DE112021004202T5

DE112021004202T5 - Stromspeichervorrichtung

Info

Publication number: DE112021004202T5
Application number: DE112021004202.5T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Kinugawa; Takahiro Sugioka; Yusuke Sugiyama; Tomoya Yamaji
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2023-06-01
Also published as: CN116034499A; WO2022030279A1; JP2022030965A; JP7334693B2; US20230307791A1

Abstract

Eine Stromspeichervorrichtung (10) wird bereitgestellt mit: positiven Elektroden (21) mit einem Positivelektrodenstromabnehmer (21a) und einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht (21b); negativen Elektroden (22) mit einem Negativelektrodenstromabnehmer (22a) und einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht (22b); Separatoren (23), die zwischen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht (21b) und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht (22b) angeordnet sind; und Dichtungsteilen (24) zur Bildung eines abgedichteten Raums, der einen Flüssigelektrolyten zwischen der positiven Elektrode (21) und der negativen Elektrode (22) beherbergt. Einer von dem Positivelektrodenstromabnehmer (21a) und dem Negativelektrodenstromabnehmer (22a) ist eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 1-50 µm. Der andere von dem Positivelektrodenstromabnehmer (21a) und dem Negativelektrodenstromabnehmer (22a) ist eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 1-50 µm oder eine Kupferfolie mit einer Dicke von 1-25 µm. Das Dichtungsteil (24) ist aus einem thermoplastischen Polyolefinharz gebildet, wobei das thermoplastische Polyolefinharz eine Peakspitzentemperatur, die einer Schweißtemperatur entspricht, bei der die Haftfestigkeit ein Maximum erreicht, von 135°C oder weniger aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stromspeichervorrichtung.
HINTERGRUNDKUNST
Patentdokument 1 offenbart eine flache Stromspeichervorrichtung, die durch Stapeln einer Vielzahl von Stromspeicherzellen, die einzeln hergestellt werden, in Reihe gebildet wird. Die oben beschriebenen Stromspeicherzellen beinhaltet jeweils eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Separator. Die positive Elektrode ist aus einem Positivstromabnehmer, der aus Harz hergestellt ist, und einer Positivelektrodenaktivmaterialschicht gebildet, die auf einem mittleren Teil einer Oberfläche des Positivstromabnehmers gebildet ist. Die negative Elektrode ist aus einem Negativstromabnehmer, der aus Harz hergestellt ist, und einer Negativelektrodenaktivmaterialschicht gebildet, die auf einem mittleren Teil einer Oberfläche des Negativstromabnehmers gebildet ist. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht ist so angeordnet, dass sie der Positivelektrodenaktivmaterialschicht gegenüberliegt. Der Separator ist zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode eingefügt.
Darüber hinaus beinhalten die oben beschriebenen Stromspeicherzellen jeweils ein Dichtungsteil, das aus thermoplastischem Harz hergestellt ist. Das Dichtungsteil ist an den Umfangsrändern der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet. Das Dichtungsteil hält einen Abstand zwischen dem Positivstromabnehmer und dem Negativstromabnehmer aufrecht, um einen Kurzschluss zwischen dem Positivstromabnehmer und dem Negativstromabnehmer zu verhindern, und bildet einen abgedichteten Raum zwischen dem Positivstromabnehmer und dem Negativstromabnehmer, wobei der abgedichtete Raum mit einem Flüssigelektrolyten gefüllt ist.
Zitierliste
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2017-16825
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Eines der Verfahren zur Erhöhung der Energiedichte von Stromspeicherzellen des Stapeltyps, bei denen eine Vielzahl von positiven Elektroden und eine Vielzahl von negativen Elektroden abwechselnd mit einem dazwischen eingefügten Separator gestapelt sind, ist die Erhöhung des relativen Verhältnisses der Aktivmaterialschichten in einer Stapelrichtung der Stromspeicherzellen durch die Verwendung von Stromabnehmern mit einer dünnen Folienform, wie einer Metallfolie. Wenn die Folienstromabnehmer jedoch für die wie oben beschrieben konfigurierte Stromspeichervorrichtung angewandt werden, ändert sich das Volumen der aus thermoplastischem Harz hergestellten Dichtungsteile während des Wärmeschweißens aufgrund einer Abnahme der Dehnungsspannung der Stromabnehmer, so dass sich in den Stromabnehmern leicht Falten bilden. Die Falten in den Stromabnehmern führen zu einer Leckage des Flüssigelektrolyten aufgrund einer mangelnden Abdichtung in den Dichtungsteilen und zu einem Kurzschluss zwischen den Stromabnehmern.
Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht der obigen Umstände getätigt und ist darauf gerichtet, in einer Stromspeichervorrichtung, die Stromabnehmer, die eine Folienform aufweisen und in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sind, ein Dichtungsteil, das zwischen zwei beliebigen der benachbarten Stromabnehmern angeordnet ist, und einen abgedichteten Raum, der aus zwei beliebigen der benachbarten Stromabnehmern und dem Dichtungsteil gebildet ist und einen Flüssigelektrolyten beherbergt, beinhaltet, die in den Stromabnehmern gebildeten Falten zu reduzieren.
Lösung des Problems
Eine Stromspeichervorrichtung zum Erreichen des oben beschriebenen Zwecks beinhaltet eine positive Elektrode, die eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet, die auf einer ersten Oberfläche eines Positivstromabnehmers gebildet ist, eine negative Elektrode, die eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet, die auf einer ersten Oberfläche eines Negativstromabnehmers gebildet ist, wobei die Negativelektrodenaktivmaterialschicht so angeordnet ist, dass sie der Positivelektrodenaktivmaterialschicht der positiven Elektrode gegenüberliegt, einen Separator, der zwischen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht eingefügt ist, und ein Dichtungsteil, das zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode so angeordnet ist, dass das Dichtungsteil die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht umschließt, wobei das Dichtungsteil an der ersten Oberfläche des Positivstromabnehmers und der ersten Oberfläche des Negativstromabnehmers haftet, um einen abgedichteten Raum zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode zu bilden, wobei der abgedichtete Raum einen Flüssigelektrolyten beherbergt. Einer von dem Positivstromabnehmer und dem Negativstromabnehmer ist aus Aluminiumfolie mit einer Dicke von 1 bis 50 µm hergestellt. Der andere von dem Positivstromabnehmer und dem Negativstromabnehmer ist aus einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von 1 bis 50 µm oder einer Kupferfolie mit einer Dicke von 1 bis 25 µm hergestellt. Das Dichtungsteil ist aus einem thermoplastischen Harz auf Polyolefinbasis hergestellt. Das thermoplastische Harz auf Polyolefinbasis weist eine Peakspitzentemperatur von 135°C oder weniger auf, die einer Schweißtemperatur entspricht, bei der die Haftfestigkeit maximal wird.
In der oben beschriebenen Stromspeichervorrichtung ist der andere von dem Positivstromabnehmer und dem Negativstromabnehmer bevorzugt aus einer Kupferfolie mit einer Dicke von 1 bis 25 µm hergestellt.
