DE112017002192T5

DE112017002192T5 - Energiespeichervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE112017002192T5
Application number: DE112017002192.8T
Authority: DE
Inventors: Kazuki Kawaguchi; Akihiko Miyazaki; Sumio Mori
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2019-01-03
Also published as: US20190131080A1; CN109075317B; CN109075317A; US10748715B2; WO2017188235A1; JPWO2017188235A1

Abstract

Es wird eine Energiespeichervorrichtung bereitgestellt, in der eine durch wiederholtes Laden-Entladen in einer Hochtemperaturumgebung hervorgerufene Leistungsverringerung unterdrückt wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind eine Energiespeichervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Energiespeichervorrichtung vorgesehen, wobei die Energiespeichervorrichtung eine Elektrode beinhaltet, die beinhaltet: eine aktive Materialschicht, die ein partikelförmiges aktives Material beinhaltet; und eine leitfähige Schicht, die auf die aktive Materialschicht geschichtet ist und ein Leitungshilfsmittel beinhaltet. Der mittlere Sekundärpartikeldurchmesser des aktiven Materials beträgt 2,5 µm oder mehr und 6,0 µm oder weniger. Die Oberflächenrauhigkeit Ra der leitfähigen Schicht auf einer Seite auf der aktiven Materialschicht beträgt 0,17 µm oder mehr und 0,50 µm oder weniger.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung, wie etwa einen nichtwässrigen Elektrolyt-Akkumulator, und ein Verfahren zur Herstellung der Energiespeichervorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlicherweise ist ein nichtwässriger Elektrolyt-Akkumulator bekannt, der eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen nichtwässrigen Elektrolyten und einen Separator umfasst.
Bekannt als diese Art von Batterie ist eine Batterie, die eine positive Elektrode umfasst, die beinhaltet: einen positiven Stromkollektor; und eine positive Verbundschicht, die auf dem positiven Stromkollektor ausgebildet ist und ein positives aktives Material enthält, wobei der positive Stromkollektor aus einer Metallfolie und einer leitfähigen Schicht ausgebildet ist, die auf einer Oberfläche der Metallfolie gebildet ist und Kohlenstoff-Feinpartikel enthält (beispielsweise Patentschrift 1). Bei der in der Patentschrift 1 offenbarten Batterie beträgt die Porosität der positiven Verbundschicht 25 bis 40%, und der mittlere Partikeldurchmesser des positiven aktiven Materials 10 beträgt 10 µm oder weniger.
Die in der Patentschrift 1 offenbarte Batterie verringert teilweise die Leistung durch wiederholtes Laden-Entladen in einer Hochtemperaturumgebung.
DOKUMENT DES STANDES DER TECHNIK
PATENTSCHRIFT
Patentschrift 1: JP-A-2015-088465
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Ausführungsform, eine Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, die eine Leistungsverringerung unterdrückt, die durch wiederholtes Laden und Entladen in einer Hochtemperaturumgebung hervorgerufen wird, und ein Verfahren zur Herstellung der Energiespeichervorrichtung.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Eine Energiespeichervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform umfasst: eine Elektrode, die umfasst: eine aktive Materialschicht, die ein partikelförmiges aktives Material umfasst; und eine leitfähige Schicht, die auf die aktive Materialschicht geschichtet ist und ein Leitungshilfsmittel umfasst. Ein mittlerer Sekundärpartikeldurchmesser des aktiven Materials beträgt 2,5 µm oder mehr und 6,0 µm oder weniger. Die Oberflächenrauhigkeit Ra der leitfähigen Schicht auf einer Seite der aktiven Materialschicht beträgt 0,17 µm oder mehr und 0,50 µm oder weniger, und die Dichte der aktiven Materialschicht beträgt 1,6 g/cm³ oder mehr und 2,8 g/cm³ oder weniger.
Bei der oben genannten Energiespeichervorrichtung können die aktive Materialschicht und die leitfähige Schicht ausreichend miteinander in Kontakt stehen. Daher kann eine Erhöhung des Innenwiderstands der Energiespeichervorrichtung durch ein Ablösen der aktiven Materialschicht von der leitfähige Schicht aufgrund des wiederholten Ladens-Entladens in einer Hochtemperaturumgebung unterdrückt werden. Entsprechend wird bei der oben erwähnten Energiespeichervorrichtung eine Abnahme der Leistung, die durch wiederholtes Laden und Entladen in einer Hochtemperaturumgebung hervorgerufen wird, unterdrückt.
Die Masse der leitfähigen Schicht pro Flächeneinheit kann 0,1 g/m² oder mehr und 1,0 g/m² oder weniger betragen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform umfasst: Herstellen einer Elektrode durch Schichten einer aktiven Materialschicht, die ein partikelförmiges aktives Material enthält, und einer leitfähigen Schicht, die ein Leitungshilfsmittel enthält. Ein mittlerer Sekundärpartikeldurchmesser des aktiven Materials beträgt 2,5 µm oder mehr und 6,0 µm oder weniger. Die Oberflächenrauhigkeit Ra der leitfähigen Schicht auf einer Seite der aktiven Materialschicht ist auf 0,17 µm oder mehr und 0,50 µm oder weniger festgesetzt, und die Dichte der aktiven Materialschicht ist auf 1,6 g/cm³ oder mehr und 2,8 g/cm³ oder weniger festgesetzt.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine Energiespeichervorrichtung bereitgestellt werden, bei der eine Abnahme der Leistung, die durch wiederholtes Laden-Entladen in einer Hochtemperaturumgebung hervorgerufen wird, unterdrückt wird.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
2 ist eine Frontansicht der Energiespeichervorrichtung gemäß der Ausführungsform.
3 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie III-III in 1.
4 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie IV-IV in 1.
5 ist eine perspektivische Ansicht der Energiespeichervorrichtung gemäß der teilweise konstruierten Ausführungsform und ist eine perspektivische Ansicht, die einen Elektrolytlösungsfüllstopfen, eine Elektrodenanordnung, einem Stromkollektor und einen externen Anschluss darstellt, die an einer Abdeckplatte befestigt wurden.
6 ist eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Konfiguration der Elektrodenanordnung der Energiespeichervorrichtung gemäß der Ausführungsform.
7 ist eine Schnittansicht einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und eines Separators, die übereinander geschichtet wurden (eine VII-VII-Schnittansicht von 6).
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Energiespeichergerätes mit Energiespeichervorrichtungen gemäß der Ausführungsform.
9 ist ein Flussdiagramm, das einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung darstellt.

MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 7 beschrieben. Beispiele für die Energiespeichervorrichtung umfassen einen Akkumulator und einen Kondensator. In der vorliegenden Ausführungsform ist als ein Beispiel der Energiespeichervorrichtung ein aufladbarer und entladbarer Akkumulator beschrieben. Die Namen der Bestandteile (konstituierenden Elemente) in der vorliegenden Ausführungsform sind diejenigen, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, und unterscheiden sich zum Teil von den Namen der Bestandteile (konstituierenden Elemente) im STAND DER TECHNIK.
Eine Energiespeichervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein nichtwässriger Elektrolyt-Akkumulator. Genauer gesagt, die Energiespeichervorrichtung 1 ist ein Lithium-Ionen-Akkumulator, der die Elektronenmigration nutzt, die zusammen mit der Migration von Lithium-Ionen erzeugt wird. Eine derartige Energiespeichervorrichtung 1 liefert elektrische Energie. Die Energiespeichervorrichtung 1 wird allein oder in mehreren Vorrichtungen verwendet. Insbesondere wird die Energiespeichervorrichtung 1 allein verwendet, wenn die benötigte Leistung und Spannung gering sind. Andererseits wird die Energiespeichervorrichtung 1 in Kombination mit einer anderen Energiespeichervorrichtung 1 in einem Energiespeichergerät 100 verwendet, wenn zumindest eine der benötigten Leistung oder Spannung groß ist. In dem Energiespeichergerät 100 liefern die in dem Energiespeichergerät 100 verwendeten Energiespeichervorrichtungen 1 elektrische Energie.
Die Energiespeichervorrichtung 1 umfasst, wie in 1 bis 7 dargestellt, eine Elektrodenanordnung 2 mit einer positiven Elektrode 11 und einer negativen Elektrode 12, einem Gehäuse 3, das die Elektrodenanordnung 2 aufnimmt, und einem externen Anschluss 7, der außerhalb des Gehäuses 3 angeordnet und mit der Elektrodenanordnung 2 elektrisch leitfähig ist. Die Energiespeichervorrichtung 1 umfasst beispielsweise auch einen Stromkollektor 5, der zusätzlich zu der Elektrodenanordnung 2, dem Gehäuse 3 und dem externen Anschluss 7 die elektrische Leitung zwischen der Elektrodenanordnung 2 und dem externen Anschluss 7 ermöglicht.
Die Elektrodenanordnung 2 wird durch Wickeln eines geschichteten Produkts 22 gebildet, das die positive Elektrode 11 und die negative Elektrode 12 umfasst, die übereinander geschichtet sind, wobei ein Separator 4 die Elektroden voneinander isoliert.
