DE112015005478T5

DE112015005478T5 - Energiespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE112015005478T5
Application number: DE112015005478.2T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kono; Hirokuni Akiyama
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2017-08-24
Also published as: JPWO2016088535A1; US20170309873A1; WO2016088535A1; JP6394928B2; US10249853B2

Abstract

Eine Elektrizitätsspeichervorrichtung umfasst eine Elektrodenbaugruppe und einen Lastaufbringungsmechanismus. In der Elektrodenbaugruppe sind eine positive Elektrode und eine negative Elektrode gestapelt und geschichtet, während sie voneinander isoliert sind. Der Lastaufbringungsmechanismus bringt auf die Elektrodenbaugruppe eine Last in einer Richtung auf, in der die positive Elektrode und die negative Elektrode in der Elektrodenbaugruppe gestapelt sind. Die negative Elektrode umfasst eine Metallfolie und eine Aktivmaterialschicht, die zumindest einen Teil der Metallfolie bedeckt und als ein Aktivmaterial ein kohlenstoffbasiertes Material enthält. Die Dichte des kohlenstoffbasierten Materials in der Aktivmaterialschicht beträgt 1,2 g/cm3 oder mehr. Der Orientierungsgrad, der als ein Verhältnis (I(100)/I(002)) einer Röntgenbeugungsintensität I(100) einer (100)-Ebene zu einer Beugungsintensität I(002) einer (002)-Ebene in der Aktivmaterialschicht definiert ist, ist kleiner als oder gleich 0,3. Die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last ist größer als oder gleich 0,22 MPa.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrizitätsspeichervorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmlich werden Fahrzeuge wie Elektrofahrzeuge (EV) und Plug-In-Hybridfahrzeuge (PHV) mit Elektrizitätsspeichervorrichtungen wie wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien ausgestattet, die Elektrizität speichern, die Motoren zuzuführen ist. Wie zum Beispiel im Patentdokument 1 beschrieben ist, hat eine solche Elektrizitätsspeichervorrichtung Elektrodenbaugruppen, von denen jede positive Elektroden und negative Elektroden hat, die gestapelt und geschichtet sind, während sie voneinander isoliert sind.
Die negativen Elektroden umfassen im Patentdokument 1 jeweils eine Metallfolie und eine Aktivmaterialschicht, die die Oberfläche der Metallfolie bedeckt, und die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode enthält kohlenstoffbasiertes Material als Aktivmaterial. Das Patentdokument 1 gibt die Dichte und die Oberflächenrauheit des kohlenstoffbasierten Materials an, um eine Ausdehnung der Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode aufgrund von Laden und Entladen zu begrenzen.
Stand der Technik
Patentdokument

