positivelektrodenaktivmaterial beinhaltet;eine negative Elektrode (60), die eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht (64) enthaltend ein Negativelektrodenaktivmaterial beinhaltet; undeinen Separator (70), der die positive Elektrode (50) und die negative Elektrode (60) elektrisch voneinander trennt, wobeidie Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) und der Separator (70) N-Methylpyrrolidon enthalten,ein Gehalt an N-Methylpyrrolidon in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) 54 ppm bis 602 ppm bezogen auf einen Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) beträgt, undein Gehalt an N-Methylpyrrolidon in dem Separator (70) 10 ppm bis 26 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) beträgt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt und einen Elektrodenkörper zur Verwendung für die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt.
  • 2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, wie etwa eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie (Lithium-Sekundärbatterie), besitzt ein geringeres Gewicht und eine höhere Energiedichte als bisherige Batterien bzw. Akkumulatoren. Mithin wird eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt in jüngster Zeit bevorzugt als eine sogenannte tragbare Leistungsversorgung für einen PC, eine tragbare Vorrichtung oder dergleichen oder als eine Antriebsleistungsversorgung für ein Fahrzeug verwendet. Insbesondere wird eine leichtgewichtige Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, die imstande ist, eine hohe Energiedichte zu erreichen, bevorzugt als eine Leistungsversorgung hoher Ausgabeleistung zum Antreiben eines Fahrzeugs, wie etwa eines Elektrofahrzeugs (EV), eines Hybridfahrzeugs (HV) oder eines Plug-in-Hybridfahrzeugs (PHV), verwendet.
  • In einer typischen Ausgestaltung der Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt beinhalten eine positive Elektrode bzw. eine negative Elektrode: Stromkollektoren, die aus hochleitfähigem Metall, wie etwa Aluminium (positive Elektrode) und Kupfer (negative Elektrode), gebildet sind; und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht sowie eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht, die auf den Stromkollektoren gebildet sind und Verbindungen enthalten (als ein Positivelektrodenaktivmaterial und ein Negativelektrodenaktivmaterial bezeichnet), welche imstande sind, Ladungsträger reversibel zu speichern und freizusetzen. Diese Positiv- und Negativelektrodenaktivmaterialschichten enthalten verschiedene Additive zusätzlich zu den aktiven Materialien, welche Hauptbestandteile sind. Beispielsweise wird der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht ein Bindemittel zugesetzt, um die Haftung zu verbessern und strukturelle Stabilität zu realisieren. Ein leitfähiges Material (typischerweise ein Kohlenstoffmaterial wie etwa Kohlenstoffruß) wird der Positivelektrodenaktivmaterialschicht zugesetzt, um die Leitfähigkeit zu verbessern. Darüber hinaus wurden Techniken vorgeschlagen, um der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht zu verschiedenen Zwecken verschiedene Additive zuzusetzen.
  • Als ein Beispiel für die Additive beschreibt die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2013-65409 ( JP 2013- 65 409 A ) eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, bei der einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht N-Methylpyrrolidon (nachstehend als „NMP“ bezeichnet) als ein Additiv zugesetzt wird. PTL-1 ( JP 2013- 65 409 A ) beschreibt, dass die Elastizität der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Haftung zwischen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und einem Stromkollektor durch Zusetzen von NMP zu der Positivelektrodenaktivmaterialschicht verbessert werden können; infolgedessen könne das Reißen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und das Ablösen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht von dem Positivelektrodenstromkollektor verhindert werden.
  • Wenn jedoch die in PTL-1 beschriebene Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, bei der der Positivelektrodenaktivmaterialschicht NMP zugesetzt wird, als eine Antriebsleistungsversorgung für ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybridfahrzeug (HEV) oder ein Plug-in-Hybridfahrzeug (PHV) verwendet wird, dann erfordert dies, dass eine hohe Batterieleistung über einen langen Zeitraum, zum Beispiel 10 Jahre oder länger, vorliegen kann (eine lange Lebensdauer ist erforderlich). Ein bloßes Erhöhen der NMP-Menge in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht kann vorteilhafte Wirkungen, die durch Zusetzen von NMP zu der Positivelektrodenaktivmaterialschicht erhalten werden, nicht über einen langen Zeitraum aufrechterhalten. Und zwar liegt dies daran, dass NMP, das der Positivelektrodenaktivmaterialschicht während der Konstruktion der Batterie zugesetzt wird, im Lauf der Zeit ab Beginn der Verwendung der Batterie aus der Positivelektrodenaktivmaterialschicht verloren geht. Wenn einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht jedoch vorab, während der Konstruktion der Batterie, in Anbetracht des Verlusts eine überschüssige Menge NMP zugesetzt wird, dann führt die überschüssige Menge NMP zu einem Anstieg des Innenwiderstands (Reaktionswiderstands) der Batterie, was nicht wünschenswert ist.
  • Die Dokumente der Patentliteratur PTL-2 bis PTL-5 offenbaren weiteren gattungsgemäßen Stand der Technik.
  • PTL-2 ( US 2007 / 0 048 435 A1 ) offenbart Elektroden und elektrochemische Vorrichtungen und Herstellungsverfahren derselben.
  • PTL-3 ( US 2011 / 0 236 758 A1 ) offenbart eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt und ein Herstellungsverfahren derselben.
  • PTL-4 ( JP 2006- 269 321 A ) offenbart eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyten.
  • PTL-5 ( JP 2010- 27 551 A ) offenbart einen Separator für ein elektrochemisches Element und eine Lithiumionen-Batterie.
  • Quellenverzeichnis Patentliteratur (PTL):
    • PTL-1: JP 2013- 65 409 A
    • PTL-2: US 2007 / 0 048 435 A1
    • PTL-3: US 2011 / 0 236 758 A1
    • PTL-4: JP 2006 - 269 321 A
    • PTL-5: JP 2010 - 27 551 A
    • PTL-6: JP 2010 - 67 358 A
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung wurde zur Lösung der oben beschriebenen Probleme des verwandten Standes der Technik getätigt, und eine Aufgabe derselben ist die Bereitstellung einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, die imstande ist: das Vorliegen einer geeigneten Menge NMP in einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht über einen langen Verwendungszeitraum nach Konstruktion der Batterie zu erlauben; und vorteilhafte Wirkungen im Hinblick auf Batterieleistung (zum Beispiel hohe Ausgabekennwerte), welche durch das Vorliegen von NMP erhalten werden, über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Elektrodenkörpers, der für die Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt verwendet wird, um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen.
  • Die vorliegenden Erfinder haben den Grund dafür, warum der NMP-Gehalt in einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht mit der Zeit abnimmt, eingehend untersucht. Im verwandten Stand der Technik wird davon ausgegangen, dass der NMP-Gehalt in einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht abnimmt, weil NMP in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht allmählich in einer nicht-wässrigen Elektrolytlösung aufgelöst wird. Dagegen haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass der NMP-Gehalt in einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht abnimmt, weil NMP auf einer Oberfläche eines Positivelektrodenaktivmaterials oxidiert und zersetzt wird. Die vorliegenden Erfinder haben eine Ausgestaltung ermittelt, die imstande ist, einem Separator eine vorbestimmte Menge NMP derart zuzusetzen, dass einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht NMP in dem Separator zugeführt werden kann, und haben dadurch die Erfindung vervollständigt.
  • Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe ist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Elektrodenkörper vorgesehen, der für eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt verwendet wird, wobei der Elektrodenkörper beinhaltet: eine positive Elektrode, die eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht enthaltend ein Positivelektrodenaktivmaterial beinhaltet; eine negative Elektrode, die eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht enthaltend ein Negativelektrodenaktivmaterial beinhaltet; und einen Separator, der die positive Elektrode und die negative Elektrode elektrisch voneinander trennt. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator enthalten N-Methylpyrrolidon. Hier beträgt ein Gehalt an N-Methylpyrrolidon in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 ppm bis 602 ppm bezogen auf einen Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht, und ein Gehalt an N-Methylpyrrolidon des Separators beträgt 10 ppm bis 26 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht.
  • Durch Konstruieren einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt unter Verwendung des Elektrodenkörpers, der die oben beschriebene Ausgestaltung besitzt, kann eine Wirkung des Verbesserns der Batterieleistung, welche durch Zugeben von N-Methylpyrrolidon zu der Positivelektrodenaktivmaterialschicht erhalten wird, über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Das heißt, eine hohe Batterieleistung (zum Beispiel hohe Ausgabekennwerte) kann über einen langen Zeitraum vorliegen. Es wird angenommen, dass die Wirkung deshalb vorliegt, weil in dem Separator enthaltenes N-Methylpyrrolidon den Verlust an N-Methylpyrrolidon in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht, der bei einer langfristigen Verwendung bewirkt wird, kompensiert. Das heißt, in dem Elektrodenkörper, der die oben beschriebene Ausgestaltung besitzt, wird eine geeignete Menge N-Methylpyrrolidon über einen langen Zeitraum in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht aufrechterhalten. Mithin kann der Elektrodenkörper bei der Konstruktion einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt als ein Elektrodenkörper verwendet werden, der imstande ist, eine Wirkung des Verbesserns der Batterieleistung, welche durch Zusetzen von N-Methylpyrrolidon zu der Positivelektrodenaktivmaterialschicht erhalten wird, über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten. Mithin kann erfindungsgemäß eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt bereitgestellt werden, welche beinhaltet: den hierin offenbarten Elektrodenkörper; und eine nicht-wässrige Elektrolytlösung.
  • Der „Gehalt an N-Methylpyrrolidon in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht“ und der „Gehalt an N-Methylpyrrolidon in dem Separator“ können jeweils beispielsweise durch Dividieren der Menge (g/m2) an N-Methylpyrrolidon, die pro Flächeneinheit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht oder des Separators enthalten ist, durch die Masse (g/m2) der pro Flächeneinheit des Positivelektrodenstromkollektors vorgesehenen Positivelektrodenaktivmaterialschicht, das heißt, die Masse pro Flächeneinheit (g/m2) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht, als der Gehalt (ppm) an N-Methylpyrrolidon bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht erhalten werden. Wenn die Positivelektrodenaktivmaterialschicht auf beiden Oberflächen des Positivelektrodenstromkollektors vorgesehen ist, dann bezieht sich „Masse pro Flächeneinheit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht“ auf die Gesamtmasse pro Flächeneinheit der auf den Oberflächen des Positivelektrodenstromkollektors vorgesehenen Positivelektrodenaktivmaterialschichten. Hier kann die Menge (g/m2) an N-Methylpyrrolidon, die pro Flächeneinheit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht oder des Separators enthalten ist, beispielsweise unter Verwendung von Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) gemessen werden.
  • In dieser Spezifikation bezieht sich „Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt“ auf Batterien, die eine nicht-wässrige Elektrolytlösung (typischerweise eine Elektrolytlösung, die einen Trägerelektrolyten in einem nicht-wässrigen Lösungsmittel (organischen Lösungsmittel) enthält) beinhalten. In dieser Spezifikation bezieht sich „Sekundärbatterie“ auf allgemeine Batterien bzw. Akkumulatoren, die wiederholt geladen und entladen werden können, und ist ein Sammelbegriff für chemische Batterien, wie etwa eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, und physikalische Batterien, wie etwa einen elektrischen Doppelschichtkondensator.
  • Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2010-067358 ( JP- 2010 - 67 358 A ) beschreibt einen Separator, der N-Methylpyrrolidon enthält. Jedoch wird in PTL-6 ( JP 2010 - 67 358 A ) die Wirkung des Verbesserns der Batterieleistung, welche durch Zusetzen von N-Methylpyrrolidon zu der Positivelektrodenaktivmaterialschicht erhalten wird, weder offenbart noch impliziert. Das heißt, die in PTL-6 beschriebene Technik basiert auf einem technischen Gedanken, der von dem in der Erfindung beschriebenen völlig verschieden ist. Darüber hinaus wird in PTL-6 die Ausgestaltung, in der der allmähliche Verlust von N-Methylpyrrolidon in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht durch Zusetzen von N-Methylpyrrolidon zu dem Separator kompensiert wird, weder offenbart noch impliziert. Mithin wurde die oben beschriebene Wirkung zuerst durch die vorliegenden Erfinder gefunden.
  • In dem hier beschriebenen Aspekt des Elektrodenkörpers ist das Positivelektrodenaktivmaterial ein Lithium-Verbundmetall-Oxid. Im Allgemeinen weist eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, in der ein Lithium-Verbundmetall-Oxid als ein Positivelektrodenaktivmaterial verwendet wird, das heißt, eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, eine hohe Energiedichte und hohe Batteriekapazität auf und kann somit bei einer hohen Betriebsspannung verwendet werden. Mithin kann die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie als eine Leistungsversorgung hoher Ausgabeleistung verwendet werden. Darüber hinaus besitzt die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie überlegene Zykluseigenschaften und kann bei hohen Ein- und Ausgabedichten geladen und entladen werden; mithin kann sie für eine Anwendung verwendet werden, in der Laden und Entladen mit hohen Strömen wiederholt wird. Aufgrund dieser Eigenschaften ist der Elektrodenkörper mit der oben beschriebenen Ausgestaltung als ein in einer Batterie für ein Fahrzeug verwendeter Elektrodenkörper verwendbar, wie etwa eine Antriebsleistungsversorgung für ein Fahrzeug. Wenn eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt als eine Batterie für ein Fahrzeug verwendet wird (typischerweise eine Antriebsleistungsversorgung für ein Fahrzeug), so erfordert dies, dass eine hohe Batterieleistung über einen langen Zeitraum, beispielsweise 10 Jahre oder länger, vorliegen kann (eine lange Lebensdauer ist erforderlich). Mithin können die durch Anwenden der Erfindung erhaltenen Wirkungen im Besonderen zum Tragen kommen.
  • In dem hier beschriebenen Aspekt des Elektrodenkörpers ist der Elektrodenkörper ein gewickelter Elektrodenkörper, bei dem die längliche positive Elektrode, die längliche negative Elektrode und der längliche Separator in einer Längsrichtung laminiert und gewickelt sind. Wenn ein Elektrodenkörper als der oben beschriebene gewickelte Elektrodenkörper ausgestaltet ist, dann kann die Kapazität des Elektrodenkörpers zunehmen. Der gewickelte Elektrodenkörper eignet sich zur Massenproduktion. Die vorliegende Erfindung ist auf den gewickelten Elektrodenkörper anwendbar.
