DE112021000781T5

DE112021000781T5 - Sekundärbatterie, elektronische einrichtung und elektrowerkzeug

Info

Publication number: DE112021000781T5
Application number: DE112021000781.5T
Authority: DE
Inventors: Toraji SUGENO
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2022-12-01
Also published as: WO2021153231A1; CN115023840A; JPWO2021153231A1; JP7416095B2; US20220367882A1

Abstract

Bereitgestellt ist eine Sekundärbatterie, in der Sekundärbatterie weist die Positivelektrode ein Abgedeckt-Abschnitt auf, der mit einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht bedeckt ist, und einem Positivelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt auf einer streifenförmigen Positivelektrodenfolie auf, eine Negativelektrode weist einen Abgedeckt-Abschnitt auf, der mit einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht bedeckt ist, und einen ersten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt auf einer streifenförmigen Negativelektrodenfolie auf, der Positivelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt ist mit der Positivelektrodenstromkollektorplatte an einem Endabschnitt des Elektrodenwicklungskörpers verbunden, der erste Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt ist mit der Negativelektrodenstromkollektorplatte an dem anderen Endabschnitt des Elektrodenwicklungskörpers verbunden, der Elektrodenwicklungskörper weist eine flache Oberfläche, die ausgebildet ist durch Biegen irgendeines oder beider des Positivelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts und des ersten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts in Richtung einer Zentralachse der gewickelten Struktur und Überlappen des Positivelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts und des ersten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts, und eine Nut auf, die in der flachen Oberfläche ausgebildet ist, und die Negativelektrode weist einen zweiten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt an einem Endabschnitt auf einer Wicklungsstartseite in einer Longitudinalrichtung auf.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sekundärbatterie, eine elektronische Einrichtung und ein Elektrowerkzeug.
HINTERGRUNDTECHNIK
Lithiumionenbatterien wurden entwickelt für Anwendungen, die eine hohe Ausgabe erfordern, wie etwa Elektrowerkzeuge und Automobil. Beispiele von einem Verfahren zum Erreichen von einer hohen Ausgabe weisen eine Hochratenentladung auf, in der ein relativ großer Strom von einer Batterie fließt. In der Hochratenentladung fließt ein großer Strom, so dass ein interner Widerstand einer Batterie ein Problem wird.
Zum Beispiel beschreibt Patentdokument 1 eine Batterie, die eine Hochstromsammlereffizienz aufweist, in der ein Elektrodenwicklungskörper hergestellt ist durch Wickeln einer Positivelektrode und einer Negativelektrode, während einer Position, wo die Positivelektrode und die Negativelektrode einander in einer Breitenrichtung überlappen versetzt ist, eine Stromkollektorplatte wird gegen ein Endabschnitt des Elektrodenwicklungskörpers gepresst und der Endabschnitt und die Stromkollektorplatte werden durch Laserschweißen verbunden.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2001-160387
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
In der im Patentdokument 1 beschriebene Batterie, wenn die Stromkollektorplatte gegen den Endabschnitt des Elektrodenwicklungskörpers gepresst wird, gibt es ein Problem, dass ein Negativelektrodenaktivmaterial von einem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt der Negativelektrode abgeschält wird, und das abgeschälte Aktivmaterial bewirkt einen internen Kurzschluss.
Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einer Batterie für eine Hochratenentladung bereitzustellen, die keinen internen Kurzschluss bewirkt.
Mittel zum Lösen des Problems
Um die voranstehend beschriebenen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Sekundärbatterie bereit, in der ein Elektrodenwicklungskörper eine Struktur aufweist, in der eine streifenförmige Positivelektrode und eine streifenförmige Negativelektrode, die gestapelt sind mit einem Separator zwischen sich zwischengeordnet und gewickelt sind, eine Positivelektrodenkollektorplatte und eine Negativelektrodenkollektorplatte in einem Batteriebehälter beherbergt sind,
wobei die Positivelektrode einen Abgedeckt-Abschnitt, der mit einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht bedeckt ist, und einen Positivelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt auf einer streifenförmigen Positivelektrodenfolie aufweist,
wobei die Negativelektrode einen Abgedeckt-Abschnitt, der mit einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht bedeckt ist, und einen ersten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt auf einer streifenförmigen Negativelektrodenfolie aufweist,
wobei der Positivelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt mit der Positivelektrodenstromkollektorplatte an einem Endabschnitt des Elektrodenwicklungskörpers verbunden ist,
wobei der erste Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt mit der Negativelektrodenstromkollektorplatte an dem anderen Endabschnitt des Elektrodenwicklungskörpers verbunden ist,
wobei der Elektrodenwicklungskörper eine flache Oberfläche, die ausgebildet ist durch Biegen irgendeines oder beider des Positivelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts und des ersten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts in Richtung einer Zentralachse der gewickelten Struktur und Überlappen des Positivelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts und des ersten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts, und eine Nut aufweist, die in der flachen Oberfläche ausgebildet ist, und
wobei die Negativelektrode einen zweiten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt an einem Endabschnitt auf einer Wicklungsstartseite in einer Longitudinalrichtung aufweist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich zu verwirklichen, dass die Batterie für Hochratenentladung keinen internen Kurzschluss bewirkt. Zusätzlich kann eine initiale Kapazität vergrößert werden. Die Inhalte der vorliegenden Erfindung sollen nicht als durch in der vorliegenden Beschreibung verdeutlichten Effekte beschränkt interpretiert werden.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Batterie gemäß einer Ausführungsform.
2A zeigt eine Ansicht, die eine Struktur vor dem Wickeln zeigt, in dem eine Positivelektrode, eine Negativelektrode und ein Separator von Beispiel 1 und Beispiel 2 gestapelt sind, und 2B zeigt eine Ansicht, die eine Struktur vor dem Wickeln zeigt, in der die Positivelektrode, die Negativelektrode und der Separator des Vergleichsbeispiels 1 gestapelt sind.
3A zeigt eine Draufsicht auf einer Positivelektrodenstromkollektorplatte, und 3B zeigt eine Draufsicht auf einer Negativelektrodenstromkollektorplatte.
4A bis 4F sind Ansichten zum Erläutern eines Zusammenbauvorgang der Batterie gemäß einer Ausführungsform.
5A zeigt eine Draufsicht und eine Vorderansicht der Positivelektrode und der Negativelektrode von Beispiel 1 vor dem Wickeln, 5B zeigt eine Querschnittsansicht eines Elektrodenwicklungskörpers auf einer Wicklungsstartseite nach Beispiel 1 und 5C zeigt eine Querschnittsansicht des Elektrodenwicklungskörpers auf einer Wicklungsendseite nach Beispiel 1.
6A zeigt eine Draufsicht und eine Vorderansicht der Positivelektrode und der Negativelektrode nach Beispiel 2 vor dem Wickeln, 6B zeigt eine Querschnittsansicht des Elektrodenwicklungskörpers und der Wicklungsstartseite nach Beispiel 2, und 6C zeigt eine Querschnittsansicht des Elektrodenwicklungskörpers auf der Wicklungsendseite nach Beispiel 2.
7A zeigt eine Draufsicht und eine Vorderansicht der Positivelektrode und der Negativelektrode von Vergleichsbeispiel 1 vor dem Wickeln, 7B zeigt eine Querschnittsansicht des Elektrodenwicklungskörpers der Wicklungsstartseite des Vergleichsbeispiels 1 und 7C zeigt eine Querschnittsansicht des Elektrodenwicklungskörpers auf der Wicklungsendseite des Vergleichsbeispiels 1.
8 zeigt ein Verbindungsdiagramm, das genutzt wird zum Beschreiben eines Batteriepacks als ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt ein Verbindungsdiagramm, das genutzt wird zum Beschreiben eines Elektrowerkzeugs als ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt ein Verbindungsdiagramm, das genutzt wird zum Beschreiben eines Elektrofahrzeugs als ein Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Hiernach werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und Ähnliches beschrieben mit Bezug auf die Zeichnungen. Die Beschreibung wird in der folgenden Reihenfolge gegeben.
<1. Erste Ausführungsform>
<2. Modifiziertes Beispiel>
<3. Anwendungsbeispiel>
Diese Ausführungsformen und Ähnliches, die nachstehend beschrieben sind, sind bevorzugte spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung und die Inhalte der vorliegenden Erfindung sind nicht auf diese Ausführungsformen und Ähnliches beschränkt.
In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung führt, eine zylindrische Lithiumionenbatterie beschrieben als ein Beispiel der Sekundärbatterie.
<1. Erste Ausführungsform>
Zuerst wird eine Gesamtkonfiguration der Lithiumionenbatterie beschrieben. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Lithiumionenbatterie 1. Zum Beispiel, wie in 1 dargestellt, ist die Lithiumionenbatterie 1 eine zylindrische Lithiumionenbatterie, die einen Elektrodenwicklungskörper 20 innerhalb eines Batteriebehälters 11 enthält.