Patentdokument 1: WO 2012/001844 A

Kurzdarstellung der Erfindung
Probleme, die die Erfindung lösen soll
Es wird davon ausgegangen, dass die Ausdehnung von Aktivmaterialschichten auch dadurch begrenzt werden kann, dass auf die Elektrodenbaugruppen Last aufgebracht wird. Aus diesem Grund sollte die Ausdehnung der Aktivmaterialschichten begrenzt werden, während die Last auf die Elektrodenbaugruppen Berücksichtigung findet.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Elektrizitätsspeichervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die dazu imstande ist, eine Ausdehnung von Aktivmaterialschichten zu begrenzen.
Mittel zur Lösung der Probleme
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe und in Übereinstimmung mit einer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Elektrizitätsspeichervorrichtung zur Verfügung gestellt, die eine Elektrodenbaugruppe und einen Lastaufbringungsmechanismus umfasst. In der Elektrodenbaugruppe sind eine positive Elektrode und eine negative Elektrode gestapelt und geschichtet, während sie voneinander isoliert sind. Der Lastaufbringungsmechanismus bringt auf die Elektrodenbaugruppe eine Last in einer Richtung auf, in der die positive Elektrode und die negative Elektrode in der Elektrodenbaugruppe gestapelt sind. Die negative Elektrode umfasst eine Metallfolie und eine Aktivmaterialschicht, die zumindest einen Teil der Metallfolie bedeckt und als ein Aktivmaterial ein kohlenstoffbasiertes Material enthält. Eine Dichte des kohlenstoffbasierten Materials in der Aktivmaterialschicht beträgt 1,2 g/cm³ oder mehr. Ein Orientierungsgrad, der als ein Verhältnis (I(100)/I(002)) einer Röntgenbeugungsintensität I(100) einer (100)-Ebene zu einer Beugungsintensität I(002) einer (002)-Ebene in der Aktivmaterialschicht definiert ist, ist kleiner als oder gleich 0,3. Die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last ist größer als oder gleich 0,2 MPa.
Kohlenstoffbasierte Materialien, die als Aktivmaterialien verwendet werden, haben im Allgemeinen eine Kristallstruktur, die zumindest teilweise ähnlich der von Graphit ist. Bei einer solchen Kristallstruktur kommt es aufgrund einer Einbringung und Desorption von Lithium in und von zwischen den Schichten zu einer Schichtablösung. Dies kann Negativelektroden-Aktivmaterialschichten ausdehnen. Bei der oben beschriebenen Gestaltung betragen die Dichte des kohlenstoffbasierten Materials 1,2 g/cm³ oder mehr und der Orientierungsgrad 0,3 oder weniger. Dies richtet die Richtung, in der die positiven Elektroden und die negativen Elektroden gestapelt sind, an der Richtung aus, in der sich das kohlenstoffbasierte Material ausdehnt und zusammenzieht. Die Aufbringung einer Last von 0,2 MPa oder mehr auf die Elektrodenbaugruppe in der Richtung, in der die positiven Elektroden und die negativen Elektroden gestapelt sind, begrenzt die Schichtablösung, wodurch eine Ausdehnung der Aktivmaterialschichten der negativen Elektroden begrenzt wird.
Die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last ist in der oben beschriebenen Elektrizitätsspeichervorrichtung vorzugsweise größer als oder gleich 0,22 MPa. Diese Gestaltung begrenzt die Schichtablösung und die Ausdehnung der Aktivmaterialschichten der negativen Elektroden verglichen mit einem Fall, in dem die auf die Elektrodenbaugruppe aufgebrachte Last in der Richtung, in der die positiven Elektroden und die negativen Elektroden gestapelt sind, 0,2 MPa oder mehr beträgt.
Die Elektrodenbaugruppe hat in der oben beschriebenen Elektrizitätsspeichervorrichtung vorzugsweise einen Schichtaufbau, in dem die positive Elektrode und die negative Elektrode abwechselnd geschichtet sind, und der Lastaufbringungsmechanismus umfasst vorzugsweise eine Lastaufbringungsoberfläche, an der der Lastaufbringungsmechanismus die Last auf die Elektrodenbaugruppe aufbringt. Diese Gestaltung bringt an der Lastaufbringungsoberfläche eine Last auf die Elektrodenbaugruppe auf und vergrößert somit die Fläche, in der die Ausdehnung der Aktivmaterialschichten begrenzt wird.
Die Elektrodenbaugruppe umfasst in der oben beschriebenen Elektrizitätsspeichervorrichtung vorzugsweise einen porösen Separator, der zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist und die positive Elektrode und die negative Elektrode voneinander isoliert, und die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last ist vorzugsweise kleiner als oder gleich 4 MPa. Diese Gestaltung verhindert, dass die Funktion des Separators durch die Last beeinträchtigt wird, während die Ausdehnung der Aktivmaterialschichten begrenzt wird.
Die oben beschriebene Elektrizitätsspeichervorrichtung umfasst vorzugsweise ein Gehäuse, das die Elektrodenbaugruppe beherbergt, und der Lastaufbringungsmechanismus ist vorzugsweise so gestaltet, dass er die Last von außerhalb des Gehäuses aufbringt. Bei dieser Gestaltung ist der Lastaufbringungsmechanismus außerhalb des Gehäuses vorgesehen, um die Last von außerhalb des Gehäuses aufzubringen. Dies erleichtert die Wartung des Lastaufbringungsmechanismus.
Der Lastaufbringungsmechanismus umfasst in der oben beschriebenen Elektrizitätsspeichervorrichtung vorzugsweise ein Paar Einspannplatten. Die Einspannplatten sind in einer Richtung, in der die positive Elektrode und die negative Elektrode des Gehäuses gestapelt sind, vorzugsweise an entgegengesetzten Enden einer Vielzahl von Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitten angeordnet. An einer Stelle zwischen einem der Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitte und einer der Einspannplatten und/oder einer Stelle zwischen einem benachbarten Paar der Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitte ist vorzugsweise ein plattenförmiges elastisches Element angeordnet. Der Ausdruck ”elastisches Element” ist nicht auf ein Material beschränkt, das auch dann Elastizität zeigt, wenn es wie Kautschuk als Ganzes als ein fester Körper ausgebildet ist, sondern er schließt auch ein Material ein, das wie geschäumter Kunststoff in einem porösen Zustand Elastizität zeigt. Diese Gestaltung begrenzt verglichen mit einem Fall, in dem der Lastaufbringungsmechanismus die Last über ein Paar Einspannplatten auf die Wände des Gehäuses ohne elastische Elemente dazwischen aufbringt, eine Verringerung der Batterieleistung (des Kapazitätserhaltungsverhältnisses).
Die oben beschriebene Elektrizitätsspeichervorrichtung umfasst vorzugsweise ein Gehäuse, das die Elektrodenbaugruppe beherbergt. Der Lastaufbringungsmechanismus ist vorzugsweise ein Dickeneinsteller, der im Gehäuse eines Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitts vorgesehen ist, und der Dickeneinsteller ist in einer Richtung, in der die positive Elektrode und die negative Elektrode des Gehäuses gestapelt sind, vorzugsweise zwischen der Elektrodenbaugruppe und einer Wand des Gehäuses angeordnet. Der Dickeneinsteller besteht aus einem elastischen Element wie zum Beispiel Kautschuk oder geschäumten Kunststoff. Bei dieser Gestaltung wird die Elektrodenbaugruppe, wenn sie sich ausdehnt, über den Dickeneinsteller, der zwischen der Wand und der Außenfläche der Elektrodenbaugruppe angeordnet ist, gegen eine Wand des Gehäuses gedrückt. Die Elektrodenbaugruppe wird somit daran gehindert, übermäßige Kraft aufzunehmen.
Die Elektrodenbaugruppe ist in der oben beschriebenen Elektrizitätsspeichervorrichtung vorzugsweise eine von einer Vielzahl von Elektrodenbaugruppen. Die Elektrizitätsspeichervorrichtung umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitten, die jeweils ein Gehäuse und eine der Elektrodenbaugruppen umfassen, und das Gehäuse beherbergt die Elektrodenbaugruppe. Die Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitte sind in der Stapelrichtung vorzugsweise in einer Reihe angeordnet, und der Lastaufbringungsmechanismus bringt die Last in der Stapelrichtung vorzugsweise von entgegengesetzten Enden der Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitte auf.
Das kohlenstoffbasierte Material ist in der oben beschriebenen Elektrizitätsspeichervorrichtung vorzugsweise Graphit.
Wirkungen der Erfindung
Die Erfindung begrenzt eine Ausdehnung der Aktivmaterialschicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht, die schematisch ein wiederaufladbares Batteriemodul gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht einer wiederaufladbaren Batteriezelle.
3 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Elektrodenbaugruppe.
4 ist eine erläuternde Darstellung, die schematisch die Orientierungen von Aktivmaterialteilchen in einer Negativelektroden-Aktivmaterialschicht zeigt.
5 ist eine erläuternde Darstellung, die schematisch die Orientierungen von Aktivmaterialteilchen in einer Negativelektroden-Aktivmaterialschicht zeigt.
6 ist eine Perspektivansicht, die schematisch ein wiederaufladbares Batteriemodul gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
7 ist eine Teilschnittansicht einer wiederaufladbaren Batteriezelle, die mit einem Lastaufbringungsmechanismus einer anderen Gestaltung versehen ist.
8 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Anzahl von Zyklen und dem Kapazitätserhaltungsverhältnis darstellt.
Ausführungsformen der Erfindung
Erstes Ausführungsbeispiel
Es wird nun ein wiederaufladbares Batteriemodul gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein wiederaufladbares Batteriemodul 10, das eine Elektrizitätsspeichervorrichtung ist, ein oder mehr wiederaufladbare Batteriezellen 30, die Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitte sind, und einen Lastaufbringungsmechanismus 50, um von den entgegengesetzten Enden der wiederaufladbaren Batteriezellen 30 aus eine Last aufzubringen. 1 stellt ein wiederaufladbares Batteriemodul 10 dar, das eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen 30 hat. In der folgenden Beschreibung wird in einem Fall, in dem eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen 30 vorgesehen ist, die Richtung, in der die wiederaufladbaren Batteriezellen 30 angeordnet sind, einfach als Anordnungsrichtung D1 bezeichnet.
Es wird nun zunächst die wiederaufladbare Batteriezelle 30 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, ist die wiederaufladbare Batteriezelle 30 eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie mit einem rechteckigen Erscheinungsbild. Die wiederaufladbare Batteriezelle 30 umfasst ein Gehäuse 11 und eine Elektrodenbaugruppe 12, die im Gehäuse 11 untergebracht ist. Das Gehäuse 11 umfasst einen Gehäusekörper 13 und einen rechteckigen, plattenförmigen Deckel 15. Der Gehäusekörper 13 ist als ein rechteckiges Rohr mit einer Öffnung 14 und einem geschlossenen Ende geformt, und der Deckel 15 verschließt die Öffnung 14 des Gehäusekörpers 13. Der Gehäusekörper 13 und der Deckel 15 bestehen aus Metall, etwa aus rostfreiem Stahl oder Aluminium. Die Dicke der Wände des Gehäusekörpers 13 ist derart eingestellt, dass die Wände elastisch verformbar sind. Das Gehäuse 11 enthält Elektrolytlösung, die ein (nicht gezeigter) Elektrolyt ist.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst die Elektrodenbaugruppe 12 positive Elektroden 16 und negative Elektroden 17, die gestapelt und geschichtet sind, während sie voneinander isoliert sind. Und zwar hat die Elektrodenbaugruppe 12 einen Schichtaufbau, in dem die positiven Elektroden 16 und die negativen Elektroden 17 abwechselnd geschichtet sind. In der folgenden Beschreibung wird die Richtung, in der die positiven Elektroden 16 und die negativen Elektroden 17 gestapelt sind, einfach als Aufschichtungsrichtung D2 bezeichnet.
Die Elektrodenbaugruppe 12 umfasst außerdem poröse Separatoren 18, von denen jeder zwischen einer positiven Elektrode 16 und einer negativen Elektrode 17 angeordnet ist und die positive Elektrode 16 und die negative Elektrode 17 voneinander isoliert. Die Separatoren 18 bestehen aus einem Kunststoffmaterial wie zum Beispiel Polypropylen oder Polyethylen und haben einen feinen Porenaufbau, sodass während des Ladens und Entladens Lithium (Lithiumionen) hindurchgehen kann.