  • Darüber hinaus ist gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenkörpers vorgesehen, wobei der Elektrodenkörper eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Separator beinhaltet, die positive Elektrode eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht enthaltend ein Positivelektrodenaktivmaterial beinhaltet, die negative Elektrode eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht enthaltend ein Negativelektrodenaktivmaterial beinhaltet, der Separator die positive Elektrode und die negative Elektrode elektrisch voneinander trennt. Das heißt, das hier beschriebene Verfahren beinhaltet: (i) einen Schritt zur Erstellung einer positiven Elektrode, in dem eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht auf einem Positivelektrodenstromkollektor durch Auftragen einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung, welche ein Positivelektrodenaktivmaterial und N-Methylpyrrolidon enthält, auf den Positivelektrodenstromkollektor gebildet wird, wobei die Positivelektrodenaktivmaterialschicht N-Methylpyrrolidon enthält; (ii) einen Schritt zum Laminieren der positiven Elektrode und der negativen Elektrode mit dem dazwischen positionierten Separator, um ein Laminat zu erhalten; und (iii) einen Schritt zum Stehenlassen des Laminats für eine vorbestimmte Zeitdauer derart, dass ein Teil von N-Methylpyrrolidon in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht in den Separator überführt wird; und (iv) einen Schritt zum Trocknen des Laminats nach dem Stehenlassen; hierbei werden der Schritt zum Stehenlassen und der Schritt zum Trocknen derart durchgeführt, dass ein Gehalt an N-Methylpyrrolidon in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht des Laminats nach dem Schritt des Trocknens 54 ppm bis 602 ppm bezogen auf einen Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht beträgt und ein Gehalt an N-Methylpyrrolidon in dem Separator des trockenen Laminats 10 ppm bis 26 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht beträgt.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenkörpers kann ein Teil des N-Methylpyrrolidons, das während des Positivelektroden-Erstellungsschritts in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht enthalten ist (verbleibt), während des Stehlassschritts in den Separator überführt werden. Infolgedessen kann ein Elektrodenkörper hergestellt werden, bei dem die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Separator eine geeignete Menge N-Methylpyrrolidon enthalten. Durch Einstellen der während des Positivelektroden-Erstellungsschritts in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht enthaltenen (verbleibenden) Menge N-Methylpyrrolidon und durch geeignetes Festlegen von Trocknungsbedingungen in dem Trocknungsschritt kann die Menge an N-Methylpyrrolidon, die nach dem Trocknungsschritt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht enthalten ist, so eingestellt werden, dass sie innerhalb eines zu bevorzugenden Bereichs liegt. Darüber hinaus kann durch Einstellen von Stehlassbedingungen in dem Stehlassschritt und durch Einstellen von Trocknungsbedingungen in dem Trocknungsschritt die Menge an N-Methylpyrrolidon, die nach dem Trocknungsschritt in dem Separator enthalten ist, so eingestellt werden, dass sie innerhalb eines zu bevorzugenden Bereichs liegt.
  • In dem hier beschriebenen Aspekt des Verfahrens zur Herstellung eines Elektrodenkörpers wird das Laminat während des Stehenlassens des Laminats für 1 Stunde bis 2 Stunden in einer Umgebung normaler Temperatur und normaler Luftfeuchtigkeit stehengelassen. Gemäß dem Herstellungsverfahren kann ein Teil des in dem Positivelektrodenaktivmaterial enthaltenen N-Methylpyrrolidons zum Separator überführt werden. Infolgedessen kann der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und dem Separator eine geeignete Menge N-Methylpyrrolidon zugesetzt werden.
  • In dieser Spezifikation bezieht sich „normale Temperatur“ auf eine gemäß JIS Z 8703 (1983) definierte Temperatur (Raumtemperatur, Umgebungstemperatur). Konkret bezieht sich „normale Temperatur“ auf eine Temperatur in einem Bereich von 20°C±15°C (5°C bis 35°C). In dieser Spezifikation bezieht sich „normale Luftfeuchtigkeit“ auf eine gemäß JIS Z 8703 (1983) definierte Luftfeuchtigkeit (relative Luftfeuchtigkeit). Konkret bezieht sich „normale Luftfeuchtigkeit“ auf eine Luftfeuchtigkeit (relative Luftfeuchtigkeit) in einem Bereich von 65% rh±20% rh (45% rh bis 85% rh).
  • In dem hier beschriebenen Aspekt des Verfahrens zur Herstellung eines Elektrodenkörpers beträgt ein Gehalt an N-Methylpyrrolidon in einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht einer positiven Elektrode, nach Erstellen der positiven Elektrode und vor dem Laminieren, 89 ppm bis 1004 ppm bezogen auf einen Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht.
  • Figurenliste
  • 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 kennzeichnen, und wobei:
    • 1 eine perspektivische Ansicht ist, die die äußere Erscheinung einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch zeigt;
    • 2 eine Längsschnittansicht ist, die eine Querschnittsstruktur entlang der Linie II-II von 1 schematisch zeigt;
    • 3 ein schematisches Diagramm ist, das eine Ausgestaltung eines gewickelten Elektrodenkörpers gemäß der Ausführungsform zeigt;
    • 4 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Herstellung eines hierin offenbarten Elektrodenkörpers zeigt;
    • 5 ein Graph ist, der eine Relation zwischen dem NMP-Gehalt in einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht und einem Separator und Ausgabekennwerten zeigt, wobei die horizontale Achse den NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht darstellt, die vertikale Achse die NMP-Gehalte in dem Separator darstellt, alle NMP-Gehalte Werte (ppm) sind, die bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht berechnet wurden, und weiße Zeichen in der Zeichnung (dem Graphen) jene Batterien angeben, deren Ausgabeleistung nach einem vorbestimmten Lade-Entlade-Zyklustest, der an jeder Batterie durchgeführt wurde, welche Elektrodenkörper mit einem unterschiedlichen NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und dem Separator beinhaltete, 98,4% oder mehr der Ausgabeleistung vor dem Lade-Entlade-Zyklustest betrug;
    • 6 eine Tabelle ist, die die Ergebnisse einer Messung des NMP-Gehalts in einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht einer jeden von positiven Elektroden (der positiven Elektroden A bis G) zeigt; und
    • 7 eine Tabelle ist, die die Ergebnisse einer Beurteilung der Dauerhaltbarkeit jeder der Batterien gemäß den Beispielen 1 bis 28 zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend beschrieben. Sachverhalte, die zur Umsetzung der Ausführungsformen der Erfindung notwendig sind, mit Ausnahme jener, auf die in der Erfindung speziell Bezug genommen wird, erschließen sich einem Durchschnittsfachmann basierend auf dem verwandten Stand der Technik in dem einschlägigen Gebiet als Gestaltungsfragen. Die Erfindung ist auf Grundlage der in dieser Beschreibung offenbarten Inhalte und technischem Allgemeinwissen auf dem betreffenden Gebiet praktizierbar. Darüber hinaus werden funktionsgleiche Teile oder Abschnitte in den folgenden Zeichnungen durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt, und deren wiederholte Beschreibung entfällt oder wird vereinfacht. In jeder Zeichnung gibt ein Abmessungsverhältnis (zum Beispiel Länge, Breite oder Dicke) nicht notwendigerweise das tatsächliche Abmessungsverhältnis wieder.
  • Ein hierin offenbarter Elektrodenkörper für eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt kann die gleiche Ausgestaltung annehmen wie im verwandten Stand der Technik, abgesehen davon, dass eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht und ein Separator eine geeignete Menge N-Methylpyrrolidon (NMP) enthalten. Wie in 3 gezeigt, beinhaltet der Elektrodenkörper 20 eine positive Elektrode 50, eine negative Elektrode 60 und einen Separator 70, der die positive und negative Elektrode elektrisch voneinander trennt (isoliert). Typischerweise kann der Elektrodenkörper 20 ein Laminat-Elektrodenkörper oder ein gewickelter Elektrodenkörper sein. Nachstehend wird ein gewickelter Elektrodenkörper 20 als ein Beispiel beschrieben, obgleich die Erfindung nicht speziell hierauf beschränkt ist.
  • Wie in 3 gezeigt, besitzt der gewickelte Elektrodenkörper 20 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem Schritt vor dem Zusammenbau eine längliche Bahnstruktur (bahnförmiger Elektrodenkörper). Wie in 3 gezeigt, wird der gewickelte Elektrodenkörper 20 gebildet, indem ein Laminat in einer Längsrichtung gewickelt wird. In dem Laminat sind die positive Elektrode 50 und die negative Elektrode 60 mit zwei dazwischen positionierten länglichen Separatoren 70 laminiert (einander überlappend angeordnet). In der positiven Elektrode 50 ist eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 auf einer einzigen Oberfläche oder beiden Oberflächen (hier beiden Oberflächen) eines länglichen Positivelektrodenstromkollektors 52 in der Längsrichtung gebildet. In der negativen Elektrode 60 ist eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 auf einer einzigen Oberfläche oder beiden Oberflächen (hier beiden Oberflächen) eines länglichen Negativelektrodenstromkollektors 62 in der Längsrichtung gebildet.
  • Obzwar nicht speziell hierauf beschränkt, kann der gewickelte Elektrodenkörper 20, wie in 3 gezeigt, eine Ausgestaltung besitzen, in der die positive Elektrode 50, die negative Elektrode 60 und die Separatoren 70 einander überlappend angeordnet sind und derart gewickelt sind, dass ein Positivelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitt 52a (das heißt, ein Abschnitt, an dem der Positivelektrodenstromkollektor 52 freiliegt, ohne dass die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 gebildet ist) und ein Negativelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitt 62a (das heißt, ein Abschnitt, an dem der Negativelektrodenstromkollektor 62 freiliegt, ohne dass die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 gebildet ist) von gegenüberliegenden Enden in einer axialen Wickelrichtung nach außen hervorstehen. Infolgedessen ist das Laminat (der Wickelkernabschnitt), in dem die positive Elektrode 50, die negative Elektrode 60 und die Separatoren 70 laminiert und gewickelt sind, in der Mitte des gewickelten Elektrodenkörpers 20 in der axialen Wickelrichtung gebildet. Obzwar nicht speziell hierauf beschränkt, kann der gewickelte Elektrodenkörper 20 eine in 3 gezeigte flache Form besitzen.
  • Der hierin offenbarte Elektrodenkörper 20 kann vorzugsweise als ein Elektrodenkörper für eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt verwendet werden. Nachstehend wird jede Komponente beschrieben, die den Elektrodenkörper 20 bildet.
  • Die positive Elektrode 50 kann die gleiche Ausgestaltung annehmen wie im verwandten Stand der Technik, abgesehen davon, dass die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 eine vorbestimmte Menge NMP enthält. Und zwar beträgt der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 54 ppm bis 602 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht. Genau wie bei einem Positivelektrodenstromkollektor für eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt des verwandten Standes der Technik, kann als ein Material des Positivelektrodenstromkollektors 52, der die positive Elektrode 50 bildet, vorzugsweise ein aus hochleitfähigem Metall gebildetes leitfähiges Material verwendet werden. Beispielsweise können Aluminium, Nickel, Titan oder Edelstahl oder eine das Metall als einen Hauptbestandteil enthaltende Legierung verwendet werden. Die Form des Positivelektrodenstromkollektors 52 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, da sie in Abhängigkeit beispielsweise von der Form des Elektrodenkörpers und der Form einer Batterie (Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt), in der der Elektrodenkörper verwendet wird, variieren kann. Beispielsweise kann der Positivelektrodenstromkollektor 52 unterschiedliche Formen besitzen, wie etwa eine Stabform, eine Plattenform, eine Bahnform und eine Folienform.
  • Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 enthält mindestens ein Positivelektrodenaktivmaterial. Als das Positivelektrodenaktivmaterial können eine Art oder zwei oder mehr Arten aus verschiedenen bekannten Materialien, welche als ein Positivelektrodenaktivmaterial einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt verwendbar sind, ohne besondere Einschränkungen verwendet werden. Zu bevorzugende Beispiele für das Positivelektrodenaktivmaterial beinhalten Lithium-Verbundmetall-Oxide (zum Beispiel LiNi1/3Co1/3Mn1/3O 2 , LiNiO2, LiCoO2, LiFeO2, LiMn2O4, LiNi0,5Mn1,5O4 und LiFePO4). Die Kristallstruktur des Lithium-Verbundmetall-Oxids kann irgendeine aus einer geschichteten Struktur, einer Spinellstruktur oder einer Olivinstruktur sein. Ein Lithium-Verbundmetall-Oxid mit einer geschichteten Kristallstruktur (typischerweise eine geschichtete Steinsalztyp-Struktur, die dem hexagonalen System angehört) ist zu bevorzugen, da es eine hohe Energiedichte besitzt. Zum Beispiel ist ein Lithium-Verbundmetall-Oxid mit einer geschichteten Kristallstruktur zu bevorzugen, welches mindestens eines aus Ni, Co und Mn zusätzlich zu Li als ein konstituierendes Element enthält. Insbesondere ist ein Lithium-Verbundmetall-Oxid mit einer geschichteten Struktur, das mindestens Ni enthält, als das Positivelektrodenaktivmaterial zu bevorzugen. Ferner kann ein Lithium-Verbundmetall-Oxid, das Ni, Co und Mn enthält (das heißt, Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Verbundmetall-Oxid; nachstehend auch als „LNCM-Oxid“ bezeichnet), vorzugsweise verwendet werden, da es eine relativ hohe thermische Stabilität und hohe Energiedichte besitzt. Beispiele für das Lithium-Verbundmetall-Oxid, das Ni, Co und Mn enthält, beinhalten ein Lithium-Verbundmetall-Oxid, das die drei Übergangsmetallelemente im Wesentlichen in der gleichen Menge enthält; und ein Lithium-Verbundmetall-Oxid, das Ni in einer Menge von 50 Mol-% oder darüber enthält, und das Co und Mn im Wesentlichen in der gleichen Menge enthält.
  • Zusätzlich zu den oben beschriebenen beispielhaften konstituierenden Elementen (zum Beispiel Li, Ni, Co und Mn) kann das hierin offenbarte Positivelektrodenaktivmaterial ferner ein Element oder zwei oder mehr Elemente als ein zusätzliches konstituierendes Element M enthalten. Beispiele für das zusätzliche Element M beinhalten im Periodensystem ein Element der Gruppe 1 (Alkalimetall wie etwa Natrium), ein Element der Gruppe 2 (Erdalkalimetall wie etwa Magnesium oder Kalzium), ein Element der Gruppe 4 (Übergangsmetall wie etwa Titan oder Zirkonium), ein Element der Gruppe 6 (Übergangsmetall wie etwa Chrom oder Wolfram), ein Element der Gruppe 8 (Übergangsmetalle wie etwa Eisen), ein Element der Gruppe 13 (Bor als ein Halbmetallelement oder Metall wie etwa Aluminium) und ein Element der Gruppe 17 (Halogen wie etwa Fluor). Typische Beispiele für das zusätzliche konstituierende Element M beinhalten Zr, W, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B und F.
  • Als ein zu bevorzugendes Beispiel für das Positivelektrodenaktivmaterial, das in der hierin offenbarten Technik verwendbar ist, kann ein Lithium-Verbundmetall-Oxid mit einer geschichteten Struktur verwendet werden, das eine Zusammensetzung (mittlere Zusammensetzung) besitzt, welche durch die folgende Formel (I) dargestellt ist. Li1+xNiyCozMn(1-y-z)MγO2 (I)
  • In Formel (I) kann x eine reelle Zahl darstellen, welche 0≤x≤0.2 erfüllt, y kann eine reelle Zahl darstellen, welche 0,1<y<0,9 erfüllt, z kann eine reelle Zahl darstellen, welche 0,1 <z<0,4 erfüllt, γ kann 0≤γ≤0,03 erfüllen. y und z erfüllen die folgende Beziehung: 0<(1-y-z). M stellt ein Element oder zwei oder mehr Elemente dar, die aus der Gruppe bestehend aus Zr, W, Mg, Ca, Na, Fe, Cr, Zn, Si, Sn, Al, B und F ausgewählt sind. In der chemischen Formel, die das in dieser Spezifikation beschriebene Lithium-Verbundmetall-Oxid mit einer geschichteten Struktur darstellt, beträgt das Zusammensetzungsverhältnis von O (Sauerstoff) 2. Dieser numerische Wert mag jedoch nicht genau 2 betragen, und eine geringe Variation der Zusammensetzung (typischerweise in einem Bereich von 1,95 bis 2,05) ist zulässig.
