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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Polymerbatterie.
Spezieller betrifft es eine Flachbatterie, nämlich eine sogenannte filmartige
Polymerbatterie mit einer plattenartigen oder filmartigen positiven
Elektrode und einer negativen Elektrode, welche einen perforierten
Positivelektrodenkollektor bzw. einen perforierten Negativelektrodenkollektor,
welche mit einem ein nicht wäßriges Elektrolyt
absorbierendes und haltendes Polymer beschichtet sind, wobei die
negative Elektrode mit den positiven Elektroden mit einem filmartiger
Separator, welcher ein ein nicht wäßriges Elektrolyt absorbierendes
und haltendes Polymer aufweist und zwischen der negativen Elektrode
und der positiven Elektrode liegt, auf beiden Seiten versehen ist,
wobei die negative Elektrode, die positive Elektrode und die Separatoren
laminiert und integriert sind.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Mit der jüngsten Miniaturisierung, Gewichtseinsparung
und Verringerung in der Dicke tragbarer elektronischer Vorrichtungen
wird die Miniaturisierung, Gewichtseinsparung und Dickenverringerung
von als elektrische Quellen für
diese Vorrichtungen verwendeten Batterien ebenfalls stärkstens
gefordert. Als ein Verfahren zur Verringerung von Dicke wird die
Aufmerksamkeit auf Festkörperpolymerbatterien
gelenkt, welche einen gelartigen Separator verwenden, welcher eine
ein nicht wäßriges Elektrolyt
absorbierende und haltende Polymermatrize aufweist. Zum Beispiel
kann, wie in den US-Patenten
Nr. 4,830,939 und 5,478,668 offenbart, ein befriedigender Kontakt
zwischen dem Elektrolyt und den Elektroden bei den Batterien, bei
denen der Separator und die positiven und negativen Elektroden mittels
heißen
Pressens integriert sind, verwirklicht werden.
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Bei nicht wäßriges Elektrolyt verwendenden
Festkörperpolymerbatterien
kann, da kein Austreten von Elektrolyt auftritt, eine hauptsächlich aus
einem biegsamen und dünnen
Harzfilm aufgebaute Laminatplatte als ein äußeres Gehäuse verwendet werden und somit
können
die Batterien in ihrer Dicke verringert werden. Wenn jedoch die
positive Elektrode, der Separator und die negative Elektrode einfach
aufeinandergeschichtet werden, leiden die sich ergebenden Batterien
an dem Problem, daß sich
die relative Proportion der Kollektoren der positiven und negativen
Elektroden in Bezug auf das Gesamtgewicht der Batterie erhöht, was
eine Verringerung der Energiedichte pro Gewichtseinheit als Batterie
bewirkt.
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Als Lösung dieses Problems schlägt JP-A-10-189053
einen Batterieaufbau vor, bei dem eine negative Elektrode, welche
einen perforierten Folienkollektor aufweist, auf dessen beiden Seiten
geformte Schichten aktiven Materials mit positiven Elektroden an
beiden Seiten vorgesehen sind, wobei ein filmartiger Separator zwischen
der negativen und den positiven Elektroden angeordnet ist, und diese
laminiert und integriert werden.
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JP-A-Anmeldung Nr. 10-36992 offenbart
einen Aufbau einer Festkörperpolymerbatterie,
bei dem positive Elektroden auf beiden Seiten einer plattenartigen
negativen Elektrode mit zwischen den positiven und negativen Elektroden
angeordnet sind.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein Problem der JP-Anmeldung Nr.
10-36992, welches deshalb auftritt, weil der Kollektor an der äußeren Endoberfläche der
positiven Elektrode vorgesehen ist, wird unter Bezugnahme auf 5 erklärt. 5 zeigt eine Laminatelektrode 4 mit
einer positiven Elektrodenplatte 1 und einem dazwischenliegend
angeordneten Separator 3, welche laminiert und integriert
sind. Die positive Elektrodenplatte 1 weist einen perforierten Aluminiumkollektor 1a und
eine durch Beschichten einer Paste eines aktiven Materials einer
positiven Elektrode und Trocknen der Beschichtung gebildete aktive
Materialschicht 1b einer positiven Elektrode auf.
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Die negative Elektrodenplatte 2 weist
einen perforierten Kupferkollektor 2a und aktive Materialschichten 2b einer
negativen Elektrode auf, welche auf beiden Seiten des Kollektors 2a durch
Beschichten mit einer Paste eines aktiven Materials einer negativen Elektrode
und Trocknen der Beschichtung gebildet sind. Der Separator 3 weist
einen Film eines Polymers auf, welches in der Lage ist, ein nicht
wäßriges Elektrolyt
zu absorbieren und zu halten, wie etwa ein Copolymer aus Vinylidenfluorid
und Hexafluorpropylen (P(VDF-HFP)).
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Die positiven Elektrodenplatten 1 sind
auf beiden Seiten der negativen Elektrodenplatte 2 laminiert, wobei
der Separator 3 auf eine solche Weise dazwischen angeordnet
ist, daß die
aktive Materialschicht 2b der negativen Elektrode und die
aktive Materialschicht 1b der positiven Elektrode einander
gegenüberliegen.
Diese werden aufgrund der durch Pressen unter Beheizung bewirkten
Verschmelzung der Polymerbereiche integriert, um damit die Laminatelektrode 4 zu
bilden. Im Vergleich mit dem lediglich die Laminierung einer positiven
Elektrode, eines Separators und einer negativen Elektrode aufweisenden
Aufbaus ist gemäß dem vorstehenden
Aufbau der Reaktionsteil der negativen Elektrode sowohl die obere
und untere Seite, und als ein Ergebnis wird der Reaktionsbereich
als Batterie verdoppelt und die Stromdichte pro Bereichseinheit
kann verringert werden, um es möglich
zu machen, das Laden und Entladen mit einem hohen Strom auszuführen.
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Für
einen filmartigen Separator aus einem ein nicht wäßriges Elektrolyt
absorbierenden und haltenden Polymer verwendende Polymerbatterien
ist es notwendig, die Migration von Ionen zum Zeitpunkt elektromotorischer
Reaktion nicht zu verhindern, um den Nutzungsgrad des aktiven Materials
zu erhöhen.
Daher ist es bevorzugt, daß der
positive Elektrodenkollektor, welcher nicht an der elektromotorischen
Reaktion teilnimmt, an der äußeren Endoberfläche der
positiven Elektrode, welche der der negativen Elektrode gegenüberliegenden
Seite entgegengesetzt ist, angeordnet ist, nämlich der positive Elektrodenkollektor
auf der Oberfläche
der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode laminiert ist.
