DE112017000745T5

DE112017000745T5 - Energiespeichervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE112017000745T5
Application number: DE112017000745.3T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Danno; Taku Nakamura; Keita HAMAKAWA; Hisayuki YAMANE; Kenichiro Ueki
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2018-11-15
Also published as: CN108604664B; CN108604664A; WO2017138584A1; JPWO2017138584A1; US11296326B2; US20210194007A1; JP7000859B2

Abstract

Eine Energiespeichervorrichtung (10) umfasst: eine Elektrodenanordnung (400), die eine positive Elektrodenplatte (410) und eine negative Elektrodenplatte (420) aufweist, wobei die positive Elektrodenplatte (410) aufweist: ein positives Elektrodensubstrat (411), das elektrisch leitfähig ist; eine positive Elektrodenverbundschicht (414), die auf dem positiven Elektrodensubstrat (411) ausgebildet ist, und eine isolierende Schicht (415), wobei zumindest ein Teil der isolierenden Schicht auf dem positiven Elektrodensubstrat (411) und einem Randabschnitt (414a), der ein Abschnitt ist, der einen Rand der positiven Elektrodenverbundschicht (414) einschließt, kontinuierlich ausgebildet ist und wobei ein unebener Abschnitt (415a) in der isolierenden Schicht (415) oberhalb des Randabschnitts (414a) der positiven Elektrodenverbundschicht (414) ausgebildet ist.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung, die eine Elektrodenanordnung mit einer positiven Elektrodenplatte und einer negativen Elektrodenplatte umfasst, und ein Verfahren zur Herstellung des Energiespeicherelements.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlicherweise weist eine Energiespeichervorrichtung, wie eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, eine Elektrodenanordnung auf, in der eine positive Elektrodenplatte, eine negative Elektrodenplatte und ein zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte angeordnetes Trennelement geschichtet sind. Herkömmlicherweise wurde ein Verfahren zum Verhindern eines Kurzschlusses zwischen einer positiven Elektrodenplatte und einer negativen Elektrodenplatte bezüglich einer solchen Elektrodenanordnung mit einer Struktur, in der eine positive Elektrodenplatte, eine negative Elektrodenplatte und ein Trennelement geschichtet sind, offenbart.
Beispielsweise offenbart das Patentdokument 1 eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie mit einer isolierenden Schicht, die so ausgebildet ist, dass sie zumindest einen der Vorsprünge abdeckt, die an beiden Endabschnitten zumindest einer aktiven Elektrodenmaterialschicht in einer positiven Elektrodenplatte und einer negativen Elektrodenplatte ausgebildet sind. In der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie weist die isolierende Schicht ein Durchgangsloch mit einer vorbestimmten Form auf. Bei dieser Ausgestaltung kann die positive aktive Materialschicht auch in dem Bereich, in dem die isolierende Schicht ausgebildet ist, an einer Reaktion teilnehmen.
DOKUMENTE AUS DEM STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE
Patentdokument 1: JP-A-2006-40878
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Beispielsweise ist es für den Fall, dass eine isolierende Schicht an einem Endabschnitt (Abschnitt, der nicht mit einem aktiven Material beschichtet ist) einer positiven Elektrodenplatte gebildet ist, in der keine Verbundschicht ausgebildet ist, wichtig, dass zum Verhindern eines Kurzschlusses zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte kein Spalt zwischen der isolierenden Schicht und der Verbundschicht gebildet wird. Es ist daher wünschenswert, die isolierende Schicht mit hoher Genauigkeit entlang des Randes der Verbundschicht auszubilden, jedoch ist es in der Realität schwierig, die isolierende Schicht und den Rand der Verbundschicht Seite an Seite ohne Spalt in dem gesamten Bereich in der Längsrichtung der positiven Elektrodenplatte auszubilden.
Angesichts der obigen herkömmlichen Probleme besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Energiespeichervorrichtung mit einer Elektrodenanordnung mit einer positiven Elektrodenplatte und einer negativen Elektrodenplatte, die eine hohe Qualität aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung der Energiespeichervorrichtung bereitzustellen.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Zur Lösung der obigen Aufgabe umfasst die Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung: eine Elektrodenanordnung, die eine positive Elektrodenplatte und eine negative Elektrodenplatte umfasst, wobei die positive Elektrodenplatte oder die negative Elektrodenplatte umfasst: ein Substrat, das elektrisch leitfähig ist; eine Verbundschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist, und eine isolierende Schicht, wobei zumindest ein Teil der isolierenden Schicht auf dem Substrat und einem Randbereich kontinuierlich ausgebildet ist, der ein Abschnitt ist, der einen Rand der Verbundschicht einschließt, und wobei ein unebener Abschnitt in der isolierenden Schicht oberhalb des Randabschnitts der Verbundschicht ausgebildet ist.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Energiespeichervorrichtung vorzusehen, die eine Elektrodenanordnung mit einer positiven Elektrodenplatte und einer negativen Elektrodenplatte aufweist und eine hohe Qualität aufweist.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinungsbild einer Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die in einem Behälter der Energiespeichervorrichtung angeordnete Bestandteile gemäß der Ausführungsform zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Elektrodenanordnung gemäß der Ausführungsform zeigt.
4 ist eine Querschnittsansicht, die den schematischen Aufbau der Elektrodenanordnung gemäß der Ausführungsform zeigt.
5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Querschnittsform einer positiven Verbundschicht und einer isolierenden Schicht gemäß der Ausführungsform zeigt.
6 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus einer positiven Verbundschicht und einer isolierenden Schicht gemäß der Ausführungsform zeigt.
7 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Teils eines Verfahrens zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung gemäß der Ausführungsform.

VERFAHREN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung versuchten, den Spalt zwischen der isolierenden Schicht und der Verbundschicht zu beseitigen, indem die isolierende Schicht so ausgebildet wurde, dass sie mit dem Rand der Verbundschicht überlappt. In diesem Fall kann es jedoch beispielsweise durch die geringe Transparenz der isolierenden Schicht schwierig sein, die Position des Randes der Verbundschicht zu überprüfen. Ob die Verbundschicht in der vorgesehenen Position und Reichweite in der Elektrodenplatte der Elektrodenanordnung ausgebildet ist oder nicht, beeinflusst die Leistung der Elektrodenanordnung erheblich. Daher ist es aus Sicht der Qualitätskontrolle beispielsweise bezüglich einer Elektrodenanordnung (Energiespeichervorrichtung mit einer Elektrodenanordnung) von Bedeutung, die Position des Randes der Verbundschicht nach dem Durchführen von Prozessen, wie etwa der Bildung einer isolierenden Schicht, zu überprüfen.
In Anbetracht der obigen herkömmlichen Probleme besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Energiespeichervorrichtung mit einer Elektrodenanordnung mit einer positiven Elektrodenplatte und einer negativen Elektrodenplatte, die eine hohe Qualität aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung der Energiespeichervorrichtung bereitzustellen.
Zur Lösung der obigen Aufgabe umfasst eine Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung: eine Elektrodenanordnung, die eine positive Elektrodenplatte und eine negative Elektrodenplatte umfasst, wobei die positive Elektrodenplatte oder die negative Elektrodenplatte umfasst: ein Substrat, das elektrisch leitfähig ist; eine Verbundschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist, und eine isolierende Schicht, wobei zumindest ein Teil der isolierenden Schicht auf dem Substrat und einem Randabschnitt ausgebildet ist, der ein Abschnitt ist, der einen Rand der Verbundschicht einschließt, und wobei ein unebener Abschnitt in der isolierenden Schicht oberhalb des Randabschnitts der Verbundschicht ausgebildet ist.