Die positive Elektrode 11 umfasst eine Metallfolie 111 (positives Substrat), eine aktive Materialschicht 112, die so angeordnet ist, dass sie eine Oberfläche der Metallfolie 111 bedeckt und ein aktives Material, ein Leitungshilfsmittel und ein Bindemittel enthält, und eine leitfähige Schicht 113, die zwischen der Metallfolie 111 (dem positiven Substrat) und der aktiven Materialschicht 112 angeordnet ist und ein partikelförmiges Leitungshilfsmittel enthält. In der vorliegenden Ausführungsform ist die leitfähige Schicht 113 auf jede der beiden Oberflächen der Metallfolie 111 geschichtet. Die aktive Materialschicht 112 ist auf einer Oberfläche einer jeden der leitfähigen Schichten 113 geschichtet, die eine Oberfläche ist, die nicht mit der Metallfolie 111 überlappt. Die aktive Materialschicht 112 ist auf jeder der beiden Dickenseiten der Metallfolie 111 angeordnet, und die leitfähige Schicht 113 ist in ähnlicher Weise auf jeder der beiden Dickenseiten der Metallfolie 111 angeordnet. Die Dicke der positiven Elektrode 11 beträgt üblicherweise 40 µm oder mehr und 150 µm oder weniger.
Die Metallfolie 111 ist bandförmig ausgebildet. Die Metallfolie 111 in der positiven Elektrode 11 der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise eine Aluminiumfolie. Die positive Elektrode 11 umfasst einen nicht beschichteten Bereich (Teil, in dem keine positive aktive Materialschicht ausgebildet ist) 115 der positiven aktiven Materialschicht 112 an einem Quer- oder Breitenrand der Bandform.
Die Dicke der positiven aktiven Materialschicht 112 kann 20 µm oder mehr und 80 µm oder weniger betragen. Die Masse der positiven aktiven Materialschicht 112 pro Flächeneinheit kann 5 mg/cm² oder mehr und 25 mg/cm² oder weniger betragen. Die Dichte der positiven aktiven Materialschicht 112 kann 1,6 g/cm³ oder mehr und 2,8 g/cm³ oder weniger betragen. Die Werte repräsentieren die Dicke, die Masse pro Flächeneinheit und die Dichte für eine Schicht, die so angeordnet ist, dass sie eine Oberfläche der Metallfolie bedeckt. Die Dichte kann beispielsweise aus der Dicke und der Masse pro Flächeneinheit berechnet werden.
Das aktive Material in der positiven Elektrode 11 ist eine partikelförmige Verbindung, die Lithium-Ionen speichern und freisetzen kann. Das aktive Material enthält Sekundärpartikel, die durch Aggregation von Primärpartikeln gebildet sind. Der mittlere Primärpartikeldurchmesser des aktiven Materials in der positiven Elektrode 11 beträgt üblicherweise 0,1 µm oder mehr und 1,5 µm oder weniger. Der mittlere Sekundärteilchendurchmesser des aktiven Materials in der positiven Elektrode 11 beträgt 2,5 µm oder mehr und 6,0 µm oder weniger.
Der mittlere Primärpartikeldurchmesser wird wie folgt abgeleitet. Eine hergestellte Batterie wird bei 2 V entladen und anschließend in trockener Atmosphäre zerlegt. Die positive Elektrode 11 wird extrahiert, mit Dimethylcarbonat gewaschen und anschließend zwei Stunden lang oder mehr einer Vakuumtrocknung unterzogen. Die positive aktive Materialschicht 112 wird von der positiven Elektrode 11 abgeschabt, und das abgeschabte Pulver wird mit einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet. In dem mit dem Elektronenmikroskop beobachteten Bild wird der Partikeldurchmesser für jedes der zufällig ausgewählten zumindest 20 Primärpartikel (Primärpartikel, die Sekundärpartikel bilden) des aktiven Materials gemessen. Bei der Messung des Partikeldurchmessers ist ein Primärpartikel als Messziel von einem minimalen Rechteck umgeben, das das Primärpartikel umgeben kann, und der Mittelwert der langen Seiten und der kurzen Seiten des Rechtecks wird als der Partikeldurchmesser des Primärpartikels bestimmt. Aus den gemessenen Partikeldurchmessern wird ein Mittelwert berechnet, und der berechnete Mittelwert wird als mittlerer Primärpartikeldurchmesser bestimmt. Der mittlere Sekundärpartikeldurchmesser kann ebenfalls in ähnlicher Weise gemessen werden. Die Messbedingungen sind in den BEISPIELEN näher beschrieben.
Der mittlere Sekundärpartikeldurchmesser des aktiven Materials in der positiven Elektrode 11 kann beispielsweise auch wie folgt gemessen werden. Aus einer hergestellten Batterie wird eine positive Elektrode entnommen. Die positive Elektrode wird einer Dispersionsbehandlung von dispergierenden Partikeln mittels Ultraschall unterzogen, während die positive Elektrode in N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) oder Wasser gehalten wird. Das Durchführen der Filtration nach der Dispersionsbehandlung ergibt ein partikelförmiges aktives Material. In der Zwischenzeit wird das aktive Material von einem Leitungshilfsmittel unter Ausnutzung der Differenz in dem spezifischen Gewicht dazwischen getrennt. Als Messvorrichtung wird ein Laserbeugungs-Partikelgrößenverteilungsmessgerät („SALD 2200“, hergestellt von SHIMADZU CORPORATION) verwendet, und als Messsteuerungssoftware wird ausschließlich die Anwendungssoftware DMS ver2 verwendet. Eine spezielle Messtechnik mit einem angewendeten Messmodus vom Streuungstyp umfasst das Platzieren einer Nasszelle, in der eine Dispersion mit einer darin dispergierten Messprobe (aktives Material) zirkuliert wird, in eine Ultraschallumgebung für 2 Minuten und anschließend das Bestrahlen der Dispersion mit Laserlicht, um eine Verteilung des gestreuten Lichts aus der Messprobe zu erhalten. Anschließend wird die Verteilung des gestreuten Lichts durch eine logarithmische Normalverteilung angenähert, und in der Partikelgrößenverteilung (horizontale Achse: σ) mit einem Bereich von 0,021 µm als minimaler Partikeldurchmesser und 2000 µm als maximaler Partikeldurchmesser wird ein Partikeldurchmesser entsprechend einem Grad des kumulativen Volumens von 50% (D50) als mittlerer Partikeldurchmesser bestimmt. Die Dispersion enthält ein Tensid und SN DISPERSANT 7347-C (Produktname) oder Triton X -100 (Produktname) als Dispergiermittel. Die Dispersion kann einige Tropfen des Dispergiermittels enthalten.
Der mittlere Sekundärpartikeldurchmesser kann durch Verändern der Herstellungsbedingungen in einem Schritt des Herstellens des partikelförmigen aktiven Materials (insbesondere einem Granulierungsschritt und einem Brennschritt) eingestellt werden. Der mittlere Sekundärpartikeldurchmesser kann auch durch Verändern der Bedingungen des Knetens oder des Pressens in einem Schritt des Herstellens der Elektrode (der positiven Elektrode 11) eingestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, den mittleren Sekundärpartikeldurchmesser durch Erhöhen des Pressdrucks (später beschrieben) bei der Herstellung der positiven aktiven Materialschicht 112 zu verringern.
Das aktive Material in der positiven Elektrode 11 ist beispielsweise ein Lithium-Metalloxid. Konkrete Beispiele für das aktive Material in der positiven Elektrode umfassen Verbundoxide (wie etwa Li_pCo_sO₂, Li_pNi_qO₂, Li_pMn_rO₄ und Li_pNi_qMn_rCo_sO₂), repräsentiert durch Li_pMeO_t (Me repräsentiert ein oder zwei oder mehr Übergangsmetalle), und polyanionische Verbindungen (wie etwa Li_tFe_uPO₄, Li_tMn_uPO₄, Li_tMn_uSiO₄ und LitCo_uPO₄F), repräsentiert durch Li_tMe_u(XO_v)_w (Me repräsentiert ein oder zwei oder mehr Übergangsmetalle und X repräsentiert beispielsweise P, Si, B oder V).
In der vorliegenden Ausführungsform ist das aktive Material in der positiven Elektrode 11 ein Lithium-Metall-Verbundoxid, repräsentiert durch die chemische Zusammensetzung Li_pNi_qMn_rCo_sO_t (wobei p, q, r, s und t erfüllen:
0 < p ≤ 1,3, q + r + s = 1,0 ≤ q ≤ 1,0 ≤ r ≤ 1,0 ≤ s ≤ 1 und 1,7 ≤ t ≤ 2,3). Alternativ können q, r und s0 < q < 1, 0 < r < 1 bzw. 0 < s < 1 erfüllen.
Beispiele für das Lithium-Metall-Verbundoxid, repräsentiert durch die chemische Zusammensetzung Li_pNi_qMn_rCo_sO_t, wie oben beschrieben, umfassen LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂, LiNi_1/6Co_1/6Mn_2/3O₂ und LiCoO₂.
Beispiele für das in der positiven aktiven Materialschicht 112 verwendete Bindemittel umfassen Polyvinylidenfluorid (PVDF), ein Copolymer aus Ethylen und Vinylalkohol, Polymethylmethacrylat, Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR). Bei dem Bindemittel handelt es sich in der vorliegenden Ausführungsform um Polyvinylidenfluorid.
Das Leitungshilfsmittel der positiven aktiven Materialschicht 112 ist ein kohlenstoffhaltiges Material, das 98 Massen-% oder mehr Kohlenstoff enthält. Beispiele für das kohlenstoffhaltige Material sind Ketjen-Ruß (eingetragenes Warenzeichen), Acetylenruß und Graphit. Die positive aktive Materialschicht 112 der vorliegenden Ausführungsform enthält Acetylenruß als Leitungshilfsmittel. Der Primärpartikeldurchmesser des Leitungshilfsmittels beträgt gewöhnlich 10 nm oder mehr und 100 nm oder weniger bei Ruß und 1 µm oder mehr und 100 µm oder weniger bei Graphit.