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Jedoch verringert sich wegen Ausdehnung
und Schrumpfung des aktiven Materials, insbesondere des aktiven
Materials der positiven Elektrode, was durch das Laden und Entladen
der fertiggestellten Batterie verursacht wird, die Verbundstärke zwischen
dem positiven Elektrodenkollektor und der aktiven Materialschicht der
positiven Elektrode. Bei den Batterien mit Laminatstruktur wird,
da die aktive Materialschicht der positiven Elektrode und der Kollektor
nur über
eine Fläche
verbunden sind, die durch Expansion und Schrumpfung verursachte
mechanische Belastung an einer Seite des Kollektors konzentriert,
wodurch sich das Phänomen
ergibt, daß der
Kollektor von der aktiven Materialschicht abgelöst wird. Wenn die Ablösung auftritt,
wird der elektrische Kontakt zwischen der aktiven Materialschicht
und dem Kollektor verschlechtert, was zu einem Versagen bei der
Stromsammlung führt.
Wie vorstehend erwähnt,
verbessert die Laminatstruktur den Nutzungsgrad des aktiven Materials
auf der einen Seite, bewirkt jedoch auf der anderen Seite ein Versagen
bei der Stromsammlung bei Durchführung
von Laden und Entladen.
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Die in der WO 97/08769 beschriebene
Batterie weist eine positive Elektrode als Zentralelektrode und zwei
negative Elektroden darüber
und darunter auf. Die Grundstruktur der Batterie ist jedoch die
gleiche wie die Struktur der vorstehend beschriebenen Batterie,
d. h. die Kollektoren der äußeren Elektroden
sind auf den äußeren Oberflächen der
entsprechenden Aktivmaterialschichten der Elektrode angeordnet.
Diese Batterie zeigt daher die gleichen Probleme bezüglich der
Ablösung
des Kollektors von der aktiven Materialschicht während der Verwendung der Batterie
auf.
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In der JP-A-10-189053 und der WO
97/06569 ist der Kollektor in dem zentralen Bereich der Dicke der positiven
Elektrode vorgesehen und daher tritt keine durch Expansion oder
Schrumpfung des aktiven Materials der positiven Elektrode hervorgerufene
Ablösung
des Kollektors von der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode
auf. Jedoch nimmt das aktive Material an der äußeren Seite des Kollektors,
welches die Hälfte
der Dicke der positiven Elektrode ausmacht, bei der Lade-Entlade-Reaktion nicht so
sehr teil. Daher ist der Nutzungsgrad des aktiven Materials nicht
in dem Maße
verstärkt,
wie es der verwendeten Menge des aktiven Materials der positiven
Elektrode entspricht.
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Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht
darin, eine Polymerbatterie vorzusehen, welche kein Versagen bei
der Stromsammlung an der positiven Elektrode bewirkt, indem die
Anordnung des positiven Elektrodenkollektors in bezug auf die aktive
Materialschicht der positiven Elektrode verbessert wird, um die
durch Expansion und Schrumpfung des aktiven Materials verursachte
Ablösung
des Kollektors von dem aktiven Material zu vermeiden.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht darin, eine Polymerbatterie mit hervorragenden Entladeeigenschaften
vorzusehen, indem das Maß der
Teilnahme des aktiven Materials der positiven Elektrode in der aktiven
Materialschicht der positiven Elektrode bei der Lade- und Entladereaktion,
nämlich
der Nutzungsgrad, verbessert wird.
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Die Erfindung sieht zum Lösen der
vorstehenden Aufgaben eine Polymerbatterie vor, welche eine filmartige
oder plattenartige negative Elektrode aufweist, die einen perforierten
negativen Elektrodenkollektor aufweist, auf dessen beiden Seiten
Schichten aktiven Materials, welche ein ein nicht wäßriges Elektrolyt
absorbierendes und haltendes Polymer enthalten, eine filmartige
oder plattenartige positive Elektrode mit einem perforierten Elektrodenkollektor,
auf dem eine das Polymer enthaltende Schicht aktiven Materials gebildet
ist, und ein filmartiger oder plattenartiger, das Polymer aufweisender
Separator gebildet sind, wobei die positiven Elektroden auf beiden
Seiten der negativen Elektrode mit den Separatoren zwischen den
positiven Elektroden und der negativen Elektrode liegend angeordnet
sind, wobei diese Elektroden und Separatoren laminiert und integriert
werden, dadurch gekennzeichnet, daß der perforierte Kollektor
der positiven Elektrode in der Schicht aktiven Materials der positiven
Elektrode durch derartiges Beschichten beider Seiten des perforierten
Kollektors mit einer Paste des Materials der positiven Elektrode,
das eine untere Ebene des zur negativen Elektrode hin weisenden
Kollektors sich an der Position von 2/3 bis 4/5 bezüglich der
gesamten Dicke der Schicht von der zur negativen Elektrode hin weisenden
Seite aus befindet. In diesem Fall ist die aktive Materialschicht
der positiven Elektrode, welche eine Restdicke von 1/3 bis 1/5 der
Gesamtdicke aufweist, an der äußeren Seite des
Kollektors angeordnet. Das heißt,
es ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor der positiven
Elektrode in dem Zustand der flachen Einbettung in dem äußeren Bereich
des aktiven Materials der positiven Elektrode, welcher nicht der
negativen Elektrode gegenüberliegt,
angeordnet ist.
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Eine solche positive Elektrode kann
mittels Beschichtens einer Paste des aktiven Materials der positiven
Elektrode auf beiden Seiten eines perforierten Kollektors auf eine
solche Weise, daß das
Verhältnis
der Dicke der auf der der negativen Elektrode gegenüberliegenden
Seite beschichteten Paste und derjenigen der auf einer anderen Seite
beschichteten Paste innerhalb dem Bereich von 9 : 1–7 : 3 liegt,
und danach Trockenen und Pressen derselben erlangt werden.
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Gemäß eines solchen Batterieaufbaus
und Herstellungsverfahrens ist der größere Teil der aktiven Materialschicht
der positiven Elektrode auf einer Seite des Kollektors, nämlich der
der negativen Elektrode gegenüberliegenden
Seite angeordnet und daher ist die Stromsammlungsfunktion zum Zeitpunkt
der elektromotorischen Reaktion befriedigend und der Nutzungsgrad
des aktiven Material ist erhöht.
