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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft in erster Linie ein Verfahren zur
Herstellung von positiven und negativen Elektroden einer nichtwässrigen-elektrolythaltigen
wiederaufladbaren Batterie.
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Hintergrundwissen
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In
den letzten Jahren gab es in dem Bereich elektronischer Gerätschaften
einen ansteigenden Trend zu portablen und kabellosen Bauweisen und somit
stieg auch der Bedarf für
kleine und leichte wiederaufladbare Batterien, die eine hohe Energiedichte aufweisen.
Unter anderem erhofft man sich von nichtwässrigenelektrolythaltigen wiederaufladbaren
Batterien, typisiert durch wiederaufladbare Batterien aus Lithium,
wobei Lithium als ein aktives Material verwendet wird, eine hohe
Spannung und eine hohe Energiedichte. Jedoch wird eine positive
Elektrodenplatte, eine negative Elektrodenplatte als auch ein Separator
solcher nicht-wässrigen-elektrolythaltigen wiederaufladbaren
Batterien jeweils unabhängig
voneinander geformt. Ein Separator, der üblicherweise die größte Fläche einnimmt,
eine negative Elektrodenplatte und eine positive Elektrodenplatte
müssen in
dieser Reihenfolge kleiner in der Fläche sein. Konsequenterweise
gibt es eine Fläche,
die nur durch einen Separator eingenommen wird. Infolgedessen nimmt
ein Teil eines Separators, der nicht in einer Batteriekapazität involviert
ist, einen großen
Platz in der Batterie ein, wodurch die Entladestromstärke pro Volumeneinheit
der Batterie reduziert wird.
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Da
weiterhin ein Separator, eine positive Elektrodenplatte und eine
negative Elektrodenplatte jeweils unabhängig voneinander existieren,
wird ein Zwischenraum zwischen dem Separator und der positiven Elektrodenplatte
oder der negativen Elektrodenplatte erzeugt. Gase, die durch die
Reaktionen zwischen den Elektrodenplattenoberflächen und dem Elektrolyt etc.
während
der Aufladung und der Entladung erzeugt werden, akkumulieren in
den Zwischenraum, wobei sie die Batterieeigenschaften verschlechtern.
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Verfahren
zur Modularisierung einer Elektrodenplatte und eines Separators
umfassen Schritte für Polymerbatterien,
wobei diese warmverschweißt werden
(US Pat. Nr. 5,460,904). Nach diesen Schritten werden ein Separator
und eine Elektrodenplatte unabhängig
voneinander hergestellt und dann zusammen warmverschweißt und somit
modularisiert.
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Um
den Separator dann weiter in eine poröse Membran zu überführen, umfassen
die Schritte einen Schritt in welchem der Separator bei Bildung
der Separatormembran einen Weichmacher enthält, und der Weichmacher nach
der Warmverschweißung
extrahiert wird. Dementsprechend sind die Schritte sehr komplex,
wodurch sich Nachteile einstellen, wie zum Beispiel Erniedrigung
der Produktivität
und Erhöhung der
Kosten.
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Weitere
alternative Verfahren zur Modularisierung einer Elektrodenplatte
und eines Separators umfassen einen Schritt zur Beschichtung einer
Isolationsschicht auf eine Elektrodenplatte und wird in der japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. Hei. 10-50348, Hei. 11-288741 und weiteren offenbart. Gemäß einem
Verfahren, das in der japanischen Patentveröffentlichung Hei. 10-50348
offenbart wird, wird ein Polyethylenwachs erhitzt und geschmolzen und
dann auf eine Elektrodenplatte beschichtet und danach wird die beschichtete
Schicht zum Beispiel mittels eines Wärmegefälles perforiert. Das heißt, dass
mit diesem Verfahren aus der beschichteten Harzschicht in jedem
Fall eine homogenisierte Membran entsteht und die Schicht durch
irgendwelche Mittel oder Anderem perforiert werden muss, um daraus
eine poröse
Membran zu machen, so dass die Schicht. als ein Separator funktioniert.
Ferner wird in der japanischen Patenveröffentlichung Nr. Hei. 11-288741
ein typisches Verfahren zur Bildung von Polymerfilmen offenbart,
in welchem ein Polymermaterial in einem Lösungsmittel geschmolzen wird
und die Lösung
auf eine Elektrodenplatte beschichtet wird. Da aber ein Lösungsmittel,
das exzellente Auflösungseigenschaften
für ein
Polyolefinharz, wie zum Beispiel Polyethylen, bietet, nicht verfügbar ist,
ist die Herstellung einer Isolationsschichtmembran mit üblichen
Verfahren extrem schwierig. Deshalb werden in dieser Patentveröffentlichung
ebenfalls Polyolefinharze nicht als ein Polymermaterial beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Bezug auf die konventionellen Probleme,
die oben beschrieben wurden, gemacht und ein Ziel der Erfindung
ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieelektrodenplatte
bereitzustellen, in welchem die Elektrodenplatte einen Separator
aus einem Polyolefinharz, wie zum Beispiel Polyethylen, welches
ein Material mit relativ geringen Kosten ist und stabil zur Verwendung
in einer Batterie ist, als einen Separator verwendet, eine positive
Elektrodenplatte oder eine negative Elektrodenplatte modularisiert
mit einer Isolationsschicht durch die Beschichtung des Polyolefinharzes
auf die positive Elektrodenplatte oder die negative Elektrodenplatte.