Gemäß dieser Ausgestaltung ist in der Elektrodenplatte (der positiven Elektrodenplatte oder der negativen Elektrodenplatte, das Gleiche gilt im Folgenden) ein Teil der auf dem Substrat ausgebildeten isolierenden Schicht derart angeordnet, dass er den Randbereich der Verbundschicht bedeckt. Das heißt, ein Teil der isolierenden Schicht überlappt den Rand der Verbundschicht. Es ist daher möglich, die isolierende Schicht ohne Bildung eines Spalts zwischen der isolierenden Schicht und der Verbundschicht durch einen relativ einfachen Prozess auszubilden. Damit wird weiter das Verhindern eines Kurzschlusses zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte sichergestellt.
Ferner ist ein unebener Abschnitt in einem den Randbereich der Verbundschicht überlappenden Abschnitt der isolierenden Schicht ausgebildet. Daher wird beispielsweise dann, wenn Licht von einer die Dickenrichtung der isolierenden Schicht schneidenden Richtung auf die isolierende Schicht gestrahlt wird, in dem überlappenden Abschnitt ein durch die unebenen Abschnitte hervorgerufener Schatten erzeugt. Dadurch ist auch bei Ausbildung der isolierenden Schicht aus einem Material mit geringer Transparenz der Rand der isolierenden Schicht leicht zu ermitteln. Um beispielsweise ein Schrumpfen oder ein Ablösen der isolierenden Schicht zu verhindern, und zwar auch dann, wenn die Transparenz der isolierenden Schicht durch Verringern des Verhältnisses des Bindemittels in dem Material der isolierenden Schicht reduziert wird, ist es möglich, die Position des Randes der isolierenden Schicht zu ermitteln.
Wie oben beschrieben, ist die Energiespeichervorrichtung gemäß dem vorliegenden Aspekt eine Energiespeichervorrichtung mit einer Elektrodenanordnung mit einer positiven Elektrodenplatte und einer negativen Elektrodenplatte und ist eine Energiespeichervorrichtung von hoher Qualität.
In der Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der unebene Abschnitt der isolierenden Schicht durch eine unebene Form der Verbundschicht an dem Randabschnitt gebildet sein.
Gemäß dieser Ausgestaltung wird beispielsweise durch Aufbringen eines ein Harz enthaltenden Materials auf den Randabschnitt der Verbundschicht der unebene Teil der isolierenden Schicht gebildet. Daher ist der Grad der Übereinstimmung zwischen der Position des unebenen Abschnitts und der Position des Randabschnitts hoch. Zudem wird dadurch, dass die isolierende Schicht durch das Material gebildet wird, das die isolierende Schicht, die in die Unebenheiten an dem Randbereich der Verbundschicht eindringt und aushärtet, bildet, auch der Effekt des Unterdrückens des Ablösens zwischen der isolierenden Schicht und dem Randbereich der Verbundschicht ausgeübt.
In der Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Verbundschicht eine Mehrzahl von aktiven Materialpartikeln und ein Bindemittel umfassen, wobei die isolierende Schicht eine Mehrzahl von Partikeln und ein Bindemittel umfassen kann und wobei ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser der Mehrzahl an Partikeln kleiner als ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser der Mehrzahl an aktiven Materialpartikeln sein kann.
Da der Durchmesser der in der Verbundschicht enthaltenen aktiven Materialpartikel relativ groß ist, werden gemäß dieser Ausgestaltung nur durch den Schritt des Bildens einer Verbundschicht auf dem Substrat relativ große Unebenheiten auf der Oberfläche der Verbundschicht ausgebildet. Dies hat beispielsweise zur Folge, dass die Höhe einer Erhebung oder die Tiefe einer Einsenkung in dem unebenen Abschnitt, der oberhalb der Verbundschicht ausgebildet ist, von einer solchen Größenordnung ist, dass sichtbare Schatten entstehen.
In der Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verhältnis zwischen dem Partikel und dem Bindemittel, die in der isolierenden Schicht enthalten sind, zwischen 80:20 und 95:5 liegen.
Gemäß dieser Ausgestaltung ist beispielsweise die Möglichkeit des Auftretens von Störungen, wie etwa Ablösen, der isolierenden Schicht reduziert.
Ein Verfahren zur Herstellung der Energiespeichervorrichtung gemäß einem der oben beschriebenen Aspekte umfasst: einen Lichtbestrahlungsschritt, bei dem ein Licht auf die isolierende Schicht in einer Richtung gestrahlt wird, die eine Dickenrichtung der isolierenden Schicht schneidet; und einen Identifikationsschritt, bei dem eine Position des Randabschnitts der Verbundschicht durch Verwenden der Position eines Schattens identifiziert wird, der an dem unebenen Abschnitt durch das Licht erzeugt wird, das in dem Lichtbestrahlungsschritt gestrahlt wird.
Gemäß diesem Verfahren kann durch paralleles oder schräges Bestrahlen der isolierenden Schicht mit Licht die Position des Randes der unter der isolierenden Schicht vorhandenen Verbundschicht identifiziert werden. Das heißt, bezogen auf die Elektrodenplatte, bei der die Belichtung des Substrats in dem Spalt zwischen der isolierenden Schicht und der Verbundschicht dadurch verhindert wird, dass die isolierende Schicht so ausgebildet wird, dass ein Teil der isolierenden Schicht den Randbereich der Verbundschicht überlappt, ist es möglich, die Position des Randes der mit der isolierenden Schicht bedeckten Verbundschicht auch dann in effizienter Weise zu identifizieren, wenn die isolierende Schicht undurchsichtig ist. Daher kann beispielsweise beim Herstellungsprozess der Elektrodenanordnung festgestellt werden, ob die Verbundschicht exakt ausgebildet ist oder nicht. Das heißt, gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung gemäß diesem Aspekt ist es möglich, eine Energiespeichervorrichtung von hoher Qualität bereitzustellen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Energiespeichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass jede Zeichnung eine schematische Ansicht ist, die nicht notwendigerweise exakt dargestellt ist.
Ferner zeigen die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Erfindung. Die in den folgenden Ausführungen gezeigten Formen, Materialien, Bestandteile, Anordnungspositionen und Verbindungsarten der Bestandteile, die Reihenfolge der Herstellungsschritte und dergleichen sind lediglich Beispiele und sollen die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Zudem werden unter den Grundbestandteilen in den folgenden Ausführungsformen Grundbestandteile, die nicht in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben sind, die ein sehr allgemeines Konzept zeigen, als beliebige Grundbestandteile beschrieben.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 eine allgemeine Beschreibung der Energiespeichervorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform gegeben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Erscheinungsbild der Energiespeichervorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform zeigt. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die in einem Behälter der Energiespeichervorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform angeordneten Grundbestandteile zeigt. Insbesondere ist 2 eine perspektivische Ansicht, die den Deckel 110 und den Grundkörper 111 des Behälters 100 der Energiespeichervorrichtung 10 getrennt zeigt.