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Der Kollektor der positiven Elektrode
ist vorzugsweise ein Stanzmaterial oder ein aus Aluminium gefertigtes
Maschendrahtmaterial oder ein aus dem Gesichtspunkt der Gewichtseffizienz
leichtgewichtiges Aluminiumbeschichtungsmaterial. Weiterhin erleichtern
die vielen vorgesehenen Löcher
die Migration von Ionen in der Nähe
des Kollektors, was durch die elektromotorische Reaktion verursacht
wird, und dem an der Außenseite
des Kollektors angeordneten aktiven Material kann auch erlaubt werden,
an der elektromotorischen Reaktion teilzunehmen. Dementsprechend
können
als Batterie hervorragende Entladeeigenschaften durch die synergetischen
Effekte der Erhöhung
im Nutzungsgrad des aktiven Materials der positiven Elektrode und
der Verdopplung des Reaktionsbereichs an der negativen Elektrode
erlangt werden.
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Da der perforierte Kollektor in dem
aktiven Material eingebettet ist, löst sich der Kollektor weiterhin nicht
sofort von dem aktiven Material ab und daher tritt ein Versagen
bei der Stromsammlung nicht auf und die Verlässlichkeit der Batterie wird
verstärkt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine einen Batterieaufbau in der Ausführungsform der Erfindung zeigende
Schnittansicht.
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2 ist
eine einen Batterieaufbau in der besten Ausführungsform der Erfindung zeigende
Schnittansicht.
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3 ist
ein einen Aufbau einer zur Beschichtung mit einer Paste verwendeten
Vorrichtung zeigendes Diagramm.
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4 ist
eine Schnittansicht, welche eine positive Elektrode zeigt, wenn
die Paste durch Beschichtung aufgebracht worden ist.
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5 ist
eine den Batterieaufbau des Referenzbeispiels zeigende Schnittansicht.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
werden mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erklärt. Bei
diesen Zeichnungen sind diejenigen Elemente, welche mit denen in
dem in 5 gezeigten Batterieaufbau
des Referenzbeispiels übereinstimmen,
mit den gleichen Bezugszeichen wie in 5 bezeichnet.
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1 zeigt
einen Aufbau einer Polymerbatterie in der Ausführungsform der Erfindung. Diese
Batterie ist in Form einer Laminatelektrode 4 aufgebaut,
welche durch Laminieren zweier positiver Elektroden 1 auf
beiden Seiten einer negativen Elektrode 2 mit zwischen
die positiven Elektroden und die negative Elektrode angeordneten
Separatoren 3 und Integrieren derselben, hergestellt ist.
Die positive Elektrode 1 weist einen Maschenverarbeitung
unterzogenen perforierten Aluminiumfolienkollektor 1a auf.
Eine aktive Materialschicht 1b einer positiven Elektrode
wird durch Beschichtung mit einer Paste des positiven Elektrodenmaterials,
gefolgt durch Trocknen und Pressen dieser, gebildet. Als der Kollektor 1a der
positiven Elektrode wird hier eine einer Maschenverarbeitung unterzogene
Aluminiumfolie verwendet, jedoch kann auch ein Stanzmaterial oder
ein mit Aluminium beschichtetes und Stanzen oder Maschenverarbeitung
unterzogenes Maschenmaterial verwendet werden. Auf der Oberfläche des
Kollektors 1a ist ein elektrisch leitender Kohlenstoffilm
vorgesehen, welcher eine Mischung eines feinen Kohlenstoffpulvers,
wie etwa Acetylenschwärze
oder Ketzenschwärze
und Polyvinylidenfluorid als ein Bindemittel aufweist, um Adhäsion und
Leitfähigkeit
zur Paste zu verbessern. Das Öffnungsverhältnis, welches
das Porositätsmaß bestimmt
ist, ist vorzugsweise 50–60%
und die Dicke des Kollektors ist vorzugsweise 25–60 μm sowohl aus dem Gesichtspunkt
der Pastenbeschichtung als auch der Stromsammelfunktion.
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Die aktive Materialschicht 1b der
positiven Elektrode wird durch Beschichtungsauftragung einer ein aktives
Material einer positiven Elektrode aufweisenden Paste, eines leitenden
Materials und einer Polymerlösung
auf dem Kollektor, danach Entfernen des Lösungsmittels in der Paste durch
Trocknen und Pressen der Beschichtung gebildet.
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Die örtliche Beziehung des Kollektors 1a in
bezug auf die aktive Materialschicht 1b der positiven Elektrode
in der positiven Elektrodenplatte 1 ist so, daß der Kollektor 1a an
der Position, welche nach außen
hin vom Zentrum bezüglich
der Dicke der positiven Elektrodenplatte (Außenbereich der Laminatelektrode)
getrennt ist, angeordnet ist. Speziell wird, wie in 1 gezeigt, wenn die Summe der Dicke (t1)
des aktiven Materials der positiven Elektrode zwischen der zur negativen
Elektrode hin weisenden Seite des aktiven Materials und der zu dem
Kollektor hin weisenden Seite des aktiven Materials und der Dicke
(t2) des aktiven Materials der positiven Elektrode einer anderen
Seite des Kollektors als die Gesamtdicke (T) der aktiven Materialschicht der
positiven Elektrode genommen wird, der Kollektor so eingebettet,
daß eine
der negativen Elektrode gegenüberliegende
untere Ebene des Kollektors an einer Position von 2/3–4/5 der
gesamten Dicke (T) bezüglich
der zur negativen Elektrode hinweisenden Seite vorliegt. Daher ist
die aktive Materialschicht der positiven Elektrode der verbleibenden
1/3–1/5
in Dicke an der äußeren Seite
des Kollektors angeordnet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist der Kollektor 1a der positiven Elektrode
in dem Oberflächenbereich
des der der negativen Elektrode gegenüberliegenden Seite entgegengesetzten
Oberflächenbereich
des aktiven Materials der positiven Elektrode in einem solchen Zustand
eingebettet, daß die
Oberfläche
des aktiven Materials der positiven Elektroden und die äußere Oberfläche des
Kollektors 1a sich auf dem gleichen Niveau befinden, nämlich im
sogenannten bündigen
Zustand. Wie in 2 gezeigt,
liegt bei diesem Aufbau das aktive Material der positiven Elektrode
auf einer Seite des Kollektors 1a der positiven Elektrode
und in einem Loch 1c des Kollektors vor und damit fixieren
das aktive Material in dem Loch 1c und das aktive Material
an einer Seite des Kollektors zusammen den Kollektor in einem Paßzustand.