Demzufolge wird das Volumen eines Separators in dem Raum innerhalb
einer Batterie minimiert und Grenzflächenbindung zwischen der positiven
Elektrodenplatte oder der negativen Elektrodenplatte und der Isolationsschicht
verbessert, wodurch die Batterieeigenschaften verstärkt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Um
das oben beschriebene Ziel zu erreichen, umfasst ein Verfahren zur
Herstellung einer Batterieelektrodenplatte gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung
die Schritte: Mischung eines Lösungsmittels
mit einem Polyolefinharz, das als eine Isolationsschicht auf einer
positiven Elektrodenplatte oder negativen Elektrodenplatte verwendet
wird; Herstellung einer gel-ähnlichen
Lösung
oder einer gelierten Lösung,
die als Ganzes eine hohe Viskosität aufweist durch Erhitzung
der Mischung des Polyolefinharzes und des Lösungsmittels bei einer Temperatur,
bei welcher ein Teil oder das gesamte Polyolefinharz schmilzt; Bildung
einer Isolationsschicht durch Beschichtung der gel-ähnlichen
Lösung
auf eine Oberfläche
einer positiven Elektrodenplatte oder einer negativen Elektrodenplatte;
und Trocknung durch Erhitzung der positiven Elektrodenplatte oder
negativen Elektrodenplatte ausgebildet mit der Isolationsschicht.
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In
diesem Verfahren zur Herstellung einer Batterieelektrodenplatte
werden die Isolationsschicht, die einem Separator entspricht, und
die positive Elektrodenplatte oder negative Elektrodenplatte in
der gleichen Fläche
hergestellt. Dadurch wird ein Teil genutzt, der üblicherweise nur durch einen
Separator eingenommen wird, so dass die Entladekapazität pro Volumeneinheit
der Batterie verbessert wird. Gleichzeitig wird eine verbesserte
Grenzflächenbindung
im Vergleich mit konventionellen Separatoren bereitgestellt, da
die Isolationsschicht und die positive Elektrodenplatte oder die
negative Elektrodenplatte zusammen modularisiert sind, so dass die
Batterieeigenschaften verbessert sind.
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Weiter
umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieelektrodenplatte
gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung die Schritte: Mischung eines Polyolefinharzes
mit einem Lösungsmittel;
Herstellung einer gel-ähnlichen
Lösung
oder einer gelierten Lösung,
die als Ganzes eine hohe Viskosität aufweisen, durch Erhitzen
der Mischung bei einer Temperatur, bei welcher ein Teil oder das
gesamte Polyolefinharz schmilzt; Zugabe eines Fluorharzes und/oder
eines Imidharzes zu dem Polyolefinharz bei einer beliebigen Stufe
von dem Zustand an, bei dem das Polyolefinharz alleine vorliegt
bis zu dem Zustand, bei dem eine gelähnliche Lösung vorliegt; Beschichtung der
gel-ähnlichen
Lösung
auf eine Oberfläche
oder eine positive Elektrodenplatte oder negative Elektrodenplatte;
und Trocknung durch Erhitzung der positiven Elektrodenplatte oder
der negativen Elektrodenplatte beschichtet mit der gel-ähnlichen
Lösung,
um die gel-ähnliche
Lösung
in eine Isolationsschicht auf der positiven Elektrodenplatte oder
der negativen Elektrodenplatte zu bilden.
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Gemäß des Verfahrens
zur Herstellung einer Elektrodenplatte gemäß des zweiten Aspektes der Erfindung
wird die Hitzebeständigkeit
der Isolationsschicht, die hauptsächlich aus einem Polyolefinharz gebildet
ist, verbessert. Von unterschiedlichen Harzen weist ein Polyolefinharz
eine niedrigere Schmelztemperatur auf. Wenn eine Batterie, die ein Polyolefinharz
verwendet, Bedingungen von hoher Temperaturen, welche die Schmelztemperatur
eines Polyolefinharzes übersteigen,
aufgrund schlechter Handhabung ausgesetzt ist, kann das Polyolefinharz schmelzen
und deformieren oder abfallen. Da aber Fluorharz und/oder Imidharz,
die eine höhere Schmelztemperatur
aufweisen, zugesetzt werden, wird ein Zustand bereitgestellt, in
welchem Partikel des Harzes miteinander verbunden sind und Fluorharz
und/oder Imidharz, welche nicht schmelzen, verhindern die Deformierung
oder den Abfall des Polyolefinharzes.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1A–1F zeigen
schematische Illustrationen jedes der Herstellungsschritte einer
Batterieelektrodenplatte gemäß des ersten
Gegenstandes der Erfindung
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2 ist
ein Flussdiagramm, das die Prozeduren der Herstellungsschritte einer
Batterieelektrodenplatte gemäß eines
zweiten Gegenstandes der Erfindung zeigt und
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3 zeigt
ein Flussdiagramm, das die Prozeduren der Herstellungsschritte einer
Batterieelektrodenplatte gemäß eines
dritten Gegenstandes der Erfindung zeigt.