In der oben beschriebenen Stromspeichervorrichtung weist das thermoplastische Harz auf Polyolefinbasis bevorzugt einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 25 × 10^-5/°C oder weniger auf.
In der oben beschriebenen Stromspeichervorrichtung weist die Stromspeichervorrichtung bevorzugt eine Struktur auf, bei der die positive Elektrode, die negative Elektrode und der Separator übereinander gestapelt sind und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche im Positivstromabnehmer gegenüberliegt, und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche im Negativstromabnehmer gegenüberliegt, miteinander in Kontakt sind.
Ein Verfahren zur Herstellung der Stromspeichervorrichtung beinhaltet: Anordnen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode in einer solchen Weise, dass die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht einander in einer Stapelrichtung gegenüberliegen, wobei der Separator zwischen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht eingefügt ist, und Anordnen eines Dichtungsmaterials an den Umfangsrändern der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, wobei das Dichtungsmaterial aus dem thermoplastischen Harz auf Polyolefinbasis hergestellt ist; und Bilden des Dichtungsteils durch Heißschweißen, bei dem das Dichtungsmaterial auf eine Temperatur von 135°C oder weniger erwärmt wird, um zu bewirken, dass das Dichtungsmaterial an der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und dem Separator haftet.
Vorteilhafter Effekt der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden in einer Stromspeichervorrichtung, die Stromabnehmer, die eine Folienform aufweisen und in einer Stapelrichtung benachbart angeordnet sind, ein Dichtungsteil, das zwischen zwei beliebigen der benachbarten Stromabnehmern angeordnet ist, und einen abgedichteten Raum, der aus zwei beliebigen der benachbarten Stromabnehmern und dem Dichtungsteil gebildet ist und einen Flüssigelektrolyten beherbergt, beinhaltet, die in den Stromabnehmern gebildeten Falten reduziert.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht einer Stromspeichervorrichtung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Eine Stromspeichervorrichtung 10, wie in 1 dargestellt, ist beispielsweise ein Stromspeichermodul, das für eine Batterie verschiedener Fahrzeuge, wie etwa eines Gabelstaplers, eines Hybridfahrzeugs und eines Elektrofahrzeugs, verwendet wird. Beispiele für die Stromspeichervorrichtung 10 beinhalten wiederaufladbare Batterien wie etwa Nickel-Wasserstoff-Sekundärbatterien oder Lithium-Ionen-Sekundärbatterien. Die Stromspeichervorrichtung 10 kann ein elektrischer Doppelschichtkondensator sein. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Stromspeichervorrichtung 10 ein Lithium-Ionen-Akku ist.
Bezugnehmend auf 1 beinhaltet die Stromspeichervorrichtung 10 einen Zellenstapel 30 (Stapelkörper), der aus einer Vielzahl von Stromspeicherzellen 20 gebildet ist, die in einer Stapelrichtung gestapelt (gestapelt) sind. Die Stapelrichtung der Vielzahl von Stromspeicherzellen 20 wird im Folgenden einfach als Stapelrichtung bezeichnet. Jede der Stromspeicherzellen 20 beinhaltet eine positive Elektrode 21, eine negative Elektrode 22, einen Separator 23 und ein Dichtungsteil 24.
Die positive Elektrode 21 beinhaltet einen Positivstromabnehmer 21a und eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b, die auf einer ersten Oberfläche 21a1 des Positivstromabnehmers 21a gebildet ist. In der Draufsicht in der Stapelrichtung (im Folgenden einfach Draufsicht genannt) ist die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b in einem mittleren Abschnitt der ersten Oberfläche 21a1 des Positivstromabnehmers 21a gebildet. Ein Umfangsrandabschnitt der ersten Oberfläche 21a1 des Positivstromabnehmers 21a in der Draufsicht entspricht einem unbeschichteten Abschnitt 21c der positiven Elektrode, auf dem die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b nicht gebildet ist. Der unbeschichtete Abschnitt 21c der positiven Elektrode ist so angeordnet, dass er in der Draufsicht die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b umschließt.
Die negative Elektrode 22 beinhaltet einen Negativstromabnehmer 22a und eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b, die auf einer ersten Oberfläche 22a1 des Negativstromabnehmers 22a gebildet ist. In der Draufsicht ist die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b in einem mittleren Abschnitt der ersten Oberfläche 22a1 des Negativstromabnehmers 22a gebildet. Ein Umfangsrandabschnitt der ersten Oberfläche 22a1 des Negativstromabnehmers 22a entspricht in der Draufsicht einem unbeschichteten Abschnitt 22c der negativen Elektrode, auf dem die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b nicht gebildet ist. Der unbeschichtete Abschnitt 22c der negativen Elektrode ist so angeordnet, dass er in der Draufsicht die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b umschließt.
Die positive Elektrode 21 und die negative Elektrode 22 sind so angeordnet, dass die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b in der Stapelrichtung einander gegenüberliegen. Das heißt, eine Richtung, in der die positive Elektrode 21 und die negative Elektrode 22 einander gegenüberliegen, fällt mit der Stapelrichtung zusammen. Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b ist etwas größer als die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b, und ein Gesamtbereich, in dem die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b gebildet ist, befindet sich innerhalb eines Bereichs, in dem die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b gebildet ist.
Der Positivstromabnehmer 21a hat eine zweite Oberfläche 21a2, die der ersten Oberfläche 21a1 gegenüberliegt. Die positive Elektrode 21 ist eine Elektrode mit einer monopolaren Struktur, bei der weder die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b noch die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b auf der zweiten Oberfläche 21a2 des Positivstromabnehmers 21a gebildet ist. Der Negativstromabnehmer 22a hat eine zweite Oberfläche 22a2, die der ersten Oberfläche 22a1 gegenüberliegt. Die negative Elektrode 22 ist eine Elektrode mit einer monopolaren Struktur, bei der weder die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b noch die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b auf der zweiten Oberfläche 22a2 des Negativstromabnehmers 22a gebildet ist.
Der Separator 23 ist zwischen der positiven Elektrode 21 und der negativen Elektrode 22 eingefügt und verhindert einen Kurzschluss zwischen der positiven Elektrode 21 und der negativen Elektrode 22, indem er einen Abstand dazwischen hält, während er Ladungsträger wie etwa Lithiumionen durch den Separator 23 passieren lässt.
Der Separator 23 ist beispielsweise eine poröse Folie (Sheet) oder ein Vliesstoff, der ein Polymer enthält, das den Flüssigelektrolyten absorbiert und im Inneren hält. Als Materialien für den Separator 23 können beispielsweise Polypropylen, Polyethylen, Polyolefin und Polyester verwendet werden. Der Separator 23 kann eine einschichtige oder mehrschichtige Struktur aufweisen. Die mehrschichtige Struktur kann beispielsweise eine Klebeschicht und eine Keramikschicht als eine hitzebeständige Schicht enthalten.