Die Energiespeichervorrichtung 10 ist eine Sekundärbatterie, der Elektrizität laden und Elektrizität entladen kann, und insbesondere eine nichtwässrige Elektrolyt-Sekundärbatterie, wie eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie. Beispielsweise wird die Energiespeichervorrichtung 10 bei einem Elektrofahrzeug (EV), einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) oder einem Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) angewandt. Zudem ist die Energiespeichervorrichtung 10 nicht auf die nichtwässrige Elektrolyt-Sekundärbatterie beschränkt und kann eine andere Sekundärbatterie als die nichtwässrige Elektrolyt-Sekundärbatterie sein oder kann ein Kondensator sein. Die Energiespeichervorrichtung 10 kann eine Primärbatterie sein, die gespeicherte Elektrizität auch dann nutzen kann, wenn der Benutzer diese nicht lädt. Hinsichtlich der Form der Energiespeichervorrichtung 10 ist diese nicht auf eine rechteckige Form beschränkt, und andere Formen, wie etwa eine zylindrische Form, können verwendet werden.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Energiespeichervorrichtung 10 einen Behälter 100, einen positiven Elektrodenanschluss 200 und einen negativen Elektrodenanschluss 300. Ferner sind, wie in 2 gezeigt, ein positiver Stromkollektor 120, ein negativer Stromkollektor 130 und eine Elektrodenanordnung 400 untergebracht.
Zusätzlich zu den oben genannten Grundelementen kann die Energiespeichervorrichtung 10 ferner einen Abstandhalter, der auf der Seite des positiven Stromkollektors 120 und des negativen Stromkollektors 130 angeordnet ist, ein Gasablassventil zum Ablassen von Druck, wenn der Druck in dem Behälter 100 ansteigt, oder eine Isolierfolie, die die Elektrodenanordnung 400 und dergleichen umschließt, umfassen. Flüssigkeit, wie etwa eine Elektrolytlösung (nichtwässriger Elektrolyt), ist in dem Behälter 100 der Energiespeichervorrichtung 10 eingeschlossen, auf eine Darstellung der Flüssigkeit wird jedoch verzichtet. Die Art der in dem Behälter 100 eingekapselten Elektrolytlösung ist nicht besonders beschränkt, solange sie die Leistung der Energiespeichervorrichtung 10 nicht beeinträchtigt, und verschiedene elektrolytische Lösungen können ausgewählt werden.
Der Behälter 100 besteht aus einem Grundkörper 111 mit rechteckiger Rohrform und mit einem Boden und einem Deckel 110 eines plattenartigen Elements, das die Öffnung des Grundkörpers 111 verschließt. Zudem weist der Behälter 100 eine Struktur auf, bei der das Innere des Behälterkörpers 100 durch Schweißen oder dergleichen zwischen dem Deckel 110 und dem Grundkörper 111 nach dem Aufnehmen der Elektrodenanordnung 400 oder dergleichen abgedichtet ist. Das Material des Deckels 110 und des Grundkörpers 111 ist nicht besonders beschränkt, jedoch handelt es sich bevorzugt um ein schweißbares Metall, wie etwa Edelstahl, Aluminium, Aluminiumlegierung oder dergleichen.
Die Elektrodenanordnung 400 umfasst eine positive Elektrodenplatte, eine negative Elektrodenplatte und ein Trennelement und ist ein Element, das in der Lage ist, Elektrizität zu speichern. Die detaillierte Ausgestaltung der Elektrodenanordnung 400 wird später unter Bezugnahme auf 3 und dergleichen beschrieben.
Der positive Elektrodenanschluss 200 ist ein Elektrodenanschluss, der über den positiven Stromkollektor 120 mit der positiven Elektrode der Elektrodenanordnung 400 elektrisch verbunden ist. Der negative Elektrodenanschluss 300 ist ein Elektrodenanschluss, der über den negativen Stromkollektor 130 mit der negativen Elektrode der Elektrodenanordnung 400 elektrisch verbunden ist. Mit anderen Worten, der positive Elektrodenanschluss 200 und der negative Elektrodenanschluss 300 sind Metallelektrodenanschlüsse zum Herausführen der in der Elektrodenanordnung 400 gespeicherten Elektrizität zu dem Außenraum des Energiespeichers 10 und zum Einbringen der Elektrizität in den Innenraum der Energiespeichervorrichtung 10, um die Elektrizität in der Elektrodenanordnung 400 zu speichern. Ferner sind der positive Elektrodenanschluss 200 und der negative Elektrodenanschluss 300 an einem über der Elektrodenanordnung 400 angeordneten Deckel 110 mit einer Dichtung (nicht dargestellt) befestigt, die dazwischen eine isolierende Eigenschaft aufweist.
Der positive Stromkollektor 120 ist ein Element mit Leitfähigkeit und Steifigkeit, das zwischen der positiven Elektrode der Elektrodenanordnung 400 und der Wandfläche des Grundkörpers 111 des Behälters 100 angeordnet ist und elektrisch mit dem positiven Elektrodenanschluss 200 und der positiven Elektrode der Elektrodenanordnung 400 verbunden ist.
Der negative Stromkollektor 130 ist ein Element mit Leitfähigkeit und Steifigkeit, das zwischen der negativen Elektrode der Elektrodenanordnung 400 und der Wandfläche des Grundkörpers 111 des Behälters 100 angeordnet ist und mit dem negativen Elektrodenanschluss 300 und der negativen Elektrode der Elektrodenanordnung 400 elektrisch verbunden ist.
Insbesondere sind der positive Stromkollektor 120 und der negative Stromkollektor 130 an dem Deckel 110 befestigt. Ferner ist der positive Stromkollektor 120 mit dem positiven elektrodenseitigen Endabschnitt der Elektrodenanordnung 400 verbunden, und der negative Stromkollektor 130 ist mit dem negativen elektrodenseitigen Endabschnitt der Elektrodenanordnung 400 verbunden. In dem Behälter 100 wird die Elektrodenanordnung 400 durch den positiven Stromkollektor 120 und den negativen Stromkollektor 130 in einem am Deckel 110 hängenden Zustand gehalten.
Als Nächstes wird der Aufbau der in der Energiespeichervorrichtung 10 enthaltenen Elektrodenanordnung 400, die wie oben beschrieben konfiguriert sind, mit Bezug auf 3 beschrieben.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die den schematischen Aufbau der Elektrodenanordnung 400 gemäß der Ausführungsform zeigt. In 3 sind Elemente, wie etwa geschichtete und gewickelte Elektrodenplatten, teilweise ausgebildet und dargestellt. Ferner repräsentiert die in 3 mit dem Bezugszeichen W gekennzeichnete gestrichelte Linie die Wickelachse der Elektrodenanordnung 400. Die Wickelachse W ist eine gedachte Achse, die beim Wickeln einer Elektrodenplatte oder dergleichen als Mittelachse dient und in der vorliegenden Ausführungsform eine gerade Linie parallel zu der X-Achse ist, die durch das Zentrum der Elektrodenanordnung 400 verläuft.
Die Elektrodenanordnung 400 ist ein Beispiel einer Elektrodenanordnung mit einer positiven Elektrodenplatte 410 und einer negativen Elektrodenplatte 420. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 3 gezeigt, ist die Elektrodenanordnung 400 durch Schichten eines Trennelementes 450, einer negativen Elektrodenplatte 420, eines Trennelements 430 und einer positive Elektrodenplatte 410 in dieser Reihenfolge und durch Aufwickeln gebildet. Ferner weist die Elektrodenanordnung 400, wie in 3 gezeigt, eine flache Form in eine Richtung orthogonal zu der Wickelachse W (der Z-Achsenrichtung im vorliegenden Ausführungsbeispiel) auf. Das heißt, aus der Richtung der Wickelachse W betrachtet weist die Elektrodenanordnung 400 insgesamt eine elliptische Form auf, ein geradliniger Teil der elliptischen Form weist eine flache Form auf und ein gekrümmter Teil der elliptischen Form weist eine gekrümmte Form auf. Daher weist die Elektrodenanordnung 400 ein Paar gegenüberliegender flacher Abschnitte auf (Abschnitte, die einander quer zur Wickelachse W in der Z-Achsenrichtung gegenüberliegen) und ein Paar von gegenüberliegenden gekrümmten Abschnitten (Abschnitten, die einander quer zur Wickelachse W in der Y-Achsenrichtung gegenüberliegen) auf.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die positive Elektrodenplatte 410 eine solche, bei der eine positive Verbundschicht 414 mit einem positiven aktiven Material auf der Oberfläche einer langen streifenförmigen Metallfolie (positives Substrat 411) aus Aluminium ausgebildet ist. Die negative Elektrodenplatte 420 ist eine solche, bei der eine negative Verbundschicht 424 mit einem negativen aktiven Material auf der Oberfläche einer langen streifenförmigen Metallfolie (negatives Substrat 421) aus Kupfer ausgebildet ist. Beispiele für das positive aktive Material und das negative aktive Material werden später beschrieben.