Genauer gesagt, weist die Lithiumionenbatterie 1 zum Beispiel ein Paar von Isolationsplatten 12 und 13 und den Elektrodenwicklungskörper 20 innerhalb des zylindrischen Batteriebehälters 11 auf. Jedoch kann die Lithiumionenbatterie 1 des Weiteren zum Beispiel eine oder zwei oder mehr von einem Positivtemperaturkoeffizient (PTC)-Element, ein Verstärkungselement und Ähnliches innerhalb des Batteriebehälters 11 aufweisen.
[Batteriebehälter]
Der Batteriebehälter 11 ist ein Element, das hauptsächlich den Elektrodenwicklungskörper 20 beherbergt. Der Batteriebehälter 11 ist zum Beispiel ein zylindrischer Körper, der eine Endfläche geöffnet und die andere Endfläche geschlossen aufweist. Das bedeutet, dass der Batteriebehälter 11 eine offene Endfläche (offene Endfläche 11N) aufweist. Der Batteriebehälter 11 enthält zum Beispiel eine oder zwei oder mehr von Metallmaterialien wie etwa Eisen, Aluminium und ihren Legierungen. Jedoch können eine oder zwei oder mehr der Metallmaterialien wie etwa Nickel auf die Oberfläche des Batteriebehälters 11 zum Beispiel plattiert sein.
[Isolationsplatte]
Die Isolationsplatten 12 und 13 sind tellerförmige Platten, die eine Oberfläche im Wesentlichen senkrecht zu einer Wicklungsachse (Z-Achse in 1) des Elektrodenwicklungskörpers 20 aufweisen. Des Weiteren, die Isolationsplatten 12 und 13 dazu angeordnet, den Elektrodenwicklungskörper 20 zum Beispiel zwischen sich aufzuweisen.
[Gecrimpte Struktur]
An der offenen Endfläche 11N des Batteriebehälters 11, der Batteriedeckel 14 und der Sicherheitsventilmechanismus 30 mit der Dichtung 15 zwischen ihn geordnet gecrimpt, und eine gecrimpte Struktur 11R (gecrimpte Struktur) wird ausgebildet. Daher ist der Batteriebehälter 11 hermetisch abgedichtet in einem Zustand, in der der Elektrodenwicklungskörper 20 und Ähnliches innerhalb des Batteriebehälters 11 beherbergt sind.
[Batteriedeckel]
Der Batteriedeckel 14 ist ein Element, das hauptsächlich die offene Endfläche 11N des Batteriebehälters 11 in dem Zustand abdeckt, in dem der Elektrodenwicklungskörper 20 und Ähnliches innerhalb des Batteriebehälters 11 beherbergt sind. Der Batteriedeckel 14 enthält zum Beispiel ein Material ähnlich zu einem Material zum Ausbilden des Batteriebehälters 11. Ein Zentralbereich des Batteriedeckels 14 steht zum Beispiel in einer +Z-Richtung vor. Daher ist ein Bereich (Umfangsbereich) außer dem Zentralbereich des Batteriedeckels 14 in Kontakt mit zum Beispiel dem Sicherheitsventilmechanismus 30.
[Dichtung]
Die Dichtung 15 ist ein Element, das hauptsächlich eine Lücke zwischen dem gebogenen Abschnitt 11P und dem Batteriedeckel 14 abdichtet, indem sie zwischen dem Batteriebehälter 11 (gebogener Abschnitt 11P) und dem Batteriedeckel 14 zwischengeordnet ist. Jedoch kann eine Oberfläche der Dichtung 15 mit Asphalt oder Ähnlichem bspw. beschichtet sein.
Die Dichtung 15 enthält zum Beispiel eine oder zwei oder mehr Isolationsmaterialien. Die Art des Isolationsmaterials ist nicht besonders beschränkt, und es ist zum Beispiel ein Polymermaterial wie etwa Polybutylenterephthalat (PBT) und Polypropylen (PP). Insbesondere ist das Isolationsmaterial vorzugsweise Polybutylenterephthalat. Dies ist, weil die Lücke zwischen dem gebogenen Abschnitt 11P und dem Batteriedeckel 14 genügend abgedichtet ist während der Batteriebehälter 11 und der Batteriedeckel 14 elektrisch voneinander getrennt sind.
[Sicherheitsventilmechanismus]
Wenn Druck (interner Druck) innerhalb des Batteriebehälters 11 ansteigt, entlässt der Sicherheitsventilmechanismus 30 hauptsächlich den internen Druck durch Lösen bzw. Öffnen des hermetisch abgedichteten Zustands des Batteriebehälters 11 soweit notwendig. Der Grund des Ansteigens des internen Drucks des Batteriebehälters 11 ist zum Beispiel ein Gas, das aufgrund einer Dekompositionsreaktion einer Elektrolytlösung während des Ladens und Entladens erzeugt wird.
[Elektrodenwicklungskörper]
In der zylindrischen Lithiumionenbatterie sind eine streifenförmige Positivelektrode 21 und eine streifenförmige Negativelektrode 22 spiralförmig mit dem Separator 23 zwischen diesen zwischengeordnet gewickelt, und sind in dem Batteriebehälter 11 in einem Zustand aufgenommen, in dem sie mit der Elektrolytlösung imprägniert sind. Die Positivelektrode 21 ist wird erlangt durch Ausbilden einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21B auf einer Oberfläche oder beiden Oberflächen einer Positivelektrodenfolie 21A und ein Material der Positivelektrodenfolie 21A ist zum Beispiel eine Metallfolie hergestellt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die Negativelektrode 22 wird erlangt durch Ausbilden einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22B auf einer Oberfläche oder beiden Oberflächen einer Negativelektrodenfolie 22A und einem Material der Negativelektrodenfolie 22A ist zum Beispiel einer Metallfolie, die aus Nickel, einer Nickellegierung, Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist. Der Separator 23 ist ein poröser und isolierender Film und ermöglicht ein Bewegen von Substanzen wie etwa Ionen und einer Elektrolytlösung während er die Positivelektrode 21 und die Negativelektrode 22 elektrisch isoliert.
Jede der Positivelektroden 21 weist einen Abschnitt auf, in dem eine Hauptfläche und die andere Hauptfläche der Positivelektrodenfolie 21A mit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21B bedeckt sind, und ein Abschnitt auf, der nicht mit der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21B bedeckt ist. Jede von den Negativelektroden 22 weist einen Abschnitt auf, in dem eine Hauptfläche und die andere Hauptfläche der Negativelektrodenfolie 22A mit der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22B bedeckt sind, und ein Abschnitt auf, der nicht mit der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22B bedeckt ist. Hiernach werden die Abschnitte, die nicht mit den Aktivmaterialschichten 21B und 22B bedeckt sind, geeignet bezeichnet als Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte, und die Abschnitte, die mit den Aktivmaterialschichten 21B und 22B bedeckt sind, werden geeignet bezeichnet als Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitte. In der zylindrischen Batterie ist der Elektrodenwicklungskörper 20 auf solch eine Weise gewickelt, dass ein Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode und ein Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode einander überlappen mit dem Separator 23 zwischen ihnen zwischengeordnet, so dass sie in entgegengesetzte Richtungen weisen.
2A zeigt ein Beispiel einer Struktur vor dem Wickeln, in der die Positivelektrode 21, die Negativelektrode 22 und der Separator 23 gestapelt sind. Eine Breite des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts 21C (oberer Punktabschnitt in 2) der Positivelektrode ist A und eine Breite des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts 22C (unterer Punktabschnitt in 2) der Negativelektrode ist B. In einer Ausführungsform ist A > B bevorzugt, zum Beispiel A = 7 (mm) und B = 4 (mm). Eine Länge eines Abschnitts, wo der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode von einem Ende des Separators 23 in der Breitenrichtung vorsteht, ist C und a Länge eines Abschnitts, wo der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode von dem anderen Ende des Separators 23 in der Breitenrichtung vorsteht, ist D. In einer Ausführungsform ist C > D bevorzugt, zum Beispiel C = 4,5 (mm) und D = 3 (mm).
Die Negativelektrode 22 weist einen Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode abgedeckt mit der Negativelektrodenaktivmaterialschicht und den Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode auf einer streifenförmigen Negativelektrodenfolie auf. Auf einer Hauptfläche der Negativelektrode 22, ist der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode kontinuierlich auf einer langen Seite und zwei kurzen Seiten unter den vier Umfängen vorhanden. Ein Abschnitt (Bereich angegeben durch P), wo eine Grenzlinie zwischen dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode und dem Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode einander schneiden, weist eine runde Form auf. Die andere Hauptfläche der Negativelektrode 22 weist dieselbe Struktur auf.
2B zeigt ein Beispiel der Struktur vor dem Wickeln, in der die Positivelektrode 21, die Negativelektrode 22 und der Separator 23 gestapelt sind. Ein Abschnitt (Bereich angegeben durch Q), wo die Grenzlinie zwischen dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode und dem Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode einen Endabschnitt der Negativelektrode 22 in einer Longitudinalrichtung schneiden, ist ein Abschnitt, wo das Aktivmaterial der Negativelektrode am wahrscheinlichsten abgeschält wird. Dies ist, weil eine Schnittfläche des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts 22C der Negativelektrode auf der Grenzlinie freiliegt.