Jede positive Elektrode 16 hat eine Positivelektroden-Metallfolie 16a, eine Positivelektroden-Aktivmaterialschicht 16b, die die Positivelektroden-Metallfolie 16a bedeckt, und einen Positivelektroden-Sammelstreifen 16c, der in einer Ebenenrichtung der Positivelektroden-Metallfolie 16a von einer Kante aus vorsteht. Die Positivelektroden-Metallfolie 16a ist zum Beispiel eine Aluminiumfolie oder eine Aluminiumlegierungsfolie. Die Positivelektroden-Aktivmaterialschicht 16b enthält ein Aktivmaterial für positive Elektroden, ein Bindemittel und eine Leithilfe. Das Aktivmaterial für positive Elektroden ist zum Beispiel LiCoO₂, LiNiO₂, LiMn₂O₄, LiFePO₄, LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂ oder dergleichen. Das Bindemittel für positive Elektroden ist zum Beispiel Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Styrol-Butadien-Kautschuk oder dergleichen. Für das Bindemittel für positive Elektroden kann eine Art verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Arten in Kombination verwendet werden. Die Leithilfe für positive Elektroden ist zum Beispiel Acetylenruß, Ketjenblack, Flockengraphit oder dergleichen.
Jede negative Elektrode 17 hat eine Negativelektroden-Metallfolie 17a, eine Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 17b, die die Negativelektroden-Metallfolie 17a bedeckt, und einen Negativelektroden-Sammelstreifen 17c, der in einer Ebenenrichtung der Negativelektroden-Metallfolie 17a von einer Kante aus vorsteht. Die Negativelektroden-Metallfolie 17a ist zum Beispiel eine Kupferfolie oder eine Kupferlegierungsfolie. Die Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 17b enthält ein Aktivmaterial für Negativelektroden, ein Bindemittel und eine Leithilfe.
Das Aktivmaterial für negative Elektroden ist in diesem Ausführungsbeispiel ein kohlenstoffbasiertes Material, das dazu imstande ist, Lithium (Lithiumionen) zu speichern und zu desorbieren. Das kohlenstoffbasierte Material ist zum Beispiel Graphit (natürliches Graphit, künstliches Graphit), Kokse, Graphite, Glaskohlenstoffe, Körper aus verbrannter organischer Polymerverbindung, Kohlenstofffasern, Aktivkohle und Kohleruße. Vorzuziehen ist insbesondere Graphit. Das Bindemittel für negative Elektroden ist zum Beispiel Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen, Styrol-Butadien-Kautschuk oder dergleichen. Für das Bindemittel für negative Elektroden kann eine Art verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Arten in Kombination verwendet werden. Die Leithilfe für negative Elektroden ist zum Beispiel Acetylenruß, Ketjenblack oder dergleichen.
Die Dichte (Packungsdichte) des kohlenstoffbasierten Materials in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht beträgt 1,2 g/cm³ oder mehr. Die Dichte des kohlenstoffbasierten Materials in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht beträgt vorzugsweise 1,2 g/cm³ bis 1,7 g/cm³ und besser noch 1,3 g/cm³ bis 1,6 g/cm³. Wenn die Dichte des Aktivmaterials in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht mehr als 1,7 g/cm³ beträgt, ist die Dichte übermäßig hoch und Teilchen des Aktivmaterials kommen miteinander in Kontakt und werden leicht beschädigt. Indem die Dichte des Aktivmaterials in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht auf 1,7 g/cm³ oder weniger gesenkt wird, ist es möglich, eine Verringerung der Batterieleistung (des Kapazitätserhaltungsverhältnisses) zu begrenzen. Indem die Dichte des Aktivmaterials in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht auf einen Wert zwischen 1,3 g/cm³ und 1,6 g/cm³ einschließlich eingestellt wird, ist es zudem möglich, den Kontakt zwischen Teilchen des Aktivmaterials einzuschränken, während die Dichte des Aktivmaterials erhöht wird, um eine höhere Batterieleistung (ein höheres Kapazitätserhaltungsverhältnis) zu erreichen.
Außerdem ist das Verhältnis (I(100)/I(002)) der Röntgenbeugungsintensität I(100) der (100)-Ebene zur Beugungsintensität I(002) der (002)-Ebene in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht kleiner als oder gleich 0,3, vorzugsweise kleiner als oder gleich 0,07.
Dadurch haben, wie in 4 gezeigt ist, in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 17b Aktivmaterialteilchen 27 kohlenstoffbasierten Materials zumindest teilweise die gleiche Kristallstruktur wie die von Graphit. Dies erhöht den Anteil der Aktivmaterialteilchen 27, bei denen die Schichtrichtung Da der Graphitkristallstruktur entlang der Ebenenrichtung der Negativelektroden-Metallfolie 17a orientiert ist. Mit anderen Worten erhöht die Gestaltung in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 17b den Anteil der Aktivmaterialteilchen 27, die derart orientiert sind, dass in der Kristallstruktur von Graphit die Zwischenschichtrichtung Db an der Richtung senkrecht zur Ebene der Negativelektroden-Metallfolie 17a, also an der Aufschichtungsrichtung D2, ausgerichtet ist. Man kann sagen, dass die Zwischenschichtrichtung Db eher entlang der Aufschichtungsrichtung D2 orientiert ist, wenn der Orientierungsgrad abnimmt.
Die Ausdehnung und das Zusammenziehen während des Ladens und Entladens findet in der Kristallstruktur von Graphit aufgrund von Einfügung und Desorption von Lithium in und von zwischen den Schichten tendenziell entlang der Zwischenschichtrichtung Db statt, und die Zwischenschichtrichtung Db ist die Ausdehnungs- und Zusammenziehrichtung, die das Laden und Entladen begleitet. In der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 17b ist also jedes Aktivmaterialteilchen 27 derart orientiert, dass die Ausdehnungs- und Zusammenziehrichtung des Aktivmaterialteilchens 27 an der Aufschichtungsrichtung D2 ausgerichtet ist.
Mit dem Ausdehnen und Zusammenziehen kommt es in der Kristallstruktur von Graphit wahrscheinlich zu einer Schichtablösung, und die Schichtablösung führt wahrscheinlich zu einer ständigen Ausdehnung der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 17b (einer sogenannten Fehlausrichtung der Aktivmaterialteilchen 27). Aus Darstellungsgründen sind die Aktivmaterialteilchen 27 in 4 in einer vereinfachten Form abgebildet. Allerdings sind die Aktivmaterialteilchen 27 nicht unbedingt gleichmäßig orientiert und sie müssen nicht unbedingt gleichmäßige Formen oder Größen haben.
Wie in 2 gezeigt ist, hat die Elektrodenbaugruppe 12 ein Positivelektroden-Sammelstreifenbündel 19, das von einer Oberfläche 12a aus, die dem Deckel 15 zugewandt ist, vorsteht und durch Stapeln und Schichten der Positivelektroden-Sammelstreifen 16c ausgebildet ist. Mit dem Positivelektroden-Sammelstreifenbündel 19 ist zum Austausch von Elektrizität mit der Elektrodenbaugruppe 12 ein positiver Anschluss 20 verbunden. Der positive Anschluss 20 ist am Deckel 15 befestigt und ragt zur Außenseite des Gehäuses 11 hinaus. Die Elektrodenbaugruppe 12 umfasst auch ein Negativelektroden-Sammelstreifenbündel 21, das von der Stirnfläche 12a vorsteht und durch Stapeln und Schichten der Negativelektroden-Sammelstreifen 17c ausgebildet ist. Mit dem Negativelektroden-Sammelstreifenbündel 21 ist zum Austausch von Elektrizität mit der Elektrodenbaugruppe 12 ein negativer Anschluss 22 verbunden. Der negative Anschluss 22 ist am Deckel 15 befestigt und ragt zur Außenseite des Gehäuses 11 hinaus.
Außerdem ist die Abmessung (Dicke) der Elektrodenbaugruppe 12 entlang der Aufschichtungsrichtung D2 die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche wie der Abstand zwischen den Innenflächen von zwei Wänden 13a, die einander in der Aufschichtungsrichtung D2 des Gehäuses 11 gegenüberliegen. Zum Beispiel kann zwischen einer Wand des Gehäuses 11 und der Elektrodenbaugruppe 12 ein Isolierfilm oder ein Dickeneinsteller angeordnet sein. Indem in der Aufschichtungsrichtung D2 auf jede Wand 13a eine Last aufgebracht wird, ist es daher möglich, in der wiederaufladbaren Batterie 30 in der Aufschichtungsrichtung D2 auf die Elektrodenbaugruppe 12 eine Last aufzubringen.
1 stellt einen Fall dar, in dem das wiederaufladbare Batteriemodul 10 eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen 30 umfasst. Die wiederaufladbaren Batteriezellen 30 sind derart in einer Reihe angeordnet, dass die Aufschichtungsrichtungen D2 der Elektrodenbaugruppen 12 der wiederaufladbaren Batteriezellen 30 ausgerichtet sind. Und zwar sind in dem wiederaufladbaren Batteriemodul 10, das eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen 30 umfasst, die Richtung, in der die wiederaufladbaren Batteriezellen 30 in einer Reihe angeordnet sind (die Anordnungsrichtung D1), und die Richtung, in der die positiven Elektroden 16 und die negativen Elektroden 17 in der Elektrodenbaugruppe 12 jeder wiederaufladbaren Batteriezelle 30 gestapelt sind (die Aufschichtungsrichtung D2), ausgerichtet.
Es wird nun der Lastaufbringungsmechanismus 50 beschrieben.
Der Lastaufbringungsmechanismus 50 hat eine erste Einspannplatte 51 und eine zweite Einspannplatte 52, die ein Paar Einspannplatten sind, die in der Aufschichtungsrichtung D2 an den entgegengesetzten Enden angeordnet sind. Die erste Einspannplatte 51 ist in der Aufschichtungsrichtung D2 an einem ersten Ende angeordnet und hat eine Lastaufbringungsoberfläche 51a, die, indem sie mit dem Gehäuse 11 der wiederaufladbaren Batteriezelle 30 Oberflächenkontakt eingeht, eine Last aufbringt. Die zweite Einspannplatte 52 ist in der Aufschichtungsrichtung D2 an einem zweiten Ende entgegengesetzt zum ersten Ende angeordnet und hat eine Lastaufbringungsoberfläche 52a, die, indem sie mit dem Gehäuse 11 der wiederaufladbaren Batteriezelle 30 Oberflächenkontakt eingeht, eine Last aufbringt.
In einem Fall, in dem das wiederaufladbare Batteriemodul 10 eine einzelne wiederaufladbare Batteriezelle 30 umfasst, kommen die Lastaufbringungsoberflächen 51a, 52a jeweils mit der einzelnen wiederaufladbaren Batteriezelle 30 in Kontakt. In dem Fall, in dem das wiederaufladbare Batteriemodul 10 eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen 30 umfasst, berührt die Lastaufbringungsoberfläche 51a der ersten Einspannplatte 51 die wiederaufladbare Batteriezelle 30, die am ersten Ende angeordnet ist, und die Lastaufbringungsoberfläche 52a der zweiten Einspannplatte 52 berührt die wiederaufladbare Batteriezelle 30, die am zweiten Ende angeordnet ist.
Durch die vier Ecken der Einspannplatten 51, 52 sind jeweils durchgehende Schrauben 53 eingeführt, und auf die durchgehenden Schrauben 53 sind jeweils Muttern 54 aufgeschraubt. Dies spannt sämtliche wiederaufladbare Batteriezellen 30 des wiederaufladbaren Batteriemoduls 10 ein, sodass die wiederaufladbaren Batteriezellen 30 in der Aufschichtungsrichtung D2 gehalten werden und zu einer Einheit verbunden sind. Weil sämtliche wiederaufladbare Batteriezellen 30 des wiederaufladbaren Batteriemoduls 10 von den Einspannplatten 51, 52 gehalten werden, nehmen sämtliche wiederaufladbare Batteriezellen 30 eine vorbestimmte Last auf. Und zwar ist der Lastaufbringungsmechanismus 50 so gestaltet, dass er auf die Elektrodenbaugruppen 12 von außerhalb der Gehäuse 11 eine Last aufbringt.
Die von dem Lastaufbringungsmechanismus 50 aufgebrachte Last beträgt 0,20 MPa oder mehr, vorzugsweise 0,22 MPa oder mehr und besser noch 0,25 MPa oder mehr. Zudem beträgt die vom Lastaufbringungsmechanismus 50 aufgebrachte Last zum Beispiel 4 MPa oder weniger. Indem die vom Lastaufbringungsmechanismus 50 aufgebrachte Last auf 4 MPa oder weniger eingestellt wird, ist es möglich, eine Blockierung der Poren der Separatoren 18 zu begrenzen. Die Last, die vom Lastaufbringungsmechanismus 50 auf die wiederaufladbaren Batteriezellen 30 aufgebracht wird, kann geändert werden, indem der Verschraubungsgrad der Muttern 54 eingestellt wird.
Wie oben beschrieben wurde, ist in jeder wiederaufladbaren Batteriezelle 30 die Aufschichtungsrichtung D2 an der Ausdehnungs- und Zusammenziehrichtung der Aktivmaterialteilchen 27 in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 17b der negativen Elektrode 17 ausgerichtet. Und zwar bringt bei dem wiederaufladbaren Batteriemodul 10 die Aufbringung einer Last auf die wiederaufladbaren Batteriezellen 30 (die Elektrodenbaugruppen 12) aus der Aufschichtungsrichtung D2 auf die Negativelektroden-Aktivmaterialschichten 17b eine Last aus der Ausdehnungs- und Zusammenziehrichtung der Aktivmaterialteilchen 27 auf, die in der Negativelektroden-Aktivmaterialschichten 27b enthalten sind. Daher ist es möglich, wirksam eine Fehlausrichtung der Aktivmaterialteilchen 27 aufgrund eines Ladens und Entladens zu begrenzen, ohne übermäßig die Last zu erhöhen, die vom Lastaufbringungsmechanismus 50 aufgebracht wird.
Dieses Ausführungsbeispiel erreicht die folgenden Vorteile.