Die Dicke der leitfähigen Schicht 113 beträgt gewöhnlich 0,1 µm oder mehr und 2,0 µm oder weniger. Die Dicke der leitfähigen Schicht 113 ist ein Mittelwert der Dicke an zumindest 10 zufällig ausgewählten Stellen. Die Masse der leitfähigen Schicht 113 pro Flächeneinheit beträgt gewöhnlich 0,1 g/m² oder mehr und 1,0 g/m² oder weniger. Die Masse pro Flächeneinheit wird wie folgt abgeleitet. Wenn die Masse pro Flächeneinheit für die leitfähige Schicht 113 einer hergestellten Batterie abgeleitet wird, wird die Batterie entladen, so dass das Potenzial einer negativen Elektrode in der Batterie 1,0 V oder mehr wird, und anschließend in einer trockenen Atmosphäre zerlegt. Anschließend wird die positive Elektrode 11 mit Dimethylcarbonat gewaschen und dann für zwei Stunden oder mehr einer Vakuumtrocknung unterzogen. Im Anschluss daran wird die positive aktive Materialschicht 112 von der positiven Elektrode 11 entfernt. Im Einzelnen wird ein Großteil der positiven aktiven Materialschicht 112 mit einem Klebeband abgelöst, und dann wird der Teil, der nicht abgelöst wurde, beispielsweise mit NMP oder Wasser abgewischt oder durch Ultraschallreinigung entfernt. Anschließend wird die positive Elektrode, von der die positive aktive Materialschicht entfernt wurde, für zwei Stunden oder mehr einer Vakuumtrocknung unterzogen. Die Masse der positiven Elektrode, aus der die positive aktive Materialschicht 112 entfernt wurde, wird gemessen. Die Größe einer zu messenden Probe beträgt bevorzugt 50 cm² oder mehr. Ferner wird die leitfähige Schicht 113 mit beispielsweise erwärmtem NMP oder Wasser entfernt. Die Masse der positiven Elektrode, aus der die leitfähige Schicht 113 entfernt wurde, wird gemessen. Die Masse der leitfähigen Schicht 113 pro Flächeneinheit wird abgeleitet, indem die Masse der positiven Elektrode, aus der die leitfähige Schicht 113 entfernt wurde, von der Masse der positiven Elektrode, aus der die positive aktive Materialschicht 112 entfernt wurde, abgezogen wird. Wenn es schwierig ist, die leitfähige Schicht 113 abzulösen, kann die Masse der leitfähigen Schicht 113 pro Flächeneinheit durch Messen der Masse der Metallfolie aus lediglich dem Teil der Metallfolie 111, der weder die positive aktive Materialschicht 112 noch die darauf aufgeschichtete leitfähige Schicht 113 aufweist, und Abziehen der Masse der Metallfolie von der positiven Elektrode, aus der die aktive Materialschicht 112 entfernt wurde, abgeleitet werden.
Die leitfähige Schicht 113 ist porös durch Hohlräume zwischen den Partikeln des Leitungshilfsmittels gebildet. Die Oberflächenrauhigkeit Ra einer Oberfläche der leitfähigen Schicht 113, die eine mit der aktiven Materialschicht 112 überlappende Oberfläche ist, beträgt 0,17 µm oder mehr und 0,50 µm oder weniger. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein äußerer Rand der positiven aktiven Materialschicht 112 innerhalb eines äußeren Randes der leitfähigen Schicht 113 angeordnet, wie dies in 7 gezeigt ist. Beispielsweise wird die Oberflächenrauhigkeit Ra an einem Abschnitt gemessen, der von dem äußeren Rand der positiven aktiven Materialschicht 112r nach außen vorsteht. Die Oberflächenrauhigkeit Ra ist die arithmetische Durchschnittsrauhigkeit, die gemäß JIS B0601: 2013 gemessen wurde. Die Oberflächenrauhigkeit Ra kann beispielsweise durch Verändern des Mischungsverhältnisses zwischen dem Leitungshilfsmittel und dem Bindemittel (später beschrieben), die in der leitfähigen Schicht 113 enthalten sind, durch Verändern der Beschichtungsbedingungen in einem Beschichtungsverfahren zur Bildung der leitfähigen Schicht 113 oder durch Verändern der Trocknungsbedingungen einer ein Lösungsmittel enthaltenden leitfähigen Schichtzusammensetzung (später beschrieben) eingestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, die Oberflächenrauhigkeit Ra durch Erhöhen des Massenverhältnisses des Leitungshilfsmittels zu dem Bindemittel, die in der leitfähigen Schicht 113c enthalten sind, zu erhöhen. Wenn die positive aktive Materialschicht außerhalb des äußeren Randes der leitfähigen Schicht 113 (es gibt keinen Abschnitt, in dem die leitfähige Schicht freigelegt ist) vorliegt, kann die Oberflächenrauhigkeit Ra der leitfähigen Schicht 113 gemessen werden, nachdem die positive aktive Materialschicht 112 wie oben beschrieben abgelöst ist.
Die leitfähige Schicht 113 enthält das Leitungshilfsmittel und den Binder (das Bindemittel). Die leitfähige Schicht 113 enthält kein positives aktives Material. Die leitfähige Schicht 113 weist eine Leitfähigkeit auf, da sie das Leitungshilfsmittel enthält. Die leitfähige Schicht 113 wird zu einem Pfad für Elektronen zwischen der Metallfolie 111 und der positiven aktiven Materialschicht 112 und bewahrt die Leitfähigkeit zwischen diesen Schichten. Die Leitfähigkeit der leitfähigen Schicht 113 ist in der Regel höher als die Leitfähigkeit der aktiven Materialschicht 112. Bei der Herstellung kann die leitfähige Schicht 113 mit der positiven aktiven Materialschicht 112 und/oder einer negativen aktiven Materialschicht 122 identisch sein. Diese Konfiguration kann die Kompatibilität zwischen einem in der positiven aktiven Materialschicht 112 und/oder der negativen aktiven Materialschicht 122 enthaltenen Lösungsmittel und einem in der leitfähigen Schicht 113 enthaltenen Lösungsmittel erhöhen, so dass es möglich ist, die Haftfähigkeit zwischen den Schichten weiter zu erhöhen.
Die leitfähige Schicht 113 ist zwischen der Metallfolie 111 und der positiven aktiven Materialschicht 112 angeordnet. Die leitfähige Schicht 113, die den Binder (das Bindemittel) enthält, weist eine ausreichende Haftfähigkeit an der Metallfolie 111 auf. Die leitfähige Schicht 113 weist auch eine ausreichende Haftfähigkeit an der positiven aktiven Materialschicht 112 auf.
Das Leitungshilfsmittel der leitfähigen Schicht 113 ist partikelförmig. Das Leitungshilfsmittel ist ein kohlenstoffhaltiges Material, das 98 Massen-% oder mehr Kohlenstoff enthält. Die elektrische Leitfähigkeit des kohlenstoffhaltigen Materials beträgt üblicherweise 10^-6 S/m oder mehr. Beispiele für das kohlenstoffhaltige Material sind Ketjen-Ruß (eingetragenes Warenzeichen), Acetylenruß und Graphit. Die leitfähige Schicht 113 der vorliegenden Ausführungsform enthält Acetylenruß als Leitungshilfsmittel. Das Leitungshilfsmittel kann kugelförmig sein. Es wird bestimmt, dass das Leitungshilfsmittel kugelförmig ist, wenn es einen b/a-Wert von 0,7 bis 1,0 aufweist, wobei der größte Durchmesser (lange Seite) des Leitungshilfsmittels als a und der kleinste Durchmesser (kurze Seite) als b definiert wird. Der Partikeldurchmesser des Leitungshilfsmittels kann 20 nm oder mehr und 40 nm oder weniger betragen. Es wird davon ausgegangen, dass diese Beschaffenheit kleine Ausnehmungen und Vorsprünge auf der leitfähigen Schicht 113 bildet und somit die Haftfähigkeit weiter verbessert.
Der Partikeldurchmesser des Leitungshilfsmittels ergibt sich wie folgt. Eine Batterie wird so entladen, dass das Potenzial einer negativen Elektrode in der Batterie 1,0 V oder mehr wird, und anschließend in einer trockenen Atmosphäre zerlegt. Als Nächstes wird die positive Elektrode 11 mit Dimethylcarbonat gewaschen und anschließend zwei Stunden lang oder mehr einer Vakuumtrocknung unterzogen. In der positiven Elektrode 11 wird mit einem Schneidwerkzeug ein Teil der leitfähigen Schicht 113 abgelöst, wobei die leitfähige Schicht 113 nicht mit der positiven aktiven Materialschicht 112 überlappt. Das Pulver der so erhaltenen abgelösten leitfähigen Schicht wird mit einem TEM beobachtet und für ihren Partikeldurchmesser bestätigt. In dem mit dem Elektronenmikroskop beobachteten Bild wird der Partikeldurchmesser für jedes von zumindest 20 zufällig ausgewählten Partikeln des Leitungshilfsmittels durch das folgende Verfahren gemessen. Bei der Messung des Partikeldurchmessers wird ein Primärpartikel als Messziel von einem minimalen Rechteck umgeben, das das Primärpartikel umgeben kann, und es wird bestimmt, dass der Mittelwert der langen Seiten und der kurzen Seiten des Rechtecks der Partikeldurchmesser des Primärpartikels ist.