Die Positivelektrodenfolie 21A und der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode sind zum Beispiel aus Aluminium ausgebildet und die Negativelektrodenfolie 22A und der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode sind ausgebildet aus, zum Beispiel, Kupfer und Ähnlichem; daher, im Allgemeinen, ist der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode weicher (weist ein niedrigeres Young-Modul auf) als der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode. Daher, in einer Ausführungsform, sind A > B und C > D mehr bevorzugt, und in diesem Fall, wenn der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode und der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode gleichzeitig bei demselben Druck von beiden Elektrodenseiten gebogen werden, kann eine Höhe des gebogenen Abschnitts gemessen von einer Spitze des Separators 23 im Wesentlichen dieselbe zwischen der Positivelektrode 21 und der Negativelektrode 22 sein. Zu diesem Zeitpunkt, wobei die Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte 21C und 22C gebogen sind und einander geeignet überlappen, die Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte 21C und 22C und Stromkollektorplatten 24 und 25 einfach durch Laserschweißen verbunden werden. Obwohl das Verbinden in einer Ausführungsform bedeutet, dass Verbinden durch Laserschweißen, ist das Verbindungsverfahren nicht auf Laserschweißen beschränkt.
In der Positivelektrode 21 ist ein Abschnitt, der eine Breite von 3 mm aufweist und eine Grenze zwischen dem Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C und dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 21B aufweist mit einer Isolationsschicht 101 (grauer Bereichsabschnitt in 2) bedeckt. Der gesamte Bereich des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts 21C der Positivelektrode, der dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode zugewandt ist mit dem Separator zwischen diese zwischengeordnet, ist mit der Isolationsschicht 101 abgedeckt. Die Isolationsschicht 101 weist einen Effekt des zuverlässigen Vermeidens eines internen Kurzschlusses der Batterie 1 auf, wenn ein Fremdkörper zwischen den Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode und den Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode eintritt. Zusätzlich weist die Isolationsschicht 101 einen Effekt des Absorbierens eines Aufschlags auf, wenn der Aufschlag auf die Batterie 1 beaufschlagt wird und vermeide zuverlässig, dass der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode gebogen wird oder zu der Negativelektrode 22 kurzgeschlossen wird.
Ein Durchgangsloch 26 in einer Zentralachse des Elektrodenwicklungskörpers 20 ausgebildet. Das Durchgangsloch 26 ist ein Loch, in das ein Wicklungskern zum Zusammenbauen des Elektrodenwicklungskörpers 20 und einen Elektrodenstab zum Schweißen eingefügt werden. Weil der Elektrodenwicklungskörper 20 auf überlappende Weise derart gewickelt ist, dass der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode und des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts 22C der Negativelektrode in entgegengesetzte Richtungen weisen, sammelt sich der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode auf einer Endfläche (Endfläche 41) des Elektrodenwicklungskörpers, und der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode sammelt sich auf der andere Endfläche (Endfläche 42) des Elektrodenwicklungskörpers 20. Um einen Kontakt mit den Stromkollektorplatten 24 und 25 zum Abnehmen von Strom zu verbessern, sind die Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte 21C und 22C gebogen, und die Endflächen 41 und 42 sind flache Oberflächen. Die gebogene Richtung ist eine Richtung von Außenkantenabschnitten 27 und 28 der Endflächen 41 und 42 in Richtung des Durchgangslochs 26, und die Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte der benachbarten Umfänge überlappen einander und sind in einem gewickelten Zustand gebogen. In der vorliegenden Beschreibung weist die „flache Oberfläche“ nicht nur eine absolut flache Oberfläche, sondern auch eine Oberfläche auf, die einige Unebenheiten und Oberflächenrauigkeiten in einem Ausmaß aufweist, dass der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt und die Stromkollektorplatte verbunden werden können.
Wenn die Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte 21C und 22C gebogen, um einander zu überlappen, erscheint es zuerst, dass die Endflächen 41 und 42 flach hergestellt werden können; jedoch, falls keine Verarbeitung vor dem Biegen durchgeführt wird, werden Falten oder Hohlräume (Zwischenräume) in den Endflächen 41 und 42 zum Zeitpunkt des Biegens erzeugt und die Endflächen 41 und 42 werden keine flachen Oberflächen. Hier sind „Falten“ und „Hohlräume“ Abschnitte, in denen Unebenheiten in den gebogenen Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitten 21C und 22C auftreten, und die Endflächen 41 und 42 werden keine flachen Oberflächen. Um das Auftreten von Falten und Hohlräumen oder Lücken zu vermeiden, ist eine Nut 43 (siehe zum Beispiel 4B) vorher in einer Radialrichtung von dem Durchgangsloch 26 ausgebildet. Die Nut 43 erstreckt sich in den Außenkantenabschnitten 27 und 28 der Endflächen 41 und 42 zu dem Durchgangsloch 26. Das Durchgangsloch 26 ist an der Mitte des Elektrodenwicklungskörpers 20 bereitgestellt, und das Durchgangsloch 26 wird genutzt als ein Loch, in das ein Schweißwerkzeug bei einem Zusammenbauvorgang der Lithiumionenbatterie 1 eingeführt wird. Die Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte 21C und 22C beim Start des Wickelns der Positivelektrode 21 und der Negativelektrode 22 nahe des Durchgangslochs 26 weisen Aussparungen auf. Dies ist um zu vermeiden, dass das Durchgangsloch 26 zum Zeitpunkt des Biegens in Richtung des Durchgangslochs 26 geschlossen wird. Die Nut 43 verbleibt in der flachen Oberfläche, nachdem die Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte 21C und 22C gebogen sind, und ein Abschnitt ohne die Nut 43 wird mit der Positivelektrodenstromkollektorplatte 24 oder der Negativelektrodenstromkollektorplatte 25 verbunden (verschweißt oder Ähnliches). Nicht nur die flache Oberfläche, sondern auch die Nut 43 können mit einem Teil der Stromkollektorplatten 24 und 25 verbunden werden.
Eine detaillierte Konfiguration des Elektrodenwicklungskörpers 20, das bedeutet, die detaillierten Konfigurationen der Positivelektrode 21, der Negativelektrode 22, der Separator 23 und der Elektrolytlösung werden später beschrieben.
[Stromkollektorplatte]
In einer normalen Lithiumionenbatterie, zum Beispiel, wird ein Anschluss zur Stromabnahme an jeweils einem Abschnitt der Positivelektrode und der Negativelektrode geschweißt; jedoch ist dies nicht geeignet für Hochratenentladung, weil der interne Widerstand der Batterie groß ist und die Lithiumionenbatterie Wärme erzeugt und eine hohe Temperatur während des Entladens erreicht. Daher sind in der Lithiumionenbatterie von einer Ausführungsform, die Positivelektrodenstromkollektorplatte 24 und die Negativelektrodenstromkollektorplatte 25 auf den Endflächen 41 und 42 angeordnet und mit den Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitten 21C und 22C der Positivelektrode und der Negativelektrode verschweißt, die auf den Endflächen 41 und 42 an mehreren Punkten vorhanden sind, wodurch der interne Widerstand der Batterie unterdrückt wird, so dass dieser niedrig ist. Die Endflächen 41 und 42 sind dazu gebogen, flache Oberflächen zu sein, war ebenfalls zur Verringerung des Widerstands beiträgt.
Die 3A und 3B zeigen ein Beispiel der Stromkollektorplatte. 3A zeigt die Positivelektrodenstromkollektorplatte 24, und 3B zeigt die Negativelektrodenstromkollektorplatte 25. Das Material der Positivelektrodenstromkollektorplatte 24 ist zum Beispiel eine Metallplatte, die aus einer einfachen Substanz oder einer Zusammensetzung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, und das Material der Negativelektrodenstromkollektorplatte 25 ist zum Beispiel eine Metallplatte, die aus einer einfachen Substanz oder einer Zusammensetzung von Nickel, einer Nickellegierung, Kupfer, oder einer Kupferlegierung hergestellt ist. Wie in 3A dargestellt, weist die Positivelektrodenstromkollektorplatte 24 eine Form auf, in der ein rechteckiger streifenförmiger Abschnitt 32 angebracht ist an einem flache lamellenförmigen Abschnitt 31. Ein Loch 35 ist nahe der Mitte des lamellenförmigen Abschnitts 31 ausgebildet, und die Position des Lochs 35 ist eine Position entsprechend dem Durchgangsloch 26.
Ein Abschnitt, der durch Punkte in 3A angegeben ist, ist ein Isolationsabschnitt 32A, in dem ein Isolationsband an dem streifenförmigen Abschnitt 32 angebracht ist oder ein Isolationsmaterial ist beaufschlagt, und ein Abschnitt unter dem Punktabschnitt in der Zeichnung ist ein Verbindungsabschnitt 32B mit einer Abdichtplatte, die auch als externer Anschluss dient. In dem Fall einer Batteriestruktur, in der ein Metallmittelstift (nicht dargestellt) nicht in dem Durchgangsloch 26 bereitgestellt ist, gibt es eine geringe Möglichkeit, dass der streifenförmige Abschnitt 32 in Kontakt mit einem Abschnitt kommt, der ein negatives Elektrodenpotential aufweist, und daher kann der Isolationsabschnitt 32A nicht bereitgestellt werden. In diesem Fall kann eine Breite zwischen der Positivelektrode 21 und der Negativelektrode 22 vergrößert werden um eine Menge entsprechend einer Dicke des Isolationsabschnitts 32A zum Vergrößern einer Lade/Entladekapazität.