(1) In diesem Ausführungsbeispiel betragen die Dichte des kohlenstoffbasierten Materials 1,2 g/cm³ oder mehr und der Orientierungsgrad 0,3 oder weniger. Dies richtet die Aufschichtungsrichtung D2 an der Ausdehnungs- und Zusammenziehrichtung der aktiven Materialteilchen 27 aus. Außerdem begrenzt die Aufbringung einer Last von 0,20 MPa oder mehr, vorzugsweise 0,22 MPa oder mehr in der Aufschichtungsrichtung D2 auf jede Elektrodenbaugruppe 12 die Schichtablösung und die Ausdehnung der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 17b jeder negativen Elektrode 17.
(2) Weil an den Lastaufbringungsoberflächen 51a, 52a eine Last auf die Elektrodenbaugruppen 12 aufgebracht werden kann, kann die Fläche erhöht werden, in der die Ausdehnung der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 17b begrenzt wird.
(3) Weil die vom Lastaufbringungsmechanismus 50 aufgebrachte Last auf 4 MPa oder weniger eingestellt ist, lässt sich verhindern, dass die Funktion der Separatoren 18 beeinträchtigt wird, während die Ausdehnung der Negativelektroden-Aktivmaterialschichten 17b begrenzt wird.
(4) Weil die Last von außerhalb der Gehäuse 11 aufgebracht wird, kann der Lastaufbringungsmechanismus 50 außerhalb der Gehäuse 11 vorgesehen werden. Dies erleichtert die Wartung des Lastaufbringungsmechanismus 50.
(5) Es wird eine Fehlausrichtung der Aktivmaterialteilchen in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht begrenzt, um eine Verringerung des Kapazitätserhaltungsverhältnisses aufgrund wiederholten Ladens und Entladens zu begrenzen. Es wird also verhindert, dass sich die Lebensdauer des wiederaufladbaren Batteriemoduls 10 verkürzt.