  • Neben dem Positivelektrodenaktivmaterial enthält die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 gegebenenfalls ein Material oder zwei oder mehr Materialien, welche als Komponenten einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht in einer allgemeinen Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt verwendet werden können. Beispiele für das Material beinhalten ein leitfähiges Material und ein Bindemittel. Als das leitfähige Material können beispielsweise Kohlenstoffmaterialien, wie etwa verschiedene Kohlenstoffruße (zum Beispiel Acetylenruß und Ketjen-Ruß), Koks, aktivierter Kohlenstoff, Graphit, Kohlenstofffaser und Kohlenstoffnanoröhrchen, bevorzugt verwendet werden. Darüber hinaus kann als das Bindemittel zum Beispiel ein Polymermaterial, wie etwa Polyvinylidenfluorid (PVdF) oder Polyethylenoxid (PEO), bevorzugt verwendet werden.
  • Ein Verhältnis der Masse des Positivelektrodenaktivmaterials zu der Gesamtmasse der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 beträgt geeigneterweise etwa 60 Ma% oder mehr (typischerweise 60 Ma% bis 99 Ma%) und beträgt für gewöhnlich vorzugsweise etwa 70 Ma% bis 95 Ma%. Wenn das leitfähige Material verwendet wird, dann beträgt ein Verhältnis der Masse des leitfähigen Materials zu der Gesamtmasse der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 beispielsweise etwa 2 Ma% bis 20 Ma% und beträgt für gewöhnlich vorzugsweise etwa 3 Ma% bis 10 Ma%. Wenn das Bindemittel verwendet wird, beträgt ein Verhältnis der Masse des Bindemittels zu der Gesamtmasse der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 beispielsweise etwa 0,01 Ma% bis 10 Ma% und beträgt für gewöhnlich vorzugsweise etwa 0,1 Ma% bis 2 Ma%.
  • Die Masse (Masse pro Flächeneinheit) der pro Flächeneinheit einer einzelnen Oberfläche des Positivelektrodenstromkollektors 52 vorgesehenen Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 kann unter dem Gesichtspunkt des Sicherstellens einer ausreichenden Batteriekapazität 2 mg/cm2 oder mehr (zum Beispiel 4 mg/cm2 oder mehr; typischerweise 5 mg/cm2 oder mehr) in einem trockenen Zustand der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 betragen. Unter dem Gesichtspunkt des Sicherstellens von Batterieeigenschaften (zum Beispiel Ein- und Ausgabekennwerten) kann die Masse der pro Flächeneinheit einer einzelnen Oberfläche des Positivelektrodenstromkollektors 52 vorgesehenen Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 50 mg/cm2 oder weniger (zum Beispiel 30 mg/cm2 oder weniger; typischerweise 10 mg/cm2 oder weniger) betragen. Infolgedessen können die Wirkungen der Erfindung auf einem höheren Niveau vorliegen. Wenn die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54, wie in der Ausführungsform, auf beiden Oberflächen des Positivelektrodenstromkollektors 52 vorgesehen ist, dann ist es zu bevorzugen, dass die Massen der auf den jeweiligen Oberflächen des Positivelektrodenstromkollektors 52 vorgesehenen Positivelektrodenaktivmaterialschichten 54 im Wesentlichen gleich sind. Das heißt, die Gesamtmasse pro Flächeneinheit der auf den Oberflächen des Positivelektrodenstromkollektors 52 vorgesehenen Positivelektrodenaktivmaterialschichten 54 (die Massen der pro Flächeneinheit des Positivelektrodenstromkollektors 52 vorgesehenen Positivelektrodenaktivmaterialschichten 54) kann 4 mg/cm2 oder mehr (zum Beispiel 8 mg/cm2 oder mehr; typischerweise 10 mg/cm2 oder mehr) und 100 mg/cm2 oder weniger (zum Beispiel 60 mg/cm2 oder weniger; typischerweise 20 mg/cm2 oder weniger) in einem trockenen Zustand der Positivelektrodenaktivmaterialschichten 54 betragen. Beispielsweise kann die Gesamtmasse pro Flächeneinheit 11±2 mg/cm2 betragen. Die Masse pro Flächeneinheit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 (wenn die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 auf beiden Oberflächen des Positivelektrodenstromkollektors vorgesehen ist, dann die Summe der Masse pro Flächeneinheit der auf den Oberflächen vorgesehenen Positivelektrodenaktivmaterialschichten 54) kann als die Masse (mg/cm2) des Gesamtfeststoffgehalts pro Flächeneinheit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 berechnet werden.
  • Die durchschnittliche Dicke der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 pro einzelner Oberfläche kann beispielsweise 20 µm oder mehr (typischerweise 40 µm oder mehr, vorzugsweise 50 µm oder mehr) betragen und kann beispielsweise 100 µm oder weniger (typischerweise 80 µm oder weniger) betragen. Die Dichte der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 kann beispielsweise 1 g/cm3 bis 4 g/cm3 (typischerweise 1,5 g/cm3 bis 3,5 g/cm3; vorzugsweise 1,8 g/cm3 bis 2,4 g/cm3) betragen. Die Porosität der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 kann typischerweise 10 Vol.- % bis 50 Vol.-% (typischerweise 20 Vol.-% bis 40 Vol.-%) betragen. Wenn eine oder zwei oder mehr der Kennwerte erfüllt sind, kann eine geeignete Menge an Poren in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 sichergestellt werden, und die nicht-wässrige Elektrolytlösung kann ausreichend in die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 imprägniert werden. Mithin kann ein breiter Reaktionsbereich mit Ladungsträgern sichergestellt werden, und hohe Ein- und Ausgabekennwerte können vorliegen. Ferner kann die Leitfähigkeit in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 auf einem hohen Niveau aufrechterhalten werden, und ein Anstieg des Widerstands kann unterbunden werden. Ferner kann die mechanische Festigkeit (Formhaltevermögen) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 sichergestellt werden, und überlegene Zykluseigenschaften können vorliegen. Mithin sind innerhalb des oben beschriebenen Bereichs Ausgabekennwerte und Energiedichte einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt gleichzeitig auf einem hohen Niveau realisierbar.
  • In dieser Spezifikation bezieht sich „Porosität“ auf einen Wert, der durch Dividieren eines Gesamtporenvolumens (cm3) durch das apparente Volumen (cm3) einer Aktivmaterialschicht und Multiplizieren des dividierten Wertes mit 100 erhalten wird, wobei das Gesamtporenvolumen durch Messen unter Verwendung eines Quecksilberporosimeters erhalten wird. Das apparente Volumen kann als das Produkt der Fläche (cm2) in einer Draufsicht und der Dicke (cm) berechnet werden. Konkret wird zunächst eine Positivelektrodenbahn als ein Messobjekt unter Verwendung einer Stanzmaschine, einer Schneideeinrichtung oder dergleichen in eine quadratische Form oder eine rechteckige Form geschnitten. Als Nächstes werden die Fläche (cm2) in einer Draufsicht und die Dicke (cm) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht der geschnittenen Probe gemessen, und diese Werte werden multipliziert, um das apparente Volumen zu berechnen. Die Dicke kann unter Verwendung beispielsweise eines Mikrometers oder eines Dickenmessers (zum Beispiel einer Messuhr) gemessen werden.
  • Die Eigenschaften (das heißt, durchschnittliche Dicke, Dichte und Porosität) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 lassen sich beispielsweise durch Bilden der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 auf dem Positivelektrodenstromkollektor 52 und dann Durchführen einer geeigneten Pressbehandlung an der positiven Elektrode 50 einstellen. In der Pressbehandlung können beispielsweise verschiedene wohlbekannte Pressverfahren, wie etwa ein Walzenpressverfahren oder ein Flachplattenpressverfahren, angewandt werden. Darüber hinaus kann die Pressbehandlung ein- oder zweimal oder öfter durchgeführt werden.
  • Die hierin offenbarte negative Elektrode 60 kann ohne besondere Einschränkungen die gleiche Ausgestaltung annehmen wie bei einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt des verwandten Standes der Technik. Genau wie bei einem Stromkollektor einer negativen Elektrode für eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt des verwandten Standes der Technik, kann als ein Material des Negativelektrodenstromkollektors 62, der die negative Elektrode 60 bildet, vorzugsweise ein aus hochleitfähigem Metall gebildetes leitfähiges Material verwendet werden. Beispielsweise kann Kupfer, Nickel, Titan oder Edelstahl oder eine das Metall als eine Hauptkomponente enthaltende Legierung verwendet werden. Die Form des Negativelektrodenstromkollektors 62 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, da sie in Abhängigkeit beispielsweise von der Form des Elektrodenkörpers und der Form einer Batterie (Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt), in der der Elektrodenkörper verwendet wird, variieren kann. Beispielsweise kann der Negativelektrodenstromkollektor 62 unterschiedliche Formen besitzen, wie etwa eine Stabform, eine Plattenform, eine Bahnform und eine Folienform.
  • Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 enthält mindestens ein Negativelektrodenaktivmaterial. Als das Negativelektrodenaktivmaterial können eine Art oder zwei oder mehr Arten aus verschiedenen bekannten Materialien, welche als ein Negativelektrodenaktivmaterial einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt verwendbar sind, ohne besondere Einschränkungen verwendet werden. Beispielsweise kann bevorzugt ein teilchenförmiges Kohlenstoffmaterial (Kohlenstoffpartikel), von dem mindestens ein Teil eine Graphitstruktur (geschichtete Struktur) besitzt, verwendet werden. Zum Beispiel sind verschiedene Kohlenstoffmaterialien, wie etwa Graphit, nicht-graphitisierbarer Kohlenstoff (Hartkohlenstoff), graphitisierbarer Kohlenstoff (Weichkohlenstoff) und ein Kohlenstoffmaterial, das eine Kombination hieraus aufweist, bevorzugt verwendbar. Von diesen sind Graphitpartikel (gebildet aus Naturgraphit oder künstlichem Graphit), welche imstande sind, eine hohe Energiedichte zu erreichen, bevorzugt verwendbar. Darüber hinaus kann eine Oberfläche des Kohlenstoffmaterials (Kohlenstoffmaterial als ein Kern) mit einem amorphen Kohlenstofffilm beschichtet sein. Zum Beispiel können durch Beschichten einer Oberfläche eines Graphitkohlenstoffmaterials mit einem amorphen Kohlenstoff, der eine niedrige Reaktionsfähigkeit gegenüber einer Elektrolytlösung besitzt, eine Abnahme der Batteriekapazität und ein Anstieg des Batteriewiderstands unterbunden werden, welche bewirkt werden können, wenn ein Randabschnitt des Graphitmaterials (typischerweise ein Ende einer Basisebene von Graphit) mit einer nicht-wässrigen Elektrolytlösung (typischerweise einem in der Elektrolytlösung enthaltenen nicht-wässrigen Lösungsmittel) reagiert (typischerweise reduziert und zersetzt wird).
  • Das Kohlenstoffmaterial (Kohlenstoffverbundmaterial), dessen Oberfläche mit einem amorphen Kohlenstofffilm beschichtet ist, kann beispielsweise unter Verwendung eines allgemeinen Gasphasenverfahrens (Trockenverfahrens) oder eines Flüssigphasenverfahrens (Nassverfahrens) bereitet werden. Beispielsweise kann das Kohlenstoffverbundmaterial unter Verwendung eines Verfahrens bereitet werden, welches beinhaltet: Miteinandervermischen eines Kohlenstoffmaterials (typischerweise eines Graphitmaterials) als einem Kern und eines karbonisierbaren Materials (Beschichtungsmaterials), wie etwa Pech oder Teer, als einem Vorläufer von amorphem Kohlenstoff in einem geeigneten Lösungsmittel, so dass das Beschichtungsmaterial an Oberflächen von Graphitpartikeln angebracht wird; und Brennen des erhaltenen Gemischs bei einer Temperatur, bei der die Graphitisierung des Beschichtungsmaterials nicht fortschreitet, so dass das an den Oberflächen angebrachte Beschichtungsmaterial gesintert wird. Ein Mischungsverhältnis des Kohlenstoffmaterials (typischerweise eines Graphitmaterials) als einem Kern zu dem Beschichtungsmaterial kann geeigneterweise basierend auf der Art und den Eigenschaften (zum Beispiel durchschnittliche Partikelgröße) des zu verwendenden Kohlenstoffmaterials bestimmt werden. Die Brenntemperatur kann beispielsweise auf 500°C bis 1500°C (typischerweise 800°C bis 1300°C) eingestellt werden.
  • Die Form des Negativelektrodenaktivmaterials unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, kann jedoch eine Teilchen- oder Pulverform sein. Die durchschnittliche Partikelgröße des Negativelektrodenaktivmaterials in einer Teilchenform kann 20 µm oder weniger (typischerweise 1 µm bis 20 µm; zum Beispiel 5 µm bis 20 µm) betragen. Das Negativelektrodenaktivmaterial, das dem oben beschriebenen Partikelgrößenbereich entspricht, kann einen zu bevorzugenden leitenden Pfad in der das aktive Material enthaltenden Aktivmaterialschicht bilden. Mithin kann die Batterieleistung (beispielsweise Nennkapazität oder Ausgabekennwerte) weiter verbessert werden.
  • In dieser Spezifikation bezieht sich „durchschnittliche Partikelgröße“ auf eine Partikelgröße (auch als „Partikelgröße D50“ oder „mittlere Größe“ bezeichnet), die einem kumulativen Wert von 50% in einer Reihenfolge ab der kleinsten Partikelgröße in einer Volumenteilchengrößenverteilung entspricht, welche durch eine Teilchengrößenverteilungsmessung basierend auf einem allgemeinen Laserbeugungs-Laserstreuungsverfahren erhalten wird.
  • Die spezifische Oberfläche des Negativelektrodenaktivmaterials unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Jedoch kann die spezifische BET-Oberfläche des Negativelektrodenaktivmaterials, die unter Verwendung von Krypton (Kr) als einem Adsorptionsgas gemessen wird (nachstehend auch als „spezifische BET-Oberfläche (Kr) (m2/g)“ bezeichnet), beispielsweise 2,0 m2/g bis 6,0 m2/g (vorzugsweise 2,8 m2/g bis 5,1 m2/g) betragen. Die spezifische BET-Oberfläche (Kr) bezieht sich auf einen Wert, der durch Analysieren einer Gasadsorptionsmenge unter Verwendung einer BET-Methode (beispielsweise einer Einpunkt-BET-Methode) erhalten wird, wobei die Gasadsorptionsmenge unter Verwendung einer Gasadsorptionsmethode (Konstantvolumen-Adsorptionsmethode) gemessen wird, bei der Kr-Gas als ein Adsorptionsgas verwendet wird. Das Negativelektrodenaktivmaterial, bei dem die spezifische BET-Oberfläche (Kr) dem oben beschriebenen Bereich entspricht, besitzt einen Bereich, der als ein physikalischer Adsorptionsbereich von Lithiumionen bevorzugt wird und somit Lithiumionen selbst unter einer hohen Last (beispielsweise während einer Hochstromaufladung) bevorzugt speichern kann. Darüber hinaus kann die Zersetzung der nicht-wässrigen Elektrolytlösung auf der Oberfläche des Negativelektrodenaktivmaterials geeignet unterbunden werden. Mithin können hohe Batteriekennwerte (zum Beispiel hohe Ein- und Ausgabekennwerte) und hohe Dauerhaltbarkeit vorliegen.
  • Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 kann ferner andere Komponenten als das aktive Material, zum Beispiel ein Bindemittel oder ein Verdickungsmittel, enthalten. Als das Bindemittel können zum Beispiel verschiedene Polymermaterialien, wie etwa Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), verwendet werden. Als das Verdickungsmittel können zum Beispiel verschiedene Polymermaterialien, wie etwa Carboxymethylcellulose (CMC), verwendet werden.