Das Dichtungsteil 24 ist an den Umfangsrändern des Positivstromabnehmers 21a und des Negativstromabnehmers 22a zwischen der ersten Oberfläche 22a1 des Positivstromabnehmers 21a der positiven Elektrode 21 und der ersten Oberfläche 22a1 des Negativstromabnehmers 22a der negativen Elektrode 22 angeordnet. Das Dichtungsteil 24 haftet sowohl an dem Positivstromabnehmer 21a als auch an dem Negativstromabnehmer 22a. Das Dichtungsteil 24 isoliert den Positivstromabnehmer 21a und den Negativstromabnehmer 22a elektrisch voneinander, um einen Kurzschluss zwischen den Stromabnehmern zu verhindern.
Das Dichtungsteil 24 ist in einer Rahmenform gebildet, die sich entlang der Umfangsrandabschnitte des Positivstromabnehmers 21a und des Negativstromabnehmers 22a erstreckt und den Positivstromabnehmer 21a und den Negativstromabnehmer 22a in der Draufsicht umschließt. Das Dichtungsteil 24 ist zwischen dem unbeschichteten Abschnitt 21c der positiven Elektrode der ersten Oberfläche 21a1 des Positivstromabnehmers 21a und dem unbeschichteten Abschnitt 22c der negativen Elektrode der ersten Oberfläche 22a1 des Negativstromabnehmers 22a angeordnet.
In der Stromspeicherzelle 20 befindet sich ein abgedichteter Raum S, der von dem Dichtungsteil 24 mit einer Rahmenform, der positiven Elektrode 21 und der negativen Elektrode 22 umgeben ist. Der Separator 23 und der Flüssigelektrolyt sind in dem abgedichteten Raum S beherbergt. Es ist anzumerken, dass ein Umfangsrandabschnitt des Separators 23 in das Dichtungsteil 24 eingebettet ist. Somit ist das Dichtungsteil 24 zwischen der positiven Elektrode 21 und der negativen Elektrode 22 so angeordnet, dass das Dichtungsteil 24 die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b umschließt und an der ersten Oberfläche 21a1 des Positivstromabnehmers 21a und der ersten Oberfläche 22a1 des Negativstromabnehmers 22a haftet, um den abgedichteten Raum S zwischen der positiven Elektrode 21 und der negativen Elektrode 22 zu bilden, wobei der abgedichtete Raum den Flüssigelektrolyten beherbergt.
Das Dichtungsteil 24 bildet zusammen mit der positiven Elektrode 21 und der negativen Elektrode 22 den abgedichteten Raum S, um zu verhindern, dass der in dem abgedichteten Raum S untergebrachte Flüssigelektrolyt aus der Stromspeicherzelle 20 herausfließt. Darüber hinaus verhindert das Dichtungsteil 24, dass Feuchtigkeit von der Außenseite der Stromspeichervorrichtung 10 in den abgedichteten Raum S eindringt. Darüber hinaus verhindert das Dichtungsteil 24, dass beispielsweise Gas, das von der positiven Elektrode 21 oder der negativen Elektrode 22 aufgrund einer Lade- oder Entladereaktion oder dergleichen erzeugt wird, aus der Stromspeichervorrichtung 10 entweicht.
Der Zellstapel 30 weist eine Struktur auf, bei der die Vielzahl von Stromspeicherzellen 20 so gestapelt sind, dass die zweite Oberfläche 21a2 jedes der Positivstromabnehmern 21a und die zweite Oberfläche 22a2 jedes der Negativstromabnehmern 22a miteinander in Kontakt sind. Bei dieser Struktur sind die Vielzahl von Stromspeicherzellen 20, die den Zellenstapel 30 bilden, in Reihe geschaltet.
Hier wird in dem Zellstapel 30 aus zwei beliebigen der in Stapelrichtung benachbarten Stromspeicherzellen 20 eine simulierte bipolare Elektrode 25 gebildet, in der der Positivstromabnehmer 21a und der Negativstromabnehmer 22a, die miteinander in Kontakt sind, als ein Stromabnehmer betrachtet werden. Die simulierte bipolare Elektrode 25 beinhaltet einen Stromabnehmer mit einer Struktur, bei der der Positivstromabnehmer 21a auf dem Negativstromabnehmer 22a gestapelt ist, wobei die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b auf einer Oberfläche des Stromabnehmers gebildet ist und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b auf der anderen Oberfläche des Stromabnehmers gebildet ist.
Das Dichtungsteil 24 jeder der Stromspeicherzellen 20 hat einen äußeren Umfangsabschnitt 24a, der sich nach außen über jeden Randabschnitt des Positivstromabnehmers 21a und des Negativstromabnehmers 22a hinaus erstreckt. In Stapelrichtung gesehen, ragt der äußere Umfangsabschnitt 24a in einer Richtung orthogonal zur Stapelrichtung über jeden Randabschnitt des Positivstromabnehmers 21a und des Negativstromabnehmers 22a hinaus. Zwei beliebige, in Stapelrichtung benachbarte Stromspeicherzellen 20 sind integriert, indem der äußere Umfangsabschnitt 24a des Dichtungsteils 24 einer der Stromspeicherzellen 20 und der äußere Umfangsabschnitt 24a des Dichtungsteils 24 der anderen Stromspeicherzelle 20 aneinander gehaftet werden. Beispiele für ein Verfahren, bei dem die benachbarten Dichtungsteile 24 aneinander gehaftet werden, beinhalten bekannte Schweißverfahren wie etwa Wärmeschweißen, Ultraschallschweißen oder Infrarotschweißen.
Die Stromspeichervorrichtung 10 beinhaltet ein Paar Stromleiter, d.h. eine leitfähige Positivelektrodenplatte (40) und eine leitfähige Negativelektrodenplatte (50), die so angeordnet sind, dass sie den Zellstapel 30 in der Stapelrichtung des Zellstapels 30 zwischen sich halten. Die leitfähige Positivelektrodenplatte 40 und die leitfähige Negativelektrodenplatte 50 sind jeweils aus einem Material mit hoher Leitfähigkeit hergestellt.
Die leitfähige Positivelektrodenplatte 40 ist elektrisch mit der zweiten Oberfläche 21a2 des Positivstromabnehmers 21a der positiven Elektrode 21 verbunden, die an einem Ende des Zellstapels 30 in Stapelrichtung angeordnet ist. Die leitfähige Negativelektrodenplatte 50 ist elektrisch mit der zweiten Oberfläche 22a2 des Negativstromabnehmers 22a der negativen Elektrode 22 verbunden, die am anderen Ende des Zellstapels 30 in der Stapelrichtung angeordnet ist.
Die Stromspeichervorrichtung 10 wird über Anschlüsse, die in der leitfähigen Positivelektrodenplatte 40 und der leitfähigen Negativelektrodenplatte 50 bereitgestellt sind, geladen oder entladen. Für die leitfähige Positivelektrodenplatte 40 kann das gleiche Material wie für den Positivstromabnehmer 21a verwendet werden. Die leitfähige Positivelektrodenplatte 40 kann aus einer Metallplatte hergestellt sein, die dicker ist als die des für den Zellstapel 30 verwendeten Positivstromabnehmers 21a. Für die leitfähige Negativelektrodenplatte 50 kann das gleiche Material wie für den Negativstromabnehmer 22a verwendet werden. Die leitfähige Negativelektrodenplatte 50 kann aus einer Metallplatte hergestellt sein, die dicker ist als die des Negativstromabnehmers 22a, der für den Zellstapel 30 verwendet wird.
Im Folgenden werden Einzelheiten des Positivstromabnehmers 21a, des Negativstromabnehmers 22a, der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b, der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b, des Flüssigelektrolyten und des Dichtungsteils 24 beschrieben.
<Positivstromabnehmer und Negativstromabnehmer>