Beispiele für das Bindemittel in der leitfähigen Schicht 113 umfassen synthetische Polymerverbindungen, wie etwa Polyvinylidenfluorid (PVDF), ein Copolymer aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen, ein Copolymer aus Ethylen und Vinylalkohol, Polyacrylnitril, ein Polyphosphazen, ein Polysiloxan, Polyvinylacetat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polycarbonat, ein Polyamid, ein Polyimid, ein Polyamidimid, Polyethylenoxid (Polyethylenglycol), Polypropylenoxid (Polypropylenglycol), Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Polytetrafluorethylen (PTFE), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), ein Polyolefin und Nitril-Butadien-Kautschuk. Das Bindemittel kann ein Hydroxyalkylchitosan enthalten. Diese Zusammensetzung macht es dem Bindemittel schwer, sich durch Laden und Entladen auszudehnen und kann somit eine durch wiederholtes Laden-Entladen verursachte Leistungsverringerung in einer Hochtemperaturumgebung weiter unterdrücken.
Die leitfähige Schicht 113 kann 30 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger eines kohlenstoffhaltigen Materials als Leitungshilfsmittel enthalten. Diese Zusammensetzung bildet die leitfähige Schicht 113, die kaum einen Unterschied in der Veränderung des Oberflächenwiderstandes zwischen vor und nach dem Eintauchen in eine Elektrolytlösung aufweist. Die leitfähige Schicht 113 kann 30 Massen-% oder mehr und 70 Massen-% oder weniger des Bindemittels enthalten.
Die negative Elektrode 12 umfasst eine Metallfolie 121 (ein negatives Substrat), eine negative aktive Materialschicht 122, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Metallfolie 121 ausgebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die negative aktive Materialschicht 122 auf beiden Oberflächen der Metallfolie 121 aufgebracht. Die Metallfolie 121 ist bandförmig ausgebildet. Die Metallfolie 121 der negativen Elektrode in der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise eine Kupferfolie. Die negative Elektrode 12 umfasst einen nicht beschichteten Abschnitt 125 der negativen aktiven Materialschicht (Teil, in dem keine negative aktive Materialschicht ausgebildet ist) an einem Quer- oder Seitenrand der Bandform. In der Regel beträgt die Dicke der negativen Elektrode 12 40 µm oder mehr und 150 µm oder weniger.
Die negative aktive Materialschicht 122 umfasst ein partikelförmiges aktives Material und ein Bindemittel. Die negative aktive Materialschicht 122 ist so angeordnet, dass sie der positiven Elektrode 11 gegenüberliegt, wobei der Separator 4 dazwischen angeordnet ist. Die Breite der negativen aktiven Materialschicht 122 ist größer als die Breite der positiven aktiven Materialschicht 112. Im Allgemeinen beträgt die Dicke der negativen aktiven Materialschicht 122 10 µm oder mehr und 70 µm oder weniger.
In der negativen aktiven Materialschicht 122 kann ein Verhältnis des Bindemittels 1 Massen-% oder mehr und 10 Massen-% oder weniger bezogen auf die Gesamtmasse des negativen aktiven Materials und des Bindemittels betragen.
Das aktive Material der negativen Elektrode 12 ist ein aktives Material, das zu einer Elektrodenreaktion, wie etwa einer Ladereaktion und einer Entladereaktion, in der negativen Elektrode 12 beitragen kann. Beispielsweise ist das aktive Material der negativen Elektrode 12 ein Kohlenstoffmaterial, wie etwa Graphit, amorpher Kohlenstoff (schwer graphitisierbarer Kohlenstoff, leicht graphitisierbarer Kohlenstoff) oder ein Material, mit dem Lithium-Ionen eine Legierung, wie etwa Silizium (Si) und Zinn (Sn), herstellen können. Das aktive Material der negativen Elektrode ist in der vorliegenden Ausführungsform amorpher Kohlenstoff. Genauer gesagt, das aktive Material der negativen Elektrode ist schwer graphitisierbarer Kohlenstoff.
Der mittlere Teilchendurchmesser des aktiven Materials in der negativen Elektrode 12 beträgt in der Regel 1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger.
Die Masse der negativen aktiven Materialschicht 122 (eine Schicht) pro Flächeneinheit beträgt in der Regel 2,5 mg/cm² oder mehr und 15,0 mg/cm² oder weniger. Die Dichte der negativen aktiven Materialschicht 122 (eine Schicht) beträgt in der Regel 0,90 g/cm³ oder mehr und 1,30 g/cm³ oder weniger.
Das in der negativen aktiven Materialschicht 122 verwendete Bindemittel ist das gleiche wie das in der positiven aktiven Materialschicht 112 verwendete Bindemittel. Das Bindemittel in der vorliegenden Ausführungsform ist Polyvinylidenfluorid.
Die negative aktive Materialschicht 122 kann ferner ein Leitungshilfsmittel, wie etwa Ketjen-Ruß (eingetragenes Warenzeichen), Acetylenruß oder Graphit enthalten.
Die Elektrodenanordnung 2 der vorliegenden Ausführungsform ist durch Wickeln der so gebildeten positiven Elektrode 11 und der negativen Elektrode 12 gebildet, wobei der Separator 4 die Elektroden voneinander isoliert. Das heißt, die Elektrodenanordnung 2 der vorliegenden Ausführungsform wird durch Wickeln des geschichteten Produkts 22 einschließlich der positiven Elektrode 11, der negativen Elektrode 12 und des Separators 4 gebildet. Der Separator 4 ist ein Element mit Isolationsqualität. Der Separator 4 ist zwischen der positiven Elektrode 11 und der negativen Elektrode 12 angeordnet. Diese Konfiguration isoliert die positive Elektrode 11 von der negativen Elektrode 12 in der Elektrodenanordnung 2 (insbesondere dem geschichteten Produkt 22). Der Separator 4 hält eine Elektrolytlösung in dem Gehäuse 3 zurück. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass Lithium-Ionen zwischen der positiven Elektrode 11 und der negativen Elektrode 12, die abwechselnd mit dem dazwischen angeordneten Separator 4 geschichtet sind, während des Ladens und Entladens der Energiespeichervorrichtung 1 wandern.
Der Separator 4 ist bandförmig ausgebildet. Der Separator 4 umfasst ein poröses Separatorsubstrat. Der Separator 4 der vorliegenden Ausführungsform umfasst lediglich das Separatorsubstrat. Der Separator 4 ist zwischen der positiven Elektrode 11 und der negativen Elektrode 12 angeordnet, um einen Kurzschluss zwischen der positiven Elektrode 11 und der negativen Elektrode 12 zu verhindern.
Das Separatorsubstrat ist beispielsweise durch Gewebe, Vlies oder eine poröse Folie porös ausgebildet. Beispiele für ein Material für das Separatorsubstrat umfassen eine Polymerverbindung, Glas und Keramik. Beispiele für die Polymerverbindung umfassen Polyester, wie etwa Polyacrylnitril (PAN), ein Polyamid (PA) und Polyethylenterephthalat (PET), Polyolefine (PO), wie etwa Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE), und Cellulose.
Die Breite des Separators 4 (Querabmessung der Bandform) ist geringfügig größer als die Breite der negativen aktiven Materialschicht 122. Der Separator 4 ist zwischen der positiven Elektrode 11 und der negativen Elektrode 12 angeordnet, die quer verschoben und übereinander geschichtet sind, so dass die positive aktive Materialschicht 112 mit der negativen aktiven Materialschicht 122 überlappt. In dem Schichtaufbau überlappt der nicht beschichtete Abschnitt 115 der positiven Elektrode 11 nicht mit dem nicht beschichteten Abschnitt 125 der negativen Elektrode 12, wie in 6 gezeigt. Das heißt, der nicht beschichtete Abschnitt 115 der positiven Elektrode 11 ragt quer aus einem Bereich heraus, in dem die positive Elektrode 11 mit der negativen Elektrode 12 überlappt, während der nicht beschichtete Abschnitt 125 der negativen Elektrode 12 quer (entgegengesetzt zum Vorsprung des nicht beschichteten Abschnitts 115 der positiven Elektrode 11) aus dem Bereich herausragt, in dem die positive Elektrode 11 mit der negativen Elektrode 12 überlappt. Die geschichtete positive Elektrode 11, die negative Elektrode 12 und der Separator 4 oder das geschichtete Produkt 22 werden zur Bildung der Elektrodenanordnung 2 gewickelt. Ein Teil, bei dem nur der nicht beschichtete Abschnitt 115 der positiven Elektrode 11 oder der nicht beschichtete Abschnitt 125 der negativen Elektrode 12 geschichtet ist, bildet den nicht beschichteten Schichtabschnitt 26 in der Elektrodenanordnung 2.
Der nicht beschichtete Schichtabschnitt 26 ist ein Teil der Elektrodenanordnung 2, der mit dem Stromkollektor 5 elektrisch leitfähig ist. Der nicht beschichtete Schichtabschnitt 26 ist in zwei Teile (zwei geteilte, nicht beschichtete Schichtabschnitte) 261 unterteilt, wobei ein Hohlabschnitt 27 (siehe 6) zwischen den Teilen im Hinblick auf den Wicklungsmittelpunkt der gewickelten positiven Elektrode 11, der negativen Elektrode 12 und des Separators 4 sandwichartig angeordnet ist.
