DE60021239T2 - Wiederaufladbare Lithiumbatterie und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine wiederaufladbare Lithium-Batterie, die vorzugsweise eine dünne Form aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung der wiederaufladbaren Lithium-Batterie.
  • Zugehöriger Stand der Technik
  • In letzten Jahren ist die globale Erwärmung der Erde wegen des sogenannten Treibhauseffekts, der auf eine Zunahme des CO2-Gasgehalts in der Luft zurückzuführen ist, vorhergesagt worden. In Wärmekraftwerken wird beispielsweise durch Verbrennung eines fossilen Brennstoffs erhaltene Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt, und bei der Verbrennung solch eines fossilen Brennstoffs wird eine große Menge CO2-Gas in die Luft ausgestoßen. Dementsprechend gibt es eine Tendenz, die Errichtung neuer Wärmekraftwerke zu verbieten, um dieser Situation abzuhelfen. Unter diesen Umständen wurde eine sogenannte Belastungsausgleichsmethode vorgeschlagen, um die elektrische Leistung, die in einem Wärmekraftwerk oder Ähnlichem durch Stromgeneratoren erzeugt wird, wirksam auszunutzen, wobei ein in der Nacht nicht verwendeter Überschussstrom durch wiederaufladbare Batterien, die in gewöhnlichen Haushalten installiert sind, gespeichert wird, und der so gespeicherte Strom tagsüber verwendet wird, wenn der Strombedarf größer ist, wodurch der Stromverbrauch ausgeglichen wird.
  • Heutzutage gibt es für Fahrzeuge mit Elektroantrieb, die keine luftverschmutzenden Stoffe wie CO2, NOX, Kohlenwasserstoffe und Ähnliches ausstoßen, einen wachsenden Bedarf, eine wiederaufladbare Hochleistungsbatterie mit einer hohen Energiedichte zu entwickeln, die darin wirksam verwendet werden kann. Außerdem existiert auch ein wachsender Bedarf, eine kleine, leichte, wiederaufladbare Hochleistungsbatterie zu entwickeln, die als eine Stromquelle für tragbare Geräte, z.B. kleine Personal-Computer, Textverarbeitungssysteme, Videokameras und Mobiltelefone verwendet werden kann.
  • Unter diesen Umständen wurden eine wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie und eine wiederaufladbare Lithium-Batterie vorgeschlagen, die sich nach einem solchen Bedarf richten. Und es wurden verschiedene Untersuchungen und Entwicklungen vorgenommen, um ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern.
  • Obwohl die wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie der wiederaufladbaren Lithium-Batterie insoweit unterlegen ist, als sie ein höheres Gewicht hat, weist sie Vorteile dadurch auf, dass sie relativ leicht mit geringeren Produktionskosten im Vergleich zur wiederaufladbaren Lithium-Batterie hergestellt werden kann. Infolgedessen wurden wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterien oft als Stromquellen für tragbare Geräte verwendet. Überdies wurde begonnen, wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterien als Stromquelle für gewisse Fahrzeuge mit Elektroantrieb zu verwenden.
  • Für die wiederaufladbare Lithium-Batterie wurden verschiedene Lithium-Batterien vorgeschlagen mit einer Anode, die aus einem bestimmten Anoden-aktiven Material wie Lithiummetall, einer Lithiumlegierung, einem kohlenstoffhaltigen Material oder Ähnlichem gebildet ist, und einer Kathode, die ein bestimmtes kathoden-aktives Material wie Mangandioxid, Lithiumkobaltoxid, Lithiumnickeloxid oder Ähnliches umfasst. Diese wiederaufladbaren Lithium-Batterien wurden gegenüber den wiederaufladbaren Nickel-Metallhydrid-Batterien speziell in der Hinsicht als überlegen bewertet, dass man erwartet, dass sie eine verhältnismäßig höhere Energiedichte aufweisen. Und es wurden Untersuchungen und Entwicklungen dieser wiederaufladbaren Lithium-Batterien vorgenommen, um sie praktisch verwenden zu können. Einige davon wurden vorzugsweise praktisch als Stromquellen von tragbaren Geräten verwendet.
  • Im Übrigen wird in vielen Fällen für die Gestalt solcher wiederaufladbarer Batterien, die in tragbaren Geräten verwendet werden, eine Zylinderform oder eine prismatische Form eingesetzt. In dem Fall einer prismatischen wiederaufladbaren Batterie kann diese dünner als eine zylindrische wiederaufladbare Batterie gestaltet sein. Prismatische wiederaufladbare Batterien in dünner Form wurden oft in tragbaren Kompaktgeräten verwendet.
  • Zylindrische wiederaufladbare Batterien werden nun allgemein folgendermaßen angefertigt. Zwischen Anode und Kathode wird ein Separator so angeordnet, dass er an jedem Ende teilweise übersteht, und spiralig um eine festgelegte Achse gewickelt, um einen Zylinderkörper auszubilden, der den Separator/die Kathode/den Separator/die Anode/den Separator umfasst. Der Zylinderkörper wird in einen zylindrischen Batteriebehälter durch dessen Öffnung eingefügt. In der Nähe der Öffnung des Batteriebehälters ist ein Kragen ausgebildet. Dann wird eine Elektrolytlösung in den Batteriebehälter eingefüllt, so dass der Separator mit der Elektrolytlösung imprägniert wird. Danach wird eine Deckelung, die auch als ein externer Anschluss dienen kann und die mit einer Innendruckausgleichsöffnung, einer PTC (Positivtemperaturkoeffizienteneinrichtung) und einer Stromabschalteinrichtung versehen ist, so auf den Kragenabschnitt des Batteriebehälters verbracht, dass die Öffnung bedeckt wird; anschließend wird sie mit einer Dichtung abgedichtet. Auf diese Weise erhält man eine zylindrische wiederaufladbare Batterie.
  • Im Allgemeinen wird eine prismatische wiederaufladbare Batterie beispielsweise wie folgt angefertigt. Zwischen der Anode und der Kathode wird ein Separator angeordnet, gefolgt von einem Aufwickeln um eine festgelegte Achse, um einen Zylinderkörper auszubilden, der den Separator/die Kathode/den Separator/die Anode/den Separator enthält. Der Zylinderkörper wird mittels Druckumformung zu einem Flachkörper geformt. Der Flachkörper wird in einen prismatischen Batteriebehälter durch dessen Öffnung eingesetzt. Dann wird eine Deckelung, die auch als ein externer Anschluss dienen kann und die mit einer internen Druckausgleichsöffnung, einer PTC (Positivtemperaturkoeffizienteneinrichtung), einer Stromabschalteinrichtung und einer Flüssigkeitseinführöffnung versehen ist, auf der Öffnung des prismatischen Batteriebehälters angeordnet; danach wird laserstrahlgeschweißt, um die Innere des prismatischen Batteriebehälters abzudichten. Anschließend wird durch die an der Deckelung befindliche Flüssigkeitseinführöffnung eine Elektrolytlösung in den prismatischen Batteriebehälter eingefüllt, so dass der Separator mit der Elektrolytlösung imprägniert wird. Dann wird die Flüssigkeitseinführöffnung abgedichtet. Dadurch erhält man eine prismatische wiederaufladbare Batterie.
  • Jeder zylindrische Batteriebehälter, der bei der Hrstellung der zylindrischen wiederaufladbaren Batterie verwendet wird, und jeder prismatische Batteriebehälter, der bei der Herstellung der prismatischen wiederaufladbaren Batterie verwendet wird, wird durch Tiefziehen eines geeigneten Metallteils wie einer nickelplattierten Eisenplatte, einer Aluminiumplatte oder einer rostfreien Stahlplatte ausgeformt.
  • Vor allem bei der obigen Herstellungsmethode einer prismatischen wiederaufladbaren Batterie ist es erforderlich, einen entsprechend prismatischen Batteriebehälter zu verwenden, dieser wird durch Tiefziehen eines geeigneten Metallteils wie einer nickelplattierten Eisenplatte, einer Aluminiumplatte oder einer rostfreien Stahlplatte ausgeformt. In diesem Fall gibt es eine Einschränkung für das Metallteil, das bearbeitet werden kann, um solch einen prismatischen Batteriebehälter durch Tiefziehen zu formen. Besonders in dem Fall, in dem ein Metallteil wie eine nickelplattierte Eisenplatte, eine Aluminiumplatte oder eine rostfreien Stahlplatte verwendet wird, weist der prismatische Batteriebehälter, der durch Tiefziehen ausgeformt wird, zwangsläufig eine relativ hohe Dicke von etwa 5 mm oder mehr auf. Auch im Falle des Ausformens eines zylindrischen Batteriebehälters durch Tiefziehen ist die Situation ähnlich.
  • Es wird darüber nachgedacht eine Methode anzuwenden, bei der zuerst ein prismatischer Batteriebehälter durch Tiefziehen ausgeformt wird und die Wände des prismatischen Batteriebehälters in Richtung der Materialstärke geschliffen werden, um einen prismatischen Batteriebehälter auszuformen, der eine niedrigere Dicke aufweist als die vorhererwähnte Dicke. Jedoch läuft diese Methode auf einen beachtlichen Anstieg der Herstellungskosten einer prismatischen wiederaufladbaren Batterie hinaus und ist deswegen in der Praxis nicht akzeptabel.
  • Wenn der Batteriebehälter in jedem Fall eine niedrige Dicke aufweist, ist es notwendig, dass die Deckelung eine dementsprechend niedrige Dicke aufweist. Wenn die Deckelung beispielsweise eine Dicke kleiner als etwa 5 mm aufweist, ist es sehr schwer, einen Anschlussdeckel und eine Isolierform an der Deckelung auszuarbeiten, und es ist auch sehr schwierig, eine Flüssigkeitseinführöffnung an der Deckelung einzuarbeiten. Zusätzlich werden in vielen Fällen der Batteriebehälter und die Deckelung mittels Laserstrahlschweißen verschweißt. In diesem Fall hat das Schweißen einen ungünstigen thermischen Effekt auf die Isolierform, die in der Nähe der Stelle angeordnet ist, an der das Schweißen ausgeführt wird.
  • Im Übrigen wurde in den letzten Jahren eine sogenannte wiederaufladbare Flachbatterie entwickelt, die sehr dünn sein kann und einen von einer Verbundschicht überdeckten Batteriehauptkörper umfasst, wobei der Batteriehauptkörper einen Ionenleiter umfasst, der zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet ist; der Ionenleiter umfasst einen Separator, der mit einer Elektrolytlösung imprägniert wird, einen gelartigen Elektrolyten oder einen festen Elektrolyten. Jedoch hat diese wiederaufladbare Flachbatterie Nachteile, z.B. den, dass die Batterie für Verformungen oder Beschädigungen anfällig ist, weil die Verbundschicht bezüglich der mechanischen Beanspruchbarkeit unzureichend ist und deswegen der Einsatzbereich dieser Batterie beschränkt ist.
  • Die 10(a) und 10(b) sind schematische Ansichten, die eine wiederaufladbare Lithium-Batterie, die eine Umhüllung mit einer Verbundschicht umfasst, als ein Beispiel für die vorhererwähnte wiederaufladbare Flachbatterie veranschaulichen.
  • Genauer ist 10(a) eine schematische Perspektivansicht der wiederaufladbaren Lithium-Batterie von der Seite aus betrachtet, und 10(b) ist eine schematische Querschnittsansicht eines peripheren Abschnitts der wiederaufladbaren Lithium-Batterie, und zwar entlang der Linie D-D und von oben betrachtet.
  • In 10(a) bezeichnet Bezugszeichen 1001 ein Paar Leistungsausgangsanschlüsse, die sich von einem Batteriehauptkörper 1003 aus erstrecken, der in einer unter Verwendung einer Verbundschicht 1005 hergestellten Verpackung eingebaut ist. Der Batteriehauptkörper 1003 umfasst einen Ionenleiter, der zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet ist.
  • Wie aus 10(b) ersichtlich ist, umfasst die Verbundschicht 1005 eine Aluminiumfolie 1007 (einer Dicke von beispielsweise etwa 10 μm) zwischen einem Paar Plastikschichten 1006 (einer Dicke von beispielsweise etwa 10 μm), die sich in Lösungsmitteln nicht auflösen. Die Aluminiumfolie 1007 dient zur Verhinderung des Eindringens von Feuchtigkeit in den Batteriehauptkörper 1003. Da die Aluminiumfolie 1007 nur eine geringe Dicke (etwa 10 μm) aufweist, konnte ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Batteriehauptkörper tendenziell nicht vollständig durch die Aluminiumfolie 1007 verhindert werden.