  • Es ist zu bevorzugen, dass ein Verhältnis der Masse des Negativelektrodenaktivmaterials zu der Gesamtmasse der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 geeigneterweise etwa 50 Ma% oder mehr beträgt und für gewöhnlich vorzugsweise etwa 90 Ma% bis 99 Ma% (typischerweise 95 Ma% bis 99 Ma%) beträgt. Wenn das Bindemittel verwendet wird, beträgt ein Verhältnis der Masse des Bindemittels zu der Gesamtmasse der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 beispielsweise etwa 0,5 Ma% bis 10 Ma% und beträgt für gewöhnlich vorzugsweise etwa 0,5 Ma% bis 5 Ma%.
  • Die Masse (Masse pro Flächeneinheit) der pro Flächeneinheit einer einzelnen Oberfläche des Negativelektrodenstromkollektors 62 vorgesehenen Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 kann beispielsweise etwa 2 mg/cm2 bis 10 mg/cm2 (typischerweise 3 mg/cm2 bis 7 mg/cm2) betragen. Wenn die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64, wie in der Ausführungsform, auf beiden Oberflächen des Negativelektrodenstromkollektors 62 vorgesehen ist, dann ist es zu bevorzugen, dass die Massen der auf den jeweiligen Oberflächen des Negativelektrodenstromkollektors 62 vorgesehenen Negativelektrodenaktivmaterialschichten 64 im Wesentlichen gleich sind.
  • Die Porosität der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 kann beispielsweise etwa 5 Vol.-% bis 50 Vol.-% (vorzugsweise 35 Vol.-% bis 50 Vol.-%) betragen. Die Dicke (durchschnittliche Dicke) der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 pro einzelner Oberfläche kann beispielsweise 40 µm oder mehr (typischerweise 50 µm oder mehr) betragen und kann zum Beispiel 100 µm oder weniger (typischerweise 80 µm oder weniger) betragen. Die Dichte der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 kann beispielsweise etwa 0,5 g/cm3 bis 2 g/cm3 (typischerweise 0,9 g/cm3 bis 1,3 g/cm3) betragen. Durch Einstellen der Kennwerte der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 derart, dass sie innerhalb der oben beschriebenen Bereiche liegen, kann eine Grenzfläche mit der nicht-wässrigen Elektrolytlösung auf geeignete Weise aufrechterhalten werden, und Dauerhaltbarkeit (Zykluseigenschaften) sowie Ein- und Ausgabekennwerte sind bei normaler Verwendung gleichzeitig auf einem hohen Niveau realisierbar.
  • Die negative Elektrode 60 kann beispielsweise unter Verwendung eines Verfahrens gebildet werden, das beinhaltet: Dispergieren der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und anderer optionaler Materialien in einem geeigneten Lösungsmittel (zum Beispiel Ionenaustauschwasser) zum Bereiten einer pastösen Zusammensetzung (Schlämme); Auftragen einer geeigneten Menge der Zusammensetzung auf eine Oberfläche des Negativelektrodenstromkollektors 62; und Trocknen der Zusammensetzung zum Entfernen des Lösungsmittels. Darüber hinaus können die Kennwerte (zum Beispiel mittlere Dicke, Dichte des aktiven Materials und Porosität) der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 durch optionales Durchführen einer geeigneten Pressbehandlung eingestellt werden. In der Pressbehandlung können beispielsweise verschiedene wohlbekannte Pressverfahren, wie etwa ein Walzenpressverfahren oder ein Flachplattenpressverfahren, angewandt werden.
  • Obzwar nicht hierauf beschränkt, beträgt ein Verhältnis (Ca/Cc) einer Kapazität der negativen Elektrode (Ca) zu einer Kapazität der positiven Elektrode (Cc) geeigneterweise zum Beispiel 1,0 bis 2,5 (vorzugsweise 1,5 bis 2,0), wobei die Kapazität der positiven Elektrode (Cc) als ein Produkt der theoretischen Kapazität des Positivelektrodenaktivmaterials pro Masseneinheit und der Masse des Positivelektrodenaktivmaterials definiert ist, und die Kapazität der negativen Elektrode (Ca) als ein Produkt der theoretischen Kapazität des Negativelektrodenaktivmaterials pro Masseneinheit und der Masse des Negativelektrodenaktivmaterials definiert ist. Das Kapazitätsverhältnis der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, welche einander gegenüberliegen, kann eine direkte Auswirkung auf die Batteriekapazität (oder irreversible Kapazität) oder die Energiedichte haben. Wenn Ca/Cc übermäßig niedrig ist, dann kann ein Fall vorliegen, dass beispielsweise die Abscheidung eines von Ladungsträgern stammenden Materials (typischerweise Lithiummetall) je nach den Verwendungsbedingungen und dergleichen (beispielsweise schnelles Aufladen) der Batterie wahrscheinlich ist. Wenn andererseits Ca/Cc übermäßig hoch ist, dann ist eine Abnahme der Energiedichte der Batterie wahrscheinlich. Durch Einstellen des Kapazitätsverhältnisses der einander gegenüberliegenden positiven und negativen Elektrode derart, dass es innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, können Batteriekennwerte, wie etwa Batteriekapazität und Energiedichte, auf einem hohen Niveau aufrechterhalten werden und die Abscheidung eines von Ladungsträgern stammenden Materials (typischerweise Lithiummetall) kann auf geeignete Weise unterbunden werden.
  • Der Separator 70 kann die gleiche Ausgestaltung annehmen wie im verwandten Stand der Technik, abgesehen davon, dass er eine vorbestimmte Menge NMP enthält. Und zwar beträgt der NMP-Gehalt in dem Separator 70 10 ppm bis 26 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht. Hier kann „NMP-Gehalt in dem Separator bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht“ durch Dividieren der Menge (g/m2) an NMP, die pro Flächeneinheit des Separators enthalten ist, durch die Masse (g/m2) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht, die pro Flächeneinheit des Positivelektrodenstromkollektors vorgesehen ist, das heißt, die Masse pro Flächeneinheit (g/m2) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht, erhalten werden. Wenn die Positivelektrodenaktivmaterialschicht auf beiden Oberflächen des Positivelektrodenstromkollektors vorgesehen ist, dann bezieht sich „Masse pro Flächeneinheit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht“ auf die Gesamtmasse pro Flächeneinheit der auf den Oberflächen des Positivelektrodenstromkollektors vorgesehenen Positivelektrodenaktivmaterialschichten.
  • Der Separator 70, der zwischen der positiven Elektrode 50 und der negativen Elektrode 60 positioniert ist, unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, sofern er die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 64 voneinander isoliert und eine Funktion des Haltens der nicht-wässrigen Elektrolytlösung sowie eine Shutdown- bzw. Abschaltfunktion besitzt. Die Form des Separators 70 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, da sie in Abhängigkeit beispielsweise von der Form des Elektrodenkörpers und der Form einer Batterie (Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt), in der der Elektrodenkörper verwendet wird, variieren kann. Beispielsweise kann der Separator 70 verschiedene Formen besitzen, wie etwa eine Stabform, eine Plattenform, eine Bahnform und eine Folienform. Der Separator 70 kann ein Separator sein, der lediglich aus einem Harz-Separatorsubstrat gebildet ist. Darüber hinaus kann der Separator ein wärmebeständiger Separator sein, der eine poröse wärmebeständige Schicht auf einer einzelnen Oberfläche oder beiden Oberflächen (typischerweise einer einzelnen Oberfläche) des Harz-Separatorsubstrats (Substratschicht) beinhaltet. Die wärmebeständige Schicht kann auf der gesamten Oberfläche der Substratschicht gebildet sein, das heißt, dem gesamten Bereich der Substratschicht in einer Längsrichtung und einer Breitenrichtung derselben.
  • Zu bevorzugende Beispiele für das Separatorsubstrat (Substratschicht) beinhalten eine poröse Harzbahn, die aus einem Harz wie etwa Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyester, Cellulose oder Polyamid gebildet ist. Von diesen besitzt ein poröses Harz auf Polyolefinbasis (zum Beispiel PE oder PP) eine Abschalttemperatur von 80°C bis 140°C (typischerweise 110°C bis 140°C; zum Beispiel 120°C bis 135°C), die hinreichend niedriger ist als die Wärmebeständigkeitstemperatur (typischerweise etwa 200°C oder darüber) einer Batterie, und kann somit die Abschaltfunktion zu einem geeigneten Zeitpunkt aufweisen.
  • Das Separatorsubstrat (Substratschicht) kann eine aus einem porösen Harz gebildete einlagige Struktur oder eine Struktur besitzen, bei der zwei oder mehr poröse Harzbahnen, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind oder unterschiedliche Eigenschaften (zum Beispiel Dicke oder Porosität) besitzen, laminiert sind. Als das Separatorsubstrat, das die mehrlagige Struktur besitzt, kann beispielsweise ein Separatorsubstrat (Separatorschicht) mit einer dreilagigen Struktur (das heißt, einer dreilagigen PP/PE/PP-Struktur) bevorzugt verwendet werden, bei der eine Polypropylen(PP)-Schicht auf beide Oberflächen einer Polyethylen(PE)-Schicht laminiert ist. Die in dem gewickelten Elektrodenkörper 20 beinhalteten zwei Separatoren 70 können aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein oder können unterschiedliche Eigenschaften besitzen.
  • Die durchschnittliche Dicke des Separatorsubstrats (Separatorschicht) unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, beträgt jedoch für gewöhnlich 5 µm oder mehr (typischerweise 10 µm oder mehr; zum Beispiel 17 µm oder mehr) und 40 µm oder weniger (typischerweise 30 µm oder weniger; zum Beispiel 25 µm oder weniger). Wenn die Dicke der Substratschicht innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, dann kann die Isolierfunktion und die Funktion des Haltens des Elektrolyten auf geeignete Weise vorliegen, und eine weit überlegene Ionendurchlässigkeit kann aufrechterhalten werden. Mithin ist eine weit überlegene Batterieleistung realisierbar. Die Dicke der Substratschicht kann beispielsweise durch Messen unter Verwendung eines Mikrometers oder eines Dickenmessers oder durch Analyse einer SEM-Querschnittsaufnahme erhalten werden.
  • Die Porosität des Separatorsubstrats (Substratschicht) unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, beträgt jedoch zum Beispiel vorzugsweise etwa 20 Vol.-% bis 70 Vol.-% und stärker bevorzugt etwa 30 Vol.-% bis 60 Vol.-%. Wenn die Porosität der Substratschicht übermäßig hoch ist, dann kann die mechanische Festigkeit unzureichend sein oder die Wärmeschrumpfung kann beträchtlich sein. Wenn andererseits die Porosität übermäßig niedrig ist, dann kann die Menge der Elektrolytlösung, die in der Substratschicht gehalten werden kann, abnehmen oder Lade-Entladekennwerte können aufgrund von verringerter Ionendurchlässigkeit abnehmen. Mithin können durch Einstellen der Porosität der Substratschicht, so dass sie innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, hohe Festigkeit und überlegene Isoliereigenschaften vorliegen und die Batterieleistung (zum Beispiel Ionendurchlässigkeit oder Ein- und Ausgabekennwerte) kann weiter verbessert werden. Die Porosität der Substratschicht kann beispielsweise durch Einstellen der Art eines konstituierenden Materials oder der Festigkeit während eines Verstreckens eingestellt werden.
  • Die Porosität des Separatorsubstrats (Substratschicht) kann basierend auf der Masse W (g), dem apparenten Volumen (cm3) und der Reindichte p (g/cm3) aus dem Ausdruck „[1-(W/pV)]×100“ erhalten werden. Das „apparente Volumen“ kann als das Produkt der Fläche (cm2) in einer Draufsicht und der Dicke (cm) berechnet werden. Die „Reindichte p“ kann unter Verwendung eines Dichtemessgeräts gemäß einer allgemeinen dilatometrischen Konstantvolumenmethode (Gasverdrängungspyknometrie) gemessen werden.
  • Die Luftdurchlässigkeit (Gurley-Wert) des Separatorsubstrats (Separatorschicht) unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, beträgt jedoch für gewöhnlich 100 s/100 ml oder mehr (typischerweise 200 s/100 ml oder mehr) und beträgt für gewöhnlich 1000 s/100 ml oder weniger (typischerweise 600 s/100 ml oder weniger). Die Luftdurchlässigkeit definiert die durchschnittliche Porengröße auf eine Pseudo-Weise, und wenn die Luftdurchlässigkeit übermäßig niedrig ist, dann können Ein- und Ausgabekennwerte aufgrund von verringerter Ionendurchlässigkeit abnehmen. Wenn die Luftdurchlässigkeit übermäßig hoch ist, beispielsweise in einem Fall, in dem eine nachstehend beschriebene poröse wärmebeständige Schicht auf dem Separatorsubstrat gebildet ist, dann dringt eine in der porösen wärmebeständigen Schicht enthaltene überschüssige Menge eines anorganischen Füllstoffs in die Poren des Separators ein. Infolgedessen können die Ionendurchlässigkeit oder Ein- und Ausgabekennwerte abnehmen. Hier bezieht sich „Luftdurchlässigkeit“ auf einen Luftdurchlässigkeitswiderstand (Gurley) und kann gemäß einem durch JIS P8117 (2009) definierten Verfahren gemessen werden.
  • Wenn eine wärmebeständige Schicht auf dem Separatorsubstrat (Separatorschicht) vorgesehen ist, dann kann die wärmebeständige Schicht ohne besondere Einschränkungen die gleiche Ausgestaltung besitzen wie jene einer wärmebeständigen Schicht eines Separators, der in einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt des verwandten Standes der Technik verwendet wird. Selbst wenn die Innentemperatur der Batterie aufgrund beispielsweise eines internen Kurzschlusses hoch wird (zum Beispiel 150°C oder höher; typischerweise 200°C oder höher), kann die wärmebeständige Schicht ein Formhaltevermögen besitzen (das ein geringes Maß an Verformung erlauben kann), ohne erweicht oder geschmolzen zu werden. Diese wärmebeständige Schicht kann zum Beispiel eine Schicht sein, die einen anorganischen Füllstoff und ein Bindemittel enthält. Beispiele für den in der wärmebeständigen Schicht enthaltenen anorganischen Füllstoff beinhalten ein Metalloxid und ein Metallhydroxid. Als der anorganische Füllstoff kann zum Beispiel Aluminiumoxid, Böhmit, Siliziumdioxid, Titandioxid, Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumdioxid, Bornitrid oder Aluminiumnitrid bevorzugt verwendet werden. Von diesen anorganischen Füllstoffen kann eine Art alleine verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Arten in Kombination verwendet werden. Als das in der wärmebeständigen Schicht enthaltene Bindemittel kann zum Beispiel ein Acrylharz, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVdF), Carboxymethylcellulose (CMC) oder Methylcellulose (MC) bevorzugt verwendet werden. Von diesen Bindemitteln kann eine Art alleine verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Arten in Kombination verwendet werden. Insbesondere ist ein Acrylharz bevorzugt, da es aufgrund seiner starken Haftung (typischerweise anfängliche Klebkraft oder Haftfestigkeit) und hohen elektrochemischen Stabilität ein hohes Formhaltevermögen aufweisen kann.
  • Neben dem Füllstoff und dem Bindemittel enthält die wärmebeständige Schicht gegebenenfalls ein Material oder zwei oder mehr Materialien, welche als Komponenten einer wärmebeständigen Schicht in einer allgemeinen Sekundärbatterie verwendbar sind. Beispiele für das Material beinhalten verschiedene Additive, wie etwa ein Verdickungsmittel oder ein Dispergiermittel.