Der so ausgebildete nicht beschichtete Schichtabschnitt 26 ist in jeder der Elektroden der Elektrodenanordnung 2 vorgesehen. Das heißt, der nicht beschichtete Schichtabschnitt 26, der durch Schichten lediglich des nicht beschichteten Abschnitts 115 der positiven Elektrode 11 erhalten wird, bildet den nicht beschichteten Schichtabschnitt der positiven Elektrode 11 in der Elektrodenanordnung 2, und der nicht beschichtete Schichtabschnitt 26, der durch Schichten lediglich des nicht beschichteten Abschnitts 125 der negativen Elektrode 12 erhalten wird, bildet den nicht beschichteten Schichtabschnitt der negativen Elektrode 12 in der Elektrodenanordnung 2.
Das Gehäuse 3 umfasst einen Gehäusehauptkörper 31 mit einer Öffnung und eine Abdeckplatte 32, die die Öffnung des Gehäusehauptkörpers 31 abdeckt (verschließt). Das Gehäuse 3 beherbergt in seinem Innenraum eine Elektrolytlösung zusammen mit beispielsweise der Elektrodenanordnung 2 und dem Stromkollektor 5. Das Gehäuse 3 ist aus einem Metall mit einer Widerstandsfähigkeit gegen die Elektrolytlösung gebildet. Das Gehäuse 3 ist beispielsweise aus einem Aluminium-basierten Metallmaterial, wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gebildet. Das Gehäuse 3 kann beispielsweise aus einem Metallmaterial, wie etwa Edelstahl oder Nickel, oder einem Verbundmaterial, das durch Verbinden eines Harzes, wie etwa Nylon, mit Aluminium erhalten wird, gebildet sein.
Die Elektrolytlösung ist eine nichtwässrige Elektrolytlösung. Die Elektrolytlösung wird durch Auflösen eines Elektrolytsalzes in einem organischen Lösungsmittel erhalten. Beispiele für das organische Lösungsmittel umfassen cyclische Carbonatester, wie etwa Propylencarbonat und Ethylencarbonat, und Kettencarbonate, wie etwa Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat. Beispiele für das Elektrolytsalz umfassen LiClO₄, LiBF₄ und LiPF₆. Die Elektrolytlösung der vorliegenden Ausführungsform wird durch Lösen von 0,5 bis 1,5 mol/l LiPF₆ in einem Lösungsmittelgemisch erhalten, das durch Vermischen von Propylencarbonat, Dimethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat in einem vorbestimmten Verhältnis erhalten wird.
Das Gehäuse 3 wird durch Verbinden einer Peripherie der Öffnung des Gehäusehauptkörpers 31 mit einer Peripherie der Abdeckplatte 32 gebildet, die rechteckig ist, während die Peripherien aufeinander geschichtet sind. Das Gehäuse 3 umfasst den durch den Gehäusehauptkörper 31 und die Abdeckplatte 32 definierten Innenraum. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Peripherie der Öffnung des Gehäusehauptkörpers 31 mit der Peripherie der Abdeckplatte 32 durch Schweißen verbunden.
Im Folgenden wird, wie in 1 gezeigt, die lange Seitenlinie der Abdeckplatte 32 als X-Achse, die kurze Seitenlinie der Abdeckplatte 32 als Y-Achse und die Normale der Abdeckplatte 32 als Z-Achse definiert.
Der Gehäusehauptkörper 31 weist eine prismatische Rohrform auf, deren eines Ende entlang einer Linie zwischen Öffnungen (Z-Achse) abgedeckt ist (d. h. eine mit einem Boden versehene prismatische Rohrform). Die Abdeckplatte 32 ist ein tafelförmiges Element, das die Öffnung des Gehäusehauptkörpers 31 abdeckt.
Die Abdeckplatte 32 umfasst ein Gasablassventil 321, das Gas in dem Gehäuse 3 nach außen freisetzen kann. Das Gasablassventil 321 setzt Gas von innerhalb des Gehäuses 3 nach außen frei, wenn der Innendruck des Gehäuses 3 auf einen vorbestimmten Druck angestiegen ist. Das Gasablassventil 321 ist in einem Mittelabschnitt entlang der X-Achse der Abdeckplatte 32 vorgesehen.
Das Gehäuse 3 ist mit einem Elektrolytlösungs-Befüllungsanschluss zum Injizieren der Elektrolytlösung durch ihn versehen. Der Elektrolytlösungs-Befüllungsanschluss ist eine Verbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gehäuses 3. Der Elektrolytlösungs-Befüllungsanschluss ist auf der Abdeckplatte 32 vorgesehen. Der Elektrolytlösungs-Befüllungsanschluss ist mit einem Elektrolytlösungsfüllstopfen 326 abgedichtet (abgedeckt). Der Elektrolytlösungsfüllstopfen 326 ist an dem Gehäuse 3 (die Abdeckplatte 32 in einem Beispiel der vorliegenden Ausführungsform) durch Schweißen befestigt.
Der externe Anschluss 7 ist ein Teil, der beispielsweise mit dem externen Anschluss 7 einer anderen Energiespeichervorrichtung 1 oder einem externen Gerät elektrisch verbunden ist. Der externe Anschluss 7 ist aus einem Element mit Leitfähigkeit gebildet. Beispielsweise ist der externe Anschluss 7 aus einem Aluminium-basierten Metallmaterial, wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, oder einem gut schweißbaren Metallmaterial, wie etwa einem Kupfer-basierten Metallmaterial (z. B. Kupfer oder eine Kupferlegierung), gebildet.
Der externe Anschluss 7 weist eine Oberfläche 71 auf, die mit beispielsweise einer Sammelschiene verschweißt werden kann. Die Fläche 71 ist eine ebene Fläche. Der externe Anschluss 7 weist eine sich entlang der Abdeckplatte 32 erstreckende tafelförmige Form auf. Im Einzelnen weist der externe Anschluss 7 in der Z-Achsen-Ansicht eine rechteckige tafelförmige Form auf.
Der Stromkollektor 5 ist in dem Gehäuse 3 angeordnet und ist direkt oder indirekt elektrisch leitend mit der Elektrodenanordnung 2 verbunden. Der Stromkollektor 5 der vorliegenden Ausführungsform ist mit der Elektrodenanordnung 2 elektrisch leitend verbunden, wobei ein Clipelement 50 dazwischen angeordnet ist. Das heißt, die Energiespeichervorrichtung 1 umfasst das Clipelement 50, das eine Verbindung zwischen der Elektrodenanordnung 2 und dem Stromkollektor 5 in einer elektrisch leitenden Weise ermöglicht.
Der Stromkollektor 5 ist aus einem Element mit Leitfähigkeit gebildet. Wie in 3 gezeigt, ist der Stromkollektor 5 entlang einer Innenfläche des Gehäuses 3 angeordnet. Der Stromkollektor 5 ist in der Energiespeichervorrichtung 1 sowohl an der positiven Elektrode 11 als auch an der negativen Elektrode 12 angeordnet. In der Energiespeichervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist der Stromkollektor in dem Gehäuse 3 auf sowohl dem nicht beschichteten Schichtabschnitt 26 des positiven Elektrode 11 als auch dem nicht beschichteten Schichtabschnitt 26 der negativen Elektrode 12 in der Elektrodenanordnung 2 angeordnet.
Der Stromkollektor 5 der positiven Elektrode 11 und der Stromkollektor 5 der negativen Elektrode 12 sind aus unterschiedlichen Materialien gebildet. Insbesondere ist der Stromkollektor 5 der positiven Elektrode 11 beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet, und der Stromkollektor 5 der negativen Elektrode 12 ist beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet.
In der Energiespeichervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform beherbergt das Gehäuse 3 darin die Elektrodenanordnung 2 (insbesondere die Elektrodenanordnung 2 und den Stromkollektor 5), die in einer taschenförmigen Isolierabdeckung 6 untergebracht ist, die die Elektrodenanordnung 2 von dem Gehäuse 3 isoliert.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Energiespeichervorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Das Verfahren zur Herstellung der Energiespeichervorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform umfasst, wie in 9 gezeigt, das Herstellen einer Elektrode durch Schichten einer aktiven Materialschicht, die ein partikelförmiges aktives Material enthält, und einer leitfähigen Schicht, die ein Leitungshilfsmittel enthält, übereinander (Schritt 1 S1). Der mittlere Sekundärpartikeldurchmesser des aktiven Materials beträgt 2,5 µm oder mehr und 6,0 µm oder weniger, und die Oberflächenrauhigkeit Ra der leitfähigen Schicht auf einer Seite, die mit der aktiven Materialschicht überlappt, wird im Schritt 1 auf 0,17 µm oder mehr und 0,50 µm oder weniger festgesetzt.
Im Einzelnen umfasst das Verfahren den Schritt 1 und das Platzieren der im Schritt 1 hergestellten Elektrode, einer Elektrolytlösung und eines Gehäuses 3 in die Energiespeichervorrichtung (Schritt 2 S2).