Ferner weisen in der vorliegenden Ausführungsform die Trennelemente 430 und 450 eine mikroporöse Folie aus einem Harz als Substrat (Basismaterial) auf.
Im Speziellen sind die positive Elektrodenplatte 410 und die negative Elektrodenplatte 420 gegeneinander versetzt in der Richtung der Wickelachse W gewickelt, wobei das Trennelement 430 oder 450 zwischen der positiven Elektrodenplatte 410 und der negativen Elektrodenplatte 420 in der wie oben beschrieben ausgebildeten Elektrodenanordnung 400 angeordnet ist. Die positive Elektrodenplatte 410 und die negative Elektrodenplatte 420 weisen jeweils einen unbeschichteten aktiven Materialabschnitt auf, der ein Teil des Substrats ist, an dem das aktive Material nicht an jedem Ende in der Verschieberichtung aufgebracht ist.
Insbesondere weist die positive Elektrodenplatte 410 einen unbeschichteten aktiven Materialabschnitt 411a, der nicht mit dem positiven aktiven Material beschichtet ist, an einem Ende in der Richtung der Wickelachse W (dem Ende auf der Plusseite in der X-Achsenrichtung in 3) auf. Ferner weist die negative Elektrodenplatte 420 einen unbeschichteten aktiven Materialabschnitt 421a, der nicht mit dem negativen aktiven Material beschichtet ist, an dem anderen Ende in der Richtung der Wickelachse W (dem Ende auf der Minusseite in der X-Achsenrichtung in 3) auf.
Das heißt, der positive elektrodenseitige Endabschnitt wird durch die Schicht der freigelegten Metallfolie (unbeschichteter aktiver Materialabschnitt 411a) der positiven Elektrodenplatte 410 gebildet, und der negative elektrodenseitige Endabschnitt wird durch die Schicht der freigelegten Metallfolie (unbeschichteter aktiver Materialabschnitt 421a) der negativen Elektrodenplatte 420 gebildet. Der positive elektrodenseitige Endabschnitt ist mit dem positiven Stromkollektor 120 verbunden und der negative elektrodenseitige Endabschnitt ist mit dem negativen Stromkollektor 130 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform wird Ultraschallverbinden als Verbindungsverfahren eingesetzt. Als Verfahren zum Verbinden der Elektrodenanordnung 400 mit dem positiven Stromkollektor 120 und dem negativen Stromkollektor 130 kann zusätzlich zu dem Ultraschallverbinden eine Technik, wie etwa Widerstandsschweißen oder Verbinden durch Clinchen eingesetzt werden. Zudem ist die Anzahl der in der Energiespeichervorrichtung 10 enthaltenen Elektrodenanordnungen 400 nicht auf eine beschränkt und kann zwei oder mehr sein.
In der wie oben beschrieben ausgebildeten Elektrodenanordnung 400 ist die isolierende Schicht 415 in einem Bereich ausgebildet, der die Grenze zwischen der positiven Verbundschicht 414 und dem unbeschichteten aktiven Materialabschnitt 411a in der positiven Elektrodenplatte 410 einschließt. Die isolierende Schicht 415 enthält ein Bindemittel und Partikel, wie etwa anorganische Partikel. Mit anderen Worten, die positive Elektrodenplatte 410 weist die isolierende Schicht 415 auf, die so angeordnet ist, dass sie das positive Substrat 411 und die positive Verbundschicht 414 überbrückt, und dadurch wird die Zuverlässigkeit des Verhinderns eines Kurzschlusses zwischen der positiven Elektrodenplatte 410 und der negativen Elektrodenplatte 420 verbessert. Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 4 bis 6 der Aufbau der isolierenden Schicht 415 und ihrer Umgebung beschrieben.
4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch den Aufbau der Elektrodenanordnung 400 gemäß der Ausführungsform zeigt. Insbesondere ist ein Teil der positiven Elektrodenseite der Elektrodenanordnung 400 in dem Querschnitt IV-IV von 3 in 4 dargestellt. 5 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsform der positiven Verbundschicht 414 und der isolierenden Schicht 415 zeigt, und 6 ist eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel der positiven Verbundschicht 414 und der isolierenden Schicht 415 zeigt.
Wie 4 und 5 gezeigt, umfasst die Energiespeichervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Elektrodenanordnung 400 mit einer positiven Elektrodenplatte 410 und einer negativen Elektrodenplatte 420. Die positive Elektrodenplatte 410 weist ein leitfähiges positives Substrat 411, eine auf dem positiven Substrat 411 ausgebildete positive Verbundschicht 414 und eine auf dem positiven Substrat 411 und dem Randabschnitt 414a kontinuierlich ausgebildete isolierende Schicht 415 auf, wobei zumindest ein Teil davon einen Seitenrand der positiven Verbundschicht 414 umfasst.
Wie oben beschrieben, ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine isolierende Schicht 415 ausgebildet, um einen Teil des Abschnitts (den unbeschichteten aktiven Materialabschnitt 411a), der von der positiven Verbundschicht 414 des positiven Substrats 411 und dem Endabschnitt 414a der positiven Verbundschicht 414 vorsteht, durchgehend abzudecken. Dadurch wird, wie in 4 gezeigt, die Möglichkeit des elektrischen Kontakts zwischen dem unbeschichteten aktiven Materialabschnitt 411a und der negativen Elektrodenplatte 420 mit in der Dickenrichtung (Z-Achsenrichtung) überlappenden Abschnitten reduziert. Das heißt, ein Kurzschluss zwischen der positiven Elektrodenplatte 410 und der negativen Elektrodenplatte 420 kann zuverlässiger verhindert werden.
Da die isolierende Schicht 415 so ausgebildet ist, dass ein Teil der isolierenden Schicht 415 den Rand der positiven Verbundschicht 414 überlappt, ist zudem ein Verfahren, das eine hohe Genauigkeit erfordert, wie etwa das Anschließen aneinander, ohne dass ein Spalt zwischen der isolierenden Schicht 415 und der positiven Verbundschicht 414 entsteht, nicht erforderlich.
Da der Randbereich 414a der positiven Verbundschicht 414 mit der isolierenden Schicht 415 bedeckt ist, ist es beispielsweise in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 5 gezeigt, schwierig, die Position des in dem Randabschnitt enthaltenen Endrandes (des linken Endes der positiven Verbundschicht 414 in 5) zu bestimmen.
Selbstverständlich ist es möglich, den Rand der positiven Verbundschicht 414, die mit der isolierenden Schicht 415 bedeckt ist, durch Erhöhen des Verhältnisses des in der isolierenden Schicht 415 enthaltenen Bindemittels (z. B. des Harzes mit hoher Transparenz) sichtbar zu machen. In diesem Fall zieht sich die isolierende Schicht 415 jedoch aufgrund des hohen Anteilsverhältnisses des Bindemittels zusammen, und dadurch sind Defekte, wie etwa die Verformung der positiven Elektrodenplatte 410 oder das Ablösen der isolierenden Schicht 415 zu erwarten.