  • Die durchschnittliche Dicke der wärmebeständigen Schicht unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, sondern kann beispielsweise 1 µm oder mehr (typischerweise 3 µm oder mehr) betragen. Durch Einstellen der Dicke der wärmebeständigen Schicht derart, dass sie innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, lässt sich ein interner Kurzschluss auf geeignete Weise verhindern und eine hohe kurzschlussverhindernde Wirkung kann vorliegen. Der obere Grenzwert unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, sondern kann beispielsweise 10 µm oder weniger (typischerweise 5 µm oder weniger) betragen. Wenn die Dicke der wärmebeständigen Schicht übermäßig klein ist, dann kann keine ausreichende Wärmebeständigkeitswirkung vorliegen und die kurzschlussverhindernde Wirkung kann abnehmen. Wenn die durchschnittliche Dicke der wärmebeständigen Schicht dem oben beschriebenen Bereich entspricht, dann ist ein höheres Maß an Batterieleistung und Zuverlässigkeit gleichzeitig realisierbar und die Wirkungen der Erfindung können auf einem höheren Niveau vorliegen.
  • Die Gesamtporosität der wärmebeständigen Schicht unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, sondern kann beispielsweise 50 Vol.-% bis 70 Vol.-% betragen. Wenn die Porosität der wärmebeständigen Schicht übermäßig hoch ist, dann kann die mechanische Festigkeit unzureichend sein. Wenn die Porosität der wärmebeständigen Schicht übermäßig niedrig ist, dann kann aufgrund von verringerter Ionendurchlässigkeit der Widerstand zunehmen oder Ein- und Ausgabekennwerte können abnehmen. Innerhalb des oben beschriebenen Bereichs können die Wirkungen der Erfindung auf einem höheren Niveau vorliegen.
  • Wenn hier die wärmebeständige Schicht auf beiden Oberflächen der Substratschicht gebildet ist, dann können die Kennwerte der wärmebeständigen Schicht, die auf einer der positiven Elektrode gegenüberliegenden Oberfläche gebildet ist, gleich jenen der wärmebeständigen Schicht sein, die auf einer der negativen Elektrode gegenüberliegenden Oberfläche gebildet ist. Alternativ kann ein Unterschied beispielsweise in der Art und dem Anteil des enthaltenen Füllstoffs, der Porosität oder der durchschnittlichen Dicke bestehen. Wenn die wärmebeständige Schicht auf einer einzelnen Oberfläche der Substratschicht gebildet ist, dann kann die wärmebeständige Schicht der positiven Elektrode (Positivelektrodenaktivmaterialschicht) oder der negativen Elektrode (Negativelektrodenaktivmaterialschicht) gegenüberliegen.
  • Der Separator, bei dem die wärmebeständige Schicht auf mindestens einer Oberfläche der Substratschicht gebildet ist, kann beispielsweise unter Verwendung des folgenden Verfahrens hergestellt werden. Zunächst werden der Füllstoff, das Bindemittel und andere optionale Materialien in einem geeigneten Lösungsmittel dispergiert, um eine pastenartige (schlämmeartige) wärmebeständige-Schicht-bildende Zusammensetzung zu bereiten. Als Nächstes wird die wärmebeständige-Schicht-bildende Zusammensetzung auf eine Oberfläche der Substratschicht aufgetragen und zum Entfernen des Lösungsmittels getrocknet. Infolgedessen kann ein Separator hergestellt werden, bei dem eine wärmebeständige Schicht mit den oben beschriebenen Eigenschaften auf der Substratschicht gebildet ist.
  • Nachstehend wird im Hinblick auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektrodenkörpers eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung des gewickelten Elektrodenkörpers 20 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen angemessen beschrieben. Jedoch ist das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektrodenkörpers nicht dazu gedacht, auf die folgende Ausführungsform beschränkt zu sein.
  • Wie in 4 gezeigt, beinhaltet das hierin offenbarte Verfahren zur Herstellung des gewickelten Elektrodenkörpers 20 einen Auftragungsschritt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung (S10), einen Positivelektroden-Erstellungsschritt (S20), einen Laminierschritt (S30), einen Stehlassschritt (S40) und einen Trocknungsschritt (S50). Nachstehend werden die jeweiligen Schritte im Detail beschrieben.
  • Zunächst wird der Auftragungsschritt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung (S10) beschrieben. In diesem Schritt wird eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Zusammensetzung bereitet, und die Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Zusammensetzung wird auf den Positivelektrodenstromkollektor 52 aufgetragen. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Zusammensetzung enthält ein Positivelektrodenaktivmaterial und NMP. Typischerweise kann die Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Zusammensetzung eine pastenartige oder schlämmeartige Zusammensetzung sein. Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Zusammensetzung kann durch Dispergieren des Positivelektrodenaktivmaterials und anderer optionaler Materialien in NMP bereitet werden. Hierbei kann als das Dispergierverfahren ein wohlbekanntes Verfahren des verwandten Standes der Technik ohne besondere Einschränkungen verwendet werden. Da das Dispergierverfahren darüber hinaus kein Merkmal der Erfindung ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung desselben verzichtet. Eine geeignete Menge der wie oben beschrieben bereiteten Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung wird auf eine Oberfläche (eine einzelne Oberfläche oder beide Oberflächen) des Positivelektrodenstromkollektors 52 aufgetragen. Der Vorgang des Auftragens der Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und kann beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Beschichters, wie etwa eines Gravurbeschichters, eines Schlitzbeschichters, eines Düsenbeschichters, eines Kommabeschichters oder eines Tauchbeschichters, durchgeführt werden.
  • Als Nächstes wird der Positivelektroden-Erstellungsschritt (S20) beschrieben. In diesem Schritt wird der Positivelektrodenstromkollektor 52, auf den die Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Zusammensetzung in dem Auftragungsschritt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung (S10) aufgetragen wird, vorzugsweise durch Lufttrocknen, Erhitzen, Druckreduktion oder dergleichen getrocknet, um das Lösungsmittel (typischerweise NMP) oder Wasser, das in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung enthalten ist, zu entfernen. Infolgedessen wird die positive Elektrode 50 erstellt, bei der die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 auf dem Positivelektrodenstromkollektor 52 gebildet ist.
  • Das hierin beschriebene „Entfernen“ ist kein Konzept, bei dem das Lösungsmittel vollständig entfernt wird (es verschwindet nicht vollständig), sondern ein Konzept, bei dem die verbleibende Menge des Lösungsmittels auf eine vorbestimmte Standardmenge oder darunter eingestellt wird. Das heißt, die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 der in diesem Schritt bereiteten positiven Elektrode 50 enthält eine vorbestimmte Menge NMP. In der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 verbleibt ein Teil des NMP, das zur Bereitung der Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung verwendet wurde. Dementsprechend kann die Trocknungsbehandlung auch als eine NMP-Gehalt-Einstellungsbehandlung des Zusetzens einer geeigneten Menge NMP zu der Positivelektrodenaktivmaterialschicht bezeichnet werden.
  • Der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 der positiven Elektrode vor dem Laminierschritt und nach dem Positivelektroden-Erstellungsschritt (S20) wird vorzugsweise so festgelegt, dass er beispielsweise in einem Bereich von 80 ppm bis 1010 ppm (vorzugsweise 89 ppm bis 1004 ppm) bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht liegt. Durch Einstellen des NMP-Gehalts in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 derart, dass er innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, kann eine geeignete Menge NMP in einem Zustand in den Separator 70 überführt werden, in dem die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 eine geeignete Menge NMP enthält. Das heißt, es ist zu bevorzugen, dass die positive Elektrode verwendet wird, die den oben beschriebenen NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 aufweist, da der Elektrodenkörper 20 konstruiert werden kann, in dem der Separator 70 und die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 eine vorbestimmte Menge NMP enthalten.
  • Der Trocknungsvorgang unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und kann unter Verwendung allgemeiner Mittel aus dem verwandten Stand der Technik (zum Beispiel Heiztrocknen oder Trocknen bei reduziertem Druck) durchgeführt werden. Beispielsweise wird Heiztrocknen unter dem Gesichtspunkt der Fertigungseffizienz bevorzugt verwendet. Unter dem Gesichtspunkt des effizienten Durchführens des Trocknens innerhalb eines kurzen Zeitraums ist Heißlufttrocknen zu bevorzugen, bei dem heiße Luft mit einer vorbestimmten Temperatur auf die Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Zusammensetzung geblasen wird.
  • Die Trocknungstemperatur kann auf eine Temperatur festgelegt werden, bei der Komponenten (typischerweise das Positivelektrodenaktivmaterial, das leitfähige Material, das Bindemittel und dergleichen), welche die Positivelektrodenaktivmaterialschicht bilden, nicht modifiziert werden. Typischerweise ist es zu bevorzugen, dass das Heiztrocknen bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger ist als ein Schmelzpunkt eines Materials (typischerweise des Bindemittels), das von denjenigen Komponenten, welche die Positivelektrodenaktivmaterialschicht bilden, den niedrigsten Schmelzpunkt besitzt. Beispielsweise kann die Trocknungstemperatur auf etwa 120°C bis 200°C (vorzugsweise 125°C bis 160°C) festgelegt werden.
  • Die Blasbedingungen des Heißlufttrocknens unterliegen keinen besonderen Einschränkungen. Es ist jedoch im Allgemeinen zu bevorzugen, dass heiße Luft mit einer Strömungsrate von 10 m3/min bis 60 m3/min (typischerweise 25 m3/min bis 50 m3/min; beispielsweise etwa 50 m3/min±5 m3/min) eingeblasen wird. Mit zunehmender Strömungsrate für das Heißlufttrocknen kann das Lösungsmittel (typischerweise NMP) in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung effizienter verdampft werden. Andererseits wird dann, wenn die Strömungsrate (das heißt, eine Rate, mit der externe Luft einströmt) für das Heißlufttrocknen zunimmt, eine Belastung auf eine Temperatureinstellapparatur (typischerweise ein Heizgerät) oder eine Klimaanlage aufgebracht. Mithin ist es unter dem Gesichtspunkt der Fertigungskosten des Elektrodenkörpers zu bevorzugen, dass das Trocknen bei einer niedrigen Strömungsrate durchgeführt wird.
  • Die Trocknungszeit kann in Abhängigkeit von den Bedingungen, wie etwa der Trocknungstemperatur oder der Strömungsrate für das Heißlufttrocknen, geeignet eingestellt werden, so dass der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt. Für gewöhnlich kann die Trocknungszeit 10 Sekunden bis 300 Sekunden (typischerweise 20 Sekunden bis 200 Sekunden; zum Beispiel 30 Sekunden bis 100 Sekunden) betragen. Beispielsweise kann die Trocknungszeit, wenn das Heißlufttrocknen bei einer Temperaturbedingung von 125°C bis 160°C bei einer Strömungsrate von etwa 50 m3/min±5 m3/min durchgeführt wird, auf etwa 20 Sekunden bis 50 Sekunden (zum Beispiel etwa 36 Sekunden±2 Sekunden) festgelegt werden. Infolgedessen kann das Trocknen (Entfernen des Lösungsmittels) in einem Zustand durchgeführt werden, in dem eine geeignete Menge NMP in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 verbleibt.
  • Der Positivelektroden-Erstellungsschritt (S20) kann ferner eine Pressbehandlung enthalten. Durch optionales Durchführen einer geeigneten Pressbehandlung können die Eigenschaften (zum Beispiel durchschnittliche Dicke, Dichte des aktiven Materials und Porosität) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 eingestellt werden.
  • Als Nächstes wird der Laminierschritt (S30) beschrieben. In dem Laminierschritt werden die in dem Positivelektroden-Erstellungsschritt (S20) erstellte positive Elektrode 50 und die negative Elektrode 60 mit den dazwischen positionierten Separatoren 70 laminiert, um ein Laminat zu erstellen. Als die negative Elektrode 60 und der Separator 70 sind eine negative Elektrode und ein Separator, welche in einer Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt des verwandten Standes der Technik verwendet werden, ohne besondere Einschränkungen verwendbar. Beispielsweise können die negative Elektrode 60 und der Separator 70 die oben beschriebenen Ausgestaltungen besitzen.
  • Obgleich es nicht dazu vorgesehen ist, hierauf beschränkt zu sein, kann das Laminat, wie in 3 gezeigt, ein gewickeltes Laminat 20 sein, das in einer flachen Form ausgebildet ist und bei dem der Positivelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitt 52a oder der Negativelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitt 62a von gegenüberliegenden Enden in einer axialen Wickelrichtung hervorstehen. Das gewickelte Laminat 20 kann durch einander in deren Längsrichtung überlappendes Anordnen der länglichen positiven Elektrode 50 und der länglichen negativen Elektrode 60 mit den beiden länglichen Separatoren 70 und Wickeln des Laminats erstellt werden. Nachdem die positive und negative Elektrode und die Separatoren einander überlappend angeordnet und gewickelt wurden, wird der gewickelte Körper von seiner Seitenfläche gequetscht, um in einer flachen Form ausgebildet zu werden.
  • Als Nächstes wird der Stehlassschritt (S40) beschrieben. In dem Stehlassschritt wird das in dem Laminierschritt (S30) erstellte Laminat 20 für eine vorbestimmte Zeitdauer stehengelassen. Durch Durchführen des Stehlassschritts kann ein Teil des in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 enthaltenen NMP in den Separator 70 überführt werden. Das heißt, der Separator 70 enthält nach dem Stehlasschritt NMP.
  • In dem Stehlassschritt (S40) unterliegen Stehlassbedingungen des Laminats 20 keinen besonderen Einschränkungen, sofern eine geeignete Menge NMP aus der Positivelektrodenaktivmaterialschicht in den Separator derart überführt bzw. verlegt werden kann, dass der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 nach dem Trocknungsschritt (S50) 54 ppm bis 602 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht beträgt; und der NMP-Gehalt in dem Separator nach dem Trocknungsschritt (S50) 10 ppm bis 26 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht beträgt.
  • Die Temperatur einer Umgebung, in der das Laminat 20 stehengelassen wird, kann beispielsweise auf 5°C bis 35°C, vorzugsweise 15°C bis 30°C und stärker bevorzugt etwa 25°C±3°C festgelegt werden. Typischerweise kann das Laminat 20 bei normaler Temperatur (20°C±15°C) stehengelassen werden. Wenn die Stehlasstemperatur übermäßig hoch ist, dann kann NMP, das in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 enthalten ist, an der Luft verdampft werden. Wenn die Stehlasstemperatur andererseits übermäßig niedrig ist, dann kann die Effizienz des Verlegens (Überführens) von NMP, das in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 enthalten ist, in den Separator abnehmen. Die Luftfeuchtigkeit (relative Luftfeuchtigkeit) der Umgebung, in der das Laminat 20 stehengelassen wird, unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Beispielsweise ist es zu bevorzugen, dass das Laminat 20 in einer Umgebung mit normaler Luftfeuchtigkeit (45% rh bis 85% rh) oder typischerweise in einer Umgebung mit 50% rh bis 65% rh stehengelassen wird. Durch Stehenlassen des Laminats 20 für die vorbestimmte Zeitdauer in einer Umgebung, welche dem Temperaturbereich und dem Luftfeuchtigkeitsbereich entspricht, kann eine gewünschte Menge NMP aus der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 in den Separator 70 überführt werden. Da das Verdampfen einer überschüssigen Menge NMP aus der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 unterbunden werden kann, kann eine gewünschte Menge NMP in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 aufrechterhalten werden.