Im Schritt 1 wird bei der Herstellung einer positiven Elektrode 11 eine leitfähige Schichtzusammensetzung, die zumindest ein Leitungshilfsmittel und ein Lösungsmittel enthält, auf eine Metallfolie (ein Elektrodensubstrat) aufgebracht, und ein Verbundwerkstoff, der ein aktives Material zur Bildung einer aktiven Materialschicht enthält, wird weiter aufgebracht, wodurch die Elektrode (die positive Elektrode 11) hergestellt wird. Im Schritt 2 werden die positive Elektrode 11, ein Separator 4 und eine negative Elektrode 12 übereinander geschichtet, um eine Elektrodenanordnung 2 zu bilden. Die Elektrodenanordnung 2 wird in das Gehäuse 3 eingebracht und die Elektrolytlösung wird in das Gehäuse 3 gegossen, um die Energiespeichervorrichtung 1 herzustellen
Im Schritt 1 wird zur Herstellung der Elektrode (der positiven Elektrode 11) die leitfähige Schichtzusammensetzung, die das Leitungshilfsmittel, ein Bindemittel und das Lösungsmittel enthält, auf jede der beiden Oberflächen der Metallfolie aufgebracht, und die Zusammensetzung wird beispielsweise bei 100 bis 160 Grad zur Bildung einer leitfähigen Schicht 113 getrocknet. Wie oben beschrieben, kann die Oberflächenrauhigkeit Ra der leitfähigen Schicht 113 beispielsweise durch Verändern des Mischungsverhältnisses zwischen dem Leitungshilfsmittel und dem Bindemittel, die in der leitfähigen Schicht 113 enthalten sind, durch Verändern der Beschichtungsbedingungen in einem Beschichtungsverfahren zur Bildung der leitfähigen Schicht 113 oder durch Verändern der Trocknungsbedingungen der das Lösungsmittel enthaltenden leitfähigen Schichtzusammensetzung eingestellt werden.
Im Schritt 1 wird der Verbundwerkstoff, der das aktive Material, ein Bindemittel und ein Lösungsmittel enthält, auf jede der leitfähigen Schichten aufgebracht, um eine positive aktive Materialschicht 112 auszubilden. Es ist möglich, die Masse der leitfähigen Schicht 113 oder der positiven aktiven Materialschicht 112 pro Flächeneinheit durch Einstellen ihrer Aufbringungsmenge einzustellen. Die leitfähige Schicht 113 oder die aufgebrachte positive aktive Materialschicht 112 wird einer Walzenpressung bei einer vorbestimmten Temperatur (z. B. 80 bis 150°C) und bei einem vorbestimmten Druck unterzogen. Es ist möglich, die Dichte der leitfähigen Schicht 113 oder der positiven aktiven Materialschicht 112 durch Einstellen des Pressdrucks einzustellen. Nach dem Pressen wird die positive Elektrode 12 bis 24 Stunden lang bei 80 bis 140°C einer Vakuumtrocknung unterzogen. Eine negative Elektrode wird ebenfalls auf ähnliche Weise hergestellt, ohne die leitfähige Schicht zu bilden.
Im Schritt 2 wird zur Bildung der Elektrodenanordnung 2 ein Schichtprodukt 22 gewickelt, das die positive Elektrode 11 und die negative Elektrode 12 mit dem dazwischen angeordneten Separator 4 umfasst. Im Einzelnen wird das Schichtprodukt 22 hergestellt, indem die positive Elektrode 11, der Separator 4 und die negative Elektrode 12 so übereinander geschichtet werden, dass die positive aktive Materialschicht 112 und eine negative aktive Materialschicht 122 einander zugewandt sind, wobei der Separator 4 dazwischen angeordnet ist. Das Schichtprodukt 22 wird so gewickelt, dass es die Elektrodenanordnung 2 bildet.
Im Schritt 2 wird zur Konstruktion der Energiespeichervorrichtung 1 die Elektrodenanordnung 2 in den Gehäusehauptkörper 31 des Gehäuses 3 eingesetzt, eine Öffnung des Gehäusehauptkörpers 31 wird mit einer Abdeckplatte 32 abgedeckt und die Elektrolytlösung wird in das Gehäuse 3 injiziert. Wenn die Öffnung des Gehäusehauptkörpers 31 mit der Abdeckplatte 32 abgedeckt ist, ist die Elektrodenanordnung 2 in den Gehäusehauptkörper 31 eingesetzt, und die Öffnung des Gehäusehauptkörpers 31 ist mit der Abdeckplatte 32 abgedeckt, während die positive Elektrode 11 mit einem externen Anschluss 7 elektrisch leitfähig ist und die negative Elektrode 12 mit dem anderen externen Anschluss 7 elektrisch leitfähig ist. Wenn die Elektrolytlösung in das Gehäuse 3 injiziert wird, wird die Elektrolytlösung durch einen Injizieranschluss an der Deckplatte 32 des Gehäuses 3 in das Gehäuse 3 injiziert.
Die Energiespeichervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die wie oben beschrieben ausgebildet ist, umfasst die Elektrode (die positive Elektrode 11), die aufweist: die aktive Materialschicht 112, die ein partikelförmiges aktives Material enthält; und die leitfähige Schicht 113, die auf eine Oberfläche der aktiven Materialschicht 112 aufgeschichtet ist und ein Leitungshilfsmittel enthält. Der mittlere Sekundärpartikeldurchmesser des aktiven Materials in der positiven Elektrode 11 beträgt 2,5 µm oder mehr und 6,0 µm oder weniger. Die Oberflächenrauhigkeit Ra einer Oberfläche der leitfähigen Schicht 113 in der positiven Elektrode 11, die eine mit der aktiven Materialschicht 112 überlappende Oberfläche ist, beträgt 0,17 µm oder mehr und 0,50 µm oder weniger. Wenn der mittlere Sekundärpartikeldurchmesser des aktiven Materials 2,5 µm oder mehr und 6,0 µm oder weniger beträgt und die Oberflächenrauhigkeit Ra der Oberfläche der leitfähigen Schicht 113 0,17 µm oder mehr und 0,50 µm oder weniger beträgt, ist es möglich, die aktive Materialschicht 112 ausreichend an der leitfähigen Schicht 113 anhaften zu lassen. Eine ausreichende Haftung der aktiven Materialschicht 112 an der leitfähigen Schicht 113 unterdrückt eine Erhöhung des Innenwiderstand der Energiespeichervorrichtung 1 durch Ablösen der aktiven Materialschicht 112 von der leitfähigen Schicht 113 aufgrund wiederholten Ladens und Entladens in einer Hochtemperaturumgebung. Entsprechend wird in der Energiespeichervorrichtung 1 eine Abnahme der Leistung unterdrückt, die durch wiederholtes Laden-Entladen in einer Hochtemperaturumgebung bewirkt wird.
Wenn die Oberflächenrauhigkeit Ra weniger als 0,17 µm beträgt, ist es unmöglich, eine ausreichende Verankerungswirkung durch die Oberfläche der leitfähigen Schicht 113 zu erzielen, was die aktive Materialschicht 112 möglicherweise unfähig macht, ausreichend an der leitfähigen Schicht 113 zu haften. Andererseits ist, wenn die Oberflächenrauhigkeit Ra der Oberfläche grösser als 0,50 µm ist, während es möglich ist, die Leistungsverringerung etwas zu unterdrücken, die Unterdrückung im Vergleich zu dem Fall einer Oberflächenrauhigkeit Ra von 0,50 µm oder weniger nicht immer ausreichend. Ein Grund, warum dieses Phänomen hervorgerufen wird, wird darin gesehen, dass eine Schwankung in der Stromverteilung zwischen der aktiven Materialschicht 112 und der leitfähigen Schicht 113 während des Ladens und des Entladens hervorgerufen wird, was die Abnutzung der Energiespeichervorrichtung während der Ladungsentladung etwas beschleunigt.
In der Energiespeichervorrichtung 1 kann die Masse der leitfähigen Schicht 113 pro Flächeneinheit in der positiven Elektrode 11 0,1 g/m² oder mehr und 1,0 g/m² oder weniger betragen. Die Dichte der aktiven Materialschicht 112 in der positiven Elektrode 11 kann 1,6 g/cm³ oder mehr und 2,8 g/cm³ oder weniger betragen. Wenn die Masse der leitfähigen Schicht 113 pro Flächeneinheit bzw. die Dichte der aktiven Materialschicht 112 in der positiven Elektrode 11 innerhalb der oben genannten Bereiche liegt, wird eine Leistungsverringerung, die durch wiederholtes Laden-Entladen in einer Hochtemperaturumgebung verursacht wird, ausreichend unterdrückt.
Die Energiespeichervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt, und es ist selbstverständlich möglich, die Energiespeichervorrichtung innerhalb eines Umfangs, der nicht vom Kern der vorliegenden Erfindung abweicht, auf unterschiedliche Weise zu verändern. Beispielsweise ist es möglich, die Ausgestaltung einer Ausführungsform zu der Ausgestaltung einer anderen Ausführungsform hinzuzufügen, oder es ist möglich, einen Teil der Ausgestaltung einer Ausführungsform mit der Ausgestaltung einer anderen Ausführungsform zu ersetzen. Ferner ist es möglich, einen Teil der Ausgestaltung einer Ausführungsform zu entfernen.
In der oben genannten Ausführungsform wird die Elektrode erläutert, bei der die aktiven Materialschichten auf jeder der beiden Oberflächen der Metallfolien angeordnet sind. Bei der Energiespeichervorrichtung gemäß der Erfindung kann die positive Elektrode 11 oder die negative Elektrode 12 die aktive Materialschicht auf lediglich einer Oberfläche der Metallfolie umfassen.
In der oben genannten Ausführungsform wird die Energiespeichervorrichtung 1 erläutert, bei der die Elektrodenanordnung 2 durch Wickeln eines Schichtprodukts 22 ausgebildet ist. Die Energiespeichervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann das Schichtprodukt 22 umfassen, das nicht gewickelt ist. Insbesondere kann die Energiespeichervorrichtung eine Elektrodenanordnung umfassen, die durch Schichten einer positiven Elektrode, eines Separators, einer negativen Elektrode und eines Separators in dieser Reihenfolge ausgebildet ist, die jeweils in Rechteckform ausgebildet sind.