Um die Möglichkeit des Auftretens der obigen Defekte zu unterdrücken, ist es daher bevorzugt, das Verhältnis des in der isolierenden Schicht 415 enthaltenen Bindemittels zu verringern. D. h., es ist bevorzugt, den Anteil an Partikeln, wie etwa in der isolierenden Schicht 415 enthaltenen anorganischen Partikeln, zu erhöhen. Wenn beispielsweise das Anteilsverhältnis von Aluminium- oder Silicapartikeln in der isolierenden Schicht 415 groß ist, wird die isolierende Schicht 415 im Allgemeinen weißlich, und es ist äußerst schwierig, die Lage des Randes der positiven Verbundschicht 414 von der Außenseite der isolierenden Schicht 415 zu überprüfen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch beispielsweise, wie in 5 gezeigt, ein unebener Abschnitt 415a über dem Randabschnitt 414a der positiven Verbundschicht 414 in der isolierenden Schicht 415 ausgebildet. Der unebene Abschnitt 415a ist ein Abschnitt, der durch eine Mehrzahl von Einsenkungen oder Erhebungen gebildet ist, die Seite an Seite angeordnet sind, und Schatten durch die Mehrzahl von Erhebungen und Einsenkungen erscheinen, indem sie schräg oder lateral mit Licht bestrahlt werden. Die Position des Randes der positiven Verbundschicht 414, die mit der isolierenden Schicht 415 bedeckt ist, kann anhand des durch den unebenen Abschnitt 415a erzeugten Schattens überprüft werden. Dementsprechend ist es möglich, die Elektrodenanordnung 400 mit der isolierenden Schicht 415, in der ein Defekt, wie etwa eine Verformung oder ein Ablösen, selten auftritt, und mit der positiven Verbundschicht 414, die wie beabsichtigt ausgebildet ist, zu erhalten. Das Verfahren zum Überprüfen der Position des Randes der positiven Verbundschicht 414 wird später unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Zudem weist der unebene Abschnitt 415a der isolierenden Schicht 415 eine Form auf, die es leicht macht, Fremdkörper, wie etwa winzige Metallstücke, einzufangen. Daher kann die isolierende Schicht 415 auch als Element zur Unterdrückung der Bewegung der Fremdkörper zur Innenseite der Elektrodenanordnung 400 hin dienen.
Ferner ist dadurch, dass die Oberfläche der isolierenden Schicht 415 durch den unebenen Abschnitt 415a vergrößert wird, die Elektrolytlösung leicht zu durchdringen. So kann beispielsweise eine Abnahme der Eindringmenge der Elektrolytlösung in die Elektrodenanordnung 400 aufgrund des Vorhandenseins der isolierenden Schicht 415 unterdrückt werden.
Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform der unebene Abschnitt 415a der isolierenden Schicht 415 entlang einer unebenen Form des Randabschnitts 414a der positiven Verbundschicht 414 ausgebildet. Das heißt, wie in 5 gezeigt, dass die Oberfläche des Randabschnitts 414a der positiven Verbundschicht 414 eine unebene Form aufweist, und ein Material, das ein Bindemittel enthält, wird darauf aufgetragen oder aufgeklebt, so dass die isolierende Schicht 415 mit dem unebenen Abschnitt 415a entlang der unebenen Form an der Oberfläche des Randabschnitts 414a ausgebildet wird.
Daher ist die Positionsgenauigkeit in Bezug auf den Endrandabschnitt 414a des unebenen Abschnitts 415a hoch. Beispielsweise ist der Übereinstimmungsgrad in der X-Achsenrichtung zwischen der linken Endposition des unebenen Abschnitts 415a in 5 und der Position des Endrandes (des linken Endes des Randabschnitts 414a) der positiven Verbundschicht 414 hoch. Dadurch kann die Position des Randes der positiven Verbundschicht 414 genau überprüft werden. Zudem wird dadurch, dass die isolierende Schicht 415 an dem Randabschnitt 414a in einem Zustand fixiert wird, in dem das Material der isolierenden Schicht 415 in die Unebenheiten des Randabschnitts 414a der positiven Verbundschicht 414 eindringt, beispielsweise der Effekt des Unterdrückens des Ablösens der isolierenden Schicht 415 ausgeübt.
Dabei enthält jede der positiven Verbundschicht 414 und der isolierenden Schicht 415 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Bindemittel und Partikel. Insbesondere enthält, wie in 6 schematisch dargestellt, die positive Verbundschicht 414 eine Mehrzahl von aktiven Materialpartikeln 414c und ein Bindemittel 414b, und die isolierende Schicht 415 enthält eine Mehrzahl von Partikeln 415c und ein Bindemittel 415b. Die durchschnittliche Partikelgröße der Mehrzahl von Partikeln 415c ist kleiner als die durchschnittliche Partikelgröße der Mehrzahl von aktiven Materialpartikeln 414c.
Das heißt, da der Durchmesser der aktiven Materialpartikel 414c relativ groß ist, bildet sich, indem beispielsweise lediglich der Schritt des Aufbringens des die Mehrzahl von aktiven Materialpartikeln 414c und das Bindemittel 414b enthaltenden Materials auf das positive Substrat 411 durchgeführt wird, eine positive Verbundschicht 414 mit einer Mehrzahl von Unebenheiten auf der Oberfläche. Zudem wird, da der Durchmesser der in der isolierenden Schicht 415 enthaltenen Partikel 415c relativ gering ist, in dem Fall, in dem die isolierende Schicht 415 auf dem Endabschnitt 414a der positiven Verbundschicht 414 ausgebildet ist, die Form eines über dem Randabschnitt 414a der positiven Verbundschicht 414 liegenden Abschnitts der isolierenden Schicht 415 durch die Größe des Durchmessers der aktiven Materialpartikel 414c der positiven Verbundschicht 414 dominiert. Dadurch kann beispielsweise die Höhe der Erhebung oder die Tiefe der Einsenkung in dem unebenen Abschnitt 415a eine Größe aufweisen, die visuell erkennbare Schatten verursacht.
Die durchschnittliche Partikelgröße der in der positiven Verbundschicht 414 enthaltenen aktiven Materialpartikel 414c beträgt beispielsweise ungefähr eine Dutzend Mikrometer (µm), und der durchschnittliche Partikeldurchmesser der in der isolierenden Schicht 415 enthaltenen Partikel 415c beträgt beispielsweise 1 µm oder weniger. Das heißt, kurz gesagt, die in der positiven Verbundschicht 414 enthaltenen aktiven Materialpartikel 414c sind zehnmal größer oder größer als die in der isolierenden Schicht 415 enthaltenen Partikel 415c.
Konkrete Beispiele für Typen und Größen der Partikel 415c und des Bindemittel 415b, die in der isolierenden Schicht 415 enthalten sind, sind wie folgt. Als in der isolierenden Schicht 415 enthaltene Partikel 415c wird Al₂O₃ mit einer durchschnittlichen Partikelgröße (einem mittleren Durchmesser (D50)) von 0,7 ± 0,16 µm und einem spezifischen Oberflächenbereich von 4,5 ± 0,5 m²/g beispielhaft angegeben. Als Bindemittel 415b wird Polyvinylidenfluorid (PVDF) mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von etwa 500000 beispielhaft angegeben.