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Daneben wirkt, selbst wenn das aktive
Material in dem Loch 1c sich ausdehnt, die Kraft eher so,
daß sie
den Kollektor 1a in dem Loch fixiert, um ein Ablösen des
Kollektors 1a von dem aktiven Material zu verhindern, und
zusätzlich
kann, da kein aktives Material an der äußeren Oberfläche des
Kollektors vorliegt, dem gesamten aktiven Material erlaubt werden,
mit Sicherheit bei der elektromotorischen Reaktion teilzunehmen, um
den Nutzungsgrad des aktiven Materials zu erhöhen.
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Eine solche positiven Elektrode wird
auf die folgende Weise hergestellt. 3 ist
ein Diagramm, welches den Aufbau des Mittelteils einer Vorrichtung
zum Beschichtungsaufbringen einer Paste des aktiven Materials der
positiven Elektrode auf den positiven Elektrodenkollektor zeigt.
Diese Beschichtungsvorrichtung weist eine Farbstoffdüse 11 (die
nozzle) mit einem Schlitzspalt 12 zum Absondern der Paste
und eine Glättungsdüse 15,
welche gegenüberliegend
der Farbstoffdüse 11 unter
Bildung eines Spaltes (eines Düsenspaltes),
durch welchen der Kollektor 1a hindurchgeführt wird,
angeordnet ist. Der ein Maschenmetall aus Aluminium aufweisende
Kollektor 1a wird kontinuierlich von dem unteren Teil zum
oberen Teil durch den Düsenspalt, in
welchen die Paste von dem Spalt 12 der Farbstoffdüse 11 abgesondert
wird, geführt,
um damit die Paste auf den Kollektor durch Beschichten aufzutragen.
In 3 ist die Farbstoffdüse 11 mit
einer oberen Lippe 13 und einer unteren Lippe 14,
welche den Schlitzspalt 12 bilden, versehen und die untere
Lippe 14 weist einen Vorsprung auf, der mehr als die obere
Lippe 13 zum Düsenspalt
hin vorsteht. Dieser Vorsprung 14a hält darauf die von dem Schlitzspalt 12 ausgeschiedene
Paste, um die Paste nach vorne auszuscheiden, ohne nach unten zu
tropfen.
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Die Glättungsdüse 15 weist keinen
Schlitzspalt zum Ausscheiden der Paste auf und führt zum Zeitpunkt des Beschichtens
mit der Paste den sich nach oben durch den Spalt bewegenden streifenartigen
Kollektor 1a. Im speziellen paßt die Glättungsdüse 15 die Position
des entlang dem Lippenbereich 15a sich nach oben bewegenden
Kollektors so an, daß sie
eine Ablenkung des Kollektors zum Zeitpunkt des Beschichtens mit
der Paste verhindert und den in der Form eines Ringes gewundenen
Kollektor geradebiegt.
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Wie vorstehend erwähnt, wird
die Beschichtung der Paste durch nach oben gerichtetes Hindurchführen des
Kollektors 1a durch den Düsenspalt zwischen einem Paar
der Düsen 11, 15 durchgeführt. Die
Paste wird aus der Farbstoffdüse 11 abgesondert
und auf die dem Schlitzspalt 12 gegenüberliegende Oberfläche aufgesprüht. Wenn
eine Folie oder ein plattenartiger Kollektor ohne Löcher verwendet
wird, wird natürlich
die Paste nur auf einer Seite durch Beschichten aufgebracht. Jedoch
tritt, da ein Maschenmetall mit vielen Löchern hier verwendet wird,
die aus dem Schlitzspalt 12 der Düse 11 abgesonderte
Paste in die Löcher
des Kollektors ein. Zusätzlich
wird, wenn der Kollektor in einem Bewegungszustand sich befindet,
ein kleiner Spalt zwischen dem Kollektor und dem Lippenbereich 15a der
Glättungsdüse 15 gebildet
und die in die Löcher
eintretende Paste gelangt in diesen kleinen Spalt und wird, währenddem
sich der Kollektor unter Führung
durch den Lippenbereich der Düse
bewegt, geglättet.
Als ein Ergebnis wird die Paste auch auf der der Glättungsdüse 15 gegenüberliegenden
Oberfläche
des Kollektors durch Beschichten aufgebracht.
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Der kleine Schlitz zwischen dem Kollektor
und dem Lippenbereich der Glättungsdüse varriert
abhängig
von der Bewegungsgeschwindigkeit des Kollektors und der zum Zeitpunkt
der Beschichtung am Kollektor angelegten Spannung.
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Daher kann, wenn ein perforierter
Kollektor verwendet wird, die Paste gleichzeitig auf beiden Seiten des
Kollektors mit unterschiedlichen Dicken durch richtiges Anpassen
der Bedingungen, wie etwa der aus dem Schlitzspalt abgesonderten
Pastenmenge, dem Düsenspalt
zwischen der Farbstoffdüse
und der Glättungsdüse, der
Bewegungsgeschwindigkeit und Richtung des Kollektors und der angelegten
Spannung beschichtet werden. Dieses Verfahren kann eine Vereinfachung
und Beschleunigung des Beschichtungsschrittes im Vergleich damit,
wenn die Paste auf einer Seite durch Beschichten aufgetragen wird
und dann auf einer anderen Seite separat mit einer unterschiedlichen
Dicke, bedeuten.
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Bei der positiven Elektrode dieser
Ausführungsform
ist die Dicke der auf einer Seite des Kollektors, welche der negativen
Elektrode bei Herstellung einer Batterie gegenüberliegt, größer als
die Dicke einer anderen Seite. Dies dadurch kann erzielt werden,
indem erlaubt wird, daß die
der negativen Elektrode gegenüberliegende
Seite des Kollektors der positiven Elektrode dem Schlitzspalt 12 gegenüberliegt
und die Paste auf diese Seite des Kollektors abgesondert wird. Vorzugsweise
werden die Beschichtungsbedingungen so festgelegt, daß das Verhältnis (d1
: d2) der Dicke (d1) der auf die der negativen Elektrode gegenüberliegenden
Seite des Kollektors durch Beschichten aufgebrachten Paste und die
Dicke (d2) der auf die andere Seite des Kollektors durch Beschichten
aufgebrachten Paste sich innerhalb des Bereichs 9 : 1–7 : 3 befindet.