Zweites Ausführungsbeispiel
Es wird nun ein wiederaufladbares Batteriemodul gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Gestaltung des Lastaufbringungsmechanismus, wobei die übrige Gestaltung ähnlich ist, sodass die ausführliche Beschreibung ähnlicher Teile weggelassen wird.
Wie in 6 gezeigt ist, sind die wiederaufladbaren Batteriezellen 30, die Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitte sind, in der Anordnungsrichtung D1 angeordnet. Der Lastaufbringungsmechanismus 50 umfasst plattenförmige elastische Elemente 60. Die elastischen Elemente 60 sind jeweils zwischen der wiederaufladbaren Batteriezelle 30 am ersten Ende und der ersten Einspannplatte 51, zwischen der wiederaufladbaren Batteriezelle 30 am zweiten Ende und der zweiten Einspannplatte 52 und zwischen jedem benachbarten Paar der wiederaufladbaren Batteriezellen 30 angeordnet.
Das Gehäuse 11 jeder wiederaufladbaren Batteriezelle 30 umfasst einen Gehäusekörper 13. Die Wände des Gehäusekörpers 13 umfassen Wände 13a, die einander in der Anordnungsrichtung D1 gegenüberliegen. Die elastischen Elemente 60 sind so ausgebildet, dass sie die gesamte Oberfläche der gegenüberliegenden Wände 13a und die Endflächen der Deckel 15 bedecken. Die elastischen Elemente 60 bestehen aus elastischem Kautschuk.
Die wiederaufladbaren Batteriezellen 30 berühren in diesem Ausführungsbeispiel die erste Einspannplatte 51, die zweite Einspannplatte 52 oder die nebeneinanderliegenden wiederaufladbaren Batteriezellen 30 nicht direkt, und dazwischen sind die elastischen Elemente 60 angeordnet. Wenn vom Lastaufbringungsmechanismus 50 eine Last aufgebracht wird, wird daher leicht eine gleichmäßige Kraft auf die Wände 13a der Gehäusekörper 13 aufgebracht. Und zwar wird in der Aufschichtungsrichtung D2 gleichmäßig eine Last auf die Elektrodenbaugruppen 12 aufgebracht. Dies verhindert, dass die Haltemenge an Elektrolytlösung auf den Elektrodenflächen ungleichmäßig ist, und verlängert somit die Lebensdauer der wiederaufladbaren Batteriezellen 30. Verglichen mit dem Fall, dass die Höhe der Last, die vom Lastaufbringungsmechanismus 50 auf die wiederaufladbaren Batteriezellen 30 aufgebracht wird, nur durch den Verschraubungsgrad der Muttern 54 auf den durchgehenden Schrauben 53 eingestellt wird, erleichtert die Verwendung der elastischen Elemente 60 die Einstellung der Höhe der Last auf einen beabsichtigten Wert.
Daher erreicht das wiederaufladbare Batteriemodul 10 dieses Ausführungsbeispiels zusätzlich zu den gleichen Vorteilen (1) bis (5) des ersten Ausführungsbeispiels grundsätzlich den folgenden Vorteil.