Der Positivstromabnehmer 21a und der Negativstromabnehmer 22a sind ein chemisch inaktiver elektrischer Leiter, durch den während des Ladens oder Entladens der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie kontinuierlich ein Strom in die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b und die negative Elektrodenaktivmaterialschicht 22b fließt.
Einer von dem Positivstromabnehmer 21a und dem Negativstromabnehmer 22a ist aus Aluminiumfolie hergestellt, und der andere von dem Positivstromabnehmer 21a und dem Negativstromabnehmer 22a ist aus Aluminiumfolie oder Kupferfolie hergestellt. In einem bevorzugten Beispiel für den Positivstromabnehmer 21a und den Negativstromabnehmer 22a ist der Positivstromabnehmer 21a aus Aluminiumfolie hergestellt und der Negativstromabnehmer 22a aus Kupferfolie hergestellt.
Die oben beschriebene Aluminiumfolie hat eine Dicke von 1 bis 50 µm, bevorzugt von 1 bis 20 µm. Die Energiedichte der Stromspeicherzelle 20 wird durch die Verwendung dünner Aluminiumfolie erhöht. Außerdem wird durch die Verwendung der dünnen Aluminiumfolie die Höhe der Stromspeichervorrichtung 10 in Stapelrichtung verringert.
Die oben beschriebene Aluminiumfolie hat eine Dehnungsspannung, die als Produkt aus Young-Modul und Dicke berechnet wird. Die Dehnungsspannung beträgt beispielsweise bevorzugt 70 MPa.mm oder mehr und bevorzugt 1050 MPa-mm oder weniger.
Eine Dicke der oben beschriebenen Kupferfolie beträgt von 1 bis 25 µm, oder bevorzugt von 1 bis 15 µm. Die Energiedichte der Stromspeicherzelle 20 wird durch die Verwendung einer dünnen Kupferfolie erhöht. Außerdem wird durch die Verwendung der dünnen Kupferfolie eine Höhe der Stromspeichervorrichtung 10 in Stapelrichtung verringert.
Die oben beschriebene Kupferfolie hat eine Dehnungsspannung, die als Produkt aus Young-Modul und Dicke berechnet wird. Die Dehnungsspannung beträgt beispielsweise bevorzugt 120 MPa.mm oder mehr und bevorzugt 1800 MPa-mm oder weniger.
Die Oberflächen der oben beschriebenen Aluminiumfolie und Kupferfolie können mit einer bekannten Schutzschicht überzogen oder mit einem bekannten Verfahren wie etwa Plattieren behandelt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden Beschreibung der Positivstromabnehmer 21a und der Negativstromabnehmer 22a einfach als Stromabnehmer bezeichnet werden, wenn sie nicht identifiziert werden.
<Positivelektrodenaktivmaterialschicht und Negativelektrodenaktivmaterialschicht>
Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b enthält ein Positivelektrodenaktivmaterial, das Ladungsträger wie etwa Lithium-Ionen absorbiert und desorbiert. In einem Beispiel sind ein Lithium-Verbundmetalloxid mit einer geschichteten Steinsalzstruktur, ein Metalloxid mit einer Spinellstruktur und eine polyanionische Verbindung als Positivelektrodenaktivmaterial der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendbar. Zwei oder mehr Arten von Positivelektrodenaktivmaterialien können in Kombination verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b Lithiumeisenphosphat (LiFePO₄) vom Olivintyp als die polyanionische Verbindung.
Die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b ist nicht auf ein bestimmtes Material beschränkt, und jedes Material kann für die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b verwendet werden, solange die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b aus einer einzelnen Substanz, einer Legierung oder einer Verbindung besteht, die Ladungsträger wie Lithiumionen absorbiert und desorbiert. Beispiele für das Negativelektrodenaktivmaterial beinhalten Li, Kohlenstoff, eine Metallverbindung, ein mit Lithium legiertes Element, eine Verbindung davon und dergleichen. Beispiele für Kohlenstoff beinhalten natürlichen Graphit, künstlichen Graphit, Hartkohlenstoff (nichtgraphitierender Kohlenstoff) und Weichkohlenstoff (graphitierender Kohlenstoff). Beispiele für künstlichen Kohlenstoff beinhalten hochorientierten Graphit, Mesokohlenstoff-Mikrokugeln und dergleichen. Beispiele für mit Lithium legierte Elemente beinhalten Silicium (Silicium) und Zinn. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b Graphit als kohlenstoffbasierte Materialien.
Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b (im Folgenden auch einfach als Aktivmaterialschicht bezeichnet) können ferner ein leitfähiges Hilfsmittel, ein Bindemittel, einen Elektrolyten (Polymermatrix, ionenleitfähiges Polymer, Flüssigelektrolyt und dergleichen) und ein den Elektrolyten unterstützendes Salz (Lithiumsalz), das die Ionenleitfähigkeit erhöht, und dergleichen enthalten. Die in der Aktivmaterialschicht enthaltenen Komponenten oder das Mischungsverhältnis der Komponenten und eine Dicke der Aktivmaterialschicht sind nicht auf bestimmte Komponenten, ein bestimmtes Mischungsverhältnis und eine bestimmte Dicke beschränkt und können geeignet unter Bezugnahme auf allgemein bekannte Lithium-Ionen-Sekundärbatterien bestimmt werden. Die Dicke der Aktivmaterialschicht beträgt beispielsweise 2 bis 150 µm.
Das leitfähige Hilfsmittel wird zugegeben, um die Leitfähigkeit der positiven Elektrode 21 oder der negativen Elektrode 22 zu erhöhen. Das leitfähige Hilfsmittel ist beispielsweise Acetylenruß, Ruß oder Graphit.
Beispiele für das Bindemittel sind: fluorhaltige Harze wie etwa Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorethylen und Fluorkautschuk; thermoplastische Harze wie etwa Polypropylen und Polyethylen; Harze auf Imidbasis wie etwa Polyimid und Polyamidimid; alkoxysilylgruppenhaltige Harze; Acrylharze wie etwa Poly(meth)acrylsäure; Styrol-Butadien-Kautschuk; Carboxymethylcellulose; Alginate wie etwa Natriumalginat und Ammoniumalginat; wasserlösliche vernetzte Celluloseester; und Stärke-Acrylsäure-Pfropfpolymere. Diese Bindemittel können allein oder in einer beliebigen Kombination von zwei oder mehr verwendet werden. Als Lösungsmittel oder Dispersionsmedium wird Wasser, N-Methyl-2-Pyrrolidon oder dergleichen verwendet.
Zur Bildung der Aktivmaterialschicht auf den Oberflächen des Positivstromabnehmers 21a und des Negativstromabnehmers 22a kann ein bekanntes Verfahren wie etwa ein Walzenbeschichtungsverfahren verwendet werden.
Um die thermische Stabilität der positiven Elektrode 21 oder der negativen Elektrode 22 zu erhöhen, kann die oben beschriebene hitzebeständige Schicht auf der Oberfläche der Aktivmaterialschicht gebildet werden.
<Dichtungsteil>
Die Dicke des Dichtungsteils 24 beträgt beispielsweise bevorzugt von 50 bis 1000 µm, stärker bevorzugt von 100 bis 800 µm.
Das Dichtungsteil 24 ist aus einem thermoplastischen Harz auf Polyolefinbasis hergestellt. Beispiele für thermoplastische Harze auf Polyolefinbasis beinhalten Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), modifiziertes Polyethylen (modifiziertes PE), modifiziertes Polypropylen (modifiziertes PP), Isopren, modifiziertes Isopren, Polybuten, modifiziertes Polybuten und Polybutadien. Beispiele für modifiziertes Polyethylen beinhalten säuremodifiziertes Polyethylen und epoxidmodifiziertes Polyethylen. Beispiele für modifiziertes Polypropylen beinhalten säuremodifiziertes Polypropylen und epoxidmodifiziertes Polypropylen. Es wird darauf hingewiesen, dass zwei oder mehr der oben beschriebenen Harze auf Polyolefinbasis in Kombination verwendet werden können.