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Die Dicke der aktiven Materialschicht
der positiven Elektrode und das Verhältnis der Dicke der aktiven Materialschicht
zu derjenigen des Kollektors weichen von denjenigen kurz nach der
Beschichtung mit der Paste stark ab. Das ist deshalb, da die Dicke
der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode dünner wird,
da das organische Lösungsmittel
in der Paste beim Trocknen volatilisiert und enffernt wird, und
weiterhin, da der Anteil der Dicke der aktiven Materialschicht und
derjenigen des Kollektors an der Gesamtdicke der positiven Elektrode
vor und nach dem Pressen aufgrund dem Unterschied in dem Ausmaß der Komprimierung
der aktiven Materialschicht und des Kollektors varriert. Jedoch
besteht, wenn eine Paste verwendet wird, in welcher die Komponenten
gleichmäßig verteilt
sind, kein Unterschied im Ausmaß der
Volumenschrumpfung nach dem Trocknen in Abhängigkeit von der beschichteten
Position und des beschichteten Bereichs. In vollkommen getrocknetem
Zustand ist das Dickenverhältnis
der sowohl auf der oberen und hinteren Seite des Kollektors durch Beschichten
aufgetragenen Aktivmaterialschichten beinahe das gleiche wie das
Verhältnis
zum Zeitpunkt der Beschichtung.
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Daher ist bei der vollkommen getrockneten
und gepreßten
positiven Elektrode des Idealzustands das Verhältnis der Dicken der Pasten
zum Zeitpunkt der Beschichtung beinahe gleich zum Verhältnis der
Dicken der Aktivmaterialschichten der positiven Elektrode, nachdem
sie Pressen unterzogen wurde.
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Um die positive Elektrode des Idealzustands
zu erlangen, ist es notwendig, das organische Lösungsmittel durch Trocknen
der positiven Elektrode über
einen langen Zeitraum nach Beschichtung mit der Paste zu volatilisieren
und entfernen. Jedoch bedarf das Trocknen über einen langen Zeitraum während der
eigentlichen Produktion größräumige Einrichtungen
und verursacht eine Verlängerung
in der Betriebszeit und dies ist vom Gesichtspunkt der Kosten her
nicht wünschenswert.
Daher wird die positive Elektrode in einem angemessen getrockneten
Zustand, z. B. 0,5–1
Stunde Trocknen, der Preßbehandlung
unterzogen. In diesem Zustand ist die auf die der negativen Elektrode
gegenüberliegende
Seite des Kollektors durch Beschichten aufgetragene Paste dicker
als die auf eine andere Seite aufgetragene Paste und das Trocknungsausmaß ist gering.
Aus diesem Grund ändert
sich das Dickenverhältnis
der aktiven Materialschichten der positiven Elektrode ausgehend von
dem Verhältnis
zum Zeitpunkt des Beschichtens mit der Paste. Dementsprechend weist,
wie in 4 gezeigt, obwohl
die Paste so durch Schichten aufgetragen wird, daß das Verhältnis d1
: d2 der Dicke (d1) der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode
auf einer Seite des Kollektors und der Dicke (d2) der Schicht auf
einer anderen Seite zum Zeitpunkt der Beschichtung mit der Paste
innerhalb des Bereichs von 9 : 1–7 : 3 gehalten wird, die eigentliche
positive Elektrode nach Trocknen und Pressen die Struktur auf, bei
welcher die Proportion der Dicke (t1) der aktiven Materialschicht
der positiven Elektrode auf der der negativen Elektrode gegenüberliegenden
Seite des Kollektors und derjenigen der Dicke (t2) der Schicht auf
einer anderen Seite verschieden ist, und der Kollektor ist an der
Position 213–415
der Gesamtdicke des aktiven Materials nach innen hin von der der
negativen Elektrode gegenüberliegenden
Seite des Kollektors angeordnet und die aktive Materialschicht mit einer
Dicke der verbleibenden 1/3–1/5
der Gesamtdicke ist an der äußeren Seite
des Kollektors, wie in 1 gezeigt,
angeordnet.
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Weiterhin können, um die positive Elektrode
der vorstehend erwähnten
bevorzugten Ausführungsform,
wie in 2 gezeigt, zu
erlangen, die folgenden zwei Verfahren verwendet werden. Eines davon
ist zum Zweck, den Düsenspalt
zwischen der Farbstoffdüse
und der Glättungsdüse aufzuweiten,
um die von der in die Löcher
des Kollektors eintretenden Paste erzeugten Kraft zu schwächen. Ein
weiteres ist zum Zweck, die Menge (den Druck) der von dem Schlitzspalt
abgesonderten Paste zu verringern und gleichzeitig die Bewegungsgeschwindigkeit
des Kollektors zu verringern.
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In dem Fall des ersteren Verfahrens
verringert sich aufgrund der Erweiterung des Düsenspaltes die von dem Schlitzspalt 12 abgesonderte
Paste in ihrer Eindringkraft zum Zeitpunkt, in dem sie an dem Kollektor 1a ankommt,
welcher sich unter Führung
durch die Glättungsdüse 15 bewegt,
und tritt in die Löcher
des Kollektors ein, tritt aber nicht durch die Löcher hindurch und kommt nicht
auf die Rückseite
des Kollektors. In dem Fall des letzteren Verfahrens verringert
sich aufgrund der Verringerung der Menge (des Drucks) der abgesonderten
Paste die Menge der auf dem Kollektor durch Beschichten aufgebrachten
Paste und die Paste tritt nicht durch die Löcher hindurch und kommt nicht
auf die Rückseite
des Kollektors. Zum Sicherstellen der nötigen Pastenmenge zum Zuführen der
fehlenden Menge wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Kollektors
verringert, um die durch Beschichten aufgebrachte Pastenmenge zu
halten.
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Die negative Elektrode 2 weist
einen perforierten Kollektor 2a auf, auf dessen beiden
Seiten aktive Materialschichten 2b einer negativen Elektrode
ausgebildet sind. Der Kollektor 2a weist ein aus einer
Kupferfolie hergestelltes Maschenmetall oder Stanzmetall auf und
ist mit einer elektrisch leitenden Kohlenstoffbeschichtung auf der
Oberfläche
auf die gleiche Weise wie bei dem positiven Elektrodenkollektor
versehen. Eine Paste eines aktiven Materials einer negativen Elektrode
wird darauf durch Beschichten aufgebracht, gefolgt von Trocknen
und Pressen zum Erlangen der negativen Elektrode.