Die Negativelektrodenstromkollektorplatte 25 weist im Wesentlichen dieselbe Form wie die Positivelektrodenstromkollektorplatte 24 auf, aber weist einen verschiedenen streifenförmigen Abschnitt auf. Der streifenförmige Abschnitt 34 der Negativelektrodenstromkollektorplatte in 3B ist kürzer als der streifenförmige Abschnitt 32 der Positivelektrodenstromkollektorplatte und weist keinen Abschnitt entsprechend dem Isolationsabschnitt 32A auf. Der streifenförmige Abschnitt 34 weist einen kreisförmigen Vorsprung (Erhöhung) 37 auf, die durch eine Mehrzahl von Kreisen angegeben ist. Während eines Widerstandsschweißens wird Strom an dem Vorsprung konzentriert und der Vorsprung wird geschmolzen, um den streifenförmigen Abschnitt 34 mit einer Unterseite des Batteriebehälters 11 zu verschweißen. Ähnlich zu der Positivelektrodenstromkollektorplatte 24, ist in der Negativelektrodenstromkollektorplatte 25 ein Loch 36 nahe der Mitte des lamellenförmigen Abschnitts 33 ausgebildet, und die Position des Lochs 36 ist eine Position entsprechend des Durchgangslochs 26. Der lamellenförmige Abschnitt 31 der Positivelektrodenstromkollektorplatte 24 und der lamellenförmige Abschnitt 33 der Negativelektrodenstromkollektorplatte 25 weist eine Lamellenform auf und deckt und daher einen Teil der Endflächen 41 und 42 ab. Der Grund dafür, nicht das Gesamte abzudecken, ist es der Elektrolytlösung zu ermöglichen, den Elektrodenwicklungskörper einfach zu durchdringen, wenn die Batterie zusammengebaut wird, oder einfach Gas zu der Außenseite der Batterie abzugeben, wann die Batterie in einem abnormalen Hochtemperaturzustand oder in einem Überladezustand ist.
[Positivelektrode]
Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht enthält mindestens ein Positivelektrodenmaterial (Positivelektrodenaktivmaterial), das dazu in der Lage ist, Lithium einzuschließen und abzugeben, und kann des Weiteren einen Positivelektrodenbinder, einen Positivelektrodenleitagenten und Ähnliches aufweisen. Das Positivelektrodenmaterial ist vorzugsweise ein lithiumenthaltendes Zusammensetzungsoxid oder eine lithiumenthaltende Phosphatverbindung. Das lithiumenthaltende Zusammensetzungsoxid weist zum Beispiel eine geschichtete steinsalzartige oder spinellartige Kristallstruktur auf. Die lithiumenthaltende Phosphatverbindung weist zum Beispiel eine Kristallstruktur vom Olivintyp auf.
Die Positivelektrodenbinder enthält synthetisches Kautschuk oder eine Polymerzusammensetzung. Das synthetische Kautschuk weist Styren-Butadien-basiertes Kautschuk, Fluorkautschuk, Ethylen-Propylen-Dien und Ähnliches auf. Die Polymerverbindungen weisen Polyvinylidenfluorid (PVdF), Polyimid und Ähnliches auf.
Der Positivelektrodenleitagent ist ein Kohlenstoffmaterial wie etwa Graphit, Ruß, Acetylenschwarz oder Ketjenschwarz. Jedoch kann der Positivelektrodenleitagent ein Metallmaterial ein leitendes Polymer sein.
[Negativelektrode]
Eine Oberfläche des Negativelektrodenstromkollektors ist vorzugsweise aufgeraut zum Verbessern von Nahkontaktcharakteristiken mit der Negativelektrodenaktivmaterialschicht. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht enthält mindestens ein Negativelektrodenmaterial (Negativelektrodenaktivmaterial), das dazu in der Lage ist, Lithium einzuschließen und abzugeben, und kann des Weiteren einen Negativelektrodenbinder, einen Negativelektrodenleitagenten und Ähnliches aufweisen.
Das Negativelektrodenmaterial enthält zum Beispiel ein Kohlenstoffmaterial. Das Kohlenstoffmaterial ist einfach graphitisierbarer Kohlenstoff, nicht graphitisierbarer Kohlenstoff, Graphit, niedrigkristalliner Kohlenstoff oder amorpher Kohlenstoff. Die Form des Kohlenstoffmaterials ist faserig, sphärisch, granular oder schuppig.
Das Negativelektrodenmaterial enthält zum Beispiel ein metallbasiertes Material. Beispiele des metallbasierten Materials umfassen Li (Lithium), Si (Silizium), Sn (Zinn), Al (Aluminium), Zr (Zink) und Ti (Titan). Die metallbasierten Elemente bilden eine Verbindung, eine Mixtur oder eine Legierung mit einem weiteren Element aus, und Beispiele umfassen Siliziumoxid (SiO_x (0 < x ≤ 2)), Siliziumcarbon (SiC) und eine Legierung von Kohlenstoff und Silizium und Lithiumtitanat (LTO) auf.
In dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode, wie durch das folgende Herstellungsverfahren gezeigt, wenn ein Ende einer dünne flachen Platte (zum Beispiel einer Dicke von 0,5 mm) oder Ähnliches senkrecht gegen die Endflächen 41 und 42 gedrückt wird (wenn der Zustand der 4B festgesetzt ist), kann das Negativelektrodenaktivmaterial von dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode in der Wicklungsstartseite des Elektrodenwicklungskörpers 20 abgeschält werden (Endseite in der Longitudinalrichtung der Positivelektrode oder der Negativelektrode an einem innersten Umfang des Elektrodenwicklungskörpers 20). Es wird angenommen, dass dieses Abschälen bewirkt wird durch Spannung, die erzeugt wird zum Zeitpunkt des Drückens gegen die Endfläche 42. Daher, zum Beispiel, wenn der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode auf der Endfläche 42-Seite der Negativelektrode auf der Wicklungsstartseite bereitgestellt ist, kann ein Abschälen des Negativelektrodenaktivmaterials von dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode vermieden werden. Die Negativelektrode kann des Weiteren den Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode an einem Ende auf einer Wicklungsendseite in der Longitudinalrichtung aufweisen (Endseite in der Longitudinalrichtung der Positivelektrode 21 oder der Negativelektrode 22 auf einem äußersten Umfang des Elektrodenwicklungskörpers 20).
Auf der Wicklungsendseite des Elektrodenwicklungskörpers 20 kann die Negativelektrode 22 einen Bereich des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts 22C der Negativelektrode auf einer Hauptfläche auf einer Seite aufweisen, die nicht dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 21B der Positivelektrode zugewandt ist. Dies ist, weil falls der Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode auf der Hauptfläche bereitgestellt ist, die nicht dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 21B der Positivelektrode zugewandt ist, angenommen wird, dass der Beitrag zum Laden und Entladen niedrig ist. Der Bereich des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts 22C der Negativelektrode ist vorzugsweise drei Viertel oder mehr des Umfangs und fünf Viertel oder weniger des Umfangs des Elektrodenwicklungskörpers. Zu diesem Zeitpunkt, weil der Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode, der einen geringen Beitrag zum Laden und Entladen aufweist, nicht bereitgestellt ist, kann eine initiale Kapazität vergrößert werden in Bezug auf ein Volumen desselben Elektrodenwicklungskörpers 20.
[Separator]
Der Separator 23 ist ein poröser Film, der ein Harz enthält und kann ein gestapelter Film aus zwei oder mehr Arten von porösen Filmen sein. Beispiele des Harzes umfassen Polypropylen und Polyethylen. Der Separator 23 kann eine Harzschicht auf einer Seite oder beiden Seiten einer porösen Membran als eine Substratschicht aufweisen. Der Grund dafür ist derart, dass dieses eine Verbesserung in den Nahkontaktcharakteristiken des Separators 23 in Bezug auf jede von der Positivelektrode 21 und der Negativelektrode 22 aufweist, wodurch eine Ablenkung des Elektrodenwicklungskörpers 20 unterdrückt wird.
Die Harzschicht enthält ein Harz wie etwa PVdF. Wenn die Harzschicht ausgebildet wird, wird die Basismaterialschicht mit einer Lösung beschichtet, die vorbereitet wird durch Lösen des Harzes in einem organischen Lösungsmittel, und danach, wird die Substratschicht getrocknet. Alternativ kann die Basismaterialschicht in der Lösung eingetaucht sein und danach kann die Substratschicht getrocknet werden. Die Harzschicht enthält vorzugsweise anorganische Partikel oder organische Partikel aus dem Betrachtungspunkt des Verbesserns des Wärmewiderstands und der Sicherheit der Batterie. Die Art der anorganischen Partikel ist Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Böhmit, Talkum, Silizium, Mica bzw. Glimmer oder Ähnliches. Anstatt der Harzschicht kann die Oberflächenschicht durch ein SputterVerfahren, ein ALD (Atomschichtablegungs-)Verfahren, oder andere Verfahren hergestellt ist und hauptsächlich aus anorganischen Partikeln zusammengesetzt ist, verwendet werden.