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Beste Art zur Ausführung der
Erfindung
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Bevorzugte
Gegenstände
der Erfindung werden unten in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1A bis 1F zeigen
schematische Illustrationen jedes der Herstellungsschritte zur Realisierung
eines Herstellungsverfahrens für
eine Batterieelektrodenplatte gemäß der Erfindung. In dem Schritt in 1A wird
faserförmiges
Polyethylenpulver in ein Gefäß 2 zur
Erhitzung als ein Polyolefinharz 1 gegeben, das notwendig
ist für
die Herstellung einer gel-ähnlichen
Lösung 5,
die als eine Isolationsschicht verwendet wird, sind eins der Verbindungen
aus Toluol, Decalin, Tetrachlorethan, Xylen, Dichlorbenzol oder
N-Methylpyrrolidon wird als Lösungsmittel 3 in das
Gefäß 2 gegeben.
Zu dieser Zeit ist in Gefäß 2 das
Polyolefinharz 1 nicht in dem Lösungsmittel 3 gelöst, aber
es wird damit lediglich gemischt. Polyethylen, das als Polyolefinharz 1 verwendet
wird, ist in dem Lösungsmittel 3 inaktiv,
da es einen geringen wasser- und ölabstoßenden Effekt aufweist und
ausgezeichnete chemische Beständigkeit
hat.
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Als
nächstes
wird in 1B gezeigt, dass das Gefäß 2 in
einem Glasversiegelten Zustand in eine Hitzekammer 4 gegeben
wird und soweit erhitzt wird, dass das Polyolefinharz 1 und
das Lösungsmittel 3 innerhalb
des Gefäßes eine
vorbestimmte Temperatur erreichen. Der Schmelzpunkt des Polyolefinhar zes 1 ist
hier aufgrund des Lösungsmittels 3 erniedrigt,
so dass die vorbestimmte Temperatur bei einer Temperatur eingestellt
wird, die gleich oder niedriger einem Schmelzpunkt des Polyolefinharzes 1 und
damit gleichzeitig gleich der Temperatur bei welcher ein Teil oder
das gesamte Polyolefinharz 1 schmilzt. Wenn das Polyolefinharz 1 Polyethylen
ist, dann beträgt
die vorbestimmte Temperatur besonders bevorzugt 140 °C. Demzufolge
schmilzt ein Teil oder das gesamte Polyethylen als das Polyolefinharz 1 in
dem Lösungsmittel 3,
geliert in einem Lösungsstadium,
dass als Ganzes eine hohe Viskosität aufweist, und demzufolge
wird eine gel-ähnliche
Lösung 5 hergestellt.
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Als
nächstes
wird die gel-ähnliche
Lösung 5, die
beispielsweise in 1C gezeigt wird, gekühlt, so dass
die Temperatur rapide auf eine Temperatur von ungefähr 0°C durch Mittel,
wie z. B. bei Immersion des Gefäßes 2 in
Wasser 6 mit Eis, reduziert wird. Wenn die gel-ähnliche
Lösung 5 rapide,
wie oben beschrieben, abgekühlt
wird, wird der gelierte Zustand des abgekühlten Polyethylens gleichförmig gemacht und
die gel-ähnliche
Lösung 5 wird
mit gleicher Qualität
und mit guter Reproduzierbarkeit erhalten. Produktivität ist dann
erhöht,
wenn das Verfahren zur praktischen Anwendung kommt und die Temperatureinstellung
in einem Trocknungsschritt, der unten beschrieben wird, ist erleichtert.
Im Gegensatz dazu erhält
man eine gel-ähnliche
Lösung 5 mit
unebener Qualität,
wenn die gel-ähnliche
Lösung 5 graduell
abgekühlt
wird, abhängig
von der Temperaturhistorie, wie z. B. der Abkühlungszeit, um den Temperaturunterschieden
während
des Abkühlungsschrittes.