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Der Separator 3 ist ein
Film, welcher hauptsächlich
aus einem zum Absorbieren und Halten des Elektrolyts fähigen Polymer,
wie etwa einem Copolymer (P(VDF-HFP)) aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen und
einem Plastifiziermittel, welches mittels einer Nachbehandlung zum
Herstellen von Porosität
entfernt wird, besteht.
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Die positiven Elektroden 1 werden
auf den aktiven Materialschichten 2b der negativen Elektrode
auf beiden Seiten des Kollektors 2a der negativen Elektrode 2 so
laminiert, daß die
dickere aktive Materialschicht 1b der positiven Elektrode
auf das aktive Material 2b der negativen Elektrode mit
dem Separator 3 dazwischen hin weist. Dann wird dieses
Laminat durch Heizen und Pressen integriert, um Hitzeverschmelzung
des Polymerbereichs zu verursachen, wodurch eine Laminatelektrode 4 hergestellt
wird. Dann wird das Plastifiziermittel aus dem Polymerbereich mit
einem Lösungsmittel
zum Porösmachen
extrahiert und entfernt. Diese Laminatelektrode 4 wird
in ein aus einer hauptsächlich
aus einem Harzfilm bestehenden Laminatplatte hergestellten äußeren Gehäuse eingeführt. Danach
wird eine bestimmte Menge eines nicht wäßrigen Elektrolyts in das Gehäuse eingefüllt, um
den Elektrodenbereich einschließlich
dem Separator mit dem Elektrolyt zu imprägnieren und nachdem oder bevor
das Polymer geliert ist, wird der Öffnungsbereich des Gehäuses hitzeversiegelt,
um eine Polymerbatterie zu erlangen.
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Die verwendeten aktiven Materialien
der positiven Elektrode beinhalten zusammengesetzte Metalloxide,
welche in der Lage sind Lithiumionen durch Beladen und Entladen
reversibel abzugeben und aufzunehmen, wie etwa LiCoO2,
LiNiO2 und LiMn2O4. Ähnlich
beinhalten die aktiven Materialien der negativen Elektrode der aktiven
Materialschicht der negativen, Elektrode Kohlenstoffpulver, welches
in der Lage ist Lithiumionen durch Laden und Entladen einzulagern
und auszulagern, und besonders bevorzugt ist ein Mesophasenkohlenstoffgraphit,
welches durch Karbonisierung und Graphitisierung von kohlenstoffhaltigen
Mesophasenpartikeln erlangt wird.
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Die in dem Polymer absorbierten und
gehaltenen nicht-wäßrigen Elektrolyte
können
geeigneterweise aus den bei bekannten nicht-wäßrigen Elektrolytbatterien
verwendeten ausgewählt
werden, wie etwa Kombinationen aus gelösten Stoffen, wie etwa LiClO4, LiBF4, LiPF6 und LiCF3SO3 mit organischen Lösungsmitteln, wie etwa Ethylencarbonat,
Propylencarbonat und Ethylmethylcarbonat.
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Beispiele
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Beispiele der Erfindung werden im
Detail unter Verwendung der Zeichnungen erklärt.
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Beispiel 1
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Eine Polymerbatterie wurde mittels
des folgenden Verfahrens hergestellt.
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Eine Paste aktiven Materials einer
positiven Elektrode wurde durch Vermischen einer durch Auflösen von
70 g eines Copolymers aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen
(P(VDF-HFP)) in 1000 g Aceton, 1000 g Lithiumcobaltoxid LiCoO2, 50 g Acetylenschwärze und 100 g Dibutylphthalat
(DBP) als ein Plastifiziermittel hergestellt. In diesem Fall ist
der Anteil des als Lösungsmittel
in der Paste enthaltenen Acetons etwa 45 Gew.-%.
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Als ein mit dieser Paste zu beschichtender
positiver Elektrodenkollektor wurde ein Aluminiummaschenmetall verwendet,
welches mit einer elektrisch leitenden Kohlenstoffbeschichtung auf
der Oberfläche versehen
war. Das auf der Oberfläche
des positiven Elektrodenkollektors durch Beschichtung aufgebrachte Kohlenstoftbeschichtungsmaterial
wurde durch Verteilen und Mischen von 30 g Acetylenschwärze und
einer Lösung
(12 Gew.-%) Polyvinylidenfluorid in N-Methylpyrrolidon hergestellt. Diese
Mischung wurde auf Aluminiummaschenmetall mit einer Dicke von 40 μm durch Beschichtung
aufgetragen und dann durch Heizen auf eine Temperatur von mehr als
80°C, getrocknet,
um das N-Methylpyrrolidon zu entfernen und um dadurch die elektrisch
leitende Kohlenstoffbeschichtung zu bilden.
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Dann wurde die vorstehend hergestellte
Paste des aktiven Materials der positiven Elektrode auf den positiven
Elektrodenkollektor mit dem elektrisch leitenden Kohlenstoffilm
mittels der in 3 gezeigten
Vorrichtung durch Beschichtung aufgebracht.
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In diesem Beispiel war ein Spalt
(Düsenspalt)
von 570 μm,
durch welchen der Kollektor sich hindurchbewegt, zwischen der oberen
Lippe 13 der Farbstoffdüse 11 und
der Glättungsdüse 15 der
Pastenbeschichtungsvorrichtung vorgesehen. Eine untere Lippe 14 war
so angeordnet, daß der
Vorsprung 14a 200 μm
mehr als die obere Lippe 13 zum Düsenspalt hin vorstand. Die
Paste des aktiven Materials der positiven Elektrode wurde durch
Abscheiden der Paste von dem Schlitzspalt 12 und Aufsprühen dieser
auf den sich nach oben bewegenden Kollektor 1a durch Beschichten
aufgebracht. Die Paste wurde mit einer Dicke von 450 μm an der Seite
des Kollektors, welche der Farbstoffdüse 11 gegenüberlag,
und mit einer Dicke von 450 μm
an der Seite des Kollektors, welche der Farbstoffdüse 11 gegenüberlag,
und mit einer Dicke von 50 μm
auf die Seite (eine andere Seite), welche der Glättungsdüse 15 gegenüberlag,
durch Anpassen der Ausscheidemenge und -geschwindigkeit der Paste
aus dem Schlitzspalt 12 und der Bewegungsgeschwindigkeit
und der Spannung des Kollektors durch Beschichten aufgebracht.