(6) Die wiederaufladbaren Batteriezellen 30, die Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitte sind, sind in der Anordnungsrichtung D1 angeordnet. Der Lastaufbringungsmechanismus 50 umfasst plattenförmige elastische Elemente 60. Die elastischen Elemente 60 sind jeweils zwischen der wiederaufladbaren Batteriezelle 30 am ersten Ende und der ersten Einspannplatte 51, zwischen der wiederaufladbaren Batteriezelle 30 am zweiten Ende und der zweiten Einspannplatte 52 und zwischen jedem benachbarten Paar der wiederaufladbaren Batteriezellen 30 angeordnet. Verglichen mit einem Fall, in dem die elastischen Elemente 60 nicht verwendet werden, wird daher eine Ungleichmäßigkeit bei der Haltemenge an Elektrolytlösung in den wiederaufladbaren Batteriezellen 30 begrenzt. Dies verlängert die Lebensdauer der wiederaufladbaren Batteriezellen 30.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschrieben Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann wie folgt abgewandelt werden.
Das wiederaufladbare Batteriemodul 10 kann zwei oder mehr Reihen von einer oder mehr wiederaufladbaren Batteriezellen 30 umfassen.
Das wiederaufladbare Batteriemodul 10 kann einen Lastaufbringungsmechanismus 50 innerhalb des Gehäuses 11 jeder wiederaufladbaren Batteriezelle 30 umfassen. In diesem Fall kann in einem einzelnen Gehäuse eine Vielzahl von Elektrodenbaugruppen 12 entlang der Aufschichtungsrichtung D2 angeordnet sein. Die auf die Elektrodenbaugruppen 12 aufgebrachte Last kann, wie in 7 gezeigt ist, durch Dickeneinsteller 70 eingestellt werden, die zwischen den Elektrodenbaugruppen 12 und den Wänden 13a des Gehäusekörpers 13 angeordnet sind. In diesem Fall entsprechen die Dickeneinsteller 70 dem Lastaufbringungsmechanismus 50.
Die Dickeneinsteller 70 werden so mit einem elastischen Material wie Kautschuk oder geschäumtem Kunststoff ausgebildet, dass sie eine vorbestimmte Dicke haben. In Übereinstimmung mit dem Abstand zwischen den Elektrodenbaugruppen 12 und der Wand 13a des Gehäusekörpers 13 werden ein oder mehr Dickeneinsteller 70 vorgesehen. Falls eine Vielzahl von Dickeneinstellern 70 vorgesehen wird, können die Dickeneinsteller 70 getrennt auf entgegengesetzten Seiten der Elektrodenbaugruppe 12 oder nur auf einer Seite der Elektrodenbaugruppe 12 vorgesehen werden.
Der Lastaufbringungsmechanismus 50 kann so gestaltet sein, dass er mittels eines Stellglieds eine Last aufbringt.
Die wiederaufladbaren Batteriezellen 30 sind in der Anordnungsrichtung D1 angeordnet. Der Lastaufbringungsmechanismus 50 kann derart gestaltet sein, dass zwischen der wiederaufladbaren Batteriezelle 30 am ersten Ende und der ersten Einspannplatte 51, zwischen der wiederaufladbaren Batteriezelle 30 am zweiten Ende und der zweiten Einspannplatte 52 und/oder zwischen jedem benachbarten Paar der wiederaufladbaren Batteriezellen 30 ein elastisches Element 60 angeordnet ist. Zum Beispiel kann nur zwischen der wiederaufladbaren Batteriezelle 30 am ersten Ende und der ersten Einspannplatte 51 und zwischen der wiederaufladbaren Batteriezelle 30 am zweiten Ende und der zweiten Einspannplatte 52 ein elastisches Element 60 angeordnet sein. Alternativ kann nur zwischen jedem benachbarten Paar der wiederaufladbaren Batteriezellen 30 ein elastisches Element 60 angeordnet sein. Allerdings unterdrückt der Lastaufbringungsmechanismus 50 wirksam eine Ungleichmäßigkeit bei der Haltemenge an Elektrolytlösung in den wiederaufladbaren Batteriezellen 30 und verlängert die Lebensdauer, falls zwischen der wiederaufladbaren Batteriezelle 30 am ersten Ende und der ersten Einspannplatte 51, zwischen der wiederaufladbaren Batteriezelle 30 am zweiten Ende und der ersten Einspannplatte 51 und zwischen jedem benachbarten Paar der wiederaufladbaren Batteriezellen 30 ein elastisches Element 60 angeordnet ist.
Jede Elektrodenbaugruppe 12 kann eine Spiralbauart sein, bei der eine bandartige positive Elektrode und eine bandartige negative Elektrode mit einem bandartigen Separator dazwischen zusammengewickelt sind. In diesem Fall ist die Elektrodenbaugruppe 12 vorzugsweise so ausgebildet, dass sie flache Oberflächen hat, die den Wänden 13a des Gehäuses 11 zugewandt sind.
Das Gehäuse 11, das die wiederaufladbare Batteriezelle 30 bildet, muss nicht unbedingt rechteckig sein, sondern kann eine beliebige Form haben, solange diese Form in der Aufschichtungsrichtung D2 der Elektrodenbaugruppe 12 eine Last aufbringen kann.
Das wiederaufladbare Batteriemodul 10 kann in einem Fahrzeug wie einem Personenkraftwagen oder einem Nutzfahrzeug eingebaut werden, oder es kann als eine stationäre Elektrizitätsspeichervorrichtung eingesetzt werden.
Die Erfindung ist nicht auf das wiederaufladbare Batteriemodul 10 beschränkt, sondern sie kann als ein Elektrizitätsspeichermodul ausgeführt werden, das eine Vielzahl von Kondensatoren, etwa elektrische Doppelschichtkondensatoren oder Lithium-Ionen-Kondensatoren, hat.
Beispiele
Es werden nun Beispiele der oben beschrieben Ausführungsbeispiele beschrieben.
<Anfertigung von Mustern>
Muster 1
[Anfertigung positiver Elektroden]
Es wurde eine Aktivmaterialpaste erzielt, indem in N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), LiNi_0,5Co_0,2Mn_0,3O₂ (D50 = 6 μm, spezifische Oberfläche = 0,5 m²/g, Klopfdichte = 2,2 g/cm³) als ein Aktivmaterial für positive Elektroden, Flockengraphit als eine Leithilfe und Polyvinylidendifluorid als ein Bindemittel suspendiert wurden. D50 bezeichnet den Mediandurchmesser. Anschließend wurde die Aktivmaterialpaste auf eine Aluminiumfolie, die eine Dicke von 15 μm hatte, aufgebracht und getrocknet. Die Aluminiumfolie wurde dann in eine Lage geschnitten, um eine positive Elektrode zu erzielen, die ein Grundgewicht der Aktivmaterialschicht von 18,3 mg/cm³ und eine Dichte des Aktivmaterials im Positivelektroden-Aktivmaterial von 3,13 g/cm³ hatte.
[Anfertigung negativer Elektroden]
In Wasser wurden Graphit (D50 = 20 μm, spezifische Oberfläche = 3,7 m²/g, Klopfdichte = 0,9 g/cm³) als ein Aktivmaterial für negative Elektroden, Carboxymethylcellulose (CMC) als ein Verdickungsmittel und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) als ein Bindemittel suspendiert, um eine Aktivmaterialpaste für negative Elektroden zu erzielen. Anschließend wurde die Aktivmaterialpaste auf eine Kupferfolie, die eine Dicke von 10 μm hatte, aufgebracht und getrocknet und gepresst. Die Kupferfolie wurde dann in eine Lage geschnitten, um eine negative Elektrode zu erzielen, die ein Grundgewicht der Aktivmaterialschicht von 11,1 mg/cm², eine Dichte des Aktivmaterials im Negativelektroden-Aktivmaterial von 1,0 g/cm³ und einen Orientierungsgrad von 0,48 hatte.
[Anfertigung wiederaufladbarer Batteriezellen]
Die angefertigten positiven Elektroden und negativen Elektroden wurden abwechselnd mit dazwischen platzierten Separatoren aufgeschichtet, um eine Elektrodenbaugruppe anzufertigen, und die Elektrodenbaugruppe wurde in einem Gehäuse untergebracht. Das Gehäuse wurde dann mit Elektrolytlösung gefüllt, um eine wiederaufladbare Batteriezelle zu erzielen. Die Elektrolytlösung war angefertigt worden, indem Ethylencarbonat, Methylethylcarbonat und Dimethylcarbonat in einem Volumenverhältnis von 3:3:4 gemischt wurden, um ein Lösungsmittelgemisch zu erzielen, und in dem Lösungsmittelgemisch derart Lithiumhexafluorphosphat gelöst wurde, dass die Konzentration an Lithiumhexafluorphosphat 1 M betrug.
[Anfertigung wiederaufladbarer Batteriemodule]
Mit der erzielten einzelnen wiederaufladbaren Batteriezelle wurde ein Lastaufbringungsmechanismus zusammengebaut, und auf die wiederaufladbare Batteriezelle 30 (die Elektrodenbaugruppe 12) wurde eine Last von 0,25 MPa aufgebracht, sodass das wiederaufladbare Batteriemodul des Musters 1 erzielt wurde.
Muster 2
Das wiederaufladbare Batteriemodul des Musters 2 wurde derart angefertigt, dass die Dichte des Aktivmaterials in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 1,2 g/cm³, der Orientierungsgrad 0,3 und die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last 0,25 MPa betrugen. Die wiederaufladbaren Batteriemodule der Muster 2 bis 5 waren zwar hinsichtlich der Dichte des Aktivmaterials in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht, des Orientierungsgrads und der vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachten Last verschieden, doch war der Herstellungsvorgang der gleiche wie der des wiederaufladbaren Batteriemoduls des Musters 1. Somit wird eine ausführliche Beschreibung weggelassen.
Muster 3
Das wiederaufladbare Batteriemodul des Musters 3 wurde derart angefertigt, dass die Dichte des Aktivmaterials in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 1,5 g/cm³, der Orientierungsgrad 0,07 und die vom Lastaufbringungsmechanismus 50 aufgebrachte Last 0,25 MPa betrugen.
Muster 4
Das wiederaufladbare Batteriemodul des Musters 4 wurde derart angefertigt, dass die Dichte des Aktivmaterials in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 1,2 g/cm³, der Orientierungsgrad 0,3 und die vom Lastaufbringungsmechanismus 50 aufgebrachte Last 0,1 MPa betrugen.
Muster 5
Das wiederaufladbare Batteriemodul des Musters 5 wurde derart angefertigt, dass die Dichte des Aktivmaterials in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 1,2 g/cm³, der Orientierungsgrad 0,3 und die vom Lastaufbringungsmechanismus 50 aufgebrachte Last 0,22 MPa betrugen.
Muster 6
Das wiederaufladbare Batteriemodul des Musters 6 war ein wiederaufladbares Batteriemodul des zweiten Ausführungsbeispiels, das eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen umfasst und in dem zwischen der wiederaufladbaren Batteriezelle am ersten Ende und der ersten Einspannplatte, zwischen der wiederaufladbaren Batteriezelle am zweiten Ende und der zweiten Einspannplatte und zwischen jedem benachbarten Paar der wiederaufladbaren Batteriezellen ein plattenförmiges elastisches Element angeordnet war. Das wiederaufladbare Batteriemodul des Musters 6 wurde derart angefertigt, das die Dichte des Aktivmaterials in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 1,5 g/cm³, der Orientierungsgrad 0,07 und die vom Lastaufbringungsmechanismus 50 aufgebrachte Last 0,25 MPa betrugen.
Muster 7
Das wiederaufladbare Batteriemodul des Musters 7 hatte ebenfalls die gleiche Gestaltung wie das wiederaufladbare Batteriemodul des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei die Dichte des Aktivmaterials in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht 1,2 g/cm³, der Orientierungsgrad 3 und die vom Lastaufbringungsmechanismus 50 aufgebrachte Last 0,22 MPa betrugen.
<Beurteilung Zyklierbarkeit>