[Elektrolytlösung]
Die Elektrolytlösung enthält eine Lösung und ein Elektrolytsalz, und kann des Weiteren ein Additiv und Ähnliches, wie notwendig, enthalten. Die Lösung ist eine nicht wässrige Lösung sowie eine organische Lösung oder Wasser. Eine Elektrolytlösung, die eine nicht wässrige Lösung enthält, wird als nicht wässrige Elektrolytlösung bezeichnet. Die nicht wässrige Lösung ist ein zyklischer Carbonatester, ein Kettencarbonatester, ein Lacton, ein Kettencarbonsäureester oder ein Nitril (Mononitril).
Obwohl ein repräsentatives Beispiel für das Elektrolytsalz ein Lithiumsalz ist, kann auch ein anderes Salz als das Lithiumsalz enthalten sein. Beispiele für Lithiumsalz sind Lithiumhexafluorophosphat (LiPF₆), Lithiumtetrafluoroborat (LiBF₄), Lithiumperchlorat (LiCO₄), Lithiummethanesulfonat (LiCH₃SO₃), Lithiumtrifluoromethanesulfonat (LiCF₃SO₃) und Dilithiumhexafluorosilicat (Li₂SF₆). Diese Salze können in Mischung verwendet werden und unter ihnen ist es bevorzugt LiPF₆ und LiBF₄ in Mischung zu verwenden von dem Betrachtungspunkt des Verbesserns der Batteriecharakteristiken. Der Gehalt des Elektrolytsalzes ist nicht besonders beschränkt, und es ist vorzugsweise von 0,3 mol/kg bis 3 mol/kg in Bezug auf die Lösung bzw. das Lösungsmittel.
[Verfahren zum Herstellen der Lithiumionenbatterie]
Ein Verfahren zum Herstellen der Lithiumionenbatterie 1 von einer Ausführungsform wird mit Bezug auf die 4A bis 4F beschrieben. Zuerst wurde das Positivelektrodenaktivmaterial beaufschlagt und auf die Oberfläche der streifenförmigen Positivelektrodenfolie 21A angebracht, um einen Abgedeckt-Abschnitt der Positivelektrode 21 auszubilden, und das Negativelektrodenaktivmaterial wurde auf eine Oberfläche der streifenförmigen Negativelektrodenfolie 22A beaufschlagt, um einen Abgedeckt-Abschnitt der Negativelektrode 22 auszubilden. Zu diesem Zeitpunkt wurden die Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte 21C und 22C, die nicht beaufschlagt und mit der Positivelektrodenaktivmaterial angebracht sind, und das Negativelektrodenaktivmaterial an einem Ende in einer Transversalrichtung der Positivelektrode 21 und einem Ende in einer Transversalrichtung der Negativelektrode 22 hergestellt. Eine Aussparung wurde in einem Teil der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte 21C und 22C ausgebildet, und der Teil entspricht dem Wicklungsstart zum Zeitpunkt des Wickelns. Schritte wie etwa Trocknen wurden an der Positivelektrode 21 und der Negativelektrode 22 durchgeführt. Der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode und des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts 22C der Negativelektrode wurden überlappt mit dem Separator 23 zwischen diese zwischengeordnet, um in entgegengesetzte Richtungen zu sein und gewickelt in einer Spiralform gewickelt, um das Durchgangsloch 26 in der Zentralachse auszubilden und die ausgebildete Aussparung nahe der Zentralachse anzuordnen, wodurch der Elektrodenwicklungskörper 20, wie in 4A dargestellt, erzeugt wird.
Als Nächstes, wie in 4B dargestellt, durch senkrechtes Drücken eines Endes einer dünnen flachen Platte (zum Beispiel einer Dicke von 0,5 mm) oder Ähnlichen gegen die Endflächen 41 und 42, wurden die Endflächen 41 und 42 lokal gebogen, um die Nut 43 zu erzeugen. Auf diese Weise wurde die Nut 43, die sich radial von dem Durchgangsloch 26 in Richtung der Zentralachse erstreckt, hergestellt. Die Anzahl und Anordnung der Nuten 43, wie in 4B dargestellt, sind lediglich Beispiele. Wie in 4C dargestellt, wurde derselbe Druck gleichzeitig auf beide Elektrodenseiten in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu den Endflächen 41 und 42 beaufschlagt, und der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode und der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode wurden gebogen, um die Endflächen 41 und 42 dazu auszubilden, flache Oberflächen zu sein. Zu diesem Zeitpunkt wurde eine Last mit einer flachen Plattenoberfläche oder Ähnliches derart beaufschlagt, dass die Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte an den Endflächen 41 und 42 gebogen wurden, durch Überlappen in Richtung der Durchgangsloch 26-Seite. Danach wurde der lamellenförmige Abschnitt 31 der Positivelektrodenstromkollektorplatte 24 an die Endfläche 41 lasergeschweißt und der lamellenförmige Abschnitt 33 der Negativelektrodenstromkollektorplatte 25 wurde an die Endfläche 42 lasergeschweißt.
Daher, wie in 4D dargestellt, wurden die streifenförmigen Abschnitte 32 und 34 der Stromkollektorplatten 24 und 25 gebogen, die Isolationsplatten 12 und 13 (oder Isolationsbänder) wurden an die Positivelektrodenstromkollektorplatte 24 und die Negativelektrodenstromkollektorplatte 25 angebracht und der Elektrodenwicklungskörper 20 derart zusammengebaut war wie voranstehend beschrieben, wurde in dem Batteriebehälter 11, wie in 4E dargestellt, eingefügt, um den Boden des Batteriebehälters 11 zu schweißen. Danach wurde die Elektrolytlösung in den Batteriebehälter 11 initiiert, die Dichtung wurde mit der Dichtung 15 und dem Batteriedeckel 14, wie in 4F dargestellt, durchgeführt.
BEISPIELE
Hiernach wird die vorliegende Erfindung genauer beschrieben basierend auf Beispielen, in denen interne Kurzschlussraten und die initiale Kapazität verglichen werden unter Nutzung der Lithiumionenbatterie 1, die erzeugt ist wie voranstehend beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachstehend beschriebenen Beispiele beschränkt.
In all den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen war die Batteriegröße 21700 (Durchmesser: 21 mm, Höhe: 70 mm), die Breite des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 21B der Positivelektrode war 59 mm, die Breite des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 22B der Negativelektrode war 62 mm und die Breite des Separators 23 war 64 mm. Der Separator 23 wurde überlappt um den gesamten Bereich des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 21B der Positivelektrode und den Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode abzudecken, die Breite des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts der Positivelektrode war 7 mm und die Breite des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts der Negativelektrode (die Breite des ersten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts) war 4 mm. Im Beispiel 1, Beispiel 2 und dem Vergleichsbeispiel 1 war die Anzahl der Nuten 43 acht, und die Nuten waren in den Wesentlichen gleichen Winkelintervallen angeordnet.
Die 5B bis 7B sind Schnittansichten (Schnittansichten entlang einer Ebene senkrecht zu der Wicklungsachse) auf der Wicklungsstartseite des Elektrodenwicklungskörpers, der in der erzeugten Batterie (Zustand der 1) beherbergt ist, 5C bis 7C sind Schnittansichten (Schnittansichten entlang einer Ebene senkrecht zu der Z-Achse der 1) auf der Wicklungsendseite des Elektrodenwicklungskörpers, der in der erzeugten Batterie (Zustand der 1) beherbergt ist, und in all den Zeichnungen sind die Positivelektrode und die Negativelektrode einfach dargestellt und andere Details wie etwa der Separator sind nicht dargestellt.
Hiernach wird eine Länge von einem Ende der Wicklungsstartseite oder der Länge von einem Ende der Wicklungsendseite des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts 21C der Positivelektrode an beiden Enden in der Longitudinalrichtung der Positivelektrode 21 geeignet bezeichnet als eine Leerlänge und die Länge von einem Ende auf der Wicklungsstartseite (Länge von einem zweiten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt) oder der Länge von einem Ende auf der Wicklungsendseite (Länge von einem dritten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt) des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts 22C der Negativelektrode an beiden Enden in der Longitudinalrichtung der Negativelektrode 22 geeignet bezeichnet als die Leerlänge.