Dabei liegt das Gewichtsverhältnis zwischen den Partikeln 415c und dem Bindemittel 415b, die in der isolierenden Schicht 415 enthalten sind, bevorzugt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs. Insbesondere wenn der Anteil des Bindemittels 415b beispielsweise mehr als 20% beträgt, biegt sich die isolierende Schicht 415 nach oben und löst sich leicht ab. Wenn der Anteil des Bindemittels 415b beispielsweise kleiner als 5% ist, neigt die isolierende Schicht 415 zur Streuung. Daher ist das Verhältnis der Partikel 415c und des in der isolierenden Schicht enthaltenen Bindemittels 415b bevorzugt ein beliebiges von 80 : 20 bis 95 : 5. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt das Gewichtsverhältnis zwischen den Partikeln 415c und dem in der isolierenden Schicht 415 enthaltenen Bindemittel 415b ungefähr 90 : 10.
Das positive aktive Material, das als aktive Materialpartikel 414c in der positiven Verbundschicht 414 enthalten ist, kann ausgewählt sein aus Verbundoxiden (Li_xCoO₂, Li_xNiO₂, Li_xMn₂O₄, Li_xMnO₃, Li_xNi_yCo_(1-y)O₂, Li_xNi_yMn_zCo_(1-y-z)O₂, Li_xNi_yMn(_2-y)O₄ und dergleichen), repräsentiert durch Li_xMO_y (M repräsentiert zumindest eine Art von Übergangsmetall), oder Polyanion-Verbindungen (LiFePO₄, LiMnPO₄, LiNiPO₄, LiCoPO₄, Li₃V₂(PO₄)₃, Li₂MnSiO₄, Li₂CoPO₄F und dergleichen), repräsentiert durch Li_wMe_x(XO_y)_z (Me repräsentiert zumindest ein Übergangsmetall, und X repräsentiert beispielsweise P, Si, B und V). Zudem können Elemente oder Polyanionen in diesen Verbindungen teilweise mit anderen Elementen oder anionischen Substanzen substituiert sein, und die Oberfläche kann mit einem Metalloxid, wie etwa ZrO₂, MgO, Al₂O₃ oder Kohlenstoff beschichtet sein. Zudem umfassen Beispiele für das positive aktive Material leitfähige Polymerverbindungen, wie etwa Disulfid, Polypyrrol, Polyanilin, Polyparastyrol, Polyacetylen, Polyacenmaterialien und dergleichen, kohlenstoffhaltige Materialien aus Pseudographitstruktur und dergleichen, das Material ist jedoch nicht darauf beschränkt. Diese Verbindungen können einzeln oder in Kombination aus zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Die in der isolierenden Schicht 415 enthaltenen Partikel 415c sind beispielsweise anorganische Partikel. Beispiele für die anorganischen Partikel umfassen Oxide, wie etwa Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Zirkonoxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Ceroxid, Yttriumoxid, Zinkoxid, Eisenoxid, Bariumtitanoxid und Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Kompositoxid; Nitride, wie etwa Siliziumnitrid, Titannitrid, Bornitrid und Aluminiumnitrid; schwer lösliche Ionenkristalle, wie etwa Calciumfluorid, Bariumfluorid und Bariumsulfat; kovalente Kristalle, wie etwa Silicium und Diamant; Siliciumcarbid, Calciumcarbonat, Aluminiumhydroxid, Kaliumtitanat, Talk, Kaolinton, Kaolinit, Halloysit, Pyrophyllit, Montmorillonit, Sericit, Glimmer, Amethit, Bentonit, Asbest, Zeolith, Calciumsilikat, Magnesiumsilikat, Böhmit, Apatit, Mullit, Spinell, Olivin und dergleichen, Verbindungen, die diese enthalten, und dergleichen. Zudem kann es sich bei dem oben genannten anorganischen Material um Partikel mit elektrischen Isolationseigenschaften handeln, indem die Oberfläche leitfähiger Partikel, wie etwa Oxiden, wie etwa SnO₂ und Zinn-Indium-Oxid (ITO), kohlenstoffhaltiger Materialien, wie etwa Ruß und Graphit, einer Oberflächenbehandlung mit einem elektrisch isolierenden anorganischen Material (z. B. einem Material, das die oben genannten elektrisch isolierenden anorganischen Partikel bildet) unterworfen wird. Zudem können die in der isolierenden Schicht 415 enthaltenen Partikel 415c organische Partikel sein.
Das in der isolierenden Schicht 415 enthaltene Bindemittel ist ein wässriges oder nichtwässriges Bindemittel, und das in der positiven Verbundschicht 414 enthaltene Bindemittel ist beispielsweise ein Bindemittel mit gleicher Polarität wie das in der isolierenden Schicht 415 enthaltene Bindemittel. Wenn die isolierende Schicht 415 beispielsweise ein wässriges Bindemittel enthält, enthält die positive Verbundschicht 414 auch ein wässriges Bindemittel. Ferner enthält die positive Verbundschicht 414, wenn die isolierende Schicht 415 ein nichtwässriges Bindemittel enthält, auch ein nichtwässriges Bindemittel.
Dabei handelt es sich bei dem wässrigen Bindemittel um ein Bindemittel, das in Wasser dispergiert oder gelöst ist. Als wässriges Bindemittel ist ein wasserlösliches Bindemittel (in Wasser lösliches wässriges Bindemittel), das sich in einer Menge von 1 Massenteil oder mehr bezogen auf 100 Massenteile Wasser bei 20°C löst, bevorzugt. Das wässrige Bindemittel ist bevorzugt zumindest eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenoxid (Polyethylenglycol), Polypropylenoxid (Polypropylenglycol), Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Polytetrafluorethylen (PTFE), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Polyolefin, Nitril-Butadien-Kautschuk und Cellulose, und mehr bevorzugt zumindest ein wasserlösliches Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenoxid (Polyethylenglycol), Polypropylenoxid (Polypropylenglycol), Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure und Polymethacrylsäure.
Weiterhin ist das nichtwässrige Bindemittel ein Bindemittel (Bindemittel vom Lösungsmitteltyp) mit einer geringeren Wasserlöslichkeit als das wässrige Bindemittel. Als nichtwässriges Bindemittel ist ein Bindemittel bevorzugt, das sich in einer Menge von weniger als 1 Massenteil bezogen auf 100 Massenteile Wasser bei 20°C löst. Beispiele für das nichtwässrige Bindemittel umfassen PVDF, ein Copolymer aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen, ein Copolymer aus Ethylen und Vinylalkohol, Polyacrylnitril, Polyphosphazen, Polysiloxan, Polyvinylacetat, Polymethacrylsäuremethyl, Polystyrol, Polycarbonat, Polyamid, Polyimid, Polyamidimid, ein vernetztes Polymer aus Cellulose und Chitosanpyrrolidoncarboxylat, Derivate von Chitin oder Chitosan und dergleichen. Beispiele für Chitosanderivate umfassen durch Glycerinbehandlung von Chitosan erhaltene Polymerverbindungen, vernetzte Produkte von Chitosan und dergleichen.
Wenn die positive Verbundschicht 414 ein nichtwässriges Bindemittel als nichtwässriges Bindemittel enthält, ist ferner zumindest eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylidenfluorid, einem Copolymer aus Ethylen und Vinylalkohol und Polymethylmethacrylat unter dem Gesichtspunkt hervorragender Bindungseigenschaft oder geringem elektrischem Widerstand bevorzugt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die isolierende Schicht 415 auf der positiven Elektrodenplatte 410 vorgesehen, jedoch zusätzlich zu der positiven Elektrodenplatte 410 oder anstelle der positiven Elektrodenplatte 410; die isolierende Schicht 415 kann jedoch auf der negativen Elektrodenplatte 420 vorgesehen sein.