Das oben beschriebene thermoplastische Harz auf Polyolefinbasis weist eine Peakspitzentemperatur von 135°C oder weniger auf. Die Peakspitzentemperatur des thermoplastischen Harzes auf Polyolefinbasis entspricht einer Schweißtemperatur, bei der die Haftfestigkeit eines Stapelkörpers, der dadurch gebildet wird, dass bewirkt wird, dass Aluminiumfolien oder Aluminiumfolie und Kupferfolie mit dazwischen eingefügtem thermoplastischen Harz auf Polyolefinbasis durch Wärmeschweißen aneinander haften, relativ zu einer Temperatur während des Wärmeschweißens maximal wird. Die Haftkraft ist ein Wert, der berechnet wird, indem eine durch einen 180°-Abziehtest erhaltene Abziehfestigkeit durch eine Haftbreite dividiert wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Haftkraft zwischen dem Positivstromabnehmer 21a und dem Negativstromabnehmer 22a, die mit dem Dichtungsteil 24 aneinander haften, bevorzugt 0,8 N/mm oder mehr, oder stärker bevorzugt 1,0 N/mm oder mehr beträgt.
Der Schmelzpunkt des oben beschriebenen thermoplastischen Harzes auf Polyolefinbasis beträgt beispielsweise bevorzugt 70°C oder mehr, oder stärker bevorzugt 90°C oder mehr.
Der lineare Ausdehnungskoeffizient des thermoplastischen Harzes auf Polyolefinbasis beträgt zum Beispiel bevorzugt 25 × 10^-5/°C oder weniger, oder stärker bevorzugt 15 × 10^-5/°C oder weniger. Wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient des oben beschriebenen thermoplastischen Harzes auf Polyolefinbasis 15 × 10^-5/°C oder weniger beträgt, wird der Effekt der Verringerung der im Stromabnehmer gebildeten Falten verstärkt.
<Flüssigelektrolyt>
Beispiele für einen Flüssigelektrolyten sind ein Flüssigelektrolyt, der ein nichtwässriges Lösungsmittel enthält, und ein in dem nichtwässrigen Lösungsmittel gelöstes Elektrolytsalz. Ein bekanntes Lithiumsalz wie etwa LiClO₄, LiAsF₆, LiPF₆, LiBF₄, LiCF₃SO₃, LiN(FSO₂)₂ oder LiN(CF₃SO₂)₂ kann als Elektrolytsalz verwendet werden. Als nichtwässriges Lösungsmittel kann ein bekanntes Lösungsmittel wie etwa cyclische Carbonate, cyclische Ester, Kettencarbonate, Kettenester oder Ether verwendet werden. Es ist zu beachten, dass zwei oder mehr dieser bekannten Lösungsmittel in Kombination verwendet werden können.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der Stromspeichervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Die Stromspeichervorrichtung 10 wird durch einen Elektrodenformungsprozess, einen Stromspeicherzellenformungsprozess und einen Zellenstapelformungsprozess hergestellt, die in dieser Reihenfolge durchgeführt werden.
<Elektrodenformungsprozess>
Der Elektrodenbildungsprozess umfasst einen Positivelektrodenbildungsprozess zur Bildung der positiven Elektrode 21 und einen Negativelektrodenbildungsprozess zur Bildung der negativen Elektrode 22.
Der Positivelektrodenbildungsprozess ist nicht auf ein bestimmtes Verfahren beschränkt, und es kann ein bekanntes Verfahren angewandt werden, um die positive Elektrode 21, die den Positivstromabnehmer 21a und die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b beinhaltet, zu bilden. Zum Beispiel wird eine Positivelektrodenmischung, die durch Verfestigung die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b wird, auf die erste Oberfläche 21a1 der Aluminiumfolie als Positivstromabnehmer 21a in einer solchen Weise aufgebracht, dass die aufgebrachte Positivelektrodenmischung eine bestimmte Dicke hat, und dann wird ein für die Positivelektrodenmischung geeigneter Verfestigungsprozess durchgeführt, um die positive Elektrode 21 zu bilden.
Der Negativelektrodenbildungsprozess ist nicht auf ein bestimmtes Verfahren beschränkt, und es kann ein bekanntes Verfahren angewandt werden, um die negative Elektrode 22, die den Negativstromabnehmer 22a und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b beinhaltet, zu bilden. Zum Beispiel wird eine Negativelektrodenmischung, die durch Verfestigung die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b wird, auf die erste Oberfläche 22a1 der Kupferfolie als Negativstromabnehmer 22a in einer solchen Weise aufgebracht, dass das aufgebrachte Negativelektrodenmaterial eine bestimmte Dicke hat, und dann wird ein für die Negativelektrodenmischung geeigneter Verfestigungsprozess durchgeführt, um die negative Elektrode 22 zu bilden.
<Stromspeicherzellenformungsprozess >
Bei dem Stromspeicherzellenformungsprozess werden zunächst die positive Elektrode 21 und die negative Elektrode 22 so angeordnet, dass die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b in Stapelrichtung mit dem dazwischen eingefügten Separator 23 einander gegenüberliegen, und ein Dichtungsmaterial, das das Dichtungsteil 24 wird, wird an den Umfangsrändern der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b zwischen der positiven Elektrode 21 und der negativen Elektrode 22 angeordnet. In einem Beispiel wird eine Harzfolie (Sheet), die aus dem oben beschriebenen thermoplastischen Harz auf Polyolefinbasis hergestellt ist und eine Dicke von 50 bis 100 µm aufweist, in der gleichen Form wie die Form des Dichtungsteils 24 in der Draufsicht als Dichtungsmaterial geschnitten.
Dann wird das Dichtungsmaterial auf eine Temperatur von 135°C oder weniger oder bevorzugt auf die Peakspitzentemperatur des oben beschriebenen thermoplastischen Harzes auf Polyolefinbasis, das das Dichtungsmaterial bildet, erwärmt, um zu bewirken, dass das Dichtungsmaterial durch Wärmeschweißen an der positiven Elektrode 21, der negativen Elektrode 22 und dem Separator 23 haftet. Das wärmegeschweißte Dichtungsmaterial bildet das Dichtungsteil 24. Somit werden die positive Elektrode 21, die negative Elektrode 22, der Separator 23 und das Dichtungsteil 24 integriert, um einen Baugruppenkörper zu bilden.
Als nächstes wird ein Flüssigelektrolyt durch einen Einlass, der in einem Teil des Dichtungsteils 24 angeordnet ist, in den abgedichteten Raum S im Inneren des Baugruppenkörpers gefüllt, und dann wird der Einlass abgedichtet. Auf diese Weise wird die Stromspeicherzelle 20 gebildet.
<Zellenstapelformungsprozess>
Bei dem Zellenstapelformungsprozess wird zunächst die Vielzahl von Stromspeicherzellen 20 so gestapelt, dass die zweite Oberfläche 21a2 jedes Positivstromabnehmers 21a und die zweite Oberfläche 22a2 jedes Negativstromabnehmers 22a einander gegenüberliegen. Dann wird bewirkt, dass die äußeren Umfangsabschnitte 24a der Dichtungsteile 24 in zwei beliebigen, in Stapelrichtung benachbarten Stromspeicherzellen 20 aneinander haften, um die Vielzahl von Stromspeicherzellen 20 zu integrieren.
Als nächstes wird die leitfähige Positivelektrodenplatte 40 auf die zweite Oberfläche 21a2 des Positivstromabnehmers 21a der positiven Elektrode 21, die an dem einen Ende des Zellstapels 30 angeordnet ist, in der Stapelrichtung in einem elektrisch verbundenen Zustand gestapelt und daran befestigt. In ähnlicher Weise wird die leitfähige Negativelektrodenplatte 50 auf die zweite Oberfläche 22a2 des Negativstromabnehmers 22a der negativen Elektrode 22, die am anderen Ende des Zellstapels 30 angeordnet ist, in der Stapelrichtung in einem elektrisch verbundenen Zustand gestapelt und daran befestigt.
Die vorliegende Ausführungsform bietet die folgenden Vorteile.