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Die der Farbstoffdüse 11 gegenüberliegende
Seite des Kollektors wurde als die der negativen Elektrode bei der
Herstellung der Batterie gegenüberliegende
Seite verwendet, wobei das Verhältnis
der Dicke der durch Beschichtung auf die der negativen Elektrode
gegenüberliegenden
Seite aufgebrachten Paste und der auf einer anderen Seite durch
Beschichtung aufgebrachten Pastendicke 9 : 1 betrug.
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Die Gesamtdicke der positiven Elektrode
gleich nach der Beschichtung mit der Paste betrug etwa 540 μm, was die
Summe aus 500 μm
der Dicke des Pastenbereichs und etwa 40 μm der Dicke des Kollektors war. Der
Düsenspalt
der Beschichtungsvorrichtung wurde auf 570 μm gesetzt und damit gab es eine
Differenz von etwa 30 μm
zwischen der Gesamtdicke der sich ergebenden positiven Elektrode
und dem Düsenspalt.
Dies war ein Spalt, der notwendig war, damit der Kollektor zum Zeitpunkt
der Beschichtung durch den Düsenspalt sich
hindurchbewegen konnte. Die mit der Paste beschichtete positive
Elektrode wurde dann einem Trocknungsschritt zur Verdampfung und
Entfernung durch Lösungsmittel
in der Paste unterzogen und als ein Ergebnis war das Lösungsmittel
entfernt und die Dicke der positiven Elektrode verringerte sich
auf etwa 250 μm
von 540 μm.
Die positive Elektrode wurde weiterhin einem Preßschritt unterzogen und die
Dicke verringerte sich auf etwa 150 μm. Diese positive Elektrode
wurde geschnitten, um eine plattenartige positive Elektrode von
30 mm × 60
mm Größe zu erlangen.
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Unabhängig wurde eine positive Elektrode,
bei welcher der Kollektor keine Paste auf der Oberseite, wie in 2 gezeigt, aufweist, durch
Ausführung
der Beschichtung mit der Paste unter den gleichen Bedingungen wie
vorstehend, außer
daß der
Düsenspalt
von 570 μm
auf 680 μm
aufgeweitet wurde, erlangt.
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Eine Paste eines aktiven Materials
einer negativen Elektrode wurde hergestellt durch Vermischen einer
durch Auflösen
von 40 g P (VDF-HFP) in 300 g Aceton hergestellten Lösung mit
250 g Mesophasenkohlenstoff (herstellt von Osaka Gas Co., Ltd.)
mit 6 μm
durchschnittlicher Teilchengröße, welcher
durch Carbonisation und Graphitisierung kohlenstoffhaltiger Mesophasenteilchen
erlangt wird, 60 g an durch Graphitisierung von Dampfwuchskohlenstoffasern
(vapor growth carbon fibers) erlangten Fasern (hergestellt von Showa
Denko Co., Ltd.) und 60 g DBP. Ein Kupfermaschenmetall mit 50 μm Dicke wurde
als ein negativer Elektrodenkollektor verwendet. Eine elektrisch
leitende Kohlenstoffbeschichtung wurde auf der Oberfläche des
Kollektors auf die gleiche Weise wie bei der Herstellung der positiven
Elektrode gebildet. Die Paste des aktiven Materials der negativen
Elektrode wurde auf beiden Seiten des Kupfermaschenmetalls in der
gleichen Dicke durch Beschichten aufgebracht und getrocknet, gefolgt
von Pressen durch eine Walzpresse, um eine negative Elektrodenplatte
von etwa 300 μm
Dicke und 30 mm × 60
mm Größe zu erlangen.
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Ein Separator wurde auf die gleiche
Weise hergestellt. 30 g P (VDF-HFP) wurde in 300 g Aceton gelöst und 30
g DBP wurde dazu hinzugefügt,
um eine Mischlösung
zu erlangen. Diese Lösung
wurde durch Beschichten auf einer Glasplatte aufgebracht und dann
wurde das Aceton verdampft und in einem Trocknungsschritt entfernt,
um einen etwa 230 μm
dicken Film herzustellen. Dieser Film wurde auf eine Größe von 30
mm × 60
mm geschnitten.
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Auf beiden Seiten der vorstehenden
plattenartigen negativen Elektrode wurden die vorstehenden plattenartigen
positiven Elektroden so laminiert, daß die dickeren Aktivmaterialschichten
der positiven Elektroden der negativen Elektrode mit den filmartigen
Separatoren zwischen der negativen Elektrode und den positiven Elektroden
liegend gegenüber
lagen. Dann wurde dieses Laminat unter Heizen gepreßt, indem
es zwischen zwei auf 120°C
aufgeheizten Preßwalzen
hindurch bewegt wurde, um das Laminat durch Verschmelzungsverbindung
mit der Polymermatrix zu integrieren und dadurch eine Laminatelektrode
herzustellen. Diese Laminatelektrode wurde in Diethylether eingetaucht,
um DPB aus der Polymermatriz zu extrahieren, gefolgt von Vakuumtrocknen
bei 50°C.
Die Polymermatrix wurde durch die Extraktikon von DBP porös. Diese
Laminatelektrode wurde in ein aus einer Laminatplatte, welche hauptsächlich aus
einem Harzfilm bestand, gefertigtes externes Gehäuse eingeführt. Dann wurde 3,2 g einer
durch Auflösen
von 1,5 mol/l Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6)
in einem gemischten Lösungsmittel
aus Ethylencarbonat und Ethylmethylcarbonat (1 : 3 im Volumenverhältnis) hergestellten
Lösung
in das Gehäuse
als ein Elektrolyt eingefüllt.
Nach dem Einfüllen
des Elektrolyts wurde das Gehäuse
wiederholt einem verringerten Druck von 0,35 atm und dann atmosphärischem
Druck ausgesetzt, um Dampf-Flüssigkeitsersetzung
zum Durchführen
der Eindringung des Elektrolyts in die Laminatelektrode zu beschleunigen,
gefolgt von einem Zurückführen des
Drucks auf Atmosphärendruck
und Versiegeln der Öffnung
des Gehäuses
durch Hitzeversiegelung. Weiterhin wurde das Gehäuse bei 45°C 30 Minuten lang aufgeheizt,
um ein Ausbreiten des Elektrolyts zum Elektrodenbereich zu beschleunigen,
gefolgt von dem Ausführen
von Laden und Entladen, um die Batterie in einen entladbaren Zustand
zu versetzen. Diese Batterie war eine Batterie des Beispiels 1.