  • Die Herstellung einer wiederaufladbaren Lithium-Batterie in der Konfiguration nach 10(a) und unter Verwendung der oben erwähnte Verbundschicht 1005 wird beispielsweise folgendermaßen ausgeführt. Es wird eine Verbundschicht 1005 in vorgeschriebener Länge vorgesehen. Die Verbundschicht 1005 wird entlang einer vorgeschriebenen Biegelinie 1004 übereinander gebogen, um eine gefaltete Form mit einem Zwischenraum zwischen den beiden gebogenen Verbundschichten auszubilden; der Batteriehauptkörper 1003, der die beiden Leistungsausgangsanschlüsse aufweist, wird in diesen Zwischenraum eingeführt, und es wird ein warmverschweißter Abschnitt 1002 in einem peripheren Abschnitt der gefalteten Form ausgebildet, die den Batteriehauptkörper 1003 mit den beiden darin eingeschlossenen Leistungsausgangsanschlüssen 1001 aufweist, um die Innenseite abzudichten. In diesem Fall umfasst der periphere Abschnitt der gefalteten Form, in dem der wärmeverschweißte Abschnitt 1002 ausgebildet wird, die beiden gestapelten Verbundschichten 1005. Durch Erhitzen des peripheren Abschnitts und durch gleichzeitiges Ausüben eines vorgeschriebenen Drucks darauf werden die umgebenden Plastikschichten 1006 der beiden Verbundschichten 1005 zum Erhalt eines warmverschweißten Abschnitts 1008 aufgeschmolzen. In diesem Fall ist es schwierig, benachbarte Bereiche der beiden Leistungsausgangsanschlüsse 1001 ausreichend abzudichten. Um die benachbarten Bereiche der beiden Leistungsausgangsanschlüsse 1001 ausreichend abzudichten, muss der warmverschweißten Abschnitt soweit vergrößert werden, dass er größer wird als erforderlich. Dies führt zu einer sinkenden Zuverlässigkeit der Batterie. Überdies ist im Allgemeinen für den warmverschweißten Bereich eine Dicke von 5 mm oder mehr notwendig. Dies führt zu einer Verminderung der Leistungsdichte der Batterie. Um dieses zu verhindern, wird darüber nachgedacht, auch den peripheren Abschnitt, der warmverschweißt wird, zu biegen. Jedoch bedingt ein Biegen des peripheren Abschnitts eine verschlechterte Zuverlässigkeit der Verbundschicht 1005, wobei befürchtet werden muss, dass ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Batteriehauptkörper wahrscheinlicher wird.
  • Die japanische Offenlegungsschrift JP-A-213286/1997 (im Folgenden als „Dokument 1" bezeichnet) offenbart eine wiederaufladbare Batterie, die solche Fehler wie die oben beschriebenen ausgleichen kann. Genauer offenbart Dokument 1 eine wiederaufladbare Lithium-Flachbatterie umfassend einen Batteriehauptkörper innerhalb eines Batteriebehälters, der durch Formen einer dünnen Metallplatte gebildet ist, wobei die Batterie dadurch gekennzeichnet ist, dass der Batteriebehälter eine Öffnung an der zum Batteriehauptkörper parallelen Fläche aufweist, an der Öffnung des Batteriebehälters eine Abdeckplatte angeordnet ist und die Abdeckplatte auf den Batteriebehälter mittels Laserstrahlschweißens geschweißt ist.
  • 11 zeigt in schematischer Querschnittsansicht den inneren Aufbau der wiederaufladbaren Lithium-Batterie nach Dokument 1. In 11 bezeichnet Bezugszeichen 1100 einen Batteriehauptkörper innerhalb eines dünnen Batteriebehälters 1105, dessen obere Fläche, die parallel zum Batteriehauptkörper 1100 ist, eine Öffnung aufweist. Bezugszeichen 1104 bezeichnet eine Abdeckplatte, die zum Abdecken der Öffnung angeordnet ist, wobei die Abdeckplatte 1104 mit dem Batteriebehälter 1105 mittels Laserstrahlschweißung verbunden wird, um das Innere des Batteriebehälters 1105 abzudichten. Der Batteriehauptkörper 1100 umfasst einen Stapelkörper mit einer Kathode 1101 und eine Anode 1102, die über einen Separator 1103 gestapelt sind.
  • Dokument 1 beschreibt, dass es damit möglich ist, eine wiederaufladbare Lithium-Flachbatterie anzufertigen, die eine Dicke von 5 mm oder weniger und eine verhältnismäßig große Fläche hat.
  • Jedoch hat die wiederaufladbare Batterie nach 11 und Dokument 1 die Nachteile, dass die Abdeckplatte 1104 bezüglich der mechanischen Beanspruchbarkeit unzureichend ist, da die Abdeckplatte 1104 eine einfache blatt- bzw. folienartige Platte geringer Dicke umfasst. Deshalb ist der Batteriebehälter anfällig gegenüber Verformungen, wenn vertikale oder diagonale Kräfte auf den Batteriebehälter einwirken. Dabei ist zu Befürchten, dass Kathode und Anode von inneren Kurzschlüssen betroffen sind. Außerdem ist es auch ein Nachteil, dass der Batteriehauptkörper 1100 zwangsläufig der von der Strahlung des Laserstrahls erzeugten Hitze ausgesetzt wird, wenn die Abdeckplatte 1104 auf den Batteriebehälter geschweißt wird. Deswegen ist auch ein Hitzeschildelement 1106 zwischen dem Batteriehauptkörper und dem Schweißabschnitt, an dem, wie in 11 gezeigt, die Abdeckplatte 1104 und der Batteriebehälter verschweißt werden, notwendig, um den Batteriehauptkörper vor der Hitze zu schützen. Bezugszeichen 1107 bezeichnet einen Zwischenraum, der gebildet wird, wenn das Hitzeschildelement 1106 benötigt wird.
  • Als Hitzeschildelement 1106 wird ein Wärmeleitfähigkeitselement verwendet, das etwa 0.1 mm dick ist und aus metallischem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit wie Cu, Ni oder rostfreiem Stahl besteht. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von internen Kurzschlüssen zwischen Kathode und Anode des Batteriehauptkörpers an, wenn die Anode oder die Kathode des Batteriehauptkörpers ein Anoden- bzw. Kathoden-aktives Material umfasst, das beim Laden oder Entladen tendenziell einer Ausdehnung unterliegt, oder wenn die oben beschriebene mechanische Beanspruchung auf den Batteriebehälter einwirkt. Da die Gesamtdicke der wiederaufladbaren Lithium-Batterie mehrere Millimeter beträgt, entspricht die Dicke des Hitzeschildelements 1106 (ca. 0,1 mm) außerdem einigen Prozenten bis 5% der Gesamtdicke der wiederaufladbaren Batterie, wobei die Leistungsdichte der wiederaufladbaren Lithium-Batterie durch die vom Hitzeschildelement 1106 eingenommene Größe vermindert wird. Wenn das Hitzeschildelement 1106 wellenförmig gefertigt ist, wird die Leistungsdichte der wiederaufladbaren Lithium-Batterie weiter verringert.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obige Situation bei der herkömmlichen wiederaufladbaren Lithium-Flachbatterie gemacht.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wiederaufladbare Lithium-Flachbatterie zur Verfügung zu stellen, ohne wie beim Stand der Technik ein Hitzeschildelement zu verwenden.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wiederaufladbare Flachbatterie zur Verfügung zu stellen, bei der sich Anode und Kathode intern nicht kurzschließen, wenn das Laden und Entladen über einen langen Zeitraum abwechselnd wiederholt werden, und die sich durch Langlebigkeit auszeichnet.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wiederaufladbare Lithium-Flachbatterie mit verlängerter Lebensdauer (einer verlängerten Lade-/Entladezyklus-Lebensdauer) zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgaben werden durch die wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß den Ansprüchen 1 und 24 und das Herstellungsverfahren für eine wiederaufladbare Lithium-Batterie gemäß Anspruch 18 erreicht. Die anderen Ansprüche beziehen sich auf weitere Entwicklungen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 veranschaulicht in einer schematischen Schrägansicht ein Beispiel einer wiederaufladbaren Lithium-Batterie der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der X-X' Linie in 1, die ein Beispiel eines Schutzhüllenelements veranschaulicht, dass die in 1 gezeigte wiederaufladbare Lithium-Batterie einsetzt.
  • 3 ist eine schematischen Draufsicht der wiederaufladbaren, in 1 gezeigten Lithium-Batterie von oben betrachtet, die die Anordnung einer Oberseite der wiederaufladbaren Lithium-Batterie veranschaulicht, die zusätzlich mit einer Innendruckausgleichsöffnung versehen ist.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Y-Y' Linie in 1, die ein Beispiel des inneren Aufbaus der in 1 gezeigten wiederaufladbaren Lithium-Batterie veranschaulicht.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Y-Y' Linie in 1, die ein weiteres Beispiel des inneren Aufbaus der in 1 gezeigten wiederaufladbaren Lithium-Batterie veranschaulicht, die zusätzlich mit einer Innendruckausgleichsöffnung versehen ist.
  • 6 ist eine schematische Erläuterungsansicht einer Ausführung, in der ein Mantelelement verwendet wird, wenn ein Kathoden-Leistungsausgangsanschluss und ein Kathodenzuleitungsabschnitt (der von einer Kathode ausgeht) durch eine Kathoden-Leistungsausgangsanschlusszuleitung in einer wiederaufladbaren Lithium-Batterie der vorliegenden Erfindung elektrisch miteinander verbunden sind.
  • 7 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der X-X' Linie in 1, die ein Beispiel eines Batteriehauptkörpers veranschaulicht, der in der in 1 gezeigten, wiederaufladbaren Lithium-Batterie untergebracht ist.
  • 8 ist eine schematische Draufsicht einer wiederaufladbaren Lithium-Batterie der vorliegenden Erfindung von oben betrachtet, die einen Batteriehauptkörper mit derselben Anordnung wie in 7 gezeigt aufweist, die die Anordnung einer oberen Fläche der wiederaufladbaren Lithium-Batterie veranschaulicht.
  • 9 veranschaulicht in einer schematischen Darstellung ein Beispiel eines Mobiltelefons, in dem eine wiederaufladbare Lithium-Batterie der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird.
  • 10(a) und 10(b) veranschaulichen in schematischen Querschnittsansichten ein Beispiel einer herkömmlichen wiederaufladbaren Lithium-Batterie, die eine Schützhülle aufweist die eine Verbundschicht umfasst.
  • 11 veranschaulicht in einer schematischen Querschnittsansicht ein anderes Beispiel einer wiederaufladbaren Lithium-Batterie.
  • Beschreibung der Erfindung und bevorzugter Ausführungen
  • Die vorliegenden Erfindung erfüllt die obigen Aufgaben und stellt eine wiederaufladbare Hochleistungs-Lithium-Batterie, die verbesserte Batteriecharakteristiken und eine verlängerte Lebensdauer (eine verlängerte Lade- und Entladezyklus Lebensdauer) aufweist, und einen Herstellungsverfahren für die wiederaufladbare Batterie zur Verfügung.
  • In den Ansprüchen 1 und 24 werden typische Ausführungen der wiederaufladbaren Batterie definiert, die gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird.
  • Bei der folgendermaßen aufgebauten wiederaufladbaren Lithium-Batterie liegen die miteinander verschweißten Kragenabschnitte (a-i) und (b-i) außerhalb des Zwischenraums, der durch den konkaven Abschnitt des Dichtungselements (a) und des Dichtungselements (b), in dem der Batteriehauptkörper angeordnet ist, ausgebildet wird. In diesem Zusammenhang ist ein solches Hitzeschildelement, das beim Stand der Technik im Raum, in dem der Batteriehauptkörper angeordnet ist, unbedingt erforderlich ist, im durch den konkaven Abschnitt des Dichtungselements (a) und des Dichtungselements (b) gebildeten Raum, wo der Batteriehauptkörper angeordnet wird, nicht erforderlich. Daher kommen die vorhergenannten Probleme auf Grund des beim Stand der Technik verwendeten Hitzeschildelements nicht vor. Vor allem in dem Fall, in dem die Anode oder die Kathode des Batteriehauptkörpers ein Anoden- oder Kathoden-aktives Material umfasst, das anfällig ist sich beim Laden oder Entladen auszudehnen, selbst wenn das Laden und Entladen über einen langen Zeitraum abwechselnd wiederholt wird, werden die Anode und die Kathode des Batteriehauptkörpers dauerhaft erhalten, ohne von internen Kurzschlüssen zwischen ihnen betroffen zu sein. Die wiederaufladbare Lithium-Batterie zeigt immer zufriedenstellende Batteriecharakteristiken und weist eine verlängerte Lade- und Entladezyklus Lebensdauer auf.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren für die oben beschriebene wiederaufladbare Batterie zur Verfügung.
  • Eine typische Ausführung des Verfahrens umfasst die im Anspruch 18 definierten Schritte.
  • Im folgendermaßen aufgebauten Verfahren werden der Kragenabschnitt (a-i), der am peripheren Abschnitt des konkaven Abschnitts des ersten Dichtungselements (a) vorgesehen wird, und der Kragenabschnitt (b-i), der im Bereich des zweiten Dichtungselements (b), der dem peripheren Abschnitt des zweiten Dichtungselements (b) entspricht, vorgesehen wird, miteinander verschweißt und der Batteriehauptkörper (der wenigstens die Kathode, die Anode und den Ionenleiter umfasst), der im Zwischenraum untergebracht ist, der durch den konkaven Abschnitt des ersten Dichtungselements (a) und des zweiten Dichtungselements (b) ausgebildet wird, wird vorzugsweise davor bewahrt, von der Hitze beim Zusammenschweißen der beiden Kragenabschnitte (a-i) und (b-i) beeinflusst zu werden. Diese Situation ermöglicht es eine wiederaufladbare Flachbatterie effektiv herzustellen, die eine ausgezeichnete Batteriecharakteristik aufweist und eine verlängerte Lade- und Entladezyklus Lebensdauer hat. In dem Fall, in dem der Kragenabschnitt (a-i) des ersten Dichtungselements (a) und der Kragenabschnitt (b-i) des zweiten Dichtungselements (b) durch Metallverarbeitung geformt werden, wird jedes des ersten und zweiten, dünnen Dichtungselements (a) und (b) bezüglich der mechanischen Beanspruchbarkeit verstärkt.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung detailliert und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 veranschaulicht in einer schematischen Schrägansicht ein Beispiel einer wiederaufladbaren Lithium-Batterie der vorliegenden Erfindung.