  • Die Geschwindigkeit (Überführungseffizienz) des Verlegens von NMP aus der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 in den Separator 70 kann in Abhängigkeit von der Umgebung (beispielsweise Temperatur und Luftfeuchtigkeit), in der das Laminat 20 stehengelassen wird, variieren. Mithin unterliegt die Zeit, in der das Laminat 20 stehengelassen wird, keinen besonderen Einschränkungen. Im Allgemeinen kann mit zunehmender Stehlasszeit die in den Separator überführte Menge NMP erhöht werden. Wenn das Laminat 20 in der oben beschriebenen Umgebung normaler Temperatur und normaler Luftfeuchtigkeit stehengelassen wird, kann typischerweise eine geeignete Menge NMP in den Separator überführt werden, indem die Zeit, in der das Laminat 20 stehengelassen wird, auf 1 Stunde oder 2 Stunden festgelegt wird.
  • Als Nächstes wird der Trocknungsschritt (S50) beschrieben. In dem Trocknungsschritt wird das Laminat 20 nach dem Stehlassschritt (S40) getrocknet. Durch Durchführen des Trocknungsschritts kann der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 und dem Separator 70 eingestellt werden. Und zwar wird der Trocknungsschritt derart durchgeführt, dass der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 54 ppm bis 602 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht beträgt; und der NMP-Gehalt in dem Separator 70 10 ppm bis 26 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht beträgt.
  • Der Trocknungsvorgang unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und kann unter Verwendung allgemeiner Mittel des verwandten Standes der Technik (zum Beispiel Heiztrocknen oder Trocknen bei reduziertem Druck) durchgeführt werden. Da es wahrscheinlich ist, dass in dem Laminat 20 in der Mitte und an einem Ende einer Laminierungsfläche ein ungleichmäßiges Trocknen erfolgt, sind Mittel zum gleichmäßigen Trocknen des gesamten Bereichs des Laminats 20 zu bevorzugen. Beispielsweise ist Vakuumtrocknen (Trocknen bei reduziertem Druck) zu bevorzugen, da selbst das Innere des Laminats (typischerweise des gewickelten Laminats) im Wesentlichen gleichmäßig getrocknet werden kann. Insbesondere kann bei dem gewickelten Laminat 20, da ein ungleichmäßiges Trocknen wahrscheinlich in der Mitte und an einem Ende davon in einer axialen Wickelrichtung erfolgt, das Vakuumtrocknen (Trocknen bei reduziertem Druck) bevorzugt verwendet werden. Beispielsweise ist es zu bevorzugen, dass das Laminat 20 in einer Umgebung mit reduziertem Druck von etwa 0,2 kPa bis 0,8 kPa (typischerweise etwa 0,5 kPa±0,1 kPa) getrocknet wird. Mit abnehmendem Grad der Reduzierung des Drucks kann das Trocknen effizienter erfolgen. Die Trocknungstemperatur unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Beispielsweise ist es zu bevorzugen, dass das Trocknen in einem erwärmten Zustand durchgeführt wird. Beispielsweise ist es zu bevorzugen, dass die Trocknungstemperatur innerhalb eines Bereichs von 50°C (vorzugsweise 80°C oder darüber und stärker bevorzugt 100°C oder darüber) bis zur Wärmebeständigkeitstemperatur des Separators (typischerweise etwa 100°C±10°C) festgelegt wird. Die Trocknungszeit unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, da sie in Abhängigkeit von dem Druckreduzierungsgrad, der Trocknungstemperatur und dergleichen variiert, und kann geeigneterweise derart festgelegt werden, dass der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 und der NMP-Gehalt in dem Separator 70 innerhalb der geeigneten Bereiche liegen. Wenn beispielsweise der Druck auf etwa 0,5 kPa±0,1 kPa reduziert wird und die Trocknungstemperatur etwa 100°C±10°C beträgt, dann kann das Trocknen für etwa 8 Stunden durchgeführt werden.
  • Hier können der Stehlassschritt (S40) und der Trocknungsschritt (S50) in einem Zustand durchgeführt werden, in dem das in dem Laminierschritt (S30) erstellte Laminat 20 während der Konstruktion der Batterie in einem externen Gehäuse (das heißt, einem Batteriegehäuse) aufgenommen ist. Dabei werden der Stehlassschritt (S40) und der Trocknungsschritt (S50) in einem Zustand durchgeführt, in dem ein Teil (typischerweise ein Einspritzloch, durch das die Elektrolytlösung eingespritzt wird) des Batteriegehäuses offen ist. Unter dem Gesichtspunkt des Schützens des Elektrodenkörpers (Laminats) in dem Stehlassschritt (S40) und dem Trocknungsschritt (S50) ist es zu bevorzugen, dass die jeweiligen Schritte in einem Zustand durchgeführt werden, in dem das Laminat 20 in dem Batteriegehäuse aufgenommen ist.
  • Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt anhand einer beispielhaft verwendeten Lithium-Ionen-Sekundärbatterie unter geeigneter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht dazu gedacht, auf die Ausführungsform beschränkt zu sein. In der folgenden Ausführungsform wird eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie mit einer Ausgestaltung, in der ein gewickelter Elektrodenkörper und eine nicht-wässrige Elektrolytlösung in einem quadratischen Batteriegehäuse aufgenommen sind, beispielhaft beschrieben. Die Form (externe Erscheinung und Größe) der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie (Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt) unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist lediglich beispielhaft, und der technische Gedanke der Erfindung ist auch auf andere Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt (zum Beispiel eine Magnesium-Sekundärbatterie) anwendbar, die andere Ladungsträger (zum Beispiel Magnesiumionen) beinhalten.
  • Die hierin offenbarte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie kann die gleiche Ausgestaltung annehmen wie im verwandten Stand der Technik, abgesehen davon, dass sie den Elektrodenkörper beinhaltet, der ein Merkmal der Erfindung ist, das heißt, sie beinhaltet einen Elektrodenkörper, in dem eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht und ein Separator eine vorbestimmte Menge NMP enthalten. Als der Elektrodenkörper kann der oben beschriebene Elektrodenkörper verwendet werden.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, ist eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 100 gemäß der Ausführungsform eine Batterie mit einer Ausgestaltung, bei der der Elektrodenkörper 20 (typischerweise der flache Elektrodenkörper 20) und der nicht-wässrige Elektrolyt (nicht gezeigt) in dem Batteriegehäuse 30 (das heißt, dem externen Gehäuse) aufgenommen sind. Das Batteriegehäuse 30 beinhaltet: einen kastenförmigen (das heißt, einen mit Boden versehenen, rechtwinkligen, parallelepipedförmigen) Gehäusekörper 32 mit einer Öffnung an einem Ende (welches in einem normalen Betriebszustand der Batterie einem oberen Ende entspricht); und einen Deckel 34, der die Öffnung des Gehäusekörpers 32 verschließt. Als das Material des Batteriegehäuses 30 ist beispielsweise ein leichtgewichtiges und hochwärmeleitfähiges Metallmaterial, wie etwa Aluminium, Edelstahl oder vernickelter Stahl, bevorzugt verwendbar. Wie in 1 und 2 gezeigt, sind an dem Deckel 34 ein Positivelektrodenanschluss 42 und ein Negativelektrodenanschluss 44 zur externen Verbindung vorgesehen. Darüber hinaus sind an dem Deckel 34 ein Sicherheitsventil 36 und ein Einspritzloch (nicht gezeigt), durch das die nicht-wässrige Elektrolytlösung in das Batteriegehäuse 30 eingespritzt wird, vorgesehen. Das Sicherheitsventil 36 ist so eingestellt, dass es einen Innendruck des Batteriegehäuses 30 ablässt, wenn der Innendruck auf einen vorbestimmten Pegel oder darüber ansteigt. In dem Batteriegehäuse 30 ist der Deckel 34 mit dem äußeren Rand einer Öffnung des Gehäusekörpers 32 des Batteriegehäuses verschweißt. Infolgedessen können der Gehäusekörper 32 und der Deckel 34 des Batteriegehäuses miteinander verbunden werden (eine Grenze dazwischen kann abgedichtet werden).
  • Wie in 2 gezeigt, ist der gewickelte Elektrodenkörper 20 in dem Batteriegehäuse 30 (das heißt, dem Gehäusekörper 32 des Batteriegehäuses) in einer Stellung aufgenommen, in der eine Wickelachse des gewickelten Elektrodenkörpers 20 seitwärts angeordnet ist (das heißt, die Öffnung ist in der Normalenrichtung der Wickelachse des gewickelten Elektrodenkörpers 20 gebildet). Der Positivelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitt 52a und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitt 62a, welche von dem Wickelkernabschnitt des gewickelten Elektrodenkörpers hervorstehen, sind mit einer Positivelektrodenstromkollektorplatte 42a bzw. einer Negativelektrodenstromkollektorplatte 44a verschweißt, so dass sie mit dem Positivelektrodenanschluss 42 und dem Negativelektrodenanschluss 44 elektrisch verbunden sind.
  • In der hier offenbarten nicht-wässrigen Elektrolytlösung kann ein geeignetes organisches Lösungsmittel (nicht-wässriges Lösungsmittel) typischerweise einen Trägerelektrolyten enthalten.
  • Als das organische Lösungsmittel können verschiedene organische Lösungsmittel, die in einer Elektrolytlösung einer allgemeinen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendbar sind, beispielsweise aprotische Lösungsmittel, wie etwa Carbonate, Ether, Ester, Nitrile, Sulfone und Lactone, ohne Einschränkungen verwendet werden. Konkrete Beispiele für das organische Lösungsmittel beinhalten Carbonate wie etwa Ethylencarbonat (EC), Diethylcarbonat (DEC), Dimethylcarbonat (DMC), Ethylmethylcarbonat (EMC) und Propylencarbonat (PC). Von diesen können EC, das eine hohe dielektrische Konstante besitzt, oder DMC oder ECM, die ein hohes Oxidationspotential (breites Potentialfenster) besitzen, bevorzugt verwendet werden. Beispielsweise ist es zu bevorzugen, dass das nicht-wässrige Lösungsmittel eine Art oder zwei Arten von Carbonaten enthält, und das Gesamtvolumen der Carbonate beträgt vorzugsweise 60 Vol.-% oder mehr (stärker bevorzugt 75 Vol.-% oder mehr, noch stärker bevorzugt 90 Vol.-% oder mehr; kann im Wesentlichen 100 Vol.-% betragen) bezogen auf das Gesamtvolumen des nicht-wässrigen Lösungsmittels.
  • Als der Trägerelektrolyt ist ein Trägerelektrolyt, der in einer Elektrolytlösung einer allgemeinen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendet wird, beispielsweise ein Lithiumsalz, ohne besondere Einschränkungen verwendbar. Von diesen können Lithiumsalze wie etwa LiPF6, LiClO4, LiAsF6, Li(CF3SO2)2N, LiBF4, und LiCF3SO3 bevorzugt verwendet werden. Von diesen Trägerelektrolyten kann eine Art alleine verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Arten in Kombination verwendet werden. Insbesondere ist LiPF6 bevorzugt. Die Konzentration des Trägerelektrolyten unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Wenn jedoch die Konzentration extrem niedrig ist, dann ist die Menge an Ladungsträgern (typischerweise Lithium-Ionen), die in der nicht-wässrigen Elektrolytlösung enthalten sind, unzureichend, und die Ionenleitfähigkeit nimmt tendenziell ab. Wenn die Konzentration extrem hoch ist, dann nimmt die Viskosität der nicht-wässrigen Elektrolytlösung in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur oder darunter (zum Beispiel 0°C bis 30°C) zu, und die Ionenleitfähigkeit nimmt tendenziell ab. Mithin beträgt die Konzentration des Trägerelektrolyten 0,1 mol/l oder mehr (zum Beispiel 0,8 mol/l oder mehr) und 2 mol/l oder weniger (zum Beispiel 1,5 mol/l oder weniger). Die Konzentration des Trägerelektrolyten beträgt vorzugsweise 1,1 mol/1.
  • Die nicht-wässrige Elektrolytlösung kann ferner optionale Komponenten, die von dem nicht-wässrigen Lösungsmittel und dem Trägerelektrolyten verschieden sind, in einem Bereich enthalten, in dem sich die Wirkungen der Erfindung nicht signifikant verschlechtern. Diese optionalen Komponenten sind für einen oder zwei oder mehr der Zwecke verwendbar, welche beinhalten: Verbesserung der Batterieausgabeleistung; Verbesserung der Lagerungsfähigkeit (Verhinderung einer Abnahme der Kapazität während der Lagerung); Verbesserung von Zykluseigenschaften; und Verbesserung der Erstlade-/entladeeffizienz. Bevorzugte Beispiele für die Additive beinhalten verschiedene Additive, beispielsweise ein gaserzeugendes Mittel, wie etwa Biphenyl (BP) oder Cyclohexylbenzol (CHB); einen Filmbildner, wie etwa Oxalatokomplexverbindungen, Fluorphosphate (typischerweise Difluorphosphate; zum Beispiel Lithiumdifluorphosphat), Vinylencarbonat (VC) und Fluorethylencarbonat (FEC); ein Dispergiermittel; und ein Verdickungsmittel. Von diesen Additiven kann eine Art allein verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Arten in Kombination verwendet werden. Zum Beispiel kann die nicht-wässrige Elektrolytlösung Lithiumdifluorphosphat und/oder Lithiumbis(oxalato)borat jeweils in einer Menge von 0,025 mol/l enthalten.
  • Wie oben beschrieben, ist der hierin offenbarte Elektrodenkörper dadurch gekennzeichnet, dass er das Vorliegen einer geeigneten Menge NMP in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht über einen langen Verwendungszeitraum nach Konstruktion der Batterie erlaubt. Mithin kann in der Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, die den Elektrodenkörper beinhaltet, eine Wirkung des Verbesserns der Batterieleistung, welche durch Zusetzen von NMP zu der Positivelektrodenaktivmaterialschicht erhalten wird, über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Das heißt, eine hohe Batterieleistung (zum Beispiel hohe Ausgabekennwerte) kann über einen langen Zeitraum vorliegen. Dementsprechend ist die hierin offenbarte Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt aufgrund ihrer Eigenschaften bevorzugt als eine in einem Fahrzeug, wie etwa einem Plug-in-Hybridfahrzeug (PHV), einem Hybridfahrzeug (HV) oder einem Elektrofahrzeug (EV), montierte Antriebsleistungsquelle verwendbar. Erfindungsgemäß kann ein Fahrzeug vorgesehen sein, das die hierin offenbarte Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt vorzugsweise als eine Leistungsquelle (typischerweise ein Batteriepack, bei dem mehrere Sekundärbatterien elektrisch miteinander verbunden sind) beinhaltet.
  • Nachstehend werden mehrere die Erfindung betreffende Beispiele (Versuchsbeispiele) beschrieben, doch sind die Beispiele nicht dazu gedacht, die Erfindung zu beschränken.
  • Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt (Lithium-Ionen-Sekundärbatterien) gemäß Beispiel 1 bis 28 wurden unter Verwendung der folgenden Materialien und Prozesse konstruiert.