In der oben genannten Ausführungsform wird ein Fall erläutert, bei dem die Energiespeichervorrichtung 1 ein nichtwässriger Elektrolyt-Akkumulator (Lithium-Ionen-Akkumulator) ist, die sich laden und entladen kann. Die Art der Energiespeichervorrichtung 1 und die Größe (Kapazität) sind jedoch beliebig. Ferner wird in der oben genannten Ausführungsform als Beispiel für die Energiespeichervorrichtung ein Lithium-Ionen-Akkumulator erläutert; die Energiespeichervorrichtung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung auf verschiedene Arten von Akkumulatoren, Kondensatoren, wie etwa einem elektrischen Doppelschichtkondensator, oder dergleichen anwendbar.
Die Energiespeichervorrichtung (z. B. eine Batterie) kann in einem Energiespeichergerät 100 (einem Batteriemodul in dem Fall, dass die Energiespeichervorrichtung eine Batterie ist), verwendet werden. Das Energiespeichergerät umfasst: zumindest zwei Energiespeichervorrichtungen 1 und eine Sammelschiene 91, die zwei voneinander verschiedene Energiespeichervorrichtungen verbindet. In diesem Fall reicht es aus, wenn die Technik der vorliegenden Erfindung auf zumindest eine der Energiespeichervorrichtungen angewandt wird.
BEISPIELE
Ein nichtwässriger Elektrolyt-Akkumulator (Lithium-Ionen-Akkumulator) wurde wie im Folgenden beschrieben hergestellt.
(Beispiel 1)
Herstellung der positiven Elektrode
Zunächst wurden N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel, ein Leithilfsmittel (Acetylenruß) und ein Bindemittel (Hydroxyethylchitosan), ein Vernetzungsmittel (Pyromellitsäure) vermischt und geknetet, um eine leitfähige Schichtzusammensetzung herzustellen. Die Mischungsbeträge des Leitungshilfsmittel, des Bindemittels und des Vernetzungsmittels wurden auf ein Massenverhältnis von 1 : 1 : 1 im Feststoffgehalt nach der Verflüchtigung des Lösungsmittels eingestellt. Die hergestellte leitfähige Schichtzusammensetzung wurde auf beide Oberflächen einer Aluminiumfolie (Dicke: 15 µm) mit einem Tiefdruckbeschichter so aufgebracht, dass die Auftragungsmenge (Masse pro Flächeneinheit) nach dem Trocknen 0,30 g/m² betrug, gefolgt von der Trocknung.
Anschließend wurden N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel, ein Leitungshilfsmittel (Acetylenruß), ein Bindemittel (PVdF) und Partikel eines aktiven Materials (LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂) mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 5 µm vermischt und geknetet, um einen positiven Elektrodenverbund herzustellen. Die Mischungsbeträge des Leitungshilfsmittels, des Bindemittels und des aktiven Materials wurden auf 4,5 Massen-%, 4,5 Massen-% bzw. 91 Massen-% festgesetzt. Der hergestellte positive Elektrodenverbund wurde auf jede der leitfähigen Schichten mit einem Beschichtungsstempel so aufgebracht, dass die Aufbringungsmenge (Masse pro Flächeneinheit) nach dem Trocknen 8,61 mg/cm² betrug. Der positive Elektrodenverbund wurde so aufgebracht, dass der Bereich einer positiven aktiven Materialschicht kleiner wurde als der Bereich der leitfähigen Schicht. Die positive Elektrode wurde getrocknet und einem Walzenpressen unterzogen. Anschließend wurde die positive Elektrode einer Vakuumtrocknung unterzogen, um beispielsweise Feuchtigkeit zu entfernen. Die Dicke der gepressten aktiven Materialschicht (einer Schicht) betrug 34 µm. Die Dichte der aktiven Materialschicht betrug 2,53 g/cm³. Der mittlere Sekundärpartikeldurchmesser des aktiven Materials in der verpressten aktiven Materialschicht betrug 3,1 µm. Die Dicke der verpressten leitfähigen Schicht betrug 1 µm oder weniger.
Herstellung der negativen Elektrode
Als aktives Material wurde partikelförmiger amorpher Kohlenstoff (schwer graphitisierbarer Kohlenstoff) mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 3,0 µm verwendet. Als Bindemittel wurde PVdF verwendet. Ein negativer Elektrodenverbund wurde hergestellt, indem NMP als Lösungsmittel, das Bindemittel und das aktive Material vermischt und geknetet wurden. Das Bindemittel wurde in einer Menge von 7 Massen-% vermischt, und das aktive Material wurde in einer Menge von 93 Massen-% vermischt. Der hergestellte negative Elektrodenverbund wurde auf jede der beiden Oberflächen einer Kupferfolie (Dicke: 10 µm) so aufgebracht, dass die Aufbringungsmenge (Masse pro Flächeneinheit) nach dem Trocknen 4,0 mg/cm² betrug. Die negative Elektrode wurde getrocknet, einer Walzenpressung unterzogen und einer Vakuumtrocknung unterzogen, um beispielsweise Feuchtigkeit zu entfernen. Die Dicke der aktiven Materialschicht (einer Schicht) betrug 35 µm. Die Dichte der aktiven Materialschicht betrug 1,14 g/cm³.
Separator
Als Separatorsubstrat wurde ein aus Polyethylen gefertigter feinporöser Film mit einer Dicke von 21 µm verwendet. Die Luftdurchlässigkeit des aus Polyethylen gefertigten feinporösen Films betrug 100 s/100 cm³.
Herstellung der Elektrolytlösung
Als Elektrolytlösung wurde eine durch das folgende Verfahren hergestellte Elektrolytlösung verwendet. Als nichtwässriges Lösungsmittel wurde ein Lösungsmittel verwendet, das durch Vermischen von 1 Massenanteil von jeweils Propylencarbonat, Dimethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat erhalten wurde. LIPF₆ wurde in diesem nichtwässrigen Lösungsmittel aufgelöst, um eine Salzkonzentration von 1 mol/l zu ergeben. Auf diese Weise wurde die Elektrolytlösung hergestellt.
Anordnung der Elektrodenanordnung in dem Gehäuse
Eine Batterie wurde mittels eines herkömmlichen Verfahrens unter Verwendung der positiven Elektrode, der negativen Elektrode, der Elektrolytlösung, des Separators und eines Gehäuses hergestellt.
Zunächst wurde ein blattförmiges Produkt gewickelt, das durch Schichten der positiven Elektrode und der negativen Elektrode mit dem dazwischen angeordneten Separator erhalten wurde. Anschließend wurde die gewickelte Elektrodenanordnung in einem Gehäusehauptkörper des Gehäuses oder einem aus Aluminium gefertigten prismatischen Behältergehäuse angeordnet. Anschließend wurden die positive Elektrode und die negative Elektrode jeweils mit zwei externen Anschlüssen elektrisch verbunden. Ferner wurde eine Abdeckplatte an dem Gehäusehauptkörper befestigt. Die Elektrolytlösung wurde durch einen an der Deckplatte des Gehäuses ausgebildeten Elektrolytlösungs-Befüllungsanschluss in das Gehäuse injiziert. Zuletzt wurde der Elektrolytlösungs-Befüllungsanschluss des Gehäuses zur Abdichtung des Gehäuses verstopft.
(Beispiele 2 bis 11)
Ein Lithium-Ionen-Akkumulator wurde ähnlich wie Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die positive Elektrode so hergestellt wurde, dass sie die in Tabelle 1 angegebene Zusammensetzung ergibt. Die Oberflächenrauhigkeit der leitfähigen Schicht wurde auf eine vorgegebene Oberflächenrauhigkeit eingestellt, beispielsweise durch Verändern der Beschichtungsbedingungen mit dem Gravurbeschichter. In den Beispielen wurden positive aktive Materialien verwendet, die jeweils einen mittleren Primärpartikeldurchmesser aufwiesen, der in Tabelle 1 angegeben ist.
(Vergleichsbeispiele 1 bis 8)
Ein Lithium-Ionen-Akkumulator wurde ähnlich wie Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die positive Elektrode so hergestellt wurde, dass sie die in Tabelle 1 angegebene Zusammensetzung ergibt.
<Mittlerer Primärpartikeldurchmesser von aktivem Material in positiver aktiver Materialschicht>
Die hergestellte Batterie wird bei 2 V entladen und anschließend in trockener Atmosphäre zerlegt. Die positive Elektrode 11 wurde extrahiert, mit Dimethylcarbonat gewaschen und anschließend zwei Stunden lang oder mehr einer Vakuumtrocknung unterzogen. Die positive aktive Materialschicht 112 wurde von der positiven Elektrode 11 abgeschabt, und das abgeschabte Pulver wurde für den mittleren Partikeldurchmesser unter Verwendung eines mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) beobachteten Bildes vermessen. In dem mit dem Rasterelektronenmikroskop beobachteten Bild wurde der Partikeldurchmesser für jedes der zumindest 20 zufällig ausgewählten Primärpartikel (Primärpartikel, die Sekundärpartikel ausmachen) des aktiven Materials gemessen. Bei der Messung des Partikeldurchmessers wurde ein Primärpartikel als Messziel von einem minimalen Rechteck umgeben, das das Primärpartikel umgeben kann, und der Mittelwert der langen Seiten und der kurzen Seiten des Rechtecks wurde als Partikeldurchmesser des Primärpartikels bestimmt. Der Mittelwert wurde aus den gemessenen Partikeldurchmessern berechnet, und der berechnete Mittelwert wurde als mittlerer Primärpartikeldurchmesser bestimmt. Als Bild für die Beobachtung wurde ein Bild mit 20000-facher Vergrößerung verwendet.