Die auf dem negativen Substrat 421 in der negativen Elektrodenplatte 420 ausgebildete negative Elektrodenverbundschicht 424 enthält aktive Materialpartikel und ein Bindemittel. Das in der negativen Verbundschicht 424 als ein aktives Materialpartikel enthaltene negative aktive Material ist beispielsweise Lithiummetall, Lithiumlegierung (lithiummetallhaltige Legierungen, wie etwa Lithium-Aluminium, Lithium-Blei, Lithium-Zinn, Lithium-Aluminium-Zinn, Lithium-Gallium und Holzlegierungen), Legierungen, die Lithium absorbieren und freisetzen können, Kohlenstoffmaterialien (z. B. Graphit, nicht graphitisierbarer Kohlenstoff, leicht graphitisierbarer Kohlenstoff, bei niedriger Temperatur calcinierter Kohlenstoff, amorpher Kohlenstoff, etc.), Metalloxide, Lithiummetalloxide (wie etwa Li₄Ti₅O₁₂), Polyphosphorsäureverbindungen und dergleichen. Dabei sind Graphit, nicht graphitisierbarer Kohlenstoff und leicht graphitisierbarer Kohlenstoff besonders bevorzugt. Diese können einzeln oder in Kombination aus zwei oder mehr in beliebiger Kombination und in einem beliebigen Verhältnis verwendet werden.
Als das in der negativen Verbundschicht 424 enthaltene Bindemittel kann das gleiche Bindemittel wie für die positive Verbundschicht 414 verwendet werden.
Anschließend wird ein Verfahren zum Überprüfen der Position des Randes der Verbundschicht (der positiven Verbundschicht 414 in der vorliegenden Ausführungsform) bei dem Herstellungsprozess der Elektrodenanordnung 400 mit der obigen Konfiguration mit Bezug auf 7 beschrieben.
7 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Teils eines Verfahrens zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform. Insbesondere zeigt 7 schematisch ein Verfahren zur Bestimmung der Position des Randes des positiven Verbundschicht 414 bei der Herstellung der in der Energiespeichervorrichtung 10 vorgesehenen Elektrodenanordnung 400.
Das Verfahren zur Herstellung der Energiespeichervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Lichtbestrahlungsschritt des Strahlens von Licht auf die isolierende Schicht 415 aus einer Richtung, die sich mit der Dickenrichtung der isolierenden Schicht 415 schneidet, und einen Identifizierungsschritt des Identifizierens der Position des Randes der positiven Verbundschicht 414 unter Verwendung der Position eines Schattens, der durch das in dem Lichtbestrahlungsschritt ausgestrahlte Licht an dem unebenen Abschnitt 415a erzeugt wird.
Beispielsweise wird, wie in 7(a) gezeigt, Licht 500 auf die isolierende Schicht 415 entlang der Längsrichtung (Y-Achsenrichtung) der positiven Elektrodenplatte 410 gestrahlt. Dadurch wird, wie in 7(b) gezeigt, bei Betrachtung der isolierenden Schicht 415 in einer Draufsicht die isolierende Schicht deutlich unterschieden und ist zwischen dem schattierten Bereich 520 und dem nicht schattierten Bereich 510 wahrnehmbar. Der schattierte Bereich 520 ist ein Bereich, in dem der Schatten, der durch eine Mehrzahl von Einsenkungen oder Erhebungen in dem unebenen Bereich 415a verursacht wird, beobachtet wird. Zudem ist der nicht schattierte Bereich 510 ein Bereich, in dem nahezu kein Schatten entsteht, da er im Wesentlichen flach ist.
Es ist daher einfach, die Position der Grenze zwischen dem schattierten Bereich 520 und der nicht schattierten Bereich 510 zu identifizieren (beispielsweise Messung des Abstands vom linken Ende des positiven Elektrodensubstrats 411 zu der Position). Ferner fällt diese Position mit der Position des Randes der positiven Verbundschicht 414 zusammen (was auch im Wesentlichen zusammenfallend beinhaltet), die mit der isolierenden Schicht 415 bedeckt ist. Daher ist es einfach, die Position des Randes der positiven Verbundschicht 414 (Messung des Abstandes von der Referenzposition usw.) zu identifizieren.
Dadurch ist es möglich, die isolierende Schicht 415 mit einem Teil davon zu bilden, der mit der positiven Verbundschicht 414 überlappt, und es ist einfach, zu überprüfen, ob die positive Verbundschicht 414 mit hoher Genauigkeit ausgebildet ist oder nicht. Ferner kann als Material der isolierenden Schicht 415 ein Material mit einem relativ geringen Bindemittelanteilsverhältnis (Material mit geringer Transparenz) gewählt werden, und dadurch werden die Verformung der positiven Elektrodenplatte 410 oder ein Ablösen der isolierenden Schicht 415 und dergleichen unterdrückt. Daher kann gemäß dem Herstellungsverfahren der Energiespeichervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Energiespeichervorrichtung 10 in hoher Qualität erhalten werden.
Der Lichtbestrahlungsschritt und der Identifizierungsschritt werden beispielsweise vor dem Aufwickeln von Elementen, wie etwa der positiven Elektrodenplatte 410 und dergleichen, nach dem Ausbilden der positiven Verbundschicht 414 und der isolierenden Schicht 415 auf dem positiven Substrat 411 durchgeführt. Zudem können der Lichtbestrahlungsschritt und der Identifizierungsschritt über die gesamte Fläche der positiven Elektrodenplatte 410 in Längsrichtung durchgeführt werden oder können für jede vorbestimmte Länge durchgeführt werden.
Obwohl es nicht unumgänglich ist, dass die isolierende Schicht 415 weißlich ist, ist es in dem Fall, dass die isolierende Schicht 415 durch den Einschluss von Partikeln, wie etwa Silica, weißlich wird, in Bezug auf die Klarheit des in dem unebenen Abschnitt 415a erzeugten Schattens vorteilhaft.
Außerdem muss die Strahlrichtung des Lichts 500 nicht parallel zu der Längsrichtung (Y-Achsenrichtung) der positiven Elektrodenplatte 410 sein. In Anbetracht der Tatsache, dass die Strahlung des Lichts 500 den Rand der positiven Verbundschicht 414 auf der Seite des unbeschichteten aktiven Materialabschnitts 411a identifizieren soll, ist die Abstrahlrichtung des Lichts 500 jedoch bevorzugt eine Richtung orthogonal zur X-Achsenrichtung und schneidet die Dickenrichtung (Z-Achsenrichtung).
Schatten wird auch in einem Bereich der positiven Verbundschicht 414 erzeugt, in dem die isolierende Schicht 415 nicht überlappt (der zu der Verbundschicht freiliegenden Fläche 530 in 7(b)), und zwar aufgrund von Unebenheiten auf der Oberfläche. Da die positive Verbundschicht 414 jedoch eine dunkle Farbe aufweist, ist die zu der Verbundschicht freiliegende Fläche 530 als Ganzes dunkel und wird visuell als Bereich mit schlechtem Kontrast erkannt. Durch Bestrahlung der isolierenden Schicht 415 mit dem Licht 500 wird die Position des Randes der positiven Verbundschicht 414 identifiziert, und der dem unbeschichteten aktiven Materialabschnitt 411a gegenüberliegende Rand der isolierenden Schicht 415 (die Minusseite der X-Achsenrichtung) kann ebenso identifiziert werden. Damit kann beispielsweise überprüft werden, ob eine Breite in der lateralen Richtung (Breite in der X-Achsenrichtung) der isolierenden Schicht 415 ein Wert wie vorgesehen oder dergleichen ist.