(1) Die Stromspeichervorrichtung 10 beinhaltet die positiven Elektroden 21, die jeweils den Positivstromabnehmer 21a und die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b aufweisen, die negativen Elektroden 22, die jeweils den Negativstromabnehmer 22a und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b aufweisen, den Separator 23, der zwischen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b angeordnet ist, und das Dichtungsteil 24, der mit der positiven Elektrode 21 und der negativen Elektrode 22 zusammenwirkt, um den abgedichteten Raum S zu bilden, der den Flüssigelektrolyten beherbergt.

Einer von dem Positivstromabnehmer 21a und dem Negativstromabnehmer 22a ist aus Aluminiumfolie mit einer Dicke von 1 bis 50 µm hergestellt. Der andere von dem Positivstromabnehmer 21a und dem Negativstromabnehmer 22a ist aus einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von 1 bis 50 µm oder einer Kupferfolie mit einer Dicke von 1 bis 25 µm hergestellt. Das Dichtungsteil 24 ist aus einem thermoplastischen Harz auf Polyolefinbasis hergestellt. Das thermoplastische Harz auf Polyolefinbasis weist eine Peakspitzentemperatur von 135°C oder weniger auf, die der Schweißtemperatur entspricht, bei der die Haftfestigkeit maximal wird.
In der oben beschriebenen Konfiguration werden Aluminiumfolie und thermoplastisches Harz auf Polyolefinbasis mit einer Peakspitzentemperatur von 135°C oder weniger als eine Kombination eines Materials, das den Stromabnehmer bildet, und eines Materials, das das Dichtungsteil 24 bildet, verwendet. Bei der Verwendung von Stromabnehmern mit einer geringen Dehnungsspannung reduziert diese Konfiguration die Faltenbildung in den Stromabnehmern aufgrund einer Volumenänderung des Dichtungsteils 24. Die Verringerung der in den Stromabnehmern gebildeten Falten verhindert einen Kurzschluss zwischen den Stromabnehmern und die Leckage des Flüssigelektrolyten aus dem mit dem Dichtungsteil 24 abgedichteten Raum S.
(2) Das thermoplastische Harz auf Polyolefinbasis, das das Dichtungsteil 24 bildet, weist einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 25 × 10^-5/°C oder weniger auf.
Diese Konfiguration verstärkt den Effekt der Reduzierung der Faltenbildung in den Positivstromabnehmern 21a und den Negativstromabnehmern 22a.
(3) Die Stromspeichervorrichtung 10 weist eine Struktur auf, in der die positive Elektrode 21, die negative Elektrode 22 und der Separator 23 übereinander gestapelt sind, und die zweite Oberfläche 21a2 gegenüber der ersten Oberfläche 21a1 im Positivstromabnehmer 21a und die zweite Oberfläche 22a2 gegenüber der ersten Oberfläche 22a1 im Negativstromabnehmer 22a stehen miteinander in Kontakt.
In der Stromspeichervorrichtung 10 mit der oben beschriebenen Konfiguration bewirken die in den Positivstromabnehmern 21a und den Negativstromabnehmern 22a gebildeten Falten eine Verringerung der Haftung zwischen der zweiten Oberfläche 21a2 des Positivstromabnehmers 21a und der zweiten Oberfläche 22a2 des Negativstromabnehmers 22a an einem dazwischen liegenden Kontaktabschnitt und eine Erhöhung des mit der Verringerung der Haftung verbundenen Kontaktwiderstands. Dementsprechend verhindert die Verringerung der in den Positivstromabnehmern 21a und den Negativstromabnehmern 22a gebildeten Falten nicht nur den Kurzschluss der Stromabnehmer und die Leckage des Flüssigelektrolyten, sondern unterdrückt auch eine Verringerung der Batterieleistung.
Die vorliegende Ausführungsform kann wie nachstehend beschrieben modifiziert werden. Die vorliegende Ausführungsform und die nachstehenden Modifikationen können miteinander kombiniert werden, sofern keine technischen Widersprüche bestehen.
Die Formen des Positivstromabnehmers 21a und der Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b in der Draufsicht sind nicht besonders begrenzt. Die Formen in der Draufsicht können eine polygonale Form wie etwa ein Rechteck, ein Kreis oder eine Ellipse sein. Das Gleiche gilt für den Negativstromabnehmer 22a und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b.
Die Form des Dichtungsteils 24 in der Draufsicht ist nicht besonders begrenzt und kann eine polygonale Form wie etwa ein Rechteck, ein Kreis oder eine Ellipse sein.
Eine leitfähige Schicht, die an dem Positivstromabnehmer 21a haftet, kann zwischen der leitfähigen Positivelektrodenplatte 40 und dem Positivstromabnehmer 21a gebildet werden, um einen guten elektrischen Kontakt dazwischen zu erhalten. Beispiele für die leitfähige Schicht beinhalten eine Schicht mit einer geringeren Härte als die des Positivstromabnehmers 21a, die aus einer Au-haltigen Plattierungsschicht oder einer kohlenstoffhaltigen Schicht wie etwa Acetylenschwarz oder Graphit hergestellt ist. Die gleiche leitfähige Schicht wie die oben beschriebene kann zwischen der leitfähigen Negativelektrodenplatte 50 und dem Negativstromabnehmer 22a gebildet werden.
Die Anzahl der Stromspeicherzellen 20, die die Stromspeichervorrichtung 10 bilden, ist nicht besonders begrenzt. Die Anzahl der Stromspeicherzellen 20, die die Stromspeichervorrichtung 10 bilden, kann eins sein.
Die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b oder die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b kann auf der zweiten Oberfläche 21a2 jedes der Positivstromabnehmern 21a gebildet sein. Außerdem können die Positivelektrodenaktivmaterialschicht 21b und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht 22b auf der zweiten Oberfläche 22a2 jedes der Negativstromabnehmern 22a gebildet sein.
Im Folgenden wird eine technische Idee beschrieben, die sich aus der oben beschriebenen Ausführungsform und den Modifikationen ergibt.