<Mittlerer Sekundärpartikeldurchmesser von aktivem Material in positiver aktiver Materialschicht>
Der mittlere Sekundärpartikeldurchmesser wurde ähnlich wie bei der Messung des mittleren Primärpartikeldurchmessers gemessen. Als Bild für die Beobachtung wurde ein Bild mit 2000-facher Vergrößerung verwendet, und ein Umfangsrand jedes Sekundärpartikels wurde durch visuelle Inspektion bestimmt (erkannt).
<Oberflächenrauhigkeit Ra der leitfähigen Schicht>
Eine Batterie wurde so entladen, dass das Potenzial der negativen Elektrode in der Batterie 1,0 V oder mehr betrug, und anschließend in einer trockenen Atmosphäre zerlegt. Anschließend wurde die positive Elektrode extrahiert, und die Oberflächenrauhigkeit Ra wurde an einem Abschnitt der leitfähigen Schicht gemessen, an dem die leitfähige Schicht nicht mit der positiven aktiven Materialschicht überlappt. Die Oberflächenrauhigkeit wurde mit einem handelsüblichen Lasermikroskop (Gerätename: „VK-8510“ von KEYENCE CORPORATION) gemäß JIS B0601: 2013 gemessen. Die Einzelheiten der Messbedingungen sind wie folgt. $Messbereich (Fläche) : 149 μ m \times 112 μ m (16688 μ m^{2})$
Messabstand: 0,1 µm
<Bewertung der Batterieleistung nach Hochtemperatur-Zyklustest (Rate des Widerstandsanstiegs)>
Die Leistung jeder der Batterien wurde durch die Ergebnisse der Messung des Gleichstromwiderstands (DCR) vor und nach dem wiederholten Lade-/Entladetest (Zyklustest) für 3000 h bewertet.
• Zyklustest:
Der SOC (State of Charge bzw. Ladezustand) der Batterie wurde auf 50% festgesetzt, und anschließend wurde das Laden-Entladen zwischen einem SOC von 15% und einem SOC von 85% wiederholt, während die Temperatur auf 55°C festgesetzt wurde. Der Stromwert wurde auf 8 C festgesetzt.
• DCR-Messung:

Die Temperatur jeder der Batterien wurde auf 25°C festgesetzt, und
anschließend wurde die Batterie auf einen SOC von 55% geladen. Die Entladung erfolgte bei einem Stromwert von 12 C für 10 Sekunden, und die Spannung in der ersten Sekunde wurde abgelesen. In ähnlicher Weise wurde die Entladung bei einem Stromwert von 18 C, 24 C, 30 C und 40°C für 10 Sekunden durchgeführt, während die Batterie auf einem SOC von 55% gehalten wurde, und die Spannung wurde bei jedem Stromwert abgelesen. Ein I-V-Diagramm wurde mit den erhaltenen fünf Punkten erstellt, und der DCR wurde aus seiner Neigung abgeleitet. [Tabelle 1]

	Typ des aktiven Material	Mittlerer Primärpartikeldurchmesser des aktiven Materials /µm	Mittlerer Sekundärpartikeldurchmesser des aktiven Materials /µm	Dichte der aktive n Materialschicht / g·cm-3	Masse der leitfähigen Schicht pro Flächeneinheit / g·cm-2	Oberflächenrauhigkeit Ra der leitfähigen Schicht Ra / µm	DCR-Anstiegsrate von vor bis nach dem Zyklustest /%
Beispiel 1	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,5	3,1	2,53	0,3	0,35	-0,5
Beispiel 2	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,6	3,8	2,53	0,3	0,35	-1,4
Beispiel 3	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,6	3,8	2,53	0,16	0,20	-1,1
Beispiel 4	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,6	3,8	2,53	0,6	0,45	-1,5
Beispiel 5	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,8	4,2	2,53	0,3	0,35	-0,5
Beispiel 6	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	1,0	4,6	2,53	0,3	0,35	0,1
Beispiel 7	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	1,2	5,8	2,53	0,3	0,35	-0,3
Beispiel 8	LiNi_1/2Co_1/5Mn_3/10O₂	0,8	4,6	2,53	0,3	0,35	-0,5
Beispiel 9	LiNi_1/2Co_3/10Mn_1/5O₂	0,8	4,8	2,53	0,3	0,35	-1,0
Beispiel 10	LiNi_3/5Co_1/5Mn_1/5O₂	1,0	4,9	2,53	0,3	0,35	-0,8
Beispiel 11	LiNi_3/5Co_1/5Mn_1/5O₂	0,7	4,0	2,53	0,3	0,35	-1,0
Beispiel 12	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,5	3,1	2,76	0,3	0,35	1,2
Beispiel 13	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,5	3,1	1,67	0,3	0,35	1,9
Vergleichsbeispiel 1	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,6	3,8	2,53	0,1	0,16	8,6
Vergleichsbeispiel 2	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,6	3,8	2,53	1,4	0,68	5,1
Vergleichsbeispiel 3	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,6	3,8	2,53	2,0	0,90	5,2
Vergleichsbeispiel 4	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,6	3,8	2,53	0 (keine)	0.07 (Al-Folie)	10,1
Vergleichsbeispiel 5	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	1,2	6,2	2,53	0,3	0,35	10,5
Vergleichsbeispiel 6	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	1,2	8,0	2,53	0,3	0,35	12,3
Vergleichsbeispiel 7	Carbon coat LiFePO₄	0,1	0,8	2,53	0,3	0,35	6,5
Vergleichsbeispiel 8	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,6	3,8	1,50	0,3	0,35	9,5
Vergleichsbeispiel 9	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,5	3,1	2,93	0,3	0,35	4,5
Vergleichsbeispiel 10	LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂	0,5	3,1	1,51	0,3	0,35	5,4

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, wurde in den Batterien der Beispiele eine Leistungsverringerung, die durch wiederholtes Laden und Entladen in einer Hochtemperaturumgebung hervorgerufen werden sollte, ausreichend unterdrückt. Andererseits wurde bei den Batterien der Vergleichsbeispiele eine Leistungsverringerung, die durch wiederholtes Laden-Entladen in einer Hochtemperaturumgebung hervorgerufen wurde, nicht immer ausreichend unterdrückt.
Bezugszeichenliste

1:: Energiespeichervorrichtung (nichtwässrige Elektrolyt-Akkumulator)
2:: Elektrodenanordnung
26:: nicht beschichteter Schichtabschnitt
3:: Gehäuse
31:: Gehäusehauptkörper
32:: Abdeckplatte
4:: Separator
5:: Stromkollektor
50:: Clipelement
6:: Isolierabdeckung
7:: externer Anschluss
71:: Oberfläche
11:: positive Elektrode
111:: Metallfolie der positiven Elektrode (positives Substrat)
112:: positive aktive Materialschicht
113:: leitfähige Schicht
12:: negative Elektrode
121:: Metallfolie der negativen Elektrode (negatives Substrat)
122:: negative aktive Materialschicht
91:: Sammelschienenelement
100:: Energiespeichergerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015088465 A [0005]

Claims

Energiespeichervorrichtung, umfassend: eine Elektrode, die beinhaltet: eine aktive Materialschicht, die ein partikelförmiges aktives Material beinhaltet; und eine leitfähige Schicht, die auf die aktive Materialschicht geschichtet ist und ein Leitungshilfsmittel beinhaltet, wobei ein mittlerer Sekundärpartikeldurchmesser des aktiven Materials 2,5 µm oder mehr und 6,0 µm oder weniger beträgt, wobei die Oberflächenrauhigkeit Ra der leitfähigen Schicht auf einer Seite auf der aktiven Materialschicht 0,17 µm oder mehr und 0,50 µm oder weniger beträgt, und wobei die Dichte der aktiven Materialschicht 1,6 g/cm³ oder mehr und 2,8 g/cm³ oder weniger beträgt.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Masse der leitfähigen Schicht pro Flächeneinheit 0,1 g/m² oder mehr und 1,0 g/m² oder weniger beträgt.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die leitfähige Schicht das Leitungshilfsmittel in einer Menge von 30% oder mehr und 70% oder weniger beinhaltet.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Partikeldurchmesser des Leitungshilfsmittels 20 nm oder mehr und 40 nm oder weniger beträgt.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die aktive Materialschicht und die leitfähige Schicht das gleiche Lösungsmittel enthalten.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die leitfähige Schicht Hydroxyalkylchitosan enthält.
Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen einer Elektrode durch Schichten einer aktiven Materialschicht, die ein partikelförmiges aktives Material beinhaltet, und einer leitfähigen Schicht, die ein Leitungshilfsmittel beinhaltet, wobei ein mittlerer Sekundärpartikeldurchmesser des aktiven Materials 2,5 µm oder mehr und 6,0 µm oder weniger beträgt, wobei die Oberflächenrauhigkeit Ra der leitfähigen Schicht auf einer Seite auf der aktiven Materialschicht auf 0,17 µm oder mehr und 0,50 µm oder weniger festgesetzt ist, wobei die Dichte der aktiven Materialschicht auf 1,6 g/cm³ oder mehr und 2,8 g/cm³ oder weniger festgesetzt ist.