  • Eine positive Elektrode wurde in dem folgenden Verfahren erstellt. LiNi0,33Co0,33Mn0,33O2 (LNCM) als ein Positivelektrodenaktivmaterial; AB als ein leitfähiges Material; und PVdF als ein Bindemittel wurden in einem Massenverhältnis (LNCM:AB:PVdF) von 90:8:2 abgewogen. Diese abgewogenen Materialien wurden mit N-Methylpyrrolidon (NMP) vermischt, um eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Zusammensetzung zu bereiten. Die Zusammensetzung wurde auf beide Oberflächen einer 15 µm dicken, länglichen Aluminiumfolie (Positivelektrodenstromkollektor) aufgetragen. Dabei wurde die Zusammensetzung gleichmäßig aufgetragen, so dass ein Positivelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitt, der eine Bandform besaß, entlang eines Endes in einer Breitenrichtung des Positivelektrodenstromkollektors gebildet wurde und eine aufgetragene Oberfläche der Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung eine Bandform besaß (Länge in der Breitenrichtung: 98 mm, Länge in der Längsrichtung: 3000 mm). Die Beschichtungsmenge (Auftragsmenge) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung wurde derart festgelegt, dass die Gesamtmasse (Masse pro Flächeneinheit) der pro Flächeneinheit beider Oberflächen des Positivelektrodenstromkollektors gebildeten Positivelektrodenaktivmaterialschicht (die Masse der trockenen Positivelektrodenaktivmaterialschicht) 11 mg/cm2 betrug. Wie oben beschrieben, wurde der Positivelektrodenstromkollektor, auf den die Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Zusammensetzung wie oben beschrieben aufgetragen wurde, unter in Tabelle 1 von 6 gezeigten Trocknungsbedingungen (Temperatur, Zeit) getrocknet. Konkret wurde das Trocknen für 36 Sekunden bis 72 Sekunden unter Einblasen heißer Luft bei 120°C bis 160°C bei einer Strömungsrate von 50 m3/min durchgeführt. Infolgedessen wurde eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht gebildet. Als Nächstes wurde die Positivelektrodenaktivmaterialschicht derart gepresst, dass ihre Dichte 1,8 g/cm3 bis 2,4 g/cm3 betrug. Auf diese Weise wurden sieben Arten von positiven Elektroden (positive Elektroden A bis G) erstellt, bei denen die Positivelektrodenaktivmaterialschicht auf beiden Oberflächen des Positivelektrodenstromkollektors gebildet war und der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht unterschiedlich war. Im Hinblick auf jede der positiven Elektroden A bis G wurde eine positive Elektrode zur Konstruktion der Batterie und eine positive Elektrode zum Messen des NMP-Gehalts in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht erstellt.
  • Der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht jeder der wie oben beschrieben erstellten positiven Elektroden (positiven Elektroden A bis G) wurde gemessen. Konkret wurde zunächst jede der positiven Elektroden in drei Stücke einer geeigneten Größe (hier einer quadratischen Form mit einer Größe von 5 mmx5 mm) geschnitten.
  • Die aufgeschnittene positive Elektrode wurde in einem Zustand, in dem sie in 2 ml Aceton eingetaucht war, einer 30-minütigen Ultraschallbehandlung unterzogen. Infolgedessen wurde NMP aus der Positivelektrodenaktivmaterialschicht in das Aceton extrahiert. Als Nächstes wurde die Acetonlösung, in die NMP extrahiert worden war, unter Verwendung eines Spritzenfilters filtriert. Infolgedessen wurde eine Probe zum Messen des NMP-Gehalts erstellt. Als Nächstes wurde der NMP-Gehalt (g) in der Probe zum Messen des NMP-Gehalts durch GC-MS quantitativ analysiert. Die Analyse wurde unter Verwendung einer DB-WAXETR-Säule (gefertigt von Agirent; Länge: 30 m; Innendurchmesser: 0,25 mm, Filmdicke: 0,25 µm) als eine Säule und anhand von m/z99 als Messfragmentionen in einem ausgewählten Ionenüberwachungs(SIM)-Modus durchgeführt. Unter Verwendung eines Massenchromatographen (GC-MS-QP2010; gefertigt von Shimadzu Corporation) als Analysator wurde die Analyse unter Bedingungen einer Verdampfungskammertemperatur von 240°C und einer Einspritzmenge von 1 µl durchgeführt. Basierend auf den erhaltenen Ergebnissen wurde der NMP-Gehalt (g) in der für die Messung vorgesehenen positiven Elektrode (Positivelektrodenaktivmaterialschicht) berechnet. Als Nächstes wurde der NMP-Gehalt durch die Fläche (cm2) der für die Messung vorgesehenen positiven Elektrode (Positivelektrodenaktivmaterialschicht) (typischerweise die Fläche (cm2) der für die Messung vorgesehenen positiven Elektrode in einer Draufsicht) dividiert. Infolgedessen wurde der NMP-Gehalt (g/cm2) pro Flächeneinheit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht erhalten. Der NMP-Gehalt (g/cm2) pro Flächeneinheit der positiven Elektrode (Positivelektrodenaktivmaterialschicht) wurde durch die Masse pro Flächeneinheit (g/cm2) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht dividiert. Infolgedessen wurde der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht als der NMP-Gehalt (ppm) bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht berechnet. „Masse pro Flächeneinheit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht“ bezieht sich auf die Gesamtmasse pro Flächeneinheit der auf den Oberflächen des Positivelektrodenstromkollektors vorgesehenen Positivelektrodenaktivmaterialschichten. Die erhaltenen Ergebnisse sind in dem Punkt „NMP-Gehalt (ppm) in Positivelektrodenaktivmaterialschicht“ der Tabelle 1 von 6 gezeigt.
  • Bei der Erstellung einer negativen Elektrode wurden Negativelektrodenaktivmaterialpartikel bereitet, die durch Beschichten von Oberflächen von Graphitpartikeln als Kernen mit amorphem Kohlenstoff erhalten wurden. Hierbei wurden die Oberflächen der Graphitpartikel unter Verwendung eines sogenannten Nassverfahrens mit amorphem Kohlenstoff beschichtet. Konkret wurden 96 Ma% handelsübliche Naturgraphitpartikel mit 4 Ma% Pech vermischt und für 10 Stunden bei 800°C bis 1300°C in einer Inertatmosphäre gebrannt. Als Nächstes wurde das gebrannte Material gekühlt, zerkleinert und gesiebt. Negativelektrodenaktivmaterialpartikel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 5 µm bis 20 µm und einer Kr-Adsorptionsmenge von etwa 2,8 m2/g bis 5,1 m2/g wurden erhalten.
  • Die negative Elektrode wurde in dem folgenden Verfahren erstellt. Das wie oben beschrieben erstellte Negativelektrodenaktivmaterial (C); SBR als ein Bindemittel; und CMC als ein Verdickungsmittel wurden in einem Massenverhältnis (C:SBR:CMC) von 98,6:0,7:0,7 abgewogen. Die abgewogenen Materialien wurden mit Ionenaustauschwasser vermischt. Infolgedessen wurde eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Zusammensetzung bereitet. Die Zusammensetzung wurde auf beide Oberflächen einer 10 µm dicken, länglichen Kupferfolie (Negativelektrodenstromkollektor) in einer Bandform aufgetragen. Dabei wurde die Zusammensetzung gleichmäßig aufgetragen, so dass ein Negativelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitt, der eine Bandform besaß, entlang eines Endes in einer Breitenrichtung des Negativelektrodenstromkollektors gebildet wurde und eine aufgetragene Oberfläche der Negativelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung eine Bandform besaß (Länge in der Breitenrichtung: 102 mm, Länge in der Längsrichtung: 3200 mm). Die Beschichtungsmenge (Auftragsmenge) der Negativelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung wurde derart festgelegt, dass die Gesamtmasse (Masse pro Flächeneinheit) der pro Flächeneinheit beider Oberflächen des Negativelektrodenstromkollektors gebildeten Negativelektrodenaktivmaterialschicht (die Masse der trockenen Negativelektrodenaktivmaterialschicht) 7,6 mg/cm2 betrug. Der Negativelektrodenstromkollektor, auf den die Negativelektrodenaktivmaterialschicht-bildende Zusammensetzung aufgetragen wurde, wurde getrocknet und gepresst wie oben beschrieben. Infolgedessen wurde eine negative Elektrode erstellt, bei der die Negativelektrodenaktivmaterialschicht auf dem Negativelektrodenstromkollektor gebildet war. Zu diesem Zeitpunkt lag die Dichte der Negativelektrodenaktivmaterialschicht der erhaltenen negativen Elektrode in einem Bereich von 0,9 g/cm3 bis 1,3 g/cm3.
  • Der Separator wurde in dem folgenden Verfahren erstellt. Zunächst wurden Böhmit als ein anorganischer Füllstoff und CMC als ein Bindemittel in einem Massenverhältnis (anorganischer Füllstoff:Bindemittel) von 97:3 abgewogen. Die abgewogenen Materialien wurden mit Ionenaustauschwasser vermischt. Infolgedessen wurde eine pastenartige wärmebeständige-Schicht-bildende Zusammensetzung bereitet. Als Nächstes wurde die wärmebeständige-Schicht-bildende Zusammensetzung auf eine einzelne Oberfläche einer Substratbahn (durchschnittliche Dicke: 20 µm, Luftdurchlässigkeit: 300 s/100 ml), die eine dreilagige Struktur besaß, bei der eine poröse Polypropylenschicht auf beiden Oberflächen einer porösen Polyethylenschicht gebildet war, aufgetragen und getrocknet. Infolgedessen wurde ein Separator erstellt, bei dem eine wärmebeständige Schicht auf der einzelnen Oberfläche des Separatorsubstrats gebildet war. Zu diesem Zeitpunkt betrug die durchschnittliche Gesamtdicke des Separators 24 µm (das heißt, die durchschnittliche Dicke der wärmebeständigen Schicht betrug 4 µm).
  • Jede der positiven Elektroden (positiven Elektroden A bis G), die negative Elektrode und die beiden Separatoren, welche unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren erstellt wurden, wurden so angeordnet, dass sie einander in der Längsrichtung überlappten. Dabei wurden die beiden Separatoren in einer Richtung laminiert, in der die wärmebeständigen Schichten der negativen Elektrode (Negativelektrodenaktivmaterialschicht) gegenüberlagen. Die positive Elektrode und die negative Elektrode wurden so angeordnet, dass sie einander überlappten, nachdem sie geringfügig verschoben worden waren, so dass ein Teil des in der positiven Elektrode vorgesehenen Positivelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitts und ein Teil des in der negativen Elektrode vorgesehenen Negativelektrodenaktivmaterialschicht-Nichtbildungsabschnitts in unterschiedliche Richtungen in der Breitenrichtung hervorstanden. Die positive und negative Elektrode und die Separatoren, welche wie oben beschrieben laminiert wurden, wurden in der Längsrichtung gewickelt. Als Nächstes wurde der gewickelte Körper durch Quetschen in einer flachen Form ausgebildet. Auf diese Weise wurden Laminate gemäß den Beispielen 1 bis 28 erstellt. Hier betrug die Wicklungsanzahl jedes der gewickelten Laminate (die Anzahl von Windungen des flach gefalteten Laminats) etwa 29, und ein Verhältnis (Ca/Cc) der Negativelektrodenkapazität (Ca) zu der Positivelektrodenkapazität (Cc) wurde auf etwa 1,5 bis 2 eingestellt. Die positiven Elektroden (positiven Elektroden A bis G), die zur Erstellung jedes der gewickelten Laminate (Elektrodenkörper) gemäß den Beispielen verwendet wurden, sind in dem Punkt „Positive Elektrode“ der Tabelle 2 von 7 gezeigt. Im Hinblick auf jedes der gewickelten Laminate gemäß den Beispielen wurden ein Laminat, das zur Konstruktion einer Batterie verwendet wurde, und ein Laminat zum Messen des NMP-Gehalts in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und dem Separator erstellt.
  • Als Nächstes wurden Positiv- und Negativelektrodenstromkollektorplatten mit den Endabschnitten des Positiv- bzw. Negativelektrodenstromkollektors jedes der gewickelten Laminate gemäß den Beispielen verschweißt, welche wie oben beschrieben erstellt worden waren (wobei Positiv- und Negativelektrodenaktivmaterial-Nichtbildungsabschnitte von gegenüberliegenden Enden des gewickelten Laminats in der axialen Wickelrichtung hervorstanden). Das gewickelte Laminat wurde in einem quadratischen Aluminiumbatteriegehäuse aufgenommen, und ein Gehäusekörper des Batteriegehäuses wurde mit einem Deckel des Batteriegehäuses verbunden. Dabei wurden die Positiv- und Negativelektrodenstromkollektorplatten mit den am Deckel des Batteriegehäuses vorgesehenen Positiv- und Negativelektrodenanschlüssen elektrisch verbunden.
  • Das Batteriegehäuse, welches das gewickelte Laminat aufnahm, wurde für eine vorbestimmte Zeitdauer (0 Stunden bis 4 Stunden) stehengelassen. Die Zeit, in der die Batteriegehäuse (das heißt, die gewickelten Laminate) gemäß den Beispielen stehengelassen wurden, sind in Tabelle 2 von 7 gezeigt. Die jeweiligen Batteriegehäuse (das heißt, die gewickelten Laminate), welche für die vorbestimmte Zeitdauer stehengelassen wurden, wurden in einer Umgebung von 100°C und 0,5 kPa für 8 Stunden stehengelassen und wurden getrocknet. Infolgedessen wurden Elektrodenkörper (gewickelte Elektrodenkörper) gemäß den Beispielen 1 bis 28 erstellt. Konkret wurde jedes der Batteriegehäuse (das heißt, der gewickelten Laminate) in einem Trockenofen stehen gelassen. Als Nächstes wurde der Innendruck des Trockenofens auf 0,5 kPa reduziert, und die Innentemperatur des Trockenofens wurde in 30 Minuten auf 100°C erhöht. In einem Zustand, in dem jedes der Batteriegehäuse (das heißt, der gewickelten Laminate) nach 8-stündigem Trocknen in dem Trockenofen stehen gelassen wurde, wurde die Innentemperatur des Trockenofens in 24 Stunden auf 40°C vermindert.
  • Nach dem Trocknen wurde das Laminat (das heißt, der gewickelte Elektrodenkörper) zerlegt, und der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht sowie der NMP-Gehalt in dem Separator wurden unter Verwendung des folgenden Verfahrens gemessen.
  • Der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht wurde unter Verwendung des gleichen Verfahrens analysiert wie im Fall des Messens des NMP-Gehalts in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht jeder der positiven Elektroden A bis G (das heißt, der positiven Elektroden vor Bilden des Laminats (gewickelten Elektrodenkörpers)). Und zwar wurde der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht im Hinblick auf jede der positiven Elektroden, welche die gewickelten Elektrodenkörper gemäß den Beispielen bildeten, als der NMP-Gehalt (ppm) bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht berechnet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in dem Punkt „Positivelektrodenaktivmaterialschicht“ von „NMP-Gehalt (ppm)“ der Tabelle 2 von 7 gezeigt.