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Die
gel-ähnliche
Lösung 5 wird
einmal auf Raumtemperatur gebracht, wie in 1D gezeigt, und
dann, wie in 1E gezeigt, unter Druck auf
die Oberflächen
der beiden Seiten der positiven Elektrodenplatte oder negativen
Elektrodenplatte 7 mit einer vorbestimmten Dicke beschichtet,
um eine Isolationsschicht 8 zu bilden.
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Anschließend wird
die positive Elektrodenplatte oder negative Elektrodenplatte 7,
die mit den Isolationsschichten 8 ausgebildet sind, wie
in 1F gezeigt, in eine Trocknungskammer 9 zur
Erhitzung aufgenommen. Zu dieser Zeit wird die Trocknungskammer 9 auf
eine Temperatur eingestellt, die gleich oder höher als der Siedepunkt eines
Lösungsmittels in
der gel-ähnlichen
Lösung 5 ist
und zur gleichen Zeit gleich oder niedriger als ein Schmelzpunkt
des Polyolefinharzes 1 ist. Da die gel-ähnliche Lösung 5 auf eine Temperatur,
wie oben beschrieben, erhitzt wird, evaporiert und zerstreut sich
das Lösungsmittel 3,
dass in der gel-ähnlichen
Lösung 5 enthalten
ist, wobei ein Teil des Polyolefinharzes ausgeschmolzen wird und
auf und nahe der Oberfläche
des Polyolefinharzes 1 ausfällt. Die ausgefällten Harze
verbinden sich zusammen und werden porös, so dass die porösen Isolationsschichten 8,
gebildet werden. Schließlich
wird die Elektrodenplatte in vorbestimmte Dimensionen gestanzt oder
geschnitten, um eine erwünschte
Batterieelektrodenplatte zu erhalten.
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In
einer Elektrodenplatte, die durch die oben beschriebenen Schritte
erhalten wird, wird eine positive Elektrodenplatte oder eine negative
Elektrodenplatte mit den Isolationsschichten 8, die einem
konventionellen Separator entsprechen, modularisiert. Konsequenterweise
wird eine große
Elektrodenplattenfläche
verfügbar
gemacht und die Entladekapazität
pro Volumeneinheit der Batterie wird verbessert.
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Ferner
wird durch die verbesserte Grenzflächenbindungsfähigkeit
zwischen einer Isolationsschicht und einer positiven Elektrodenplatte
oder negativen Elektrodenplatte die Batterieeigenschaften verbessert.
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Der
Gegenstand, der oben beschrieben wurde, ist ein Fallbeispiel in
den Polyethylen als das Polyolefinharz 1 verwendet wird.
Der gleiche Effekt kann aber durch Auswahl eines geeigneten Lösungsmittels,
das geliert werden kann, erreicht werden, wenn ein anderes Material
als Polyethylen mit kristalliner Struktur, wie z. B. Polypropylen,
Polymethylpenten oder Polybuten als das Polyolefinharz 1 verwendet
wird.
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Beispiele
für Herstellungsverfahren,
welche die vorliegenden Erfinder getestet haben, werden unten beschrieben.
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Beispiel 1
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Polyethylenpulver
mit hoher Dichte als das Polyolefinharz 1 und Dichlorbenzol
als das Lösungsmittel 3 wurden
gemischt und die Mischung wurde erhitzt bis die gesamte Mischung
eine Temperatur von 115°C
erreicht hat, um die gel-ähnliche
Lösung 5 herzustellen,
die einen Zustand hat, bei dem nur die Oberfläche des Polyethylens viskos
war. Das verwendete Polyethylenpulver mit hoher Dichte hat eine Dichte
von 0,94 g/cm3 und ein molekulares Gewicht von
125000. Nach schneller Abkühlung
der gel-ähnlichen
Lösung
auf 5 bis 0°C
wurde dies auf eine negative Elektrodenplatte mit Graphit als ein
aktives Material beschichtet. Die Elektrodenplatte wurde getrocknet
und dann geschnitten, um eine negative Elektrodenplatte für eine wiederaufladbare
Batterie mit Lithium zu erhalten. LiCoO2 wurde
als ein aktives Material für
die positive Elektrodenplatte verwendet.
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Eine
Batterie, die mit der Elektrodenplatte, wie oben beschrieben, hergestellt
wurde, hatte bessere Entladekapazitäten pro Volumeneinheit der
Batterie als Batterien, die mit einem üblichen Separator ausgestattet
sind, und sie zeigten ebenfalls exzellente hohe Ladungseigenschaften.
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Jedes
der Beispiele, wie unten beschrieben, wird erhalten durch eine Änderung
eines Teiles des Beispiels 1, wie oben beschrieben. Nur die Teile
werden unten zur Beschreibung jedes Beispiels beschrieben, die gegenüber Beispiel
1 geändert
wurden.