[Beispiel 1]
Die Länge in der Longitudinalrichtung des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 21B der Positivelektrode war 1650 mm an beiden Hauptflächen, und die Länge in der Longitudinalrichtung des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 22B der Negativelektrode war 1703 mm für eine Hauptfläche (bezeichnet als die Fläche A) und 1701 mm für die andere Hauptfläche (bezeichnet als die Fläche B). Wie in 2A und 5A dargestellt, wurden die Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte 22C der Negativelektrode an beiden Enden in der Longitudinalrichtung der Negativelektrode 22 erzeugt. Die Leerlänge der Oberfläche A der Negativelektrode 22 war festgesetzt auf 1 mm an sowohl der Wicklungsstartseite als auch der Wicklungsendseite. Die Leerlänge der Oberfläche B der Negativelektrode 22 war festgesetzt auf 2 mm an sowohl der Wicklungsstartseite als auch der Wicklungsendseite. An beiden Enden in der Longitudinalrichtung der Positivelektrode 21, war der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode nicht an beiden Hauptflächen hergestellt. Die Leerlängen der beiden Hauptflächen der Positivelektrode 21 waren festgesetzt auf 0 mm an sowohl der Wicklungsstartseite als auch der Wicklungsendseite. In Bezug auf die Wicklungsstartseite des Elektrodenwicklungskörpers 20, wie in 5B gezeigt, wurden die Positivelektrode 21 und die Negativelektrode 22 derart angeordnet, dass der Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 21B der Positivelektrode, der dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode zugewandt ist, innerhalb des Bereichs des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 22B der Negativelektrode war. Auf ähnliche Weise wurden auf der Wicklungsendseite des Elektrodenwicklungskörpers 20, wie in 5C dargestellt, die Positivelektrode 21 und die Negativelektrode 22 derart angeordnet, dass der Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 21B der Positivelektrode, der dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode zugewandt ist, innerhalb des Bereichs des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 22B der Negativelektrode war.
[Beispiel 2]
Die Länge in der Longitudinalrichtung des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 21B der Positivelektrode war 1675 mm an beiden Hauptflächen, und die Länge in der Longitudinalrichtung des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 22B in der Negativelektrode war 1726 mm für eine Hauptfläche (bezeichnet als die Fläche A) und 1662 mm für die andere Hauptfläche (bezeichnet als die Fläche B). Wie in 2A und 6A gezeigt, wurden die Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte 22C der Negativelektrode an beiden Enden in der Longitudinalrichtung der Negativelektrode 22 erzeugt. Die Leerlänge der Oberfläche A der Negativelektrode 22 war festgesetzt auf 1 mm an sowohl der Wicklungsstartseite als auch der Wicklungsendseite. Die Leerlänge der Oberfläche B der Negativelektrode 22 war festgesetzt auf 2 mm auf der Wicklungsstartseite und 64 mm auf der Wicklungsendseite. An beiden Enden in der Longitudinalrichtung der Positivelektrode 21, wurde der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode nicht an beiden Hauptflächen erzeugt. Die Leerlängen von beiden Hauptflächen der Positivelektrode 21 waren festgesetzt auf 0 mm an sowohl der Wicklungsstartseite als auch der Wicklungsendseite. In Bezug auf die Wicklungsstartseite des Elektrodenwicklungskörpers 20, wie in 6B gezeigt, wurden die Positivelektrode 21 und die Negativelektrode 22 derart angeordnet, dass der Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 21B der Positivelektrode, der dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode zugewandt ist, innerhalb des Bereichs des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 22B der Negativelektrode war. Auf ähnliche Weise auf der Wicklungsendseite des Elektrodenwicklungskörpers 20, wie in 6C dargestellt, wurden die Positivelektrode 21 und die Negativelektrode 22 derart angeordnet, dass der Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 21B der Positivelektrode, die dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode zugewandt ist, innerhalb des Bereichs des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 22B der Negativelektrode war. Wie in 6C dargestellt, ist ein Bereich von ungefähr einer Umdrehung der Außenflächenseite (Fläche B) der Negativelektrode 22 auf der Wicklungsendseite nicht der Positivelektrode 21 zugewandt. Ein Bereich, der den Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode nur auf der Innenflächenseite (Fläche A) der Negativelektrode 22 aufweist, ist auf der Wicklungsendseite bereitgestellt. In diesem Bereich, falls der Negativelektrodenaktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B ausgebildet wird, kann eine Lade-Entlade-Reaktion nicht durchgeführt werden. Im Beispiel 2, durch Bereitstellen dieses Bereichs von ungefähr einer Umdrehung, kann die Länge des Positivelektrodenaktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 21B größer gemacht werden als der in Beispiel 1. Die Länge dieses Bereichs ist vorzugsweise drei Viertel oder mehr des Umfangs und fünf Viertel oder weniger des Umfangs des Elektrodenwicklungskörpers. Dies ist, weil, wenn die Länge diesen Bereich betrifft, ein nicht notwendiger Elektrodenbereich, der nicht zu einer Batteriereaktion beiträgt, erzeugt wird.
[Vergleichsbeispiel 1]
Die Länge in der Longitudinalrichtung des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 21B der Positivelektrode war festgesetzt auf 1650 mm an beiden Hauptflächen, und die Länge in der Longitudinalrichtung des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 22B der Negativelektrode war festgesetzt auf 1710 mm auf beiden Hauptflächen. Wie in 2B und 7A dargestellt, an beiden Enden in der Longitudinalrichtung der Positivelektrode 21, war der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 21C der Positivelektrode nicht auf beiden Hauptflächen erzeugt. Die Leerlängen der beiden Hauptflächen der Positivelektrode 21 waren festgesetzt auf 0 mm an sowohl der Wicklungsstartseite als auch der Wicklungsendseite. An beiden Enden in der Longitudinalrichtung der Negativelektrode 22, war der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode nicht auf beiden Hauptflächen erzeugt. Die Leerlängen der beiden Hauptflächen der Negativelektrode 22 waren festgesetzt auf 0 mm an sowohl der Wicklungsstartseite als auch der Wicklungsendseite. Wie in 7B dargestellt, waren die Positivelektrode 21 und die Negativelektrode 22 derart angeordnet, dass der Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 21B der Positivelektrode, der dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode zugewandt ist, innerhalb des Bereichs des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 22B der Negativelektrode war. Auf ähnliche Weise auf der Wicklungsendseite des Elektrodenwicklungskörpers 20, wie in 7C dargestellt, war die Positivelektrode 21 und die Negativelektrode 22 derart angeordnet, dass der Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 21B der Positivelektrode, der dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode zugewandt ist, innerhalb des Bereichs des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 22B der Negativelektrode war.
[Auswertung]
Die Batterie 1 des voranstehenden Beispiels wurde zusammengebaut und geladen und für die Batterie wurden die interne Kurzschlussrate und die initiale Kapazität erlangt und ausgewertet. Die Batterie 1 war zusammengebaut, geladen auf 4,20 V und gespeichert unter einer Umgebung von 25±3 °C für 5 Tage, dann wurde die Spannung der gespeicherten Batterie 1 gemessen und die Anzahl von Batterien deren Spannung sich um 50 mV oder mehr (Spannung war 4,15 V oder weniger) verringert hatte, wurde gezählt und das Verhältnis wurde genommen als die interne Kurzschlussrate. Die Anzahl der Batterien, die genutzt wurden für eine testinterne Kurzschlussrate waren 100 für jedes Beispiel. Der Wert der initialen Kapazität war 100% des Werts in Beispiel 1.

[Tabelle 1]

	Positivelektrode				Negativelektrode				Interne Kurzschlussrate (%)	Initiale Kapazität (%)
	Eine Hauptfläche		Die andere Hauptfläche		Eine Hauptfläche		Die andere Hauptfläche
	Länge in Longitudinalrichtung des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts der Positivelektrode (mm)	Leerlänge (mm)	Länge in Longitudinalrichtung des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts der Positivelektrode (mm)	Leerlänge (mm)	Länge in Longitudinalrichtung des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts der Negativelektrode (mm)	Leerlänge (mm)	Länge in Longitudinalrichtung des Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts der Negativelektrode (mm)	Leerlänge (mm)
Beispiel 1	1650	Wicklungsstartseite: 0 Wicklungsendseite: 0	1650	Wicklungsstartseite: 0 Wicklungsendseite: 0	1703	Wicklungsstartseite: 1 Wicklungsendseite: 1	1701	Wicklungsstartseite: 2 Wicklungsendseite: 2	0	100
Beispiel 2	1675	Wicklungsstartseite: 0 Wicklungsendseite: 0	1675	Wicklungsstartseite: 0 Wicklungsendseite: 0	1726	Wicklungsstartseite: 1 Wicklungsendseite: 1	1662	Wicklungsstartseite: 2 Wicklungsendseite: 64	0	101.5
Vergleichsbeispiel 1	1650	Wicklungsstartseite: 0 Wicklungsendseite: 0	1650	Wicklungsstartseite: 0 Wicklungsendseite: 0	1710	Wicklungsstartseite: 0 Wicklungsendseite: 0	1710	Wicklungsstartseite: 0 Wicklungsendseite: 0	6	100

Die interne Kurzschlussrate von Beispiel 1 und Beispiel 2 war 0%, wobei die interne Kurzschlussrate von Vergleichsbeispiel 1 so hoch wie 6% war. Es wird angenommen, dass der interne Kurzschluss, die in der Batterie des Vergleichsbeispiels 1 auftritt, wobei das Negativelektrodenaktivmaterial sich von dem Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode an beiden Enden in der Longitudinalrichtung in der Negativelektrode 22 abgeschält hat, wenn die Endfläche 42 ausgewählt wurde durch Biegen des Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts 22C der Negativelektrode. Wie in Beispiel 1 und Beispiel 2, wenn es dem Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode an beiden Enden in der Longitudinalrichtung der Negativelektrode 22 gab, war die Batterie 1 nicht intern kurzgeschlossen. Der Grund warum kein interner Kurzschluss in den Batterien des Beispiels 1 und des Beispiels 2 aufgetreten ist, wurde angenommen, dass das Negativelektrodenaktivmaterial weniger wahrscheinlich abgeschält wurde weil es die Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitte 22C der Negativelektrode an beiden Enden in der Longitudinalrichtung der Negativelektrode 22 gab. Von den Ergebnissen in Tabelle 1 wurde festgestellt, dass wenn der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode an dem Ende auf der Wicklungsstartseite in der Longitudinalrichtung der Negativelektrode 22 und, zusätzlich der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode bereitgestellt war an dem Ende in der Wicklungsendseite in der Longitudinalrichtung, die Batterie 1 nicht internen Kurzschluss bewirkt.