(I) Ein Verfahren zur Herstellung der Stromspeichervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode in einer solchen Weise, dass die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht einander in einer Stapelrichtung mit dem dazwischen eingefügten Separator gegenüberliegen, und Anordnen eines Dichtungsmaterials an den äußeren Umfängen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode; und Bilden des Dichtungsteils durch Heißschweißen, bei dem das Dichtungsmaterial auf eine Temperatur von 135°C oder weniger erwärmt wird, um zu bewirken, dass das Dichtungsmaterial an der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und dem Separator haftet.

Beispiel
Im Folgenden wird ein weiteres Beispiel beschrieben, das die oben beschriebene Ausführungsform verkörpert.
(Messung der Peakspitzentemperatur eines thermoplastischen Harzes auf Polyolefinbasis)
Eine Aluminiumfolie mit einer rechteckigen Form von 90 mm Breite und 150 mm Tiefe und einer Dicke von 15 µm und eine Kupferfolie mit der gleichen Form wie die Aluminiumfolie und einer Dicke von 10 µm wurden vorbereitet. Nachdem ein Dichtungsmaterial mit einer rechteckigen Form von 15 mm Breite, 150 mm Tiefe und 100 µm Dicke so auf der Aluminiumfolie angeordnet wurde, dass eine Kante des Dichtungsmaterials mit einer Kante der Aluminiumfolie ausgerichtet war, wurde die Kupferfolie so auf dem Dichtungsmaterial angeordnet, dass eine Kante der Kupferfolie mit der Kante der Aluminiumfolie ausgerichtet war, um einen Stapelkörper zu bilden. Als das Dichtungsmaterial wurde eine Harzfolie (Sheet) verwendet, die entweder aus säuremodifizierten Polyethylenharzen (PE-A, PE-B) oder aus säuremodifizierten Polypropylenharzen (PP-A, PP-B), wie unten beschrieben, hergestellt ist.
PE-A: ein säuremodifiziertes Polyethylenharz mit einem Schmelzpunkt von 95°C und einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 22 × 10^-5/°C
PE-B: ein säuremodifiziertes Polyethylenharz mit einem Schmelzpunkt von 85°C und einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 13 × 10^-5/°C
PP-A: ein säuremodifiziertes Polypropylenharz mit einem Schmelzpunkt von 160°C und einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 10 × 10^-5/°C
PP-B: ein säuremodifiziertes Polypropylenharz mit einem Schmelzpunkt von 120°C und einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 12 × 10^-5/°C
Anschließend wurde das Dichtungsmaterial mit einem Impulsschweißgerät erwärmt, damit die Aluminiumfolie und die Kupferfolie mit dem dazwischen eingefügten Dichtungsmaterial aneinander haften. Das Dichtungsmaterial wurde 9,9 Sekunden lang unter einem Druck von 0,5 MPa mit dem Impulsschweißgerät erwärmt, bei dem ein Strom so eingestellt ist, dass das Dichtungsmaterial auf eine in den Tabellen 1 und 2 angegebene Schweißtemperatur erwärmt wird.
Als Messproben wurde ein Streifen verwendet, der durch Schneiden des durch die Verklebung erhaltenen Stapelkörpers in einer Breite von 15 mm orthogonal zu einer anhaftenden Kante des Stapelkörpers erhalten wurde. Die Abziehfestigkeit jeder der Messproben wurde durch einen 180°-Abziehtest gemessen, bei dem die Aluminiumfolie und die Kupferfolie der Messprobe bei Raumtemperatur voneinander abgezogen wurden. Anschließend wurde die Haftfestigkeit jeder der Messproben auf der Grundlage der folgenden Gleichung (1) berechnet. Die berechneten Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt.
$Haftkraft (N / mm) = Abziehfestigkeit (N) \div 15 mm$
Anschließend wurde für jedes der thermoplastischen Harze auf Polyolefinbasis eine Spitzenwerttemperatur Tp anhand eines Diagramms (nicht abgebildet) berechnet, auf dem eine Beziehung zwischen der berechneten Haftkraft und der Schweißtemperatur aufgetragen wurde. Die berechneten Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt. [Tabelle 1]

PE-A PE-B

Schweißtemperatur (°C) 105 120 130 140 165 105 120 130 140 165

Haftkraft (N/mm) 1,25 1,98 1,96 1,83 0,95 0,92 1,42 1,41 1,25 0,99

Tp (°C) 120 120

[Tabelle 2]

PP-A PP-B

Schweißtemperatur (°C) 120 140 165 120 130 140 165

Haftkraft (N/mm) <0,01 <0,01 1,29 1,44 1,46 1,23 1,03

Tp (°C) 165 130
(Bewertung von Falten und Kurzschluss)
Eine Aluminiumfolie mit einer rechteckigen Form von 60 mm Breite und 600 mm Tiefe und einer Dicke von 15 µm und eine Kupferfolie mit der gleichen Form wie die Aluminiumfolie und einer Dicke von 10 µm wurden vorbereitet. Nachdem ein Dichtungsmaterial mit einer rechteckigen Form von 18 mm Breite, 600 mm Tiefe und 100 µm Dicke so auf der Aluminiumfolie angeordnet wurde, dass eine Kante des Dichtungsmaterials mit einer Kante der Aluminiumfolie ausgerichtet war, wurde die Kupferfolie so auf dem Dichtungsmaterial angeordnet, dass eine Kante der Kupferfolie mit der Kante der Aluminiumfolie ausgerichtet war, um einen Stapelkörper zu bilden. Eine Art der Dichtungsmaterialien ist in Tabelle 3 dargestellt.
Anschließend wurde das Dichtungsmaterial unter Verwendung des Impulsschweißgeräts auf die Peakspitzentemperatur jedes der thermoplastischen Harze auf Polyolefinbasis, die das Dichtungsmaterial bilden, erwärmt, um zu bewirken, dass die Aluminiumfolie und die Kupferfolie mit dem dazwischen eingefügten Dichtungsmaterial aneinander haften. Als Messproben wurde ein Streifen verwendet, der durch Schneiden des durch die Verklebung erhaltenen Stapelkörpers in einem Bereich von 60 mm Breite und 100 mm Tiefe erhalten wurde.
Die Oberflächen der Aluminiumfolie und der Kupferfolie der Messprobe wurden visuell betrachtet, und die Anzahl der auf jeder Oberfläche gebildeten Falten wurde gezählt. Darüber hinaus werden Anschlüsse an die Aluminiumfolie und die Kupferfolie der Messprobe angeschlossen und der Elektrodenwiderstand wird durch Messung der Spannung zwischen den Anschlüssen bestimmt. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass „R. O." in einer Spalte eines elektrischen Widerstands in Tabelle 3 eine Nennleistung (rated output) darstellt.
(Flüssigkeitsleckagetest)
Aluminiumfolie (Al-Folie) mit einer quadratischen Form von 150 mm Breite und 150 mm Tiefe und einer Dicke von 10 µm oder 15 µm und Kupferfolie mit der gleichen Form wie die Aluminiumfolie und einer Dicke von 10 µm oder 30 µm wurden vorbereitet. Ein Dichtungsmaterial mit einer quadratischen Rahmenform von 150 mm Breite und 150 mm Tiefe und 10 mm Rahmenbreite und die Kupferfolie wurden so auf die Aluminiumfolie gestapelt, dass die Aluminiumfolie, das Dichtungsmaterial und die Kupferfolie in dieser Reihenfolge in Stapelrichtung angeordnet waren, um einen Stapelkörper zu bilden. Die Arten des Dichtungsmaterials sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Als nächstes wurden Bereiche von 10 mm Breite an drei Seiten des Stapelkörpers unter Verwendung des Impulsschweißgeräts auf die Peakspitzentemperatur des thermoplastischen Harzes auf Polyolefinbasis, das das Dichtungsmaterial bildet, erwärmt, um zu bewirken, dass die Aluminiumfolie und die Kupferfolie mit dem dazwischen eingefügten Dichtungsmaterial aneinander haften. Ein Flüssigelektrolyt von 3 ml wurde in den Stapelkörper von einer nicht haftenden Seite des Stapelkörpers gefüllt, und dann wurde der Stapelkörper an der nicht haftenden Seite durch Vakuumversiegelung abgedichtet, um jede der Messproben zu bilden. Der Flüssigelektrolyt wurde durch Lösen von LiPF₆ in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat, Ethylmethylcarbonat und Dimethylcarbonat in einem Volumenverhältnis von 30:30:40 hergestellt, so dass die Konzentration von LiPF₆ 1 M erreicht.