  • Die in 1 gezeigte wiederaufladbare Lithium-Batterie weist ein Dichtungselement 101a, das einen nach unten liegenden konkaven Abschnitt 102a und einen peripheren Kragenabschnitt 103a aufweist, der den konkaven Abschnitt 102a umgibt, und ein Dichtungselement 101b auf, das einen nach oben liegenden konkaven Abschnitt 102b und einen peripheren Kragenabschnitt aufweist, der den konkaven Abschnitt 102b umgibt, wobei das Dichtungselement 101a und das Dichtungselement 102b so zusammenpassen, dass der nach unten liegende konkave Abschnitt 102a und der nach oben liegende konkave Abschnitt 102b entgegengesetzt liegen und der periphere Kragenabschnitt 103a und der periphere Kragenabschnitt 103b miteinander verschweißt werden. In dem Zwischenraum, der durch den nach unten liegenden konkaven Abschnitt 102a und den nach oben liegenden konkaven Abschnitt 102b ausgebildet wird, ist ein Batteriehauptkörper untergebracht, der wenigstens eine Kathode, eine Anode und einen Ionenleiter (nicht gezeigt) umfasst. Beim Dichtungselement 101a wird ein Kathoden-Leistungsausgangsanschluss 104, der sich von der Kathode des Batteriehauptkörpers aus erstreckt, ein Anoden-Leistungsausgangsanschluss 106, der sich von der Anode des Batteriehauptkörpers aus erstreckt, und ein Isolierabschnitt 105 zum Isolieren des Leistungsausgangsanschlusses 104 und des Leistungsausgangsanschlusses 106 vorgesehen. Obwohl dies nicht in der Figur gezeigt ist, kann zusätzlich, wenn es notwendig ist, eine Innendruckausgleichsöffnung am Dichtungselement 101a durch den Isolierabschnitt 105 vorgesehen werden.
  • Wie aus 1 ersichtlich wird, bildet hier eine Kombination des Dichtungselements 101a und des Dichtungselements 101b einen Schutzbehälter (oder einen Batteriebehälter) der wiederaufladbaren Lithium-Batterie.
  • In dieser Ausführung wird der konkave Abschnitt (102a, 102b) an jedem der beiden Dichtungselemente 101a und 101b vorgesehen. Dies stellt keine Einschränkung dar. Der konkave Abschnitt kann nur an einem der beiden Dichtungselemente 101a und 101b vorgesehen werden.
  • Das Dichtungselement (101a, 101b), das diesen konkaven Abschnitt (102a, 102b) und diesen Kragenabschnitt (103a, 103b) aufweist, kann durch Tiefziehen oder durch Pressbearbeiten eines gegebenen metallischen Materials angefertigt werden. In diesem Fall tritt Kaltverfestigung ein, wobei das resultierende Dichtungselement dadurch eine zufriedenstellende mechanische Beanspruchbarkeit aufweist, sogar wenn seine Dicke relativ ist. Dies ergibt einen Vorteil in der Art, dass es keine Gelegenheit zur Hitzeerzeugung beim Zusammenschweißen der Kragenabschnitte 103a und 103b zum unmittelbaren Ausbreiten in den Raum gibt, in dem die Kragenabschnitte 103a und 103b zur Wärmeabstrahlung dienen, da die Kragenabschnitte 103a und 103b, die jeweils außerhalb des Zwischenraums bereit gestellt werden, der durch die konkaven Abschnitte 102a und 102b, in denen der Batteriehauptkörper untergebracht ist, ausgebildet wird, werden miteinander verschweißt, um den Schutzbehälter wie oben beschrieben herzustellen. Diese Situation macht es unnötig ein solches Hitzeschildelement (1106) zur Verfügung zu stellen, das bei der herkömmlichen wiederaufladbaren Lithium-Flachbatterie (siehe 11) erforderlich ist.
  • Beim peripheren Kragenabschnitt (103a, 103b) wird bevorzugt, dass er möglichst eine Breite in einem Bereich von 0.5 mm bis 3.0 mm oder noch besser in einem Bereich von 0.5 mm bis 2.0 mm aufweist. Dieser Bereich für die Breite des peripheren Kragenabschnitts (103a, 103b) wurde als Ergebnis bei experimentellen Studien der vorliegenden Erfinder ermittelt, die das Verhindern des Wärmeeinflusses durch das Schweißen auf den Batteriehauptkörper beabsichtigten.
  • Das Schweißen der peripheren Kragenabschnitte 103a und 103b kann durch Laserstrahlschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen ausgeführt werden. Von diesen Verfahren ist das Laserstrahlschweißen am geeignetsten im Hinblick auf Produktivität und Zuverlässigkeit.
  • Der Strahldurchmesser des Laserstrahls beim Laserstrahlschweißen ist unterschiedlich in Abhängigkeit von der Art eines Materials, welches das Dichtungselement (101a, 101b) bildet, oder von der Dicke des Dichtungselements (101a, 101b). In dem Fall beispielsweise, in dem das Dichtungselement (101a, 101b) von einem rostfreien Stahl gebildet wird, wird ein Bereich von 0.2 mm bis 0.4 mm bevorzugt. In dem Fall, in dem das Dichtungselement (101a, 101b) aus Aluminium gebildet wird, wird ein Bereich von 0.6 mm bis 0.8 mm bevorzugt.
  • Im Folgenden wird eine detaillierte Beschreibung des Schutzbehälters der wiederaufladbaren Lithium-Batterie, die in 1 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf 2 vorgenommen.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der X-X' Linie in 1, die den Schutzbehälter (umfasst das Dichtungselement 101a und das Dichtungselement 101b) veranschaulicht, der die in 1 gezeigte wiederaufladbare Lithium-Batterie einsetzt. In 2 sind die Bauelemente des Batteriehauptkörpers weggelassen.
  • In 2 bezeichnet Bezugszeichen 101 das Dichtungselement (101a, 101b) in 1, Bezugszeichen 102 bezeichnet den konkaven Abschnitt (102a, 102b) in 2 und Bezugszeichen 103 bezeichnet den peripheren Kragenabschnitt (103a, 103b) in 1.
  • Der konkave Abschnitt 102 [, dass heißt der konkave Abschnitt (102a, 102b) in 1] hat vorzugsweise einen eine im wesentlichen symmetrisch trapezförmigen Querschnitt. Die symmetrische Trapezform als konkaver Abschnitt 102 weist eine bevorzugte Tiefe 201 und eine Neigung 202 im Bereich von 5° bis 45° bevorzugt.
  • Der konkave Abschnitt 102 kann jedoch auch eine Querschnittsfläche mit einer unsymmetrischen Trapezform aufweisen.
  • Die Tiefe 201 des konkaven Abschnitts 102 mit der symmetrischen Trapezform des Dichtungselements 101 [, das heißt das Dichtungselement (101a, 101b) in 1,] ist nicht genau definiert. Jedoch wird sie im Allgemeinen in einem Bereich von 0.3 mm bis 3 mm oder noch besser in einem Bereich von 0.5 mm bis 2.5 mm bevorzugt. Dieser Bereich für die Tiefe 201 des konkaven Abschnitts 102 wurde als ein Ergebnis bei experimentellen Studien der vorliegenden Erfinder ermittelt. Vor allem in dem Fall, bei dem die Tiefe 201 kleiner als 0.3 mm ist, wird die Dicke des Dichtungselements 101 verhältnismäßig und übermäßig groß, wobei der Raum für den unterzubringenden Batteriehauptkörper entsprechend klein wird. Folglich ist es notwendig, dass die Tiefe 201 0.3 mm oder mehr beträgt. Zum Erreichen des Ziels der vorliegenden Erfindung, eine wiederaufladbare Lithium-Flachbatterie zur Verfügung zu stellen, ist die Tiefe 201, die größer als 3 mm ist, nicht geeignet.
  • Für den Aufbau des Dichtungselements 101 [, dass heißt das Dichtungselement (101a, 101b) in 1] wird ein rostfreier Stahl mit einer hohen mechanische Beanspruchbarkeit in dem Fall bevorzugt, in dem ein verhältnismäßig dünnes Dichtungselement 101 erforderlich ist. In dem Fall, in dem ein verhältnismäßig leichtes Dichtungselement 101 erforderlich ist, wird ein Aluminiummaterial bevorzugt. Außerdem ist es möglich andere metallische Materialien wie ein Nickelmaterial, ein nickelplattiertes Eisenmaterial, ein Kupfermaterial oder Ähnliches zu verwenden.
  • Für die Dicke des Dichtungselements 101 [, dass heißt das Dichtungselement (101a, 101b) in 1] wird ein Bereich von 0.05 mm bis zu einer Dicke bevorzugt, bei der Pressbearbeitung ausgeführt werden kann. Die obere Grenze der Dicke des Dichtungselements 101 beträgt 0.3 mm in dem Fall, in dem das Dichtungselement 101 aus einem rostfreien Stahl besteht, und 0.8 mm in dem Fall, in dem das Dichtungselement 101 aus einem Aluminiummaterial besteht. Besonders in einer bevorzugten Ausführung bewegt sich die Dicke des Dichtungselements 101 in einem Bereich von 0.1 mm bis 0.2 mm in dem Fall, in dem das Dichtungselement 101 aus einem rostfreien Stahl besteht. In dem Fall, in dem das Dichtungselement 101 aus einem Aluminiummaterial besteht, bewegt sich die Dicke des Dichtungselements in einem Bereich von 0.2 mm bis 0.5 mm.
  • Es ist in Abhängigkeit von der betreffenden Situation gesondert möglich, dass das Dichtungselement 101 aus einem Kunststoffmaterial besteht. Jedoch ist es in der Praxis schwierig das gesamte Dichtungselement 101 aus einem Kunststoffmaterial zu bilden, da das Kunststoffmaterial keine zufriedenstellende, für das Dichtungselement erforderliche mechanische Beanspruchbarkeit aufweist.
  • Ein Kunststoffmaterial kann in solch einer wie in 3 gezeigten Anordnung der wiederaufladbaren Lithium-Batterie der vorliegenden Erfindung verwendet werden. 3 ist eine schematischen Draufsicht der wiederaufladbaren, in 1 gezeigten Lithium-Batterie von oben betrachtet, die die Anordnung einer oberen Fläche der wiederaufladbaren Lithium-Batterie veranschaulicht, in der zusätzlich eine Innendruckausgleichsöffnung vorgesehen wird.
  • In 3 bezeichnet Bezugszeichen 101 das Dichtungselement (101a) in 1 und Bezugszeichen 103 bezeichnet den peripheren Kragenabschnitt (103a) in 1. Bezugszeichen 104 bezeichnet den Kathoden-Leistungsausgangsanschluss (104) in 1, Bezugszeichen 105 bezeichnet den Isolierabschnitt (105) in 1 und Bezugszeichen 106 bezeichnet den Anoden-Leistungsausgangsanschluss (106) in 1. Bezugszeichen 301 bezeichnet eine Innendruckausgleichsöffnung, die zum Ausgleich des Innendrucks im Inneren des Schutzbehälters (der Batteriebehälter) dient, wenn der Innendruck ansteigt. An der Außenfläche des Dichtungselements 101 der wideraufladbaren Lithium-Batterie wird, wie in 3 gezeigt, der Anoden-Leistungsausgangsanschluss 106, der Kathoden-Leistungsausgangsanschluss 104 und die Innendruckausgleichsöffnung 301 durch den Isolierabschnitt 105 vorgesehen, wobei der Isolierabschnitt 105 aus einem Kunststoffmaterial bestehen kann und auch die Innendruckausgleichsöffnung 301 aus einem Kunststoffmaterial bestehen kann.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Y-Y' Linie in 1, die ein Beispiel des inneren Aufbaus der in 1 gezeigten wiederaufladbaren Lithium-Batterie veranschaulicht. In 4 bezeichnet Bezugszeichen 101a das Dichtungselement (101a) in 1, Bezugszeichen 101b bezeichnet das Dichtungselement (101b) in 1, Bezugszeichen 104 bezeichnet den Kathoden-Leistungsausgangsanschluss (104) in 1, Bezugszeichen 105 bezeichnet den Isolierabschnitt (105) in 1 und Bezugszeichen 106 bezeichnet den Anoden-Leistungsausgangsanschluss (106) in 1. Bezugszeichen 401 und 402 kennzeichnen jeweils eine Metallstützplatte, die so im Isolierabschnitt 105 eingesetzt wird, dass die Metallstützplatte am Isolierabschnitt befestigt ist. Jede der Metallstützplatten 401 und 402 wird durch Laserstrahlschweißen 405 am Isolierabschnitt 101a befestigt. Bezugszeichen 403 bezeichnet eine Anschlusszuleitung, die mit dem Kathoden-Leistungsausgangsanschluss 104 verbunden ist, und Bezugszeichen 404 bezeichnet eine Anschlussleitung, die mit dem Anoden-Leistungsausgangsanschluss 106 verbunden ist, wobei jede der Anschlussleitungen 403 und 404 vom Dichtungselement 101b durch den Isolierabschnitt 105 elektrisch isoliert wird.