Zudem kann die Identifizierung der Position des Randes der positiven Verbundschicht 414 (der oben genannte Identifizierungsschritt) durch Bestrahlen der isolierenden Schicht 415 mit dem Licht 500 von einer Person visuell erkannt werden oder kann automatisch unter Verwendung einer optischen Einrichtung, wie etwa einer Kamera, durchgeführt werden.
(Weitere Ausführungsform)
Die Energiespeichervorrichtung und das Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend anhand der Ausführungsformen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die obige Ausführungsform begrenzt. Ohne vom Zweck der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ist zu verstehen, dass verschiedene von den Fachleuten vorgesehene Modifikationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können oder dass Konfigurationen, die durch das Kombinieren einer Mehrzahl der oben beschriebenen Bestandteile hergestellt werden, in den Umfang der vorliegenden Erfindung mit aufgenommen werden.
Beispielsweise bedeckt in der obigen Ausführungsform, wie in 4 usw. gezeigt, die isolierende Schicht 415 lediglich den Randabschnitt 414a der positiven Verbundschicht 414 auf der Seite des unbeschichteten aktiven Materialabschnitts 411a, die isolierende Schicht 415 kann jedoch den gesamten Bereich (einschließlich im Wesentlichen den gesamten Bereich) der positiven Verbundschicht 414 bedecken. Dadurch wird die Zuverlässigkeit des Verhinderns eines Kurzschlusses mit der negativen Elektrodenplatte 420 in dem gesamten Bereich der positiven Verbundschicht 414 weiter verbessert.
Das heißt, zumindest ein Teil der isolierenden Schicht 415 kann fortlaufend auf dem positiven (oder negativen) Substrat und dem Randabschnitt ausgebildet sein, der der Abschnitt ist, der den Rand der positiven (oder negativen) Verbundschicht bedeckt.
Eine Schicht zur Verbesserung der Haftung zwischen dem positiven Substrat 411 und der positiven Verbundschicht 414, wie eine Grundierungsschicht, kann auf der Oberfläche des positiven Substrats 411, auf die die positive Verbundschicht aufgebracht ist, vorgesehen sein. Die negative Elektrodenplatte 420 kann auch mit einer Schicht zur Verbesserung der Haftung zwischen dem negativen Substrat 421 und der negativen Verbundschicht 424 versehen sein, wie etwa einer Grundierungsschicht auf der Oberfläche des negativen Substrats 421, auf die die negative Verbundschicht in gleicher Weise aufgebracht ist.
In der obigen Ausführungsform enthält die positive Verbundschicht 414 ein Bindemittel mit der gleichen Polarität wie die der isolierenden Schicht 415, jedoch kann die positive Verbundschicht 414 ein Bindemittel mit einer anderen Polarität als die isolierende Schicht 415 enthalten.
Zudem muss die in der Energiespeichervorrichtung 10 enthaltene Elektrodenanordnung nicht vom Wickelyp sein. Die Energiespeichervorrichtung 10 kann beispielsweise mit einer gestapelten Elektrodenanordnung, bei der flache plattenförmige Elektrodenplatten gestapelt sind, versehen sein. Ferner kann die Energiespeichervorrichtung 10 beispielsweise eine Elektrodenanordnung mit einer Struktur enthalten, in der lange streifenförmige Elektrodenplatten durch wiederholtes Durchführen von Bergfalten und Talfalten in einer Balgform gestapelt sind. In jedem Fall wird, da die positive Elektrodenplatte und die negative Elektrodenplatte mit dem dazwischen angeordneten Trennelement geschichtet sind, die Zuverlässigkeit des Verhinderns eines Kurzschlusses zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte durch Aufnahme der isolierenden Schicht, die den unbeschichteten aktiven Materialabschnitt und den Randabschnitt der Verbundschicht durch die positive Elektrodenplatte oder die negative Elektrodenplatte bedeckt, verbessert. Da der unebene Abschnitt der isolierenden Schicht über dem Randabschnitt der Verbundschicht der isolierenden Schicht ausgebildet ist, kann ferner die Position des Randes der Verbundschicht wie oben beschrieben leicht festgestellt werden.
Auch Konfigurationen, die durch beliebiges Kombinieren der in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen gebildet wurden, sind ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Erfindung mit aufgenommen.
Ferner kann die vorliegende Erfindung nicht nur als die oben beschriebene Energiespeichervorrichtung, sondern auch als Elektrodenanordnung 400 realisiert werden, die in der Energiespeichervorrichtung enthalten ist. Ferner kann die vorliegende Erfindung auch als Energiespeichervorrichtung mit einer Mehrzahl von Energiespeichervorrichtungen realisiert werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann bei einer Energiespeichervorrichtung, wie etwa einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, angewendet werden.
Bezugszeichenliste

10:: Energiespeichervorrichtung
100:: Behälter
110:: Deckel
111:: Grundkörper
120:: positiver Stromkollektor
130:: negativer Stromkollektor
200:: positiver Elektrodenanschluss
300:: negativer Elektrodenanschluss
400:: Elektrodenanordnung
410:: positive Elektrodenplatte
411:: positives Substrat
411a, 421a:: unbeschichteter aktiver Materialabschnitt
414:: positive Verbundschicht
414a:: Randabschnitt
414b, 415b:: Bindemittel
414c:: aktive Materialpartikel
415:: isolierende Schicht
415a:: unebener Abschnitt
415c:: Partikel
420:: negative Elektrodenplatte
421:: negatives Substrat
424:: negative Verbundschicht
430, 450:: Trennelement
500:: Licht
510:: nicht schattierter Bereich
520:: schattierter Bereich
530:: zur Verbundschicht freiliegende Fläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006040878 A [0004]

Claims

Energiespeichervorrichtung, umfassend: eine Elektrodenanordnung, die eine positive Elektrodenplatte und eine negative Elektrodenplatte umfasst, wobei die positive Elektrodenplatte oder die negative Elektrodenplatte aufweist: ein Substrat, das elektrisch leitfähig ist; eine Verbundschicht, die auf dem Substrat ausgebildet ist, und eine isolierende Schicht, wobei zumindest ein Teil der isolierenden Schicht auf dem Substrat und einem Randabschnitt, der ein Abschnitt ist, der einen Rand der Verbundschicht umfasst, kontinuierlich ausgebildet ist, und wobei ein unebener Abschnitt in der isolierenden Schicht oberhalb des Randabschnitts der Verbundschicht ausgebildet ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der unebene Abschnitt der isolierenden Schicht durch eine unebene Form der Verbundschicht an dem Randabschnitt ausgebildet ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verbundschicht eine Mehrzahl von aktiven Materialpartikeln und ein Bindemittel umfasst, wobei die isolierende Schicht eine Mehrzahl von Partikeln und ein Bindemittel umfasst, und wobei ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser der Mehrzahl von Partikeln kleiner als ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser der Mehrzahl von aktiven Materialpartikeln ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein Verhältnis von Partikel und Bindemittel, die in der isolierenden Schicht enthalten sind, zwischen 80:20 und 95:5 beträgt.
Verfahren zur Herstellung der Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verfahren umfasst: einen Lichtbestrahlungsschritt, in dem ein Licht auf die isolierende Schicht in einer Richtung gestrahlt wird, die eine Dickenrichtung der isolierenden Schicht schneidet; und einen Identifizierungsschritt, in dem eine Position des Randabschnitts der Verbundschicht unter Verwendung der Position eines Schattens identifiziert wird, der an dem unebenen Abschnitt durch das Licht erzeugt wird, das in dem Lichtbestrahlungsschritt gestrahlt wird.