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Beispiel 2
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Beim Beschichtungsaufbringen der
Paste des aktiven Materials der positiven Elektrode wurde die Paste
mit einer Dicke von 400 μm
auf die Seite des Kollektors, welche der Farbstoffdüse 11 gegenüberlag und
mit einer Dicke von 100 μm
auf eine andere Seite des Kollektors durch Anpassen des Düsenspaltes
des Beschichtungsapparates, der Bewegungsgeschwindigkeit des Kollektors,
der Spannung des Kollektors und anderem durch Beschichtung aufgebracht.
Damit wurde die Paste auf eine solche Weise durch Beschichtung aufgebracht,
daß das
Verhältnis
der Dicke der auf die Seite des Kollektors, welche der negativen
Elektrode zum Zeitpunkt der Herstellung einer Batterie gegenüberliegt
durch Beschichtung aufgebrachten Paste und der Dicke der auf einer
anderen Seite durch Beschichtung aufgebrachten Paste bei 8 : 2 gehalten
wurde.
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Eine Batterie wurde unter Verwendung
der sich ergebenden positiven Elektrode mit dem gleichen Aufbau
und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die sich
ergebende Batterie war die Batterie des Beispiels 2.
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Beispiel 3
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Ähnlich
wurde die Paste des aktiven Materials der positiven Elektrode mit
einer Dicke von 350 μm
auf der Seite des Kollektors, welcher der Düse 11 gegenüberlag,
und mit einer Dicke von 150 μm
auf einer anderen Seite des Kollektors durch Einstellen des Düsenspalts
und anderem durch Beschichten aufgebracht. Damit wurde die Paste
auf eine solche Weise durch Beschichten aufgebracht, daß das Verhältnis zwischen
der Dicke der auf der Seite des Kollektors, welche der negativen
Elektrode zum Zeitpunkt der Herstellung gegenüberliegt, durch Beschichten
aufgebrachten Paste und der Dicke der auf einer anderen Seite aufgebrachten
Paste bei 7 : 3 gehalten wurde.
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Eine Batterie wurde unter Verwendung
der sich ergebenden positiven Elektrode mit dem gleichen Aufbau
und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die sich
ergebende Batterie war eine Batterie vom Beispiel 3.
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Vergleichsbeispiel 1
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Bei der Beschichtungsauftragung der
Paste des aktiven Materials der positiven Elektrode wurde die Paste
mit einer Dicke von 300 μm
auf die Seite des Kollektors, welche der Düse 11 gegenüberlag durch
Beschichten aufgetragen und mit einer Dicke von 200 μm auf die
andere Seite des Kollektors durch Einstellen des Düsenspalts
und anderem der Pastenbeschichtungsvorrichtung durch Beschichten
aufgebracht. Damit wurde die Paste auf eine solche Weise durch Beschichten
aufgebracht, daß das
Verhältnis
zwischen der Dicke der auf die Seite des Kollektors, welche der
negativen Elektrode zum Zeitpunkt der Herstellung einer Batterie gegenüberliegt,
und der Dicke der auf einer anderen Seite durch Beschichten aufgebrachten
Paste bei 6 : 4 gehalten wurde. Eine Batterie wurde unter Verwendung
der sich ergebenden positiven Elektrode mit dem gleichen Aufbau
und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die sich
ergebende Batterie war eine Batterie des Vergleichsbeispiels 1.
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Vergleichsbeispiel 2
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Die Paste aktiven Materials einer
positiven Elektrode wurde mit einer Dicke von 500 μm auf der
Seite des Kollektors, welche der Düse 11 gegenüberlag durch
Beschichtung aufgebracht, wurde nicht auf eine andere Seite des
Kollektors durch Beschichtung aufgebracht. Hier wurde das Verhältnis zwischen
der Dicke der auf die Seite des Kollektors, welche der negativen
Elektrode zum Zeitpunkt der Herstellung einer Batterie gegenüberlag,
und der Dicke der Paste auf einer anderen Seite bei 10 : 0 gehalten.
Diese positive Elektrode wurde durch Auftragen eines Harzfilmes
auf eine Seite des Kollektors, nämlich
die Seite, welche der Glättungsdüse 15 gegenüberliegt,
um die Löcher
des Kollektors zum Zeitpunkt der Beschichtungsauftragung der Paste
zu schließen,
und Ablösen
des Harzfilms nach Beschichtung hergestellt. Eine Batterie wurde
unter Verwendung der sich ergebenden positiven Elektrode mit dem
gleichen Aufbau und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Die sich ergebende Batterie stellte eine Batterie des Vergleichsbeispiels
2 dar.
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Vergleichsbeispiel 3
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Eine Aluminiumfolie mit 40 μm Dicke,
welche keine Löcher
aufwies, wurde als ein positiver Elektrodenkollektor verwendet und
die Paste der positiven Elektrode wurde durch Beschichten darauf
aufgebracht. Die Beschichtungsaufbringung der Paste wurde durch
Absondern der Paste des aktiven Materials der positiven Elektrode
auf sowohl die linke als auch die rechte Seite des Kollektors mittels
einer Beschichtungsvorrichtung ausgeführt. Die Dicke der durch Beschichtung
aufgebrachten Paste war 450 μm
auf der Seite, welche der negativen Elektrode zum Zeitpunkt der
Herstellung einer Batterie gegenüberliegt,
und 50 μm
auf einer anderen Seite des Kollektors und das Verhältnis der
Dicken wurde bei 9 : 1 gehalten. Eine Batterie wurde unter Verwendung
der sich ergebenden positiven Elektrode mit dem gleichen Aufbau
und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die sich
ergebende Batterie stellte eine Batterie des Vergleichsbeispiels
3 dar.
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Hundert Batterien jedes der Beispiele
1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden hergestellt und
die Entladekapazität
der Batterien wurde gemessen und der Nutzungsgrad des aktiven Materials
wurde berechnet. Die Messung der Entladekapazität wurde durch Ausführung des
Ladens auf 4,1 V mit einem Ladestrom von 110 mA (0,2 C) und dann
Entladen auf 3,0 V mit einem Entladestrom von 550 mA (1C) durchgeführt.
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Weiterhin wurde das Laden und Entladen
500 mal unter den gleichen Lade- und Entladebedingungen wie vorstehend
wiederholt. Danach wurde die Batterie auseinandergebaut und der
Bindungszustand zwischen dem aktiven