  • In diesem in 4 gezeigten Aufbau kann der Isolierabschnitt aus einem Kunststoffmaterial bestehen.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Y-Y' Linie in 1, die ein weiteres Beispiel des inneren Aufbaus der in 1 gezeigten wiederaufladbaren Lithium-Batterie veranschaulicht. Der Aufbau in 5 ist abgesehen von den folgenden Punkten derselbe wie der in 4 gezeigte. Das heißt, im in 5 gezeigten Aufbau wird solch eine wie in 4 verwendete Metallstützplatte (401) nicht verwendet, der Isolierabschnitt 105 wird durch teilweises Einfügen des Dichtungselements 101a in den Isolierabschnitt 105 direkt am Dichtungselement 101a befestigt und es wird eine Innendruckausgleichsöffnung 301 im Isolierabschnitt 105 vorgesehen. Die Innendruckausgleichsöffnung 301 dient zum Ausgleich des Innendrucks der wiederaufladbaren Lithium-Batterie, wenn der Innendruck unerwünscht ansteigt. Bei dieser Ausführung umfasst die Innendruckausgleichsöffnung 301 einen Stopfen, der einen dünnen Film umfasst, der aus dem selben Kunststoffmaterial gebildet ist wie dasjenige, das den Isolierabschnitt 105 bildet.
  • In dem in 5 gezeigten Aufbau können die Dichtungselemente 101a und 101b, der Kathoden-Leistungsausgangsanschluss 104, der die Anschlusszuleitung 403 aufweist, der Anoden-Leistungsausgangsanschluss 106, der die Anschlusszuleitung 404 aufweist, und der Isolierabschnitt 105, der die Innendruckausgleichsöffnung 301 aufweist, einstückig ausgeformt werden.
  • Die Innendruckausgleichsöffnung 301 ist nicht nur auf die oben erwähnte Ausführung beschränkt. Der Stopfen, der das Kunststoffmaterial als die Innendruckausgleichsöffnung 301 umfasst, kann eine dünne Metallfolie sein, die so am Isolierabschnitt 105 befestigt ist, dass die dünne Metallfolie automatisch eingerissen werden kann, um den internen Druck der wiederaufladbaren Lithium-Batterie abzulassen, wenn der Innendruck so angestiegen ist, dass er einen festgelegten Wert erreicht. Alternativ kann ein dünner Metallabschnitt am Dichtungselement 101a durch Pressbearbeitung so ausgeformt werden, dass der dünne Metallschichtabschnitt als die Innendruckausgleichsöffnung 301 arbeiten kann. Überdies kann die Innendruckausgleichsöffnung 301 einen Gummistopfen (in Kugelform oder Trapezform) oder eine Feder umfassen, die das Ablasen des Innendrucks der wiederaufladbaren Lithium-Batterie in Gang setzen, wenn der Innendruck so angestiegen ist, dass er einen festgelegten Wert erreicht.
  • 6 ist eine schematische Erläuterungsansicht einer Ausführung, in der ein Mantelelement verwendet wird, wenn ein Kathoden-Leistungsausgangsanschluss und ein Kathodenzuleitungsabschnitt (von einer Kathode ausgehend) durch eine Kathoden-Leistungsausgangsanschlusszuleitung in einer wiederaufladbaren Lithium-Batterie der vorliegenden Erfindung elektrisch miteinander verbunden sind.
  • In 6 bezeichnet Bezugszeichen 104 einen Kathoden-Leistungsausgangsanschluss (104) [siehe 1, 4 oder 5] und Bezugszeichen 403 bezeichnet eine Kathoden-Leistungsausgangsanschlusszuleitung (403) [siehe 4 oder 5]. Bezugszeichen 601 bezeichnet einen Kathoden-Zuleitungsabschnitt, der von einer Kathode 602 eines Batteriehauptkörpers (nicht gezeigt) ausgeht, der in einer wiederaufladbaren Lithium-Batterie (nicht gezeigt) vorgesehen wird, die eine solche Anordnung, wie sie in 1 gezeigt ist, aufweist.
  • Der Kathoden-Leistungsausgangsanschluss 104 umfasst vorzugsweise ein metallisches Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, das kaum korrodiert und eine zufriedenstellende mechanische Beanspruchbarkeit aufweist. Solch ein metallisches Material kann ein metallisches Element aus Cu oder Ni und ein Element umfassen, das besagtes metallisches Element plattiert mit Au beinhaltet. Wenn die Kathoden-Leistungsausgangsanschlusszuleitung 403, die einstückig mit dem Kathoden-Zuleitungsabschnitt 601, der von der Kathode 602 ausgeht, gebildet ist, aus einem einzigen metallischen Material besteht, werden solche Nachteile auftreten, wie sie nachfolgend beschrieben werden. In dem Fall, in dem der Kathoden-Zuleitungsbereich 601 und die Kathoden-Leistungsausgangsanschlusszuleitung 403 beide aus einem Aluminiummaterial bestehen, ist es schwierig, obwohl sie einfach miteinander verschweißt werden können, eine zufriedenstellende mechanische Beanspruchbarkeit für die Kathoden-Leistungsausgangsanschlusszuleitung 403 sicherzustellen, die mit dem Kathoden-Zuleitungsabschnitt 601 integriert wird. In dem Fall, in dem die Kathoden-Leistungsausgangsanschlusszuleitung 403 aus einem Nickelmaterial besteht, das eine zufriedenstellende mechanische Beanspruchbarkeit aufweist, und der Kathoden-Zuleitungsabschnitt 601 aus einem Aluminiummaterial besteht, ist es schwierig die Kathoden-Leistungsausgangsanschlusszuleitung 403 und den Kathoden-Zuleitungsabschnitt 601 miteinander zu verschweißen, so dass der zusammengeschlossene Abschnitt zwischen ihnen immer aufrecht erhalten wird ohne sich abzulösen. Um diese Nachteile zu beseitigen, wird es bevorzugt, dass die Kathoden-Leistungsausgangsanschlusszuleitung 403 aus einem Mantelmaterial besteht, dessen Zusammensetzung zwei oder mehrere Arten von Metall oder Legierungsmaterial umfasst. Diese Situation ist auch bezüglich der Anode ähnlich.
  • 7 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der X-X' Linie in 1, die ein Beispiel eines Batteriehauptkörpers zeigt, der in der in 1 gezeigten wiederaufladbaren Lithium-Batterie untergebracht ist. In 7 bezeichnet Bezugszeichen 700 einen Batteriehauptkörper im Schutzbehälter (der Batteriebehälter), der durch Verbinden der beiden Dichtungselemente 101a und 101b, von denen jedes einen konkaven Abschnitt 102 (mit einem symmetrischen trapezförmigen Querschnitt und einer Tiefe 201) und einen peripheren Kragenabschnitt 103 aufweist, in der Art dass die beiden symmetrischen, trapezförmigen Räume der beiden konkaven Abschnitte 102 entgegengesetzt gegenüber liegen, und durch miteinander Verschweißen der beiden peripheren Kragenabschnitte 103 ausgebildet wird. Der Batteriehauptkörper 700 umfasst einen Stapelkörper, der durch Wickeln einer Anode 702 und einer Kathode 602 (siehe 6) durch eine Isolierung 701 (die einen Ionenleiter umfasst, der ein Elektrolyt oder einen mit Elektrolytlösung imprägnierten Separator umfasst) um eine festgelegte Achse ausgebildet wird, und eine Isolierschicht 703, die den Stapelkörper bedeckt.
  • Im Folgenden wird jede Komponente des in 7 gezeigten Batteriehauptkörpers 700 beschrieben.
  • Kathode 602:
  • Die Kathode 602 umfasst wenigstens ein Kathoden-aktives Material und einen Kathoden-Kollektor. Das Kathoden-aktive Material kann ein Material umfassen, das Lithium aufnehmen und abgeben kann und das in einer Elektrolytlösung nicht lösbar und stabil gegenüber einer Elektrolytlösung ist, die in der wiederaufladbaren Lithium-Batterie verwendet wird. Solch ein Material als das Kathoden-aktive Material kann Lithium-enthaltendes Übergangsmetalloxid wie LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2 und LiMn2O4; Metalloxide, die kein Lithium enthalten, wie V2O5, MnO2, TiO2 und MoO3; und Metallchalkogenverbindungen wie TiS2 und MoS2 enthalten. Überdies können auch elektrisch leitende Polymere wie Polyacetylen, Polypyrrol, Polyanilin und Polyphthalocyanin und Derivate dieser Polymere verwendet werden.
  • Die Kathode 602 kann durch Ausbilden einer Kathoden-aktiven Materialschicht an einem Kollektor, der solch ein Kathoden-aktives Material verwendet, angefertigt werden, wenn nötig durch Hinzufügen eines geeigneten elektrisch leitenden Hilfsstoffs oder/und eines geeigneten Bindemittels. Die Kathoden-aktive Materialschicht kann entweder an einer Seite oder an gegenüberliegenden Seiten des Kollektors ausgebildet werden.
  • Der in der Kathode verwendete Kollektor dient zur effizienten Versorgung mit einem elektrischen Strom, der verbraucht wird, oder zum Sammeln eines elektrischen Stroms, der bei der Elektrodenreaktion beim Laden oder Entladen erzeugt wird. Bei dieser Verbindung besteht der Kollektor aus einem Material, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und das bei der Batteriereaktion träge ist.
  • Solch ein Material, aus dem der Kollektor der Kathode besteht, kann Metalle wie Al, Ti, Ni und Legierungen dieser Metalle wie rostfreien Stähle umfassen. Der Kollektor kann blattartig, maschenförmig, porös wie ein Schwamm, streckmetallförmig oder in Form von gestanztem bzw. gelochtem Metall ausgestaltet sein.
  • Der elektrisch leitende Hilfsstoff, der, falls notwendig, bei der Bildung der Kathode verwendet wird, kann elektrisch leitende Materialen enthalten, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen und die in einer Elektrolytlösung nicht lösbar und stabil gegenüber einer Elektrolytlösung sind, die in der wiederaufladbaren Lithium-Batterie verwendet wird. Spezielle Beispiele eines solchen elektrisch leitenden Materials sind kohlenstoffhaltige Materialien wie pulverförmiger Kohlenstoff mit Graphitstruktur und Ähnliches und pulverförmiges, metallisches Material wie Kupferpulver, Aluminiumpulver, Titanpulver und Ähnliches.
  • Für das Bindemittel, das, wenn nötig, bei der Bildung der Kathode verwendet wird, wird bevorzugt ein organisches Polymer verwendet, das Adhäsionseigenschaften aufweist und das in einer Elektrolytlösung nicht lösbar und stabil gegenüber einer Elektrolytlösung ist, die in der wiederaufladbaren Lithium-Batterie verwendet wird. Als spezielle, bevorzugte Beispiele eines solchen organischen Polymers können Fluorkohlenstoffharze wie Poly(vinylidenflourid), Tetrafluoroethylen-Polymer und dergleichen erwähnt werden. Überdies können auch Cellulosen wie Methylcellulose und Carboxymethylcellulose und Polyvinylkettenmaterial wie Polyvinylalkohol und Ähnliches verwendet werden.
  • Anode 702:
  • Die Anode 702 umfasst wenigstens ein Anoden-aktives Material und einen Anoden-Kollektor. Das Anoden-aktive Material kann eine Material umfassen, das Lithium aufnehmen und abgeben kann und das in einer Elektrolytlösung nicht lösbar und stabil gegenüber einer Elektrolytlösung ist, die in der wiederaufladbaren Lithium-Batterie verwendet wird. Solch ein Material als das Anoden-aktive Material kann ein Lithium-Metall und Lithium-enthaltende Legierungen wie eine Al-Li Legierung, eine Pb-Li Legierung, eine Sn-Li Legierung und Ähnliches enthalten; außerdem Metalloxide wie TiO2 und V2O5; Lithiumverbindungen dieser Oxide; Legierungen, die ein Metall (Sn oder Si) umfassen, dass mit Lithium legiert werden kann, und ein Metall (Fe, Co oder Ni), dass nicht mit Lithium legiert werden kann, wie eine Sn-Fe Legierung, eine Sn-Co Legierung, eine Si-Fe Legierung und eine Si-Ni Legierung; und kohlenstoffhaltige Materialien wie amorpher Kohlenstoff und Graphit.
  • Die Anode 702 kann durch Ausbilden einer Anoden-aktiven Materialschicht an einem Kollektor, der solch ein Anoden-aktives Material verwendet, angefertigt werden, wenn nötig durch Hinzufügen eines geeigneten elektrisch leitenden Hilfsstoffs oder/und eines geeigneten Bindemittels. Die Anoden-aktive Materialschicht kann entweder an einer Seite oder an gegenüberliegenden Seiten des Kollektors ausgebildet werden.
  • Der in der Anode verwendete Kollektor dient zur effizienten Versorgung mit einem elektrischen Strom, der verbraucht wird, oder zum Sammeln eines elektrischen Stroms, der bei der Elektrodenreaktion beim Laden oder Entladen erzeugt wird. Bei dieser Verbindung besteht der Kollektor aus einem Material, das nicht mit Lithium legiert ist, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und das bei der Batteriereaktion träge ist.
  • Solch ein Material, aus dem der Kollektor der Anode besteht, kann Metalle wie Cu, Ni und Ti und Legierungen dieser Metalle wie rostfreie Stähle enthalten. Der Kollektor kann blattartig, maschenförmig, porös wie ein Schwamm, streckmetallförmig oder in Form von gestanztem bzw. gelochtem Metall ausgestaltet sein.
  • Der elektrisch leitende Hilfsstoff, der, wenn es notwendig ist, bei der Bildung der Anode verwendet wird, kann elektrisch leitende Materialen enthalten, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen und die in einer Elektrolytlösung nicht lösbar und stabil gegenüber einer Elektrolytlösung sind, die in der wiederaufladbaren Lithium-Batterie verwendet wird. Spezielle Beispiele eines solchen elektrisch leitenden Materials sind kohlenstoffhaltige Materialien wie pulverförmiger Kohlenstoff mit Graphitstruktur und Ähnliches und pulverförmiges, metallisches Material wie Kupferpulver, Aluminiumpulver, Titanpulver und Ähnliches.