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Beispiel 2
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Tetralin
wurde als Lösungsmittel 3 verwendet und
die Mischung des Lösungsmittels 3 und
Polyethylenpulver wurde erhitzt, bis die ganze Mischung eine Temperatur
von 105°C
erreicht hat.
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Beispiel 3
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Decalin
wurde als Lösungsmittel 3 verwendet
und die Mischung dieses Lösungsmittels 3 und Polyethylenpulver
wurde erhitzt, bis die ganze Mischung eine Temperatur von 110°C erreicht
hat.
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Beispiel 4
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Polyethylenpulver
mit niedriger Dichte wurde als das Polyolefinharz 1 verwendet.
Die Mischung des Polyethylenpulvers mit niedriger Dichte und dem Lösungsmittel 3 wurde
erhitzt bis die gesamte Mischung eine Temperatur von 90°C erreicht
hat. Das Polyethylenpulver mit niedriger Dichte hat eine Dichte
von 0,92 g/cm3 und ein molekulares Gewicht
von 115000. Wenn ein Polyethylen mit niedriger Dichte verwendet
wurde, dann kann die gel-ähnliche
Lösung 5 bei
einer Temperatur von 90°C,
einer relativ niedrigen Temperatur, erhalten werden; Dieses Verfahren
kann deshalb bei einer praktischen Anwendung in der Industrie bevorzugt
sein.
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Beispiel 5
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Polypropylenpulver
(mit einem Schmelzpunkt von 158 bis 160°C) wurde als Polyolefinharz 1 verwendet
und die Mischung dieses Polypropylenpulvers und dem Lösungsmittel 3 wurde
erhitzt bis die gesamte Mischung eine Temperatur von 140°C erreicht
hat.
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Beispiel 6
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Polymethylpentenpulver
wurde als das Polyolefinharz 1 verwendet und die Mischung
dieses Polymethylpentenpulvers und dem Lösungsmittel 3 wurde
erhitzt bis die gesamte Mischung eine Temperatur von 150°C erreicht
hat.
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Beispiel 7
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Polybutenpulver
(mit einem Schmelzpunkt von 126 bis 128°C) wurde als das Polyolefinharz 1 verwendet
und die Mischung dieses Polybutylenpulvers und dem Lösungsmittel 3 wurde
erhitzt bis die gesamte Mischung eine Temperatur von 120°C erreicht
hat.
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Beispiel 8
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Die
gel-ähnliche
Lösung 5 wird
auf eine positive Elektrodenplatte oder negative Elektrodenplatte mit
LiCoO2 als aktiven Material beschichtet.
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In
nicht-wässrigen-elektrolyhaltigen
wiederaufladbaren Batterien, in denen eine Batterieelektrodenplatte,
die durch jedes der oben beschriebenen Beispiele erhalten wird,
verwendet wird, wurde ebenfalls bestätigt, dass die erwünschten
Lade-Entladelebenszyklen gesichert wurden, exzellente Speicherungseigenschaften
erhalten wurden und ebenfalls die Entladekapazität verbessert wurde. Ferner
wird jede Batterie, die nach jedem der oben beschriebenen Beispiele
erhalten wird, zu niedrigeren Kosten hergestellt als solche Batterien,
die Polyethylenseparatoren verwenden.
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Tragbare
elektronische Geräte,
die mit einer Batterie installiert sind, und in der Nähe von Heizgeräten, einem
Ofen oder Feuer platziert werden, werden außerordentlich hohen Temperaturen
ausgesetzt. Auch in einem solchen Fall wird ebenfalls gefordert,
die Gefahrlosigkeit sicher zustellen, so dass die Batterie nicht
explodiert oder sich entzündet
und die UL Standardeinstellungen als Richtlinien für eine solche
Forderung, definieren strengere Sicherheitserfordernisse. Umweltversuche,
die in „UL
Sicherheitsstandard für
Haushaltbatterien und Batterien zur kommerziellen Verwendung (UL2054)", definiert werden,
umfassen einen Hitzetest, welcher erfordert, dass eine Batterie
nicht explodieren oder sich entzünden
sollte, selbst wenn die Umgebungstemperatur einer Batterie auf einer
Temperatur von 150°C ± 2°C erhöht wird
und diese Temperatur für
10 Minuten gehalten wird. Um die Gefahrlosigkeit einer solchen Batterie,
nachdem diese für
relativ lange Stunden unter einer hohen Umgebungstemperatur gehalten wird,
zu sichern, ist die Verbesserung des Hitzwiderstandes der Isolationsschicht 8 wesentlich.
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In
jedem der zweiten und dritten Gegenstände der vorliegenden Erfindung
wird ein Fluorharz und/oder ein Imidharz zu dem Polyolefinharz,
dass in dem ersten Gegenstand beschrieben wurde, zugegeben, um eine
Isolationsschicht zu bilden, die einen hohen Hitzwiderstand aufweist
und nicht-wässrige-elektrolythaltige
wiederaufladbare Batterien, die nach den Verfahren der Gegenstände geformt
sind, erfüllen
den Hitzetest, der in den UL Sicherheitsstandards definiert ist.