Die Messproben wurden sieben Tage lang bei einer Temperatur von 60°C belassen. Die Masse jeder Messprobe wurde vor und nach dem Belassen gemessen, und die Massendifferenz zwischen der Messprobe vor dem Belassen und der Messprobe nach dem Belassen wurde berechnet. Der berechnete Wert wurde als Leckagemenge des Flüssigelektrolyten definiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. [Tabelle 3]

	Dichtungsteil			Stromabnehmer		Anzahl an Falten		Elektrischer Widerstand (Ω)	Leckagemenge (g)
	Harzart	Tp (°C)	linearer Ausdehnungskoeffizient (×10^-5/°C)	Dicke von Aluminumfilm (µm)	Dicke von Kupferfilm (µm)	Aluminumfilm	Kupferfilm
Testbeispiel 1	PE-A	≦135	22	15	10	1	0	R. O.	0
Testbeispiel 2	PE-B	≦135	13	15	10	0	0	R. O.	0
Testbeispiel 3	PP-A	135<	10	15	10	20	18	103	1,4
Testbeispiel 4	PP-A	135<	10	10	30	17	1	R. O.	0,5

Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurden in den Testbeispielen 3 und 4, in denen jeweils Harz mit einer Peakspitzentemperatur Tp von mehr als 135°C als das das Ddichtungsteil bildende Harz verwendet wurde, viele Falten in der Aluminiumfolie und der Kupferfolie gesehen, und die Leckage des Flüssigelektrolyten wurde ebenfalls gesehen. Darüber hinaus kam es im Testbeispiel 3 zu einem Kurzschluss zwischen der Aluminiumfolie und der Kupferfolie.
In den Testbeispielen 1 und 2, in denen jeweils Harz mit einer Peakspitzentemperatur Tp von 135°C oder weniger verwendet wurde, waren die in der Aluminiumfolie und der Kupferfolie gebildeten Falten im Vergleich zu den Testbeispielen 3 und 4 deutlich reduziert. Insbesondere im Testbeispiel 2, in dem das Harz mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 15 × 10^-5/°C oder weniger verwendet wurde, wurde keine Falte gebildet. Kurzschluss und Leckage des Flüssigelektrolyten wurden in den Testbeispielen 1 und 2 nicht beobachtet. Obwohl auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird, wurden auch in demselben Test, der unter Verwendung von PP-B mit einer Peakspitzentemperatur Tp von 130°C durchgeführt wurde, kein Kurzschluss und keins Leckage des Flüssigelektrolyten beobachtet und die Faltenbildung in der Aluminiumfolie und der Kupferfolie wurde deutlich reduziert.
Bezugszeichenliste

S: abgedichteter Raum
10: Stromspeichervorrichtung
20: Stromspeicherzelle
21: positive Elektrode
21a: Positivstromabnehmer
21b: Positivelektrodenaktivmaterialschicht
22: negative Elektrode
22a: Negativstromabnehmer
22b: Negativelektrodenaktivmaterialschicht
23: Separator
24: Dichtungsteil
30: Zellenstapel
40: leitfähige Positivelektrodenplatte
50: leitfähige Negativelektrodenplatte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201716825 [0004]

Claims

Stromspeichervorrichtung, die umfasst: eine positive Elektrode, die eine Positivelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet, die auf einer ersten Oberfläche eines Positivstromabnehmers gebildet ist; eine negative Elektrode, die eine Negativelektrodenaktivmaterialschicht beinhaltet, die auf einer ersten Oberfläche eines Negativstromabnehmers gebildet ist, wobei die Negativelektrodenaktivmaterialschicht so angeordnet ist, dass sie der Positivelektrodenaktivmaterialschicht der positiven Elektrode gegenüberliegt; einen Separator, der zwischen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht eingefügt ist; und ein Dichtungsteil, das zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode so angeordnet ist, dass das Dichtungsteil die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht umschließt, wobei das Dichtungsteil an der ersten Oberfläche des Positivstromabnehmers und der ersten Oberfläche des Negativstromabnehmers haftet, um einen abgedichteten Raum zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode zu bilden, wobei der abgedichtete Raum einen Flüssigelektrolyten beherbergt, wobei einer von dem Positivstromabnehmer und dem Negativstromabnehmer aus einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von 1 bis 50 µm gebildet ist, der andere von dem Positivstromabnehmer und dem Negativstromabnehmer aus einer Aluminiumfolie mit einer Dicke von 1 bis 50 µm oder einer Kupferfolie mit einer Dicke von 1 bis 25 µm gebildet ist, das Dichtungsteil aus einem thermoplastischen Harz auf Polyolefinbasis gebildet ist, und das thermoplastische Harz auf Polyolefinbasis eine Peakspitzentemperatur von 135°C oder weniger aufweist, die einer Schweißtemperatur entspricht, bei der die Haftfestigkeit maximal wird.
Stromspeichervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der andere von dem Positivstromabnehmer und dem Negativstromabnehmer aus einer Kupferfolie mit einer Dicke von 1 bis 25 µm hergestellt ist.
Stromspeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das thermoplastische Harz auf Polyolefinbasis einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 25 × 10^-5/°C oder weniger aufweist.
Stromspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stromspeichervorrichtung eine Struktur aufweist, in der die positive Elektrode, die negative Elektrode und der Separator übereinander gestapelt sind, und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche in dem Positivstromabnehmer und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche in dem Negativstromabnehmer miteinander in Kontakt sind.
Verfahren zur Herstellung der Stromspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode in einer solchen Weise, dass die Positivelektrodenaktivmaterialschicht und die Negativelektrodenaktivmaterialschicht einander in einer Stapelrichtung gegenüberliegen, wobei der Separator zwischen der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht angeordnet ist, und Anordnen eines Dichtungsmaterials an den Umfangsrändern der Positivelektrodenaktivmaterialschicht und der Negativelektrodenaktivmaterialschicht zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, wobei das Dichtungsmaterial aus dem thermoplastischen Harz auf Polyolefinbasis hergestellt ist; und Bilden des Dichtungsteils durch Heißschweißen, bei dem das Dichtungsmaterial auf eine Temperatur von 135°C oder weniger erwärmt wird, um zu bewirken, dass das Dichtungsmaterial an der positiven Elektrode, der negativen Elektrode und dem Separator haftet.