  • Der NMP-Gehalt in dem Separator wurde unter Verwendung des folgenden Verfahrens analysiert. Konkret wurde zunächst jeder der gewickelten Elektrodenkörper nach dem Trocknen zerlegt, und der entnommene Separator wurde in drei Stücke mit einer geeigneten Größe (hier einer quadratischen Form mit einer Größe von 5 mmx5 mm) geschnitten. Der aufgeschnittene Separator wurde in einem in 2 ml Aceton eingetauchten Zustand einer 30-minütigen Ultraschallbehandlung unterzogen. Infolgedessen wurde NMP aus dem Separator in das Aceton extrahiert. Als Nächstes wurde die Acetonlösung, in die NMP extrahiert worden war, unter Verwendung eines Spritzenfilters filtriert. Infolgedessen wurde eine Probe zum Messen des NMP-Gehalts bereitet. Als Nächstes wurde der NMP-Gehalt (g) in der Probe zum Messen des NMP-Gehalts anhand von GC-MS unter den gleichen Bedingungen analysiert wie im Fall des Messens des NMP-Gehalts in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht jeder der positiven Elektroden A bis G (das heißt, den positiven Elektroden vor Bilden des Laminats (gewickelten Elektrodenkörpers)). Basierend auf den erhaltenen Ergebnissen wurde der NMP-Gehalt (g) in dem für die Messung vorgesehenen Separator berechnet. Als Nächstes wurde der NMP-Gehalt durch die Fläche (cm2) des für die Messung vorgesehenen Separators (typischerweise die Fläche (cm2) des für die Messung vorgesehenen Separators in einer Draufsicht) dividiert. Infolgedessen wurde der NMP-Gehalt (g/cm2) pro Flächeneinheit des Separators erhalten. Der NMP-Gehalt (g/cm2) pro Flächeneinheit des Separators wurde durch die Masse pro Flächeneinheit (g/cm2) der Positivelektrodenaktivmaterialschicht dividiert. Infolgedessen wurde der NMP-Gehalt in dem Separator als der NMP-Gehalt (ppm) bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht berechnet. „Masse pro Flächeneinheit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht“ bezieht sich auf die Gesamtmasse pro Flächeneinheit der auf den Oberflächen des Positivelektrodenstromkollektors vorgesehenen Positivelektrodenaktivmaterialschichten. Die erhaltenen Ergebnisse sind in dem Punkt „Separator“ von „NMP-Gehalt (ppm)“ der Tabelle 2 von 7 gezeigt.
  • Eine nicht-wässrige Elektrolytlösung wurde in jedes der Batteriegehäuse nach Trocknen durch eine Öffnung des Batteriegehäuses (Einspritzloch für die nicht-wässrige Elektrolytlösung) eingespritzt, und die Öffnung wurde luftdicht verschlossen. Infolgedessen wurden Batterien gemäß den Beispielen 1 bis 28 konstruiert Als die nicht-wässrige Elektrolytlösung wurde eine Lösung verwendet, in der LiPF6 als ein Trägerelektrolyt in einer Konzentration von 1,1 mol/l in einem Mischlösungsmittel gelöst war, wobei das Mischlösungsmittel Ethylencarbonat (EC), Ethylmethylcarbonat (EMC) und Dimethylcarbonat (DMC) in einem Volumenverhältnis (EC:EMC:DMC) von 30:40:30 enthielt.
  • Jede der wie oben beschrieben konstruierten Batterien gemäß den Beispielen wurde aufgeladen (erstaufgeladen). Konkret wurde die Batterie bei einer Temperaturbedingung von 25°C bei einer konstanten Laderate von 1 C (Stromwert) aufgeladen (CC-Aufladung), bis die Spannung zwischen dem Positiv- und dem Negativelektrodenanschluss 4,1 V erreichte. Als Nächstes wurde der Vorgang für 5 Minuten ausgesetzt. Dann wurde die Batterie bei einer konstanten Spannung aufgeladen (CV-Aufladung), bis der Stromwert 0,02 C erreichte (für etwa 1,5 Stunden). „1 C“ bezieht sich auf eine Strommenge, bei der die aus der theoretischen Kapazität geschätzte Batteriekapazität (Ah) in einer Stunde aufgeladen werden kann. Wenn die Batteriekapazität beispielsweise 3,8 Ah betrug, dann bezieht sich 1 C auf 3,8 A.
  • <Messung der Nennkapazität (Anfangskapazität)>
  • Im Hinblick auf jede der erstaufgeladenen Batterien gemäß den Beispielen wurde die Nennkapazität bei einer Temperatur von 25°C anhand der folgenden Schritte 1 bis 3 in einem Spannungsbereich von 3,0 V bis 4,1 V gemessen.
  • (Schritt 1)
  • Die Batterie wurde bei einem konstanten Strom von 1 C entladen, bis die Spannung 3,0 V erreichte. Als Nächstes wurde die Batterie für 2 Stunden bei einer konstanten Spannung entladen, und dann wurde der Vorgang für 10 Sekunden ausgesetzt.
  • (Schritt 2)
  • Die Batterie wurde bei einem konstanten Strom von 1 C aufgeladen, bis die Spannung 4,1 V erreichte. Als Nächstes wurde die Batterie für 2,5 Stunden bei einer konstanten Spannung entladen, und dann wurde der Vorgang für 10 Sekunden ausgesetzt.
  • (Schritt 3)
  • Die Batterie wurde bei einem konstanten Strom von 0,5 C entladen, bis die Spannung 3,0 V erreichte. Als Nächstes wurde die Batterie für 2 Stunden bei einer konstanten Spannung entladen, und dann wurde der Vorgang für 10 Sekunden ausgesetzt.
  • Die Entladekapazität (CCCV-Entladekapazität), die sich von der Konstantstromentladung bis zur Konstantspannungsentladung in Schritt 3 erstreckte, wurde als die Nennkapazität (Anfangskapazität) festgelegt. Alle Nennkapazitäten (Anfangskapazitäten) der Batterien der Beispiele 1 bis 28 betrugen etwa 3,8 Ah.
  • <Messung der anfänglichen Ausgabeleistung>
  • Im Hinblick auf jede der Batterien gemäß den Beispielen nach Messung der Nennkapazitäten wurde die anfängliche Ausgabeleistung gemessen wie folgt. Konkret wurde der SOC jeder der Batterien gemäß den Beispielen bei einer Temperatur von -30°C durch Konstantstrom-Konstantspannungs-(CC-CV)-Aufladung auf 27% eingestellt. Als Nächstes wurde die Batterie bei einer konstanten Leistung von 80 W, 90 W, 100 W, 110 W, 120 W, 130 W oder 140 W entladen. Bei jeder Entladeleistung wurde die Zeit (Anzahl von Sekunden für die Entladung) gemessen, bis die Batteriespannung ab Beginn des Entladens auf 2,0 V verringert wurde (Entladeschlussspannung). Die Anzahl der Sekunden für die Entladung wurde in Bezug auf den Leistungswert (W) aufgezeichnet, und ein Leistungswert bei einer Anzahl von 2 Sekunden für die Entladung (das heißt, eine Ausgabeleistung, bei der die Batterie bei einem SOC von 27% bei -30°C in zwei Sekunden auf 2,0V entladen wurde) wurde als ein anfänglicher Ausgabeleistungswert erhalten. Der anfängliche Ausgabeleistungswert jeder der Batterien gemäß den Beispielen ist in dem Punkt „Anfänglicher Ausgabeleistungswert (W)“ der Tabelle 2 von 7 gezeigt. Sofern nichts Anderes angegeben ist, bezieht sich „Ladezustand (SOC)“ auf den Ladezustand einer Batterie, wenn ein Spannungsbereich der Batterie bei normaler Verwendung als eine Bezugsgröße festgelegt ist. Beispielsweise bezieht sich SOC auf den Ladezustand, wenn eine Nennkapazität als eine Bezugsgröße festgelegt ist, wobei die Nennkapazität unter der Bedingung gemessen wird, dass die Spannung zwischen den Anschlüssen (Leerlaufspannung (OCV)) 3,0 V (untere Grenzspannung) bis 4,1 V (obere Grenzspannung) beträgt.
  • <Dauerhaltbarkeitstest (Lade-Entlade-Zyklustest)>
  • Nach dem Messen der anfänglichen Ausgabeleistung wurde an jeder der Batterien gemäß den Beispielen 1 bis 28 ein Dauerhaltbarkeitstest (Lade-Entlade-Zyklustest) des Wiederholens von 3500 Lade- und Entladezyklen in einer Hochtemperaturumgebung (60°C) durchgeführt. Der Ausgabeleistungswert (W) nach dem Dauerhaltbarkeitstest wurde zur Beurteilung der Dauerhaltbarkeit gemessen. In dem Dauerhaltbarkeitstest (Lade-Entlade-Zyklustest) wurde jede der Batterien bei einer Temperaturbedingung von 60°C bei einem konstanten Strom und einer Laderate von 2 C (hier 7,6 A) eine Stunde lang aufgeladen, bis das Potential zwischen dem Positiv- und dem Negativelektrodenanschluss 4,1 V erreichte. Als Nächstes wurde die Batterie bei einer konstanten Spannung und bei einer Entladerate von 2 C (hier 7,6 A) eine Stunde lang entladen, bis das Potential zwischen dem Positiv- und dem Negativelektrodenanschluss 3,0 V erreichte. Der Lade- und Entladevorgang wurde als ein Zyklus festgelegt. 3500 Zyklen der Lade- und Entladevorgänge wurden wiederholt. Nach Abschluss des Dauerhaltbarkeitstests (Lade-Entlade-Zyklustests) wurde der Ausgabeleistungswert jeder der Batterien unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie bei der Messung der anfänglichen Ausgabeleistung gemessen. Die Ergebnisse der Messung des Ausgabeleistungswert jeder der Batterien nach dem Dauerhaltbarkeitstest sind in „Ausgabeleistungswert (W) nach Dauerhaltbarkeitstest“ der Tabelle 2 von 7 gezeigt. Ein Verhältnis (Ausgabeleistungswert nach Dauerhaltbarkeitstest/anfänglicher Ausgabeleistungswert x 100) des Ausgabeleistungswerts nach dem Dauerhaltbarkeitstest (Lade-Entlade-Zyklustest) zum anfänglichen Ausgabeleistungswert wurde berechnet. Das Verhältnis ist in dem Punkt „Ausgabeleistungsretentionsverhältnis (%)“ der Tabelle 2 von 7 gezeigt.
  • Wie in Tabelle 2 von 7 und 5 gezeigt, waren bei den Sekundärbatterien mit nicht-wässrigem Elektrolyt gemäß den Beispielen 6, 7, 10, 11, 14, 15, 18, 19, 22 und 23 die Ausgabekennwerte nach dem Dauerhaltbarkeitstest (nach dem Lade-Entlade-Zyklustest) überlegen verglichen mit den Batterien gemäß den anderen Beispielen. Dabei besaßen die Batterien gemäß den Beispielen 1 bis 23 bis auf den NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und dem Separator die gleiche Ausgestaltung. Aus den obigen Ergebnissen wurde nachgewiesen, dass bei einer Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt, die einen Elektrodenkörper beinhaltet, bei dem der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 ppm bis 602 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht beträgt und der NMP-Gehalt in dem Separator 10 ppm bis 26 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht beträgt, überlegene Ausgabekennwerte über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden können. Das heißt, der Elektrodenkörper, bei dem der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 54 ppm bis 602 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht beträgt und der NMP-Gehalt in dem Separator 10 ppm bis 26 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht beträgt, ist vorzugsweise als ein Elektrodenkörper für eine Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt (Lithium-Ionen-Sekundärbatterie) verwendbar.
  • Wie in Tabelle 2 von 7 gezeigt, wurde nachgewiesen, dass eine positive Elektrode (das heißt, die positiven Elektroden B bis F), bei der der NMP-Gehalt in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 89 ppm bis 1004 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht beträgt, vorzugsweise als eine positive Elektrode verwendbar ist, bevor ein Elektrodenkörper ausgebildet wird. Darüber hinaus wurde Folgendes nachgewiesen: Es ist zu bevorzugen, dass ein Laminat, das unter Verwendung der positiven Elektrode konstruiert wird, für 1 Stunde bis 2 Stunden in einer Umgebung normaler Temperatur und normaler Luftfeuchtigkeit stehengelassen wird (NMP aus der Positivelektrodenaktivmaterialschicht in den Separator überführt wird).

Claims (9)

  1. Elektrodenkörper (20) zur Verwendung für eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyt, wobei der Elektrodenkörper (20) umfasst: eine positive Elektrode (50), die eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) enthaltend ein Positivelektrodenaktivmaterial beinhaltet; eine negative Elektrode (60), die eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht (64) enthaltend ein Negativelektrodenaktivmaterial beinhaltet; und einen Separator (70), der die positive Elektrode (50) und die negative Elektrode (60) elektrisch voneinander trennt, wobei die Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) und der Separator (70) N-Methylpyrrolidon enthalten, ein Gehalt an N-Methylpyrrolidon in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) 54 ppm bis 602 ppm bezogen auf einen Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) beträgt, und ein Gehalt an N-Methylpyrrolidon in dem Separator (70) 10 ppm bis 26 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) beträgt.
  2. Elektrodenkörper (20) nach Anspruch 1, wobei das Positivelektrodenaktivmaterial ein Lithium-Verbundmetall-Oxid ist.
  3. Elektrodenkörper (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Elektrodenkörper (20) ein gewickelter Elektrodenkörper (20) ist, bei dem die längliche positive Elektrode (50), die längliche negative Elektrode (60) und der längliche Separator (70) in einer Längsrichtung laminiert und gewickelt sind.
  4. Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyt, umfassend: einen Elektrodenkörper (20), in dem eine positive Elektrode (50), die eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) beinhaltet, eine negative Elektrode (60), die eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht (64) beinhaltet, und ein Separator (70), der die positive Elektrode (50) und die negative Elektrode (60) elektrisch voneinander trennt, laminiert sind; und eine nicht-wässrige Elektrolytlösung, wobei der Elektrodenkörper (20) der Elektrodenkörper (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenkörpers (20), wobei der Elektrodenkörper (20) eine positive Elektrode (50), eine negative Elektrode (60) und einen Separator (70) beinhaltet, die positive Elektrode (50) eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) enthaltend ein Positivelektrodenaktivmaterial beinhaltet, die negative Elektrode (60) eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht (64) enthaltend ein Negativelektrodenaktivmaterial beinhaltet, der Separator (70) die positive Elektrode (50) und die negative Elektrode (60) elektrisch voneinander trennt, und das Verfahren umfasst: Erstellen einer positiven Elektrode (50), bei der die Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) auf einem Positivelektrodenstromkollektor durch Auftragen einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht-bildenden Zusammensetzung, welche das Positivelektrodenaktivmaterial und N-Methylpyrrolidon enthält, auf den Positivelektrodenstromkollektor gebildet wird, wobei die Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) N-Methylpyrrolidon enthält; Laminieren der positiven Elektrode (50) und der negativen Elektrode (60) mit dem dazwischen positionierten Separator (70), um ein Laminat zu erhalten; und Stehenlassen des Laminats für eine vorbestimmte Zeitdauer derart, dass ein Teil von N-Methylpyrrolidon in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) in den Separator (70) überfuhrt wird; und Trocknen des Laminats nach dem Stehenlassen; wobei das Stehenlassen und das Trocknen derart durchgeführt werden, dass ein Gehalt an N-Methylpyrrolidon in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) des trockenen Laminats 54 ppm bis 602 ppm bezogen auf einen Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) beträgt und ein Gehalt an N-Methylpyrrolidon in dem Separator (70) des trockenen Laminats 10 ppm bis 26 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) beträgt.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenkörpers (20) nach Anspruch 5, wobei während des Stehenlassens des Laminats das Laminat für 1 Stunde bis 2 Stunden in einer Umgebung normaler Temperatur und normaler Luftfeuchtigkeit stehengelassen wird, wobei die normale Temperatur eine Temperatur in einem Bereich von 5 °C bis 35 °C ist, und die normale Luftfeuchtigkeit eine relative Luftfeuchtigkeit in einem Bereich von 45 % bis 85 % ist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenkörpers (20) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Positivelektrodenaktivmaterial ein Lithium-Verbundmetall-Oxid ist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenkörpers (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Elektrodenkörper (20) ein gewickelter Elektrodenkörper (20) ist, bei dem die längliche positive Elektrode (50), die längliche negative Elektrode (60) und der längliche Separator (70) in einer Längsrichtung laminiert und gewickelt werden.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenkörpers (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei ein Gehalt an N-Methylpyrrolidon in der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) einer positiven Elektrode (50) nach Erstellen der positiven Elektrode (50) und vor dem Laminieren 89 ppm bis 1004 ppm bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (54) beträgt.
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