  • Für das Bindemittel, das, wenn es notwendig ist, bei der Bildung der Anode verwendet wird, wird bevorzugt ein organisches Polymer verwendet, das Adhäsionseigenschaften aufweist und das in einer Elektrolytlösung nicht lösbar und stabil gegenüber einer Elektrolytlösung ist, die in der wiederaufladbaren Lithium-Batterie verwendet wird. Als spezielle, bevorzugte Beispiele eines solchen organischen Polymers können Fluorkohlenstoffharze wie Poly(vinylidenflourid), Tetrafluoroethylen-Polymer und dergleichen erwähnt werden. Überdies können auch Cellulosen wie Methylcellulose und Carboxymethylcellulose und Polyvinylkettenmaterial wie Polyvinylalkohol und Ähnliches verwendet werden.
  • Isolierung 701:
  • Die Isolierung 701 wird vorgesehen, um die Kathode 602 und die Anode 702 elektrisch voneinander zu isolieren, wobei es für die Isolierung erforderlich ist, Lithium-Ionen dazwischen ungehindert durchzulassen. Für die Isolierung 701 ist es möglich, einen Separator zu verwenden, der eine Elektrolytlösung (eine unterstützende Elektrolytlösung) aufweist, die durch Auflösen eines vorgegebenen Elektrolyts (ein vorgegebener, unterstützender Elektrolyt) in einem geeigneten Lösungsmittel erhalten wird, das darin festgehalten wird. In diesem Fall dient der Separator als ein Ionenleiter.
  • Überdies kann die Isolierung 701 einen Ionenleiter umfassen, der einen festen Elektrolyt oder einen sich festigenden Elektrolyt umfasst. In diesem Fall können der feste Elektrolyt oder der sich festigende Elektrolyt durch einen Separator festgehalten werden.
  • Falls der Separator verwendet wird, ist es notwendig, dass er eine Struktur mit einer Anzahl von Perforationen aufweist, die die Ionen des Elektrolyts da durch passieren lassen können, und es ist auch notwendig, dass er in der Elektrolytlösung nicht lösbar und stabil gegenüber der Elektrolytlösung ist.
  • Deswegen muss der Separator ein Element umfassen, das diese Anforderungen erfüllt. Als ein solches Element genannt werden können beispielsweise Vliesstoffe oder Membrane, die eine Mikroporenstruktur haben und aus Polyolefin wie Polypropylen, Polyethylen oder Ähnlichem gefertigt sind. Überdies sind auch zusammengesetzte Elemente verwendbar, die zwei oder mehr dieser Elemente umfassen, die eine Vielzahl von Mikroporen aufweisen.
  • Die Elektrolytlösung umfasst einen bestimmten Elektrolyt, der in einem festgelegten Lösungsmittel aufgelöst wird. Die Elektrolytlösung kann Lithiumhexafluorophosphat, Lithiumtetraflourophosphat und Lithiumtetrafluoroborat enthalten. Das Lösungsmittel kann Propylencarbonat, Ethylencarbonat, Diethylcarbonat, Methylethylcarbonat und γ-Butyrolacton enthalten.
  • Der sich festigende Elektrolyt kann solche enthalten, die durch zur Verfügung Stellen einer Elektrolytlösung erhalten werden, die durch Auflösung eines der oben genannten Elektrolyte in einem der oben genannten Lösungsmittel und durch Gelieren der Elektrolytlösung durch ein Geliermittel erhalten wird, um die Elektrolytlösung zu verfestigen. Als Geliermittel kann ein Polymer verwendet werden, das aus einer Gruppe ausgesucht wird, die aus Polyethylenoxid, Polyacrylonitril und Polyethylenimin besteht.
  • Das feste Elektrolyt kann aus β-Aluminiumoxid, Silberoxid und Lithiumiodid enthalten.
  • Für die Anordnung der Kathode, der Anode und des Ionenleiters (der den Separator (der letztendlich mit der Elektrolytlösung imprägniert ist), den festen Elektrolyt, den sich festigenden Elektrolyt oder eine Kombination des Separators (der nicht mit der Elektrolytlösung imprägniert ist) und des festen Elektrolyts oder des sich festigenden Elektrolyts umfasst) bei der Anfertigung eines Batteriehauptkörpers kann eine Anordnung, bei der die Kathode und die Anode abwechselnd durch den Ionenleiter geschichtet sind, oder eine Anordnung eingesetzt werden, bei der sich die Kathode und die Anode in einer flachen Gestalt durch den Ionenleiterseparator winden. In dem Fall, in dem der Ionenleiter verwendet wird, der den Separator (der letztendlich mit der Elektrolytlösung imprägniert ist) umfasst, wird eine Wicklungsanordnung mit einer flachen Gestalt bevorzugt. In dem Fall, in dem der Ionenleiter verwendet wird, der den festen Elektrolyt oder den sich festigenden Elektrolyt umfasst, wird eine Stapelanordnung bevorzugt.
  • Isolierschicht 703:
  • Bei der Isolierschicht 703, die den Batteriehauptkörper 700 bedeckt, wird bevorzugt, dass sie ein organisches Isoliermaterial umfasst, das gegenüber Lösungsmittel resistent ist. Solch ein organisches Material kann Polypropylen, Polyethylen, Polyethylenterephtalat, Polyimid und Fluorkohlenstoffharz enthalten.
  • Bei der Isolierschicht 703 wird eine Stärke im Bereich von 10 μm bis 50 μm bevorzugt.
  • 8 ist eine schematische Draufsicht einer wiederaufladbaren Lithium-Batterie der vorliegenden Erfindung von oben betrachtet, die einen Batteriehauptkörper mit derselben Anordnung wie in 7 gezeigt aufweist, die die Anordnung einer oberen Fläche der wiederaufladbaren Lithium-Batterie zeigt.
  • In 8 bezeichnet Bezugszeichen 101 ein oberes Dichtungselement (das dem Dichtungselement 101a in 7 entspricht). Bezugszeichen 802 bezeichnet einen Batteriehauptkörper (der dem Batteriehauptkörper 700 in 7 entspricht). Bezugszeichen 601 bezeichnet einen Kathoden-Zuleitungsabschnitt (der dem Kathoden-Zuleitungsabschnitt 601 in 6 entspricht), der sich von der Kathode des Batteriehauptkörpers 802 aus erstreckt. Bezugszeichen 801 bezeichnet einen Anoden-Zuleitungsabschnitt, der sich von der Anode des Batteriehauptkörpers 802 aus erstreckt. Bezugszeichen 105 bezeichnet einen Isolierabschnitt (siehe 4 oder 5), durch den eine Innendruckausgleichsöffnung 301, ein Kathoden-Leistungsausgangsanschluss 104 und ein Anoden-Leistungsausgangsanschluss 106 vorgesehen wird. Der Kathoden-Zuleitungsabschnitt 601 ist durch eine Kathoden-Leistungsausgangsanschlusszuleitung 403 mit dem Kathoden-Leistungsausgangsanschluss 104 elektrisch verbunden und der Anoden-Zuleitungsabschnitt 801 ist durch eine Anoden-Leistungsausgangsanschlusszuleitung 404 mit dem Anoden-Leistungsausgangsanschluss 106 elektrisch verbunden.
  • Der Isolierbereich 105 umfasst ein isolierendes Kunststoffmaterial, das eine zufriedenstellende mechanische Beanspruchbarkeit aufweist, das sich bei der Resistenz gegen Lösungsmittel auszeichnet und das das Durchdringen bzw. Eindringen von Feuchtigkeit verhindert. Spezielle Bespiele für ein solches Kunststoffmaterial sind Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephtalat, Polyimid und Fluorkohlenstoffharz.
  • Die Innendruckausgleichsöffnung 301 kann, wie vorher beschrieben, bei der einstückigen Ausformung des Isolierabschnitts 105 mit dem Kathoden-Leistungsausgangsanschluss 104 und dem Anoden-Leistungsausgangsanschluss 106 ausgebildet werden.
  • Wenn jetzt der Batteriehauptkörper 802 [der die Kathode, die Anode und die Isolierung (die den Ionenleiter enthält) umfasst] im Dichtungselement 101 untergebracht wird, das den Batteriebehälter (der Schutzbehälter) bildet, ist es für den Batteriehauptkörper 802 notwendig vom Dichtungselement 101 isoliert zu sein, so dass der Batteriehauptkörper 802 nicht in direkten Kontakt mit dem Dichtungselement 101 steht. Dieses Ziel kann durch eine Methode des vorher Überdeckens des Batteriehauptkörpers 802 mit einer Isolierschicht, die aus Polyimid, Polyethylenterephtalat, Polypropylen oder Polyethylen besteht, erreicht werden; durch eine Methode des vorher Auskleidens der Innenfläche des Dichtungselements 101 mit einer isolierenden Kunststoffschicht; oder durch eine Methode des vorher Streichens der Innenfläche des Dichtungselements mit einer isolierenden Kunststoffschicht.
  • Eine wiederaufladbare Lithium-Batterie, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, kann beispielsweise in der folgenden Art hergestellt werden. Beispielsweise eine solche Anordnung, wie in 4 gezeigt ist, in der der Kathoden-Leistungsausgangsanschluss 104 und der Anoden-Leistungsausgangsanschluss 106 im Dichtungselement 105 verankert ist, wird zuerst an einer vorgeschriebenen Position im konkaven Abschnitt 102 (der einen Querschnitt mit einer symmetrischen Trapezform und einer Tiefe 201 aufweist) des oberen Dichtungselements 101 (entspricht dem Dichtungselement 101a in 7) hergestellt. Dann wird der Batteriehauptkörper 802, der mit einer isolierenden Kunststoffschicht bedeckt ist, im konkaven Abschnitt 102 angeordnet, wobei der Kathoden-Zuleitungsabschnitt 601 des Batteriehauptkörpers 802 mit dem Kathoden-Leistungsausgangsanschluss 104 durch Laserstrahlschweißen, Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen verbunden wird und auch der Anoden-Zuleitungsabschnitt 801 des Batteriehauptkörpers 802 mit dem Anoden-Leistungsausgangsanschluss 106 durch Laserstrahlschweißen, Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen verbunden wird. Dann wird das untere Dichtungselement 101b, das den konkaven Abschnitt 102 aufweist (der eine Querschnitt mit einer symmetrischen Trapezform und einer Tiefe 201 aufweist) mit dem oberen Dichtungselement 101a so zusammengefügt, dass der symmetrische, trapezförmige Raum des konkaven Abschnitts 102 des Dichtungselements 101b und der symmetrische, trapezförmige Raum (in dem der Batteriehauptkörper 802 angeordnet ist) des konkaven Abschnitts 102 des Dichtungselements 101a gegenüber liegen. Und die beiden peripheren Kragenabschnitte 103 (siehe 7) der beiden zusammengefügten Dichtungselemente 101a und 101b werden miteinander verschweißt. Dadurch wird eine wiederaufladbare Lithium-Flachbatterie erhalten.
  • Im Übrigen wird eine Ausführungsart des Zusammenfügens der beiden peripheren Kragenabschnitte 103 im oberen Teil unter Verwendung eines Kleberstoffs betrachtet. Besonders in dem Fall, in dem die wiederaufladbare Lithium-Batterie unter einer Umweltbedingung verwendet wird, die bei ungefähr normaler Temperatur aufrecht erhalten wird, ist es möglich, dass das Zusammenfügen der beiden peripheren Kragenabschnitte 103 bei der Herstellung der wiederaufladbaren Lithium-Batterie unter Verwendung eines Klebstoffs ausgeführt wird. In dem Fall jedoch, in dem die wiederaufladbare Lithium-Batterie unter Umweltbedingungen mit einer niedrigen oder hohen Temperatur verwendet wird, ist das Zusammenfügen der beiden peripheren Kragenabschnitte 103 unter Verwendung eines Klebstoffs aus dem Grund nicht geeignet, da der Ausdehnungskoeffizient des Klebstoffs sich von dem der peripheren Kragenabschnitte unterscheidet; es gibt eine Tendenz, dass das Haftvermögen zwischen dem Klebstoff und den Kragenabschnitten verringert wird und dadurch Feuchtigkeit in das Batterieinnere eindringen kann; das führt zu einer Verschlechterung der Batterieleistung.
  • Auf der anderen Seite, in dem Fall, in dem die beiden peripheren Kragenabschnitte 103 durch Laserstrahlschweißen miteinander verschweißt zusammengefügt werden, werden die miteinander zusammenzufügenden Abschnitte der beiden peripheren Kragenabschnitte zu einer Einheit zusammengefügt und verschmolzen. Bei dieser Verbindung weist die sich ergebende wiederaufladbare Lithium-Batterie eine feste Abdichtstruktur auf, die hinreichend gegen Umweltänderungen besteht, die Temperaturänderung großen Ausmaßes beinhalten, und weist eine verbesserte Haltbarkeit und eine verbesserte Zuverlässigkeit auf.