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer Batterieelektrodenplatte gemäß der zweiten
und dritten Gegenstände
wird unten beschrieben. In den zweiten und dritten Gegenständen werden
die Schritte der Herstellungsverfahren in den Flussdiagrammen dargestellt,
in welchem eine Schrittkonstitution zur Durchführung der Schritte, wie z.
B. Mischung, Erhitzung, Abkühlung
und Trocknung mit den Zuständen in 1A bis 1F des
ersten Gegenstandes gemeinsam ist.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm, das die Herstellungsschritte einer Batterieelektrodenplatte
gemäß des zweiten
Gegenstandes darstellt. Zuerst wird in einem ersten Schritt (S1)
das Polyolefinharz 1 mit dem Lösungsmittel 3 gemischt.
Insbesondere kann pulver-ähnliches
Polyethylen, Polypropylen oder ähliches,
oder weiter bevorzugt diese Materialien als einer faserförmiges Pulver
als das Polyolefinharz 1 übernommen werden und als Lösungsmittel 3 kann Toluol,
N-Methylpyrrolidon
oder ähnliches übernommen
werden. In dem ersten Schritt (S1) wird hier eine Kombination eines
faser-förmigen
Polyethylenpulvers und N-Methylpyrrolidon übernommen.
Dieser Schritt entspricht dem Schritt, der in 1A des
ersten Gegenstandes gezeigt wird.
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Weiter
wird in einem zweiten Schritt (S2) das Lösungsmittel 3 mit
einem pulverähnlichem
Fluorharz und/oder Imidharz gemischt. Insbesondere kann eine Kombination
von Polyvinylidenfluorid als ein Fluorharz und N-Methylpyrrolidon
als das Lösungsmittel 3 und
eine Kombination aus Polyimid als ein Imidharz und Aceton als das
Lösungsmittel 3 verwendet
werden. Was als Lösungsmittel 3 in
den Kombinationen geeignet ist, hängt davon ab, dass es einen
Teil oder das ganze Harz schmilzt, und die Art nicht besonders begrenzt
ist. Vorliegend wird Polyvinylidenfluorid als ein Fluorharz und
N-Methylpyrrolidon als das Lösungsmittel 3 übernommen,
um eine Mischung herzustellen, in welche die Oberfläche des Polyvinylidenfluorids
durch das N-Methylpyrrolidon geschmolzen wird. Das Zugabeverhältnis eines
Fluorharzes und/oder Imidharzes zu einem Polyolefinharz beträgt 5% oder
mehr, und weiter bevorzugt 10% oder mehr bezogen auf das Poly olefinharz 1. Ferner
können
jede der Schritte 1 und 2 (S1 und S2) als erstes durchgeführt werden
oder sie können
auch parallel durchgeführt
werden.
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Anschließend wird
in einem dritten Schritt (S3) die Mischung aus einem Fluorharz und/oder Imidharz
und dem Lösungsmittel 3,
die in dem zweiten Schritt hergestellt wurde, mit der Mischung des Polyolefinharzes 1 und
des Lösungsmittels 3,
das in dem ersten Schritt, wie oben beschrieben, hergestellt wurde,
gemischt, so dass eine Mischung der zwei hergestellt wird. In der
Mischung der zwei ist Polyethylen in einem Zustand, in welchem es
nur mit N-Methylpyrrolidon gemischt wird ohne darin zu schmelzen
und Polyvinylidenfluorid wird in einem Zustand gemixt, in welchem
dessen Oberfläche
geschmolzen ist.
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Anschließend wird
in einem Schritt 4 (S4) die Mischung dieser zwei Arten
bis zu einer Temperatur erhitzt, die gleich oder niedriger als der
Schmelzpunkt des Polyolefinharzes 1 und zur gleichen Zeit gleich
der Temperatur ist, bei welcher ein Teil oder das gesamte Polyolefinharz 1 schmilzt.
Da das Polyolefinharz 1 Polyethylen ist, ist vorliegend
140°C die meist
bevorzugte Temperatur. Bei Erhitzung schmilzt ein Teil oder das
gesamte Polyethylen in dem Lösungsmittel 3 aus
und das Polyvinylidenfluorid, das eine geschmolzene Oberfläche hat,
wird in der Lösung
gemischt, um die gel-ähnliche
Lösung 5,
eine gelierte Lösung,
die als Ganzes eine hohe Viskosität aufweist, zu bilden.