Obwohl der Batteriebehälter 11, der dieselbe Größe aufweist, in der Batterie des Beispiels 1 und der Batterie des Beispiels 2 genutzt wurde, war die initiale Kapazität der Batterie des Beispiel 2 größer um 1,5% als die der Batterie des Beispiels 1. Im Beispiel 2, wie in 6C dargestellt, ungefähr eine Umdrehung in dem Bereich, der den Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode nur auf der Innenflächenseite (Fläche A) der Negativelektrode 22 aufweist, ist auf der Wicklungsendseite bereitgestellt. Ein Bereich des nicht notwendigen Negativelektrodenaktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts, der nicht zu der Batteriereaktion beiträgt, ist reduziert, und die Länge des Positivelektrodenaktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitts 21B ist größer als der in Beispiel 1. Als ein Ergebnis wurde angenommen, dass die initiale Kapazität der Batterie des Beispiels 2 größer gemacht werden konnte als die der Batterie des Beispiels 1. Von den Ergebnissen in Tabelle 1 wurde festgestellt, dass, wenn der Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt 22C der Negativelektrode an dem Ende der Wicklungsstartseite in der Longitudinalrichtung der Negativelektrode 22 bereitgestellt war, und, zusätzlich, an dem Ende der Wicklungsendseite in der Longitudinalrichtung, ungefähr eine Umdrehung des Bereichs, der den Aktivmaterial-Abgedeckt-Abschnitt 22B der Negativelektrode nur auf der Innenflächenseite (Fläche A) der Negativelektrode 22 aufweist, auf der Wicklungsendseite bereitgestellt war, die Batterie 1 nicht den internen Kurzschluss bewirkt und eine große initiale Kapazität erlangt werden kann.
<2. Modifiziertes Beispiel>
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde spezifisch voranstehend beschrieben; jedoch sind die Inhalte der vorliegenden Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Modifikationen der vorliegenden Erfindung können gemacht werden basierend auf dem technischen Geist der vorliegenden Erfindung.
In Beispielen und Vergleichsbeispielen war die Anzahl der Nuten 43 festgesetzt auf 8, aber andere Anzahlen können genutzt werden. Die Batteriegröße ist 21700, aber kann 18650 oder jegliche andere Größe sein.
Die Positivelektrodenstromkollektorplatte 24 und die Negativelektrodenstromkollektorplatte 25 weist die lamellenförmigen Abschnitte 31 und 33 auf, die eine Lamellenform aufweisen, aber kann andere Formen aufweisen.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf andere Batterien außer der Lithiumionenbatterie und Batterien angewandt werden, die eine Form außer der zylindrischen Form aufweisen (zum Beispiel eine Batterie vom Laminattyp, eine Batterie vom Rechtecktyp, eine Batterie vom Münztyp und eine Batterie vom Knopftyp) ohne sich von dem Geist der vorliegenden Erfindung zu entfernen. In diesem Fall kann die Form der „Endfläche des Elektrodenwicklungskörpers“ nicht nur eine zylindrische Form sein, sondern auch eine elliptische Form, eine flache Form oder Ähnliches sein.
<3. Anwendungsbeispiel>
(1) Batteriepack
8 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Schaltungskonfigurationsbeispiel in einem Fall darstellt, wo die Sekundärbatterie gemäß der Ausführungsform oder Beispielen der vorliegenden Erfindung auf einem Batteriepack 300 angewendet wird. Das Batteriepack 300 weist eine zusammengebaute Batterie 301, einen Schaltabschnitt 304 mit einem Ladesteuerungsschalter 302a und einem Entladesteuerungsschalter 303a, einem Stromdetektionswiderstand 307, ein Temperaturdetektionselement 308 und eine Steuerung 310. Die Steuerung 310 kann jede Einrichtung steuern, des Weiteren eine Laden- und eine Entladesteuerung zum Zeitpunkt einer abnormalen Wärmeerzeugung durchführen und eine verbleibende Kapazität des Batteriepacks 300 berechnen und korrigieren. Ein Positivelektrodenanschluss 321 und ein Negativelektrodenanschluss 322 des Batteriepacks 300 sind mit einem Lader und einer elektronischen Einrichtung verbunden, und werden geladen und entladen.
Die zusammengebaute Batterie 301 ist ausgebildet durch Verbinden einer Mehrzahl von Sekundärbatterien 301a miteinander in Reihe und/oder parallel. 8 zeigt, zum Beispiel, einen Fall, wo sechs Sekundärbatterien 301a miteinander verbunden sind in 2-Parallel-3-Reihe (2P3S).
Der Temperaturdetektor 318 ist mit einem Temperaturdetektionselement 308 (zum Beispiel einem Thermistor) verbunden, misst die Temperatur der zusammengebauten Batterie 301 oder des Batteriepacks 300 und führt die gemessene Temperatur der Steuerung 310 zu. Ein Spannungsdetektor 311 misst die Spannung der zusammengebauten Batterie 301 und der jeweiligen Sekundärbatterien 301a, die die zusammengebaute Batterie konfigurieren und führt eine A/D-Wandlung dieser gemessenen Spannung durch, um die resultierende Spannung der Steuerung 310 zuzuführen. Ein Strommesser 313 misst den Strom durch Nutzen des Stromdetektionswiderstands 307 und führt diesen gemessenen Strom der Steuerung 310 zu.
Eine Schaltungssteuerung 314 steuert den Ladesteuerungsschalter 302a und den Entladesteuerungsschalter 303a des Schaltabschnitts 304 basierend auf der Spannung und der Stromeingabe von dem Spannungsdetektor 311 und dem Strommesser 313. Die Schaltungssteuerung 314 vermeidet ein Überladen und ein Überentladen durch Senden eines AUS-Steuerungssignals an den Schaltabschnitt 304, wenn die Spannung der Sekundärbatterie 301a gleich zu oder höher als eine Überladungsdetektionsspannung (zum Beispiel 4,20 V ± 0,05 V) oder gleich zu oder geringer als eine Überentladedetektionsspannung (2,4 V ± 0,1 V) wird.
Nachdem der Ladesteuerungsschalter 302a oder der Entladesteuerungsschalter 303a ausgeschaltet ist, kann ein Laden oder Entladen durchgeführt werden nur durch eine Diode 302b oder eine Diode 303b. Als diese Lade/Entlade-Schalter kann ein Halbleiterschalter wie etwa ein MOSFET genutzt werden. In 8 ist der Schaltabschnitt 304 bereitgestellt auf einer Plus (+)-Seite, aber kann auf einer Minus (-)-Seite bereitgestellt sein.
Der Speicher 317 weist einen RAM und einen ROM auf und speichert und überschreibt einen Wert der Batteriecharakteristiken, der durch die Steuerung 310 berechnet ist, eine Vollladekapazität und die verbleibende Kapazität, und Ähnliches.
(2) Elektronische Einrichtung
Die Sekundärbatterie gemäß der Ausführungsform oder Beispiele der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschrieben wurden, ist auf eine Einrichtung, wie etwa einer elektronischen Einrichtung, einer elektrischen Transporteinrichtung, oder einer Leistungsspeichereinrichtung montiert und kann zum Zuführen von elektrischer Leistung genutzt werden.
Beispiele der elektronischen Einrichtung umfassen Notebookpersonalcomputer, Smartphones, Tabletendgeräte, PDAs (persönliche Digitalassistenten), Mobiletelefone, tragbare Endgeräte, digitale Fotokameras, elektronische Bücher, Musikabspielgeräte, Spielmaschinen, Hörhilfen, Elektrowerkzeuge, Fernseher, Beleuchtungseinrichtungen, Spielzeuge, medizinische Einrichtungen und Roboter. Zusätzlich können elektrische Transporteinrichtungen, Leistungsspeichereinrichtungen, Elektrowerkzeuge und elektrische unbemannte Flugfahrzeuge, die später zu beschreiben sind, auch von der elektronischen Einrichtung auf eine breite Weise umfasst sein.