  • 9 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Beispiel, bei dem eine wiederaufladbare Lithium-Batterie der vorliegenden Erfindung praktisch als eine Stromquelle in einem Mobiltelefon verwendet wird. In 9 bezeichnet Bezugszeichen 901 eine wiederaufladbare Lithium-Batterie der vorliegenden Erfindung und Bezugszeichen 902 ein Mobiltelefon. Die wiederaufladbare Lithium-Batterie 901 wird, wie in 9 gezeigt, in das Mobiltelefon so eingesetzt, dass die Außenseite des Dichtungselements der wiederaufladbaren Lithium-Batterie 901 einen Teil der Schutzhülle des Mobiltelefons 902 bildet. In diesem Fall wird bevorzugt, dass ein geeignetes Kunststoffmaterial oder ein Schild an der Außenseite der wiederaufladbaren Lithium-Batterie befestigt wird oder dass die Außenseite imprägniert wird, um die Außenseite der wiederaufladbaren Lithium-Batterie 901 mit der der Schutzhülle der Mobiltelefons 902 so abzugleichen, dass ein äußerer Unterschied zwischen ihnen nicht existiert. Die wiederaufladbare Lithium-Batterie der vorliegenden Erfindung kann, so wie sie ist verwendet werden, ohne eine Verstärkung der Schutzhülle vorzunehmen, da sie eine ausreichende mechanische Beanspruchbarkeit aufweist. Auf der anderen Seite, in dem Fall, in dem eine herkömmliche wiederaufladbare Batterie, deren Schutzhülle eine Verbundschicht aufweist, in dem Mobiltelefon eingebaut ist, ist es notwendig, eine Verstärkung der Schutzhülle vorzunehmen, da die Schutzhülle, die die Verbundschicht umfasst, bezüglich der mechanischen Beanspruchbarkeit unterlegen ist.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele im Detail beschrieben. Es sollte ersichtlich sein, dass diese Beispiele nur zu Illustrationszwecken dienen und dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
  • Beispiel 1
  • Bei diesem Beispiel wurde eine wiederaufladbare Lithium-Flachbatterie, die eine solche, wie in 1 bis 4 gezeigte, Anordnung aufweist, in der folgenden Art angefertigt.
  • 1. Anfertigung der Kathode:
  • Es wurden 90 Gewichtsteile von LiCoO2 als ein Kathoden-aktives Material, 5 Gewichtsteile natürlichen Kohlenstoffs als ein elektrisch leitender Hilfsstoff und 5 Gewichtsteile Polyvinylidenfluorid als ein Bindemittel gemischt, um eine Mischung zu erhalten. Die Mischung wurde mit 50 Gewichtsteilen N-Methyl-2-Pyrrolidon als ein Lösungsmittel gemischt, um ein Paste mit einer Viskosität von 3000 cps zu erhalten. Die Paste wurde auf die gegenüberliegenden Seiten einer Aluminiumfolie, die eine Stärke von 20 μm aufweist, als ein Kollektor angewandt und danach getrocknet, um dadurch eine Deckschicht auf jeder der gegenüberliegenden Seiten der Aluminiumfolie auszubilden.
  • Das oben erhaltene Produkt wurde der Pressbearbeitung unterworfen, um ein Element zu erhalten, das eine Stärke von 200 μm aufweist und das die Aluminiumfolie umfasst, die zwischen den beiden Schichten, jede als eine Kathoden-aktives Materialschicht, eingeklemmt ist. Das so erhaltene Element wurde zerschnitten, um sechs Kathoden zu erhalten, die eine Größe von 52 mm × 70 mm aufweisen, und als Verband von sechs Zelleinheiten, die jeweils einen Separator umfassen, der zwischen einer Kathode und einer Anode eingeklemmt ist, bei der Anfertigung eines Batteriehauptkörpers, die später beschrieben wird, verwendet werden.
  • 2. Anfertigung der Anode:
  • Es wurden 95 Gewichtsteile Graphit als ein Anoden-aktives Material und 5 Gewichtsteile Polyvinylidenfluorid als ein Bindemittel gemischt, um eine Mischung zu erhalten. Die Mischung wurde mit 60 Gewichtsteilen N-Methyl-2-Pyrrolidon als ein Lösungsmittel gemischt, um ein Paste mit einer Viskosität von 2000 cps zu erhalten. Die Paste wurde auf die gegenüberliegenden Seiten einer Kupferfolie, die eine Stärke von 12 μm aufweist, als ein Kollektor angewandt und danach getrocknet, um dadurch eine Deckschicht auf jeder der gegenüberliegenden Seiten der Aluminiumfolie auszubilden.
  • Das oben erhaltene Produkt wurde der Pressbearbeitung unterworfen, um ein Element zu erhalten, das eine Stärke von 180 μm aufweist und das die Kupferfolie umfasst, die zwischen den beiden Schichten, jede als eine Anoden-aktives Materialschicht, eingeklemmt ist. Das so erhaltene Element wurde zerschnitten, um sieben Anoden zu erhalten, die eine Größe von 52 mm × 70 mm aufweisen, die als Verband von sechs Zelleinheiten, die jeweils einen Separator umfassen, der zwischen einer Kathode und einer Anode eingeklemmt ist, bei der Anfertigung eines Batteriehauptkörpers, der später beschrieben wird, verwendet werden.
  • 3. Anfertigung des Batteriehauptkörpers:
    • (1). Bei jeder der sechs, im obigen Schritt 1 erhaltenen Kathoden wurde ein Teilabschnitt von jeder der beiden Kathoden-aktiven Materialschichten entfernt, um den Kollektor (die Aluminiumschicht) freizulegen, und es wurde ein Aluminiumstreifen, der eine Breite von 5 mm, eine Stärke von 50 μm und eine Länge von 5 mm aufweist, als eine Kathoden-Zuleitung auf den freigelegten Abschnitt des Kollektors geschweißt.
    • (2). Bei jeder der sieben, im obigen Schritt 2 erhaltenen Anoden wurde ein Teilabschnitt von jeder der beiden Anoden-aktiven Materialschichten entfernt, um den Kollektor (die Kupferschicht) freizulegen, und es wurde ein Kupferstreifen, der eine Breite von 5 mm, eine Stärke von 50 μm und eine Länge von 5 mm aufweist, als eine Anoden-Zuleitung auf den freigelegten Abschnitt des Kollektors geschweißt.
    • (3). Die im obigen Schritt (2) erhaltenen sieben Anoden und die im obigen Schritt (1) erhaltenen sechs Kathoden wurden abwechselnd durch einen Separator, der eine 25 μm dicke, poröse Polyethylenschicht umfasst, die eine Anzahl an Mikroporen und eine Größe von 53 mm × 71 mm aufweist, zu jeder Zeit so geschichtet, dass die Anode an jeder Außenseite lag, wodurch ein geschichteter Batteriehauptkörper erhalten wurde. Und es wurde eine 25 μm dicke Polypropylenschicht, die eine Größe von 53 mm × 71 mm aufweist, als eine Isolierschicht an jeder der gegenüberliegenden Außenseiten des Batteriehauptkörpers befestigt, um den Batteriehauptkörper von einem Batteriebehälter (einen Schutzbehälter), in dem der Batteriehauptkörper untergebracht ist, zu isolieren.
  • 4. Anfertigung von Dichtungselementen:
  • Es wurden zwei Dichtungselemente (101a und 101b, siehe 1), davon weist jedes ein solches Querschnittsmuster wie in 2 gezeigt auf, durch Bearbeiten einer rostfreien Stahlplatte, die eine Dicke von 0.15 mm aufweist, durch Tiefziehen unter Verwendung einer Form bzw. eines Stempels angefertigt. Es wurde vor allem ein rechteckiges, schalenartig gebildetes Dichtungselement (a) und ein rechteckiges, schalenartig gebildetes Dichtungselement (b) angefertigt; davon weist jedes einen konkaven Abschnitt, der so geformt ist, dass er eine Querschnittsfläche mit einer im wesentlichen symmetrischen Trapezform aufweist, und einen flachen, peripheren Kragenabschnitt auf, der den konkaven Abschnitt umgibt; der konkave Abschnitt weist einen rechteckigen Boden mit einer Höhe von 85.2 mm und einer Seitenlänge von 53.2 mm und einen offenen Aufsatz mit einer Höhe von 86 mm und Seitenlänge von 54 mm auf; der flache, periphere Kragenabschnitt weist eine Breite von 2 mm auf; die symmetrische Trapezform als der konkave Abschnitt weist eine Tiefe (die vertikale Länge der symmetrischen Trapezform) von 1.65 mm auf und die symmetrische Trapezform als der konkave Abschnitt weist eine Neigung (202, siehe 2) von 15° auf. Der periphere Kragenabschnitt des Dichtungselements (a) wird im Folgenden als „peripherer Kragenabschnitt (a-i)" bezeichnet und der periphere Kragenabschnitt des Dichtungselements (b) wird im Folgenden als „peripherer Kragenabschnitt (b-i)" bezeichnet.
  • 5. Herstellung einer wiederaufladbaren Batterie:
    • (1). Beim im obigen Schritt 4 erhaltenen Dichtungselement (a) wurde eine Öffnung der Größe 12 mm × 10 mm an einem vorgeschriebenen Endabschnitt des konkaven Abschnitts ausgebildet. In den Raum, der im konkaven Abschnitt des Dichtungselements (a) durch die Öffnung unter Verwendung einer Schablone geschaffen wird, die eine Form bzw. einen Stempel aufweist, wurde ein geschmolzenes Polypropylen-Material eingefüllt und ein 150 μm dickes Nickelblech (i) als ein Kathoden-Leistungsausgangsanschluss und ein 150 μm dickes Nickelblech (ii) als ein Anoden-Leistungsausgangsanschluss einzeln in das geschmolzene Polypropylen-Material eingesetzt; danach wurde er gekühlt. Dadurch wurde in dem Raum, der im konkaven Abschnitt des Dichtungselements (a) durch die Öffnung geschaffen wird, ein Isolierbereich (der das Polypropylen-Material umfasst) ausgebildet, der den Kathoden-Leistungsausgangsanschluss [der das Nickelblech (i) umfasst] und den Anoden-Leistungsausgangsanschluss [der das Nickelblech (ii) umfasst] aufweist, die räumlich so angeordnet sind, dass ihre Endabschnitte einzeln zur Außenseite der oberen Fläche des Isolierabschnitts exponiert sind, der sich in der Öffnung des konkaven Abschnitts befindet, und auch ihre übrigen Endabschnitte zur Außenseite der unteren Seitenfläche des Isolierbereichs exponiert sind, der sich im Inneren des konkaven Abschnitts befindet. Der Kathoden-Leistungsausgangsanschluss und der Anoden-Leistungsausgangsanschluss, die ihre exponierten Endabschnitte enthalten, werden hier elektrisch von dem Dichtungselement (a) durch den Isolierbereich isoliert.
    • (2). Der im obigen Schritt (3) erhaltene Batteriehauptkörper wurde im übrigen Raum des konkaven Abschnitts des Dichtungselements (a) angeordnet, wobei die Kathoden-Zuleitungen (die den Aluminiumstreifen umfassen) des Batteriehauptkörpers und der Kathoden- Leistungsausgangsanschluss, der zur unteren Seitefläche des Isolierbereichs exponiert ist, durch Ultraschallschweißen aneinander befestigt wurden und die Anoden-Zuleitungen (die den Kupferstreifen umfassen) des Batteriehauptkörpers und der Anoden-Leistungsausgangsanschluss, der zur unteren Seitenfläche des Isolierbereichs exponiert ist, durch Ultraschallschweißen aneinander befestigt wurden. Dann wurde eine Elektrolytlösung, die durch Auflösen von 1 M (Mol/Liter) Lithiumhexafluorophosphat erhalten wird, das in 1 Liter eines gemischten Lösungsmittels aufgelöst wird, das durch Mischen von Propylencarbonat und Dimethylcarbonat mit einem entsprechenden Mischungsverhältnis erhalten wird, in den Batteriehauptkörper eingefüllt, um den Separator des Batteriehauptkörpers mit der Elektrolytlösung zu imprägnieren. Danach wurde das Dichtungselement (b) mit dem Dichtungselement (a) zusammengefügt, so dass der symmetrisch geformte, konkave Bereich des Dichtungselements (b) und der symmetrisch geformte, konkave Bereich (der den Batteriehauptkörper und den Isolierabschnitt darin aufweist) des Dichtungselements (a) zusammenpassten, um sich gegenüber zuliegen, um einen Batteriebehälter zu erhalten, der das Dichtungselement (a) und das Dichtungselement (b) umfasst, das den Batteriehauptkörper umschließt und das einen peripheren Kragenabschnitt aufweist, der den peripheren Kragenabschnitt (a-i) und den peripheren Kragenabschnitt (b-i) umfasst, die zusammengefügt sind.
    • (3). Der im obigen Schritt (2) erhaltene Batteriebehälter wurde auf einem X-Y-Tisch aufgestellt, der in eine X-Achsenrichtung und auch in eine Y-Achsenrichtung frei bewegt werden kann, und während der periphere Kragenabschnitt [der den peripheren Kragenabschnitt (a-i) und der peripheren Kragenabschnitt (b-i) umfasst] des Batteriebehälters durch eine Haltevorrichtung festgehalten wurde, wurde der periphere Kragenabschnitt (a-i) und der periphere Kragenabschnitt (b-i), die den peripheren Kragenabschnitt des Batteriebehälters bilden, periodisch mit einem Abstand von 2 mm durch eine YAG-Laserschweißmaschine mit einer Energie von 1.4 J, einer Impulsabstrahlzeit von 2 m·Sekunde und einer Pulsationsfrequenz von 1 pps (Impuls pro Sekunde) verschweißt, während der X-Y-Tisch bewegt wurde. Danach wurde die Haltevorrichtung abgenommen und das Schweißen durch die YAG-Laserschweißmaschine für die Gesamtheit des peripheren Kragenabschnitts (a-i) und des peripheren Kragenabschnitts (b-i) mit einer Energie von 1.4 J, einer Impulsabstrahlzeit von 2 m·Sekunde und einer Pulsationsfrequenz von 25 pps ausgeführt, während der X-Y-Tisch mit einer Bewegungsgeschwindigkeit von 2.0 mm/Sekunde bewegt wurde, wobei der periphere Kragenabschnitt (a-i) und der periphere Kragenabschnitt (b-i), die den peripheren Kragenabschnitt des Batteriebehälters bilden, ausreichend verschweißt wurden, um den peripheren Kragenabschnitt des Batteriebehälters fest abzudichten.
  • So wurde eine wiederaufladbare Lithium-Flachbatterie erhalten.
  • Auf diese Art wurden sechs wiederaufladbare Lithium-Flachbatterien angefertigt.
  • Beispiel 2
  • Die Verarbeitungsschritte des Beispiels 1 wurden wiederholt, außer dass die Anfertigung der Anode bei Schritt 2 im Beispiel 1 so ausgeführt wurde, wie unten beschrieben wird, um fünf wiederaufladbare Lithium-Flachbatterien zu erhalten.
  • Anfertigung der Anode:
  • 60 Gewichtsteile eines pulverförmigen Zinnmaterials, dass eine durchschnittliche Teilchengröße von 3 μm aufweist, als ein Anoden-aktives Material und 5 Gewichtsteile Carboxymethylcellulose als ein Bindemittel wurden gemischt, um eine Mischung zu erhalten. Die Mischung wurde mit 35 Gewichtsteilen entionisierten Wassers als ein Lösungsmittel gemischt, um eine Paste zu erhalten, die eine Viskosität von 2000 cps aufweist. Die Paste wurde auf die gegenüberliegenden Seiten einer Kupferfolie, die eine Stärke von 12 μm aufweist, als ein Kollektor angewandt und danach getrocknet, um dadurch eine Deckschicht auf jeder der gegenüberliegenden Seiten der Aluminiumfolie auszubilden. Das oben erhaltene Produkt wurde der Pressbearbeitung unterworfen, um ein Element zu erhalten, das eine Stärke von 180 μm aufweist und das die Kupferfolie umfasst, die zwischen den beiden Schichten, jede als eine Anoden-aktives Materialschicht, eingeklemmt ist. Das so erhaltene Element wurde zerschnitten, um sieben Anoden zu erhalten, die eine Größe von 52 mm × 70 mm aufweisen, die als Verband von sechs Zelleinheiten, die jeweils einen Separator umfassen, der zwischen einer Kathode und einer Anode eingeklemmt ist, bei der Anfertigung eines Batteriehauptkörpers, der später beschrieben wird, verwendet werden.
  • Beispiel 3
  • Die Verarbeitungsschritte des Beispiels 1 wurden wiederholt, außer dass ohne den Separator und die Elektrolytlösung zu verwenden eine sich festigende Elektrolytmaterialschicht auf der Oberfläche jeder Kathode und auch auf der Oberfläche jeder Anode ausgebildet wurde, wie unten beschrieben wird, um fünf wiederaufladbare Lithium-Flachbatterien zu erhalten.
  • An den gegenüberliegenden Oberflächen von jeder der sechs Kathoden, die eine Größe von 52 mm × 70 mm aufweisen und auf dieselbe Art wie bei Schritt 1 im Beispiel 1 angefertigt wurden, und auch an den gegenüberliegenden Oberflächen von jeder der sieben Anoden, die eine Größe von 52 mm × 70 mm aufweisen und auf dieselbe Art wie bei Schritt 1 in Beispiel 1 angefertigt wurden, wurde eine Deckflüssigkeit angewandt, die durch Mischen von 70 Gewichtsteilen Methoxypolyethylenglykolmonoacrylat und von 30 Gewichtsteilen Polyethylenglykoldimetacrylat, um eine Mischung zu erhalten, und durch Mischen der Mischung mit 400 Gewichtsteilen einer Elektrolytlösung, die durch Auflösen von 1 M (mol/Liter) Lithiumhexafluorophosphat erhalten wurde, das in 1 Liter eines gemischten Lösungsmittels gelöst wurde, das durch Mischen von Ethylencarbonat und Dimethoxyethan mit einem geeigneten Mischungsverhältnis erhalten wurde, und 0.3 Gewichtsteilen 2,2-Dimethoxy-2-Phenylacetonphenon erhalten wurde; danach wurde sie der Strahlung von ultravioletten Strahlen ausgesetzt, wobei eine sich festigende Elektrolytmaterialschicht, die eine Stärke von 12.5 μm [diese Stärke entspricht der Hälfte der Stärke (25 μm) der porösen Polypropylenschicht als Separator, der im Schritt 3-(3) in Beispiel 1 verwendet wurde] aufweist, an jeder der gegenüberliegenden Oberflächen von jeder der sechs Kathoden und auch an jeder der gegenüberliegenden Oberflächen von jeder der sieben Anoden gebildet wurde.
  • Die übrigen Verarbeitungsschritte wurden wie in Beispiel 1 ausgeführt.
  • Beispiel 4
  • Die Verarbeitungsschritte des Beispiels 1 wurden außer für den folgenden Punkt wiederholt, um fünf wiederaufladbare Lithium-Flachbatterien zu erhalten.
  • Beim Schritt 5-(2) im Beispiel 1 wurde ein 50 μm dickes Mantelelement, das eine Aluminiumschicht und eine Nickelschicht in geschichteter Form umfasst, am Kathoden-Leistungsausgangsanschluss durch Verschweißen der Nickelschichtseite mit dem Kathoden-Leistungsausgangsanschluss durch Ultraschallschweißen befestigt und die Aluminiumschichtseite des Mantelelements wurde mit den Kathoden-Zuleitungen (die den Aluminiumstreifen umfassen) durch Ultraschallschweißen verschweißt, wenn die Kathoden-Zuleitungen (die den Aluminiumstreifen umfassen) des Batteriehauptkörpers und die des Kathoden-Leistungsausgangsanschluss, der zur unteren Seitenfläche des Isolierbereichs exponiert ist, durch Ultraschallschweißen aneinander befestigt wurden.
  • Die übrigen Verarbeitungsschritte wurden wie im Beispiel 1 ausgeführt.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Bei diesem Vergleichsbeispiel wurde eine wiederaufladbare Lithium-Flachbatterie, die eine solche Anordnung, wie in 11 gezeigt ist, aufweist, auf die folgende Weise angefertigt.
  • Die Verarbeitungsschritte der Schritte 1 bis 3 in Beispiel 1 wurden wiederholt, um einen Batteriehauptkörper (1100) zu erhalten.
  • Es wurde ein Batteriebehälter (1105) durch Verarbeitung einer 0.5 mm dicken, rostfreien Stahlplatte durch Tiefziehen unter Verwendung einer Form bzw. eines Stempels angefertigt.
  • Der oben erhaltene Batteriehauptkörper (1100) wurde im Batteriebehälter (1105) untergebracht. Dann wurde ein 0.1 mm dickes Hitzeschildelement (1106), das aus rostfreiem Stahl besteht, auf dem Batteriehauptkörper (1100), wie in 11 gezeigt, angeordnet. Danach wurde eine Elektrolytlösung, die durch Auflösen von 1 M (Mol/Liter) Lithiumhexafluorophosphat erhalten wurde, das in 1 Liter eines gemischten Lösungsmittels aufgelöst wurde, das durch Mischen von Propylencarbonat und Dimethylcarbonat mit einem geeigneten Mischungsverhältnis erhalten wurde, in den Batteriebehälter (1105) eingefüllt, um den Separator (1103) des Batteriehauptkörpers (1100) mit der Elektrolytlösung zu imprägnieren.
  • Danach wurde eine Abdeckung (1104), die eine Anschlussentnahmeöffnung aufweist, auf dem Batteriebehälter angebracht (1105) und die Abdeckung (1104) wurde mit dem Batteriebehälter (1105) unter Verwendung einer YAG-Laserschweißmaschine verschweißt.
  • Es wurde oben ermöglicht, dass die Kathoden-Zuleitungen und die Anoden-Zuleitungen des Batteriehauptkörpers (1100) einzeln durch die Anschlussentnahmeöffnung der Abdeckung (1104) entnommen werden konnte. Die Kathoden-Zuleitungen und die Anoden-Zuleitungen des Batteriehauptkörpers (1100) wurden durch die Anschlussentnahmeöffnung der Abdeckung (1104) entnommen, um ein Paar von Leistungsausgangsanschlüssen zu bilden. Das Isolieren der Anschlüsse vom Batteriebehälter wurde durch Aufsprühen eines flüssigen Polyethylenharzes auf die Anschlüsse ausgeführt.
  • So wurde eine wiederaufladbare Lithium-Flachbatterie erhalten, die eine solche wie in 11 gezeigte Anordnung aufweist.
  • Auf diese Weise wurden sechs wiederaufladbare Lithium-Flachbatterien angefertigt.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Die Verarbeitungsschritte des Vergleichsbeispiels 1 wurden wiederholt, mit dem Unterschied, dass die Anoden des Batteriehauptkörpers (1100) in der Weise wie in Beispiel 2 angefertigt wurden, um fünf wiederaufladbare Lithium-Flachbatterien zu erhalten.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Die Verarbeitungsschritte des Vergleichsbeispiels 1 wurden wiederholt, mit dem Unterschied, dass, ohne die Separatoren und die Elektrolytlösung zu verwenden, auf jeder der gegenüberliegenden Oberflächen jeder Kathode und auch auf jeder der gegenüberliegenden Oberflächen jeder Anode auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 eine sich festigende Elektrolytmaterialschicht ausgebildet wurde, um fünf wiederaufladbare Lithium-Flachbatterien zu erhalten.
  • Vergleichsbeispiel 4
  • Die Verarbeitungsschritte des Vergleichsbeispiels 1 wurden wiederholt, mit dem Unterschied, dass kein Hitzeschildelement verwendet wurde, um sechs wiederaufladbare Lithium-Flachbatterien zu erhalten.
  • Bewertung
  • 1. Es wurden für die fünf wiederaufladbaren Lithium-Batterien, die in jedem der Bespiele 1 bis 4 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 erhalten wurden, eine Bewertung bezüglich der Batteriecharakteristiken in der folgenden Weise durchgeführt.
  • Jede wiederaufladbare Lithium-Batterie wird unter Verwendung eines Lade-Entlade Systems BT-2043 (hergestellt von Arbin Instruments) einem Lade- und Entladezyklus Test unterworfen. Das bedeutet, dass ein Zyklus viele Male wiederholt wird, in dem Laden mit einer konstanten elektrische Stromstärke für 3 Stunden in der Art ausgeführt wird, dass das Laden mit einer konstanten elektrischen Stromstärke von 1 A ausgeführt wird bis die Batteriespannung 4.2 V erreicht und eine festgelegte elektrische Stromstärke fließt, um die Spannung aufrecht zu erhalten; es wird eine Pause von 10 Minuten gemacht; es wird Entladung ausgeführt bis die Batteriespannung 2.5 V mit einer elektrischen Stromstärke von 1 A erreicht; und es wird eine Pause von 10 Minuten gemacht, wobei die Wiederholungsanzahl des Zyklus des Lade- und Entladezyklus untersucht wird, wenn die Batterie von internen Kurzschlüssen (zwischen der Kathode und der Anode) betroffen ist.
  • Die Bewertungsergebnisse werden gemeinsam in Tabelle 4 gezeigt. Insbesondere wird die Wiederholungsanzahl des Lade- und Entladezyklus, wenn die wiederaufladbare Lithium-Batterie von internen Kurzschlüssen betroffen ist, in jedem Fall in Tabelle 4 gezeigt. Die Zahl in Tabelle 4 ist die Gesamtsumme der wiederaufladbaren Lithium-Batterie(n), die nach einer bestimmten Wiederholungsanzahl des Zyklus des Lade- und Entladezyklus von internen Kurzschlüssen betroffen sind.
  • Aus den Bewertungsergebnissen ergibt sich Folgendes. Alle fünf wiederaufladbaren Lithium-Batterien, die in jedem der Bespiele 1 bis 4 erhalten wurden, wurden nicht von internen Kurzschlüssen betroffen, sogar wenn der Lade- und Entladezyklus 500 Mal wiederholt wurde. Bei den wiederaufladbaren Lithium-Batterien, die im Vergleichsbeispiel 2 erhalten wurden, waren zwei von ihnen von internen Kurzschlüssen bis zum 100sten Wiederholungszyklus betroffen, und alle von ihnen waren bis zum 200sten Wiederholungszyklus von internen Kurzschlüssen betroffen. Die wiederaufladbaren Lithium-Batterien, die in den Vergleichsbeispielen 1 und 3 erhalten wurden, waren nicht so beschädigt wie in dem Fall des Vergleichsbeispiels 2, aber es waren alle von ihnen bis zum 400sten Wiederholungszyklus von Kurzschlüssen betroffen. Diese wiederaufladbaren Lithium-Batterien wurden für die Untersuchung zerlegt. Als ein Ergebnis wurde festgestellt, dass die Separatoren und die sich festigenden Elektrolytmaterialschichten als die Ionenleiter (oder die Isolatoren) in jedem Fall teilweise beschädigt waren. Als Grund dafür wird angenommen, dass die aktiven Materialien (die Kathoden-aktiven Materialien oder/und die Anoden-aktiven Materialien) ihr Volumen ausgedehnt haben und dadurch eine Spannung auf das Hitzeschildelement angewandt haben.
  • Tabelle 1
    Figure 00560001
  • 2. Jede der wiederaufladbaren Lithium-Batterien, die im Beispiel 1 erhalten wurden, die im Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurden und die im Vergleichsbeispiel 4 erhalten wurden, wurden in der folgenden Weise unter Verwendung des vorhererwähnten Lade-Entlade Systems BT-2043 bewertet.
  • Bei jeder der wiederaufladbaren Lithium-Batterien wird ein Laden mit konstanter Stromstärke für 3 Stunden in der Weise ausgeführt, dass das Laden mit einer konstanten elektrischen Stromstärke von 1 A ausgeführt wird bis die Batteriespannung 4.2 V erreicht und eine festgelegte elektrische Stromstärke fließt, um die Spannung zu erhalten. Während die Batteriespannung gemessen wird, wird danach die gesamte Oberfläche der Batterie durch eine ölhydraulische Presse gepresst, wobei eine Last gemessen wird, wenn die Batteriespannung plötzlich abnimmt.
  • Als Ergebnis für die wiederaufladbare Lithium-Batterie des Beispiels 1 ereignete sich keine plötzliche Abnahme der Batteriespannung bis zu einer Last von 49 MPa. Andererseits ereignete sich bei der wiederaufladbaren Lithium-Batterie des Vergleichsbeispiels 1 eine plötzliche Abnahme der Batteriespannung bei einer Last von 4.9 MPa und bei der wiederaufladbaren Lithium-Batterie des Vergleichsbeispiels 4 ereignete sich sogar eine plötzliche Abnahme der Batteriespannung bereits bei einer Last von 0.98 MPa.
  • Aus den Bewertungsergebnissen ergab sich für die wiederaufladbare Lithium-Batterie der vorliegenden Erfindung, dass sie bei der Widerstandslast überragend war.
  • Beispiel 5
  • Die Verarbeitungsschritte des Beispiels wurden wiederholt, mit dem Unterschied, dass das Dichtungselement (b) durch ein rechteckiges, plattiertes Dichtungselement ohne konkaven Abschnitt ersetzt wurde, das aus rostfreien Stahl besteht und das eine Stärke von 0.15 mm, eine Höhe von 88 mm und eine Seitenlänge von 56 mm aufweist und einen peripheren Kragenabschnitt mit einer Breite von 2 mm hat, der dem Kragenabschnitt (a-i) des Dichtungselements (a) entspricht, um sechs wiederaufladbare Lithium-Flachbatterien zu erhalten.
  • Die fünf wiederaufladbaren Lithium-Batterien wurden auf dieselbe Weise bewertet, wie die in der vorangegangenen Bewertung 1 beschriebene. Als Ergebnis waren alle wiederaufladbaren Lithium-Batterien nicht von internen Kurzschlüssen betroffen, sogar wenn der Lade- und Entladezyklus 500 Mal wiederholt wurde.
  • Die verbleibende wiederaufladbare Lithium-Batterie wurde in derselben Art bewertet, wie die in der vorangegangenen Bewertung 2 beschriebene. Als Ergebnis ereignete sich keine plötzliche Abnahme der Batteriespannung bis zu einer Last von 30 MPa.

Claims (24)

  1. Wiederaufladbare Lithium-Batterie, umfassend einen mit mindestens einer Kathode, einer Anode und einem Ionenleiter versehenen Batteriehauptkörper, der zwischen einem Paar aus einem Dichtungselement (a) und einem Dichtungselement (b) eingeschlossen ist, wobei mindestens das Dichtungselement (a) einen konkaven Abschnitt aufweist derart, dass sich der konkave Abschnitt zu jeder Seite des Dichtungselements (a) von einem zentralen Abschnitt des Dichtungselements (a) erstreckt, um einen peripheren Abschnitt zu haben, der den konkaven Abschnitt umgibt, und die beiden Dichtungselemente (a) und (b) sich einander gegenüberstehend angeordnet sind derart, dass die Fläche des konkaven Abschnitts des Dichtungselements (a) dem Dichtungselement (b) über dem Batteriehauptkörper gegenübersteht, wobei das Dichtungselement (a) einen peripheren Kragenabschnitt (a-i) am peripheren Abschnitt des konkav geformten Abschnitts aufweist und das Dichtungselement (b) versehen ist mit einem peripheren Kragenabschnitt (b-i) an einer Zone davon, die dem peripheren Abschnitt des Dichtungselements (a) entspricht, wobei der Kragenabschnitt (a-i) und der Kragenabschnitt (b-i) miteinander verschweißt sind und entweder das Dichtungselement (a) oder das Dichtungselement (b) versehen ist mit einem Leistungsausgangsanschluss, der eine elektrische Verbindung mit dem Batteriehauptkörper aufweist, und einem Isolierabschnitt zum Isolieren des Leistungsausgangsanschlusses, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Abschnitt des Dichtungselements (a) im Querschnitt im wesentlichen symmetrisch trapezförmig geformt ist; und der Isolierabschnitt ein Kunststoffmaterial umfasst.
  2. Batterie gemäß Anspruch 1, bei der das Dichtungselement (b) ebenfalls einen konkaven Abschnitt aufweist derart, dass sich der konkave Abschnitt zu jeder Seite des Dichtungselements (b) von einer zentralen Position des Dichtungselements (b) erstreckt, um einen peripheren Abschnitt zu haben, und der periphere Abschnitt den Kragenabschnitt (b-i) umfasst.
  3. Batterie gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der das Dichtungselement (a) und das Dichtungselement (b) hauptsächlich je ein oder mehrere metallische Materialien umfassen, die ausgewählt sind aus der aus einem rostfreien Stahlmaterial, einem Nickelmaterial, einem nickelplattierten Eisenmaterial, einem Aluminiummaterial und einem Kupfermaterial bestehenden Gruppe.
  4. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Kragenabschnitt (a-i) und der Kragenabschnitt (b-i) eine Breite in einem Bereich von 0,5 mm bis 3,0 mm aufweisen.
  5. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die symmetrische trapezförmige Form des konkaven Abschnitts eine Neigung in einem Bereich von 5° bis 45° aufweist.
  6. Batterie gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der der konkave Abschnitt des Dichtungselements (b) im Querschnitt im wesentlichen symmetrisch trapezförmig geformt ist.
  7. Batterie gemäß Anspruch 6, bei der die symmetrische trapezförmige Form des konkaven Abschnitts eine Neigung in einem Bereich von 5° bis 45° aufweist.
  8. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der Leistungsausgangsanschluss einen Kathoden-Leistungsausgangsanschluss, der elektrisch mit der Kathode des Batteriehauptkörpers verbunden ist, und einen Anoden-Leistungsausgangsanschluss, der elektrisch mit der Anode des Batteriehauptkörpers verbunden ist, umfasst.
  9. Batterie gemäß Anspruch 8, bei der der Kathoden-Leistungsausgangsanschluss und der Anoden-Leistungsausgangsanschluss in dem konkaven Abschnitt des Dichtungselements (a) an einer Position gelegen sind, die 15 mm oder weniger von einer Umfangsfläche des konkaven Abschnitts entfernt ist.
  10. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der mindestens das Dichtungselement (a) eine aus einem Kunststoffmaterial gebildete Zone aufweist.
  11. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Dichtungselement (a) oder das Dichtungselement (b) eine Innendruckausgleichsöffnung aufweist.
  12. Batterie gemäß Anspruch 11, bei der die Innendruckausgleichsöffnung einen Stopfen mit einem dünnen Film, einem Gummistopfen oder einer Feder umfasst.
  13. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der eine Innendruckausgleichsöffnung in dem Isolierabschnitt vorgesehen ist.
  14. Batterie gemäß Anspruch 13, bei der die Innendruckausgleichsöffnung einen Stopfen mit einem dünnen Film umfasst, der aus dem den Isolierabschnitt bildenden Kunststoffmaterial gebildet ist.
  15. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der der Leistungsausgangsanschluss einen Kathoden-Leistungsausgangsanschluss, der elektrisch mit der Kathode des Batteriehauptkörpers verbunden ist, und einen Anoden-Leistungsausgangsanschluss, der elektrisch mit der Anode des Batteriehauptkörpers verbunden ist, umfasst, wobei mindestens die Kathode einen Kathodenzuleitungsabschnitt aufweist, und der Kathoden-Leistungsausgangsanschluss mit dem Kathoden-Zuleitungsabschnitt durch eine Kathoden-Leistungsausgangszuleitung verbunden ist, die ein Mantelmaterial umfasst.
  16. Batterie gemäß Anspruch 15, bei der das Mantelmaterial ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Nickelmaterial, einem Titanmaterial oder einem Kupfermaterial oder einem Material, das ein Element enthält, das den Kathoden-Leistungsausgangsanschluss als einen Hauptbestandteil bildet, und einem Material, das ein Element enthält, das den Kathoden-Zuleitungsabschnitt als einen Hauptbestandteil enthält.
  17. Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der die Anode des Batteriehauptkörpers ein Anoden-aktives Material umfasst, das ein mit Lithium legierbares Material enthält.
  18. Verfahren zum Herstellen einer wiederaufladbaren Lithium-Batterie, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Batteriehauptkörpers mit mindestens einer Kathode, einer Anode und einem Ionenleiter, ferner eines ersten Dichtungselements (a), das einen konkaven Abschnitt mit einem diesen umgebenden peripheren Abschnitt und einem peripheren Kragenabschnitt (a-i) an dem letzteren sowie eines zweiten Dichtungselements (b) mit einem peripheren Kragenabschnitt (b-i) an einer Zone desselben aufweist, die dem peripheren Abschnitt des ersten Dichtungselements (a) entspricht, Anordnen des Batteriehauptkörpers im konkaven Abschnitt des ersten Dichtungselements (a), Vereinigen des ersten Dichtungselements (a) mit dem zweiten Dichtungselement (b), um einander gegenüberzuliegen derart, dass die Fläche des konkaven Abschnitts des ersten Dichtungselements (a) dem zweiten Dichtungselement über dem Batteriehauptkörper gegenübersteht, und gegenseitiges Verschweißen der Kragenabschnitte (a-i) und (b-i) von erstem und zweitem Dichtungselement (a) bzw. (b), wobei der konkave Abschnitt des Dichtungselements (a) im Querschnitt im wesentlichen symmetrisch trapezförmig geformt ist; und der Isolierabschnitt ein Kunststoffmaterial umfasst.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem als das zweite Dichtungselement (b) ein Dichtungselement verwendet wird, das einen konkaven Abschnitt mit einem diesen umgebenden peripheren Abschnitt und einem Kragenabschnitt an letzterem aufweist.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 18 oder Anspruch 19, umfassend einen Schritt zum Anordnen eines Leistungsausgangsanschlusses, der einen Kathoden- Leistungsausgangsanschluss und einen Anoden-Leistungsausgangsanschluss aufweist und letzterer eine elektrische Verbindung mit dem Batteriehauptkörper und einen Isolierabschnitt zum Isolieren des Leistungsausgangsanschlusses im konkaven Abschnitt des Dichtungselements aufweist.
  21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem das gegenseitige Verschweißen der peripheren Kragenabschnitte (a-i) und (b-i) mittels Laserstrahlschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen ausgeführt wird.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem der Isolierabschnitt dafür ausgelegt wird, einen Umfang des Leistungsausgangsanschlusses abzudecken, ein metallischer Abschnitt dafür ausgelegt wird, den Isolierabschnitt zu umschreiben, und der metallische Abschnitt an dem ersten Dichtungselement (a) mittels Schweißen befestigt wird.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem der Isolierabschnitt ausgebildet wird, um in dem Kathoden-Leistungsausgangsanschluss und dem Anoden-Leistungsausgang integriert zu sein.
  24. Wiederaufladbare Lithium-Batterie, umfassend einen mit mindestens einer Kathode, einer Anode und einem Ionenleiter versehenen Batteriehauptkörper, der zwischen einem Paar aus einem Dichtungselement (a) und einem Dichtungselement (b) eingeschlossen ist, wobei mindestens das Dichtungselement (a) einen konkaven Abschnitt aufweist derart, dass sich dieser Abschnitt zu jeder Seite des Dichtungselements (a) erstreckt, um einen ihn umgebenden peripheren Abschnitt zu haben, und die beiden Dichtungselemente (a) und (b) dafür ausgelegt sind einander gegenüberzuliegen derart, dass die Fläche des konkaven Abschnitts des Dichtungselements (a) dem Dichtungselement (b) über den Batteriehauptkörper gegenübersteht, wobei das Dichtungselement (a) einen peripheren Kragenabschnitt (a-i) am peripheren Abschnitt des konkav geformten Abschnitts aufweist und das Dichtungselement (b) versehen ist mit einem peripheren Kragenabschnitt (b-i) an einer Zone davon, die dem peripheren Abschnitt des Dichtungselements (a) entspricht, wobei die Kragenabschnitte (a-i) und (b-i) gegenseitig verschweißt sind und entweder das Dichtungselement (a) oder das Dichtungselement (b) versehen ist mit einem Leistungsausgangsanschluss, der eine elektrische Verbindung mit dem Batteriehauptkörper aufweist, und einem Isolierabschnitt zum Isolieren des Leistungsausgangsanschlusses, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragenabschnitt (a-i) und der Kragenabschnitt (b-i) eine Breite in einem Bereich von 0,5 mm bis 3,0 mm aufweisen.
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