Die erzielten Muster 1 bis 7 wurden einer vorbestimmten Anzahl von Lade- und Entladezyklen unterzogen. Jeder Zyklus umfasste einen einzelnen Ladevorgang und einen einzelnen Entladevorgang in einem Spannungsbereich von 3,48 V bis 3,93 V und bei einer Stromrate von 1 C. Beruhend auf der Ladekapazität im ersten Zyklus und der Ladekapazität nach der vorbestimmten Anzahl von Zyklen wurde das Kapazitätserhaltungsverhältnis (%) berechnet, das durch die folgende Formel gegeben ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Kapazitätserhaltungsverhältnis (%) = (Ladekapazität nach vorbestimmter Anzahl von Zyklen/Ladekapazität beim ersten Zyklus) × 100

[Tabelle 1]

Anzahl Zyklen	Kapazitätserhaltungsverhältnis (%)
	Muster 1	Muster 2	Muster 3	Muster 4	Muster 5	Muster 6	Muster 7
0	100	100	100	100	100	100	100
100	90,0	95,0	95,1	88,9	95,2	97,5	97,7
300	87,5	92,0	92,2	87,6	92,2	94,2	94,4
600	84,8	89,8	89,8	84,2	89,5	92,2	93

Bei den Mustern 2, 3, 5, 6, 7 betrugen die Dichten des Aktivmaterials (des kohlenstoffbasierten Materials) in den Negativelektroden-Aktivmaterialschichten 1,2 g/cm³ oder mehr, die Orientierungsgrade 0,3 oder weniger und die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachten Lasten 0,22 MPa oder mehr. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, hatten die Muster 2, 3, 5, 6 und 7 höhere Kapazitätserhaltungsverhältnisse als die Muster 1 und 4.
Die Beurteilungsergebnisse des Musters 1 zeigen, dass auch dann, wenn die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last 0,25 MPa betrug, das Kapazitätserhaltungsverhältnis geringer war, wenn die Dichte kleiner als 1,2 g/cm³ und der Orientierungsgrad größer als 0,3 war.
Es wird davon ausgegangen, dass dies durch die Tatsache verursacht wurde, dass die Aktivmaterialpartikel in der Negativelektroden-Aktivmaterialschicht, wie in 5 gezeigt ist, nicht ausreichend orientiert waren, um in der Kristallstruktur die Zwischenschichtrichtungen Db an den Aufschichtungsrichtungen D2 auszurichten, und dass durch die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last die Zwischenschichtablösung nicht ausreichend eingeschränkt wurde. Dadurch war das Kapazitätserhaltungsverhältnis gering.
Die Beurteilungsergebnisse des Musters 4 zeigen, dass das Kapazitätserhaltungsverhältnis, wenn die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last 0,1 MPa (weniger als 0,20 MPa) betrug, auch dann, wenn die Dichte 1,2 g/cm³ oder mehr und der Orientierungsgrad 0,3 oder weniger betrugen, geringer war. Außerdem hatten die Muster 2 und 3, die eine Last von 0,25 MPa hatten, im Vergleich zum Muster 5, in dem die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last 0,22 MPa betrug, höhere Kapazitätserhaltungsverhältnisse.
Die Muster 6 und 7 hatten jeweils Lastaufbringungsmechanismen, bei denen zwischen einer wiederaufladbaren Batteriezelle und der ersten Einspannplatte, zwischen einer wiederaufladbaren Batteriezelle und der zweiten Einspannplatte und zwischen jedem benachbarten Paar der wiederaufladbaren Batteriezellen ein elastisches Element angeordnet war. Die Beurteilungsergebnisse der Muster 6 und 7 zeigen, dass die Muster 6 und 7 verglichen mit den Mustern 3 und 5, die keine elastischen Elemente verwendeten, hohe Kapazitätserhaltungsverhältnisse hatten.
8 zeigt die Zusammenhänge zwischen der Anzahl an Zyklen und den Kapazitätserhaltungsverhältnissen der Muster 1 bis 7. 8 zeigt deutlich, dass die Muster 2, 3, 5 höhere Kapazitätserhaltungsverhältnisse als die Muster 1, 4 hatten und dass die Muster 6, 7 sogar noch höhere Kapazitätserhaltungsverhältnisse als die Muster 2, 3, 5 hatten.
<Beurteilung Fehlausrichtung Aktivmaterialteilchen>