Beispiele der elektrischen Transporteinrichtung weisen Elektrofahrzeuge (einschließlich Hybridfahrzeuge), elektrische Motorräder, elektrisch assistierte Fahrräder, elektrische Busse, elektrische Carts, automatisch geführte Fahrzeuge (AGV) und Schienenfahrzeuge auf. Zusätzlich sind elektrische Passagierluftfahrzeuge und elektrische unbemannte Luftfahrzeuge zum Transport umfasst. Die Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht nur als diese Antriebsleistungszuführungen genutzt, sondern auch als Hilfsleistungszuführung, eine Leistungszuführung zum Wiedererlangen einer regenerierten Energie und andere Leistungszuführungen.
Beispiele der Leistungsspeichereinrichtung weisen Leistungsspeichermodule für kommerzielle Nutzung oder Haushaltsnutzung und Leistungszuführung für elektrische Leistungsspeichernutzung für ein Gebäude wie etwa ein Haus, ein Gebäude oder ein Büro, oder für eine leistungserzeugende Einrichtung auf.
(3) Elektrowerkzeug
Ein Beispiel eines Elektroschraubenziehers als ein Elektrowerkzeug, zu dem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, wird schematisch beschrieben mit Bezug auf 9. Ein Elektroschraubenzieher 431 ist mit einem Motor 433 bereitgestellt, der eine Rotationsleistung auf eine Welle 434 und einen Auslöseschalter 432 überträgt, der durch einen Nutzer betrieben wird. Ein Batteriepack 430 und eine Motorsteuerung 435 gemäß der vorliegenden Erfindung sind in einem unteren Gehäuse eines Griffs des Elektroschraubenziehers 431 beherbergt. Das Batteriepack 430 ist in den Elektroschraubenzieher 431 eingebaut oder entfernbar.
Jedes von den Batteriepack 430 und der Motorsteuerung 435 kann mit einem Mikrocomputer (nicht dargestellt) versehen sein, so dass Lade/Entladeinformation des Batteriepacks 430 miteinander kommuniziert werden kann. Die Motorsteuerung 435 kann ein Betrieb des Motors 433 steuern und eine Leistungszuführung zu dem Motor 433 zum Zeitpunkt der Abnormalität wie etwa einem Überentladen unterbrechen.
(4) Elektrofahrzeugleistungsspeichersystem
As ein Beispiel, in dem die vorliegende Erfindung angewendet wird auf ein Elektrofahrzeugleistungsspeichersystem, zeigt 10 schematisch ein Konfigurationsbeispiel eines Hybridfahrzeugs (HV), das ein Reihenhybridsystem angewendet. Das Reihenhybridsystem ist ein Auto, das mit einem Elektrische-Leistung-Antriebskraft-Wandler fährt, der elektrische Leistung nutzt, die durch einen Generator erzeugt wird, der durch einen Motor angetrieben wird oder elektrische Leistung erlangt durch temporäres Speichern der erzeugten elektrischen Leistung in einer Batterie.
Ein Antrieb 601, ein Generator 602, ein Elektrische-Leistung-Antriebskraft-Wandler 603 (DC-Motor oder AC-Motor, hiernach einfach bezeichnet als der „Motor 603“), ein Antriebsrad 604a, ein Antriebsrad 604b, ein Rad 605a, ein Rad 605b, eine Batterie 608, eine Fahrzeugsteuerungseinrichtung 609, verschiedene Sensoren 610 und einen Ladeanschluss 611 sind in einem Hybridfahrzeug 600 wie voranstehend beschrieben, montiert. Als die Batterie 608 kann das Batteriepack 300 der vorliegenden Erfindung oder ein Leistungsspeichermodul angewendet werden, an der eine Mehrzahl der Sekundärbatterien der vorliegenden Erfindung montiert ist.
Der Motor 603 wird durch die elektrische Leistung der Batterie 608 betrieben und eine Rotationskraft des Motors 603 wird auf die Antriebsräder 604a und 604b übertragen. Die elektrische Leistung, die durch den Generator 602 erzeugt ist, kann in der Batterie 608 durch die Rotationskraft gespeichert sein, die durch den Motor bzw. Antrieb 601 erzeugt werden. Die verschiedenen Sensoren 610 steuern eine Motorgeschwindigkeit über die Fahrzeugsteuerungseinrichtung 609 oder steuern ein Öffnungsgrad eines Drosselventils (nicht dargestellt).
Wenn das Hybridfahrzeug 600 durch einen Bremsmechanismus (nicht dargestellt), abgebremst wird, wird eine Widerstandskraft während der Abbremsung hinzugefügt als eine Rotationskraft auf den Motor 603, und eine regenerative elektrische Leistung, die aufgrund dieser Rotationskraft erzeugt wird, wird in der Batterie 608 gespeichert. Die Batterie 608 kann geladen werden, indem sie mit einer externen Leistungszuführung über den Ladeanschluss 611 des Hybridfahrzeugs 600 verbunden wird. Solch ein HV-Fahrzeug wird bezeichnet als ein Plug-in-Hybridfahrzeug (PHV oder PHEV) .
Die Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch angewendet werden als eine verkleinerte Primärbatterie und genutzt werden als eine Leistungszufuhr eines Reifendrucküberwachungssystems (TPMS), das in den Rädern 604 und 605 eingebaut ist.
Obwohl ein Reihenhybridfahrzeug beschrieben wurde als ein Beispiel, ist die vorliegende Erfindung auch anwendbar auf ein Parallelsystem, das einen Antrieb bzw. Verbrennungsmotor und ein Motor gemeinsam nutzt oder ein Hybridfahrzeug, in dem ein Reihensystem und ein Parallelsystem kombiniert sind. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung auch anwendbar auf ein Elektrofahrzeug (EV oder BEV) und ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCV), das nur durch einen Antriebsmotor fährt, der keinen Verbrennungsmotor nutzt.
Bezugszeichenliste

1: Lithiumionenbatterie
12: Isolationsplatte
21: Positivelektrode
21A: Positivelektrodenfolie
21B: Positivelektrodenaktivmaterialschicht
21C: Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt der Positivelektrode
22: Negativelektrode
22A: Negativelektrodenfolie
22B: Negativelektrodenaktivmaterialschicht
22C: Aktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt der Negativelektrode
23: Separator
24: Positivelektrodenstromkollektorplatte
25: Negativelektrodenstromkollektorplatte
26: Durchgangsloch
27, 28: Außenkantenabschnitt
41, 42: Endfläche
43: Nut

Claims

Sekundärbatterie, in der ein Elektrodenwicklungskörper, der eine Struktur aufweist, in der eine streifenförmige Positivelektrode und eine streifenförmige Negativelektrode, die gestapelt sind mit einem Separator zwischen diese zwischengeordnet und gewickelt sind, eine Positivelektrodenkollektorplatte und eine Negativelektrodenkollektorplatte in einem Batteriebehälter beherbergt sind, wobei die Positivelektrode einen Abgedeckt-Abschnitt aufweist, der mit einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht bedeckt ist, und einen Positivelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt auf einer streifenförmigen Positivelektrodenfolie aufweist, wobei die Negativelektrode einen Abgedeckt-Abschnitt aufweist, der mit einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht bedeckt ist, und einen ersten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt auf einer streifenförmigen Negativelektrodenfolie aufweist, wobei der Positivelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt mit der Positivelektrodenstromkollektorplatte an einem Endabschnitt des Elektrodenwicklungskörpers verbunden ist, wobei der erste Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt mit der Negativelektrodenstromkollektorplatte an dem anderen Endabschnitt des Elektrodenwicklungskörpers verbunden ist, wobei der Elektrodenwicklungskörper eine flache Oberfläche aufweist, die ausgebildet ist durch Biegen irgendeines oder beider des Positivelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts und des ersten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts in Richtung einer Zentralachse der gewickelten Struktur und Überlappen des Positivelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts und des ersten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitts, und eine Nut aufweist, die in der flachen Oberfläche ausgebildet ist, und wobei die Negativelektrode einen zweiten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt an einem Endabschnitt auf einer Wicklungsstartseite in einer Longitudinalrichtung aufweist.
Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Negativelektrode des Weiteren einen dritten Negativelektrodenaktivmaterial-Nicht-Abgedeckt-Abschnitt an einem Endabschnitt auf einer Wicklungsendseite in der Longitudinalrichtung aufweist.
Sekundärbatterie nach Anspruch 2, wobei die Negativelektrode, auf der Wicklungsendseite, einen Bereich aufweist, wo die Negativelektrodenaktivmaterialschicht nur auf einer Hauptfläche ausgebildet ist.
Sekundärbatterie nach Anspruch 3, wobei der Bereich drei Viertel oder mehr des Umfangs und fünf Viertel oder weniger des Umfangs des Elektrodenwicklungskörpers ist.
Elektronische Einrichtung mit der Sekundärbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Elektrowerkzeug mit der Sekundärbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4.