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Anschließend wird
in einem fünften
Schritt (S5) die gel-ähnliche
Lösung
abgekühlt,
so dass dessen Temperatur rapide auf eine Temperatur von ungefähr 0°C erniedrigt
wird. Wenn eine gel-ähnliche Lösung rapide,
wie oben beschrieben, abgekühlt wird,
wird der gelierte Zustand des Polyethylens, wenn abgekühlt, homogenisiert,
und eine gel-ähnliche
Lösung
mit gleicher Qualität
und mit guter Reproduzierbarkeit wird erhalten. Dieses erhöht die Produktivität, wenn
das Verfahren zur praktischen Anwendung kommt und erleichtert die
Einstellung der Temperatur in dem Trocknungsschritt, der unten beschrieben
wird.
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Anschließend wird
in einem sechsten Schritt (S6), nachdem einmal auf Raumtemperatur
gebracht, die gel-ähnliche
Lösung
unter Druck auf die Oberfläche
der beiden Seiten der positiven Elektrodenplatte oder negativen
Elektrodenplatte 7 mit einer vorbestimmten Dicke beschichtet.
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Anschließend wird
ein Trocknungsschritt in einem siebten Schritt (S7) ausgeführt, in
welchem die positive Elektrodenplatte oder negative Elektrodenplatte 7,
die mit der gel-ähnlichen
Lösung
beschichtet ist, erhitzt wird. Die Erhitzungstemperatur wird diesmal
auf eine Temperatur eingestellt, die gleich oder höher als
der Siedepunkt eines Lösungsmittels
in der gel-ähnlichen
Lösung
und zur gleichen Zeit gleich oder niedriger als ein Schmelzpunkt
des Polyolefinharzes 1 ist. Das Lösungsmittel 3, das
in der gel-ähnlichen
Lösung 5 enthalten
ist, evaporiert und zerstreut sich, wenn die positive Elektrodenplatte
oder negative Elektrodenplatte 7 mit der oben beschriebenen
Temperatur erhitzt wird, wodurch ein Teil des Polyolefinharzes aufgelöst wird
und auf oder nahe der Oberfläche
des Polyolefinharzes 1 ausfällt. Die ausgefällten Harze
verbinden sich untereinander und werden porös, so dass eine poröse Isolationsschicht gebildet
wird.
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Wenn
so erhitzt wird, evaporiert und zerstreut sich das Lösungsmittel 3,
um die Isolationsschicht 8 zu bilden, ein fester Zustand
des Polyolefinharzes 1 enthaltend ein Fluorharz und/oder
ein Imidharz, der auf der positiven Elektrodenplatte oder negativen
Elektrodenplatte 7 gebildet wird. Anschließend wird
eine erwünschte
Batterieelektrodenplatte durch das Ausstanzen oder Schneiden dieser
Elektrodenplatte erhalten.
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Diese
Elektrodenplatte, die durch oben beschriebenen Schritte erhalten
werden, enthält
die positive Elektrodenplatte oder negativen Elektrodenplatte modularisiert
mit der Isolationsschicht 8, die einem Separator entspricht.
Konsequenterweise wird die Fläche
der Elektrodenplatte größer und
Entladekapazität
pro Volumeneinheit/Batterie wird erhöht. Ferner wird die Grenzflächenbindungsfähigkeit
zwischen der positiven Elektrodenplatte oder negativen Elektrodenplatte 7 und
der Isolationsschicht 8 verbessert, so dass die Batterieeigenschaften
verstärkt werden.
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Ferner
wird die Hitzebeständigkeit
verbessert, da ein Fluorharz und/oder ein Imidharz zu dem Polyolefinharz 1 in
der Elektrodenplatte, die in dem zweiten Gegenstand hergestellt
wird, zugegeben wird. Dementsprechend wird die Gefahrlosigkeit einer
Batterie, die mit dieser Elektrode hergestellt wird, sichergestellt,
wenn die Batterie zu hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Das bedeutet,
dass das Polyolefinharz 1, wovon zumindest die Oberfläche geschmolzen
ist, und ein Fluorharz und/oder ein Imidharz in einem Zustand zusammen
verbunden sind, bei dem jeweils geschmolzenen Teile vorliegen. Demzufolge
wird auch in einem Zustand, bei dem eine Batterie hohen Umgebungstemperaturen
ausgesetzt wird und die Temperatur eine Schmelztemperatur des Polyolefinharzes 1,
um es zu schmelzen übersteigt,
durch die Verbindung zwischen dem Polyolefin 1 und dem
Fluorharz und/oder Imidharz, die eine hohe Schmelztemperatur haben,
ein Fluss der Isolationsschicht 8, der durch das Schmelzen
verursacht wird verhindert, so dass ein interner Kurzschluss oder ähnliches,
der durch den Fluss der Isolationsschicht 8 verursacht
wird, verhindert wird. In dem zweiten oben beschriebenen Gegenstand, wenn
ein Fluorharz und/oder ein Imidharz zu dem Polyolefinharz 1 zugegeben
wird, werden die Harze zuerst jeweils mit dem Lösungsmittel 3 gemischt
und dann die jeweiligen Mischungen zusammengemischt. Die gel-ähnliche Lösung 5, in welcher
ein Fluorharz und/oder ein Imidharz zu dem Polyolefinharz 1 zugegeben
wird, kann aber in einer solchen Art hergestellt werden, dass die
jeweiligen Harze in einem Pulver-Zustand zuerst gemischt werden
und dann diese Mischung mit dem Lösungsmittel 3 gemischt werden.