Die Muster 1 bis 7 wurden einer vorbestimmten Anzahl von 600 Entlade- und Ladezyklen unterzogen. Die Muster 1 bis 7 wurden nach dem Entladen auseinandergebaut, die negativen Elektroden wurden entnommen, mit Dimethylcarbonat gewaschen und getrocknet, und es wurden die Dicken der negativen Elektroden gemessen. Die Messergebnisse zeigen, dass in Mustern, in denen die Filmdicke der negativen Elektrode erhöht war, eine Fehlausrichtung der Aktivmaterialteilchen auftrat. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. [Tabelle 2]

	Muster 1	Muster 2	Muster 3	Muster 4	Muster 5	Muster 6	Muster 7
Elastisches Element	Nicht vorhanden	Nicht vorhanden	Nicht vorhanden	Nicht vorhanden	Nicht vorhanden	vorhanden	vorhanden
Dichte (g/cm³)	1,0	1,2	1,5	1,2	1,2	1,5	1,2
Orientierungsgrad	0,48	0,30	0,07	0,30	0,30	0,07	0,30
Einspannlast (MPa)	0,25	0,25	0,25	0,10	0,22	0,25	0,22
Erhöhung Negativelektrodenfilmdruck (MPa)	8	0	0	10	0	0	0
Fehlausrichtung in negativer Elektrode	Aufgetreten	Nicht aufgetreten	Nicht aufgetreten	Aufgetreten	Nicht aufgetreten	Nicht aufgetreten	Nicht aufgetreten

Wie in Tabelle 2 angegeben ist, trat in den Beispielen 1 und 4, die niedrige Kapazitätserhaltungsverhältnisse hatten, eine Fehlausrichtung der Aktivmaterialteilchen auf. Im Gegensatz dazu trat in den Mustern 2, 3, 5, 6 und 7, die hohe Kapazitätserhaltungsverhältnisse hatten, keine Fehlausrichtung der Aktivmaterialien auf. Entsprechend den Messergebnissen ist es vorzuziehen, dass die Dichte des Aktivmaterials in den Negativelektroden-Aktivmaterialschichten 1,2 g/cm³ oder mehr, der Orientierungsgrad 0,3 oder weniger und die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last 0,22 MPa oder mehr betragen.
Bezugszeichenliste

D2 ... Aufschichtungsrichtung, Da ... Schichtrichtung, Db ... Zwischenschichtrichtung, 10 ... Wiederaufladbares Batteriemodul (Elektrizitätsspeichervorrichtung), 11 ... Gehäuse, 12 ... Elektrodenbaugruppe, 16 ... Positive Elektrode, 17 ... Negative Elektrode, 17a ... Negativelektroden-Metallfolie (Metallfolie), 17b ... Negativelektroden-Aktivmaterialschicht, 18 ... Separatoren, 27 ... Aktivmaterialteilchen (Kohlenstoffbasiertes Material), 30 ... Wiederaufladbare Batteriezelle (Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitt), 50 ... Lastaufbringungsmechanismus, 51 ... Erste Einspannplatte, 51a ... Lastaufbringungsoberfläche, 52 ... Zweite Einspannplatte, 52a ... Lastaufbringungsoberfläche, 60 ... Elastische Elemente, 70 ... Dickeneinsteller

Claims

Elektrizitätsspeichervorrichtung mit: einer Elektrodenbaugruppe, in der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode gestapelt und geschichtet sind, während sie voneinander isoliert sind; und einem Lastaufbringungsmechanismus, der auf die Elektrodenbaugruppe eine Last in einer Richtung aufbringt, in der die positive Elektrode und die negative Elektrode in der Elektrodenbaugruppe gestapelt sind, wobei die negative Elektrode Folgendes umfasst: eine Metallfolie und eine Aktivmaterialschicht, die zumindest einen Teil der Metallfolie bedeckt und als ein Aktivmaterial ein kohlenstoffbasiertes Material enthält, eine Dichte des kohlenstoffbasierten Materials in der Aktivmaterialschicht 1,2 g/cm³ oder mehr beträgt, ein Orientierungsgrad, der als ein Verhältnis (I(100)/I(002)) einer Röntgenbeugungsintensität I(100) einer (100)-Ebene zu einer Beugungsintensität I(002) einer (002)-Ebene in der Aktivmaterialschicht definiert ist, kleiner als oder gleich 0,3 ist und die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last größer als oder gleich 0,2 MPa ist.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last größer als oder gleich 0,22 MPa ist.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrodenbaugruppe einen Schichtaufbau hat, in dem die positive Elektrode und die negative Elektrode abwechselnd geschichtet sind, und der Lastaufbringungsmechanismus eine Lastaufbringungsoberfläche umfasst, an der der Lastaufbringungsmechanismus die Last auf die Elektrodenbaugruppe aufbringt.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Elektrodenbaugruppe einen porösen Separator umfasst, der zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist und die positive Elektrode und die negative Elektrode voneinander isoliert, und die vom Lastaufbringungsmechanismus aufgebrachte Last kleiner als oder gleich 4 MPa ist.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit zudem einem Gehäuse, das die Elektrodenbaugruppe beherbergt, wobei der Lastaufbringungsmechanismus so gestaltet ist, dass er die Last von außerhalb des Gehäuses aufbringt.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Lastaufbringungsmechanismus ein Paar Einspannplatten umfasst, die Einspannplatten in einer Richtung, in der die positive Elektrode und die negative Elektrode des Gehäuses gestapelt sind, an entgegengesetzten Enden einer Vielzahl von Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitten angeordnet sind und an einer Stelle zwischen einem der Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitte und einer der Einspannplatten und/oder einer Stelle zwischen einem benachbarten Paar der Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitte ein plattenförmiges elastisches Element angeordnet ist.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit zudem einem Gehäuse, das die Elektrodenbaugruppe beherbergt, wobei der Lastaufbringungsmechanismus ein Dickeneinsteller ist, der im Gehäuse eines Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitts vorgesehen ist, und der Dickeneinsteller in einer Richtung, in der die positive Elektrode und die negative Elektrode des Gehäuses gestapelt sind, zwischen der Elektrodenbaugruppe und einer Wand des Gehäuses angeordnet ist.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Elektrodenbaugruppe eine von einer Vielzahl von Elektrodenbaugruppen ist, die Elektrizitätsspeichervorrichtung außerdem eine Vielzahl von Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitten umfasst, die jeweils ein Gehäuse und eine der Elektrodenbaugruppen umfassen, wobei das Gehäuse die Elektrodenbaugruppe beherbergt, die Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitte in der Stapelrichtung in einer Reihe angeordnet sind und der Lastaufbringungsmechanismus die Last in der Stapelrichtung von entgegengesetzten Enden der Einheit-Elektrizitätsspeicherabschnitte aufbringt.
Elektrizitätsspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das kohlenstoffbasierte Material Graphit ist.