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Im
Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieelektrodenplatte
gemäß dem dritten
Gegenstand unten beschrieben mit Bezugnahme auf das Flussdiagramm
in 3. Bezüglich
der Schritte, die mit denen in den ersten und zweiten Gegenständen gemeinsam
sind, wird nur eine kurze Beschreibung gegeben.
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In 3 sind
die Schritte von einem ersten Schritt (S11) bis einem dritten Schritt
(S13) die gleichen wie solche, in dem ersten Gegenstand. Das Polyolefinharz 1 wird
mit dem Lösungsmittel 3 gemischt (S11)
und die Mischung wird so erhitzt, dass ein Teil oder das gesamte
Polyolefinharz 1 geschmolzen wird, um die gel-ähnliche Lösung 5 herzustellen (S12).
Danach wird die gel-ähnliche
Lösung 5 rapide abgekühlt, um
die Qualität
zu stabilisieren (S13).
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Anschließend wird
ein Fluorharz und/oder ein Imidharz mit dem Lösungsmittel 3 gemischt (S14).
Wie oben beschrieben, ist das Lösungsmittel 3 so
ausgestaltet, dass es ein Teil oder das gesamte Fluorharz und/oder
Imidharz schmilzt und in der erhaltenen Mischung zumindest die Oberflächen des Fluorharzes
und/oder des Imidharzes in dem Lösungsmittel 3 geschmolzen
sind.
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Anschließend wird
die Mischung zugegeben und mit der gel-ähnlichen Lösung 5 gemischt, um eine
gel-ähnliche
Mischungslösung
(S15) herzustellen. In der gelähnlichen
Lösung 5 wird
ein Teil oder das gesamte Polyolefinharz 1 in dem Lösungsmittel 3 durch
die Erhitzung in dem zweiten Schritt geschmolzen, während ein
Teil oder das gesamte Fluorharz und/oder Imidharz in der gel-ähnlichen
Lösung 5 ebenfalls
in dem Lösungsmittel 3 geschmolzen
ist. Konsequenterweise wird eine Lösung, in welcher die geschmolzenen
Teile zusammen verbunden werden dadurch hergestellt, dass die Mischung
zur Herstellung der gel-ähnlichen
Mischungslösung
vorgenommen wird.
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Anschließend wird
die gel-ähnliche
Mischungslösung
auf die positive Elektrodenplatte oder negative Elektrodenplatte 7 mit
einer vorbestimmten Dicke beschichtet (S16). Dann wird die positive
Elektrodenplatte oder negative Elektrodenplatte 7 in einem
Trockenschritt erhitzt, um das Lösungsmittel 3 von
der beschichteten gel-ähnlichen
Mischungslösung
zu evaporieren, sodass eine poröse
Isolationsschicht hergestellt wird (S17). Das Lösungsmittel 3 zerstreut
sich durch Erhitzung und die Isolationsschicht 8 wird auf
der positiven oder negativen Elektrodenplatte 7 ausgebildet,
die das Polyolefinharz 1 enthaltend Fluorharz und/oder
Imidharz in einem festen Zustand darstellt. Anschließend wird
durch Ausstanzung oder Schneiden der Elektrodenplatte eine erwünschte Batterieelektrodenplatte
erhalten.
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In
der Elektrodenplatte, die durch den oben beschriebenen dritten Gegenstand
hergestellt wurde, wird ein Fluorharz und/oder ein Imidharz zu dem
Polyolefinharz 1 in der gleichen Weise, wie dem zweiten Gegenstand
zugegeben. Konsequenterweise ist der Hitzerwiderstand verbessert
und die Gefahrlosigkeit gesichert, wenn eine Batterie unter Verwendung
dieser Elektrodenplatte hohen Temperaturen ausgesetzt wird.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Eine
Elektrodenplattenfläche
wird durch das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
vergrößert. Dies
verbessert die Bindung zwischen einer positiven Elektrodenplatte
oder negativen Elektrodenplatte und einer Oberfläche einer Isolationsschicht,
die einem konventionellen Separator entspricht. Das Ver fahren ist
deshalb geeignet, die Entladekapazitätprovolomeneinheit der Batterie
zu verstärken,
die Batterieeigenschaften, wie zum Beispiel Zykluseigenschaften
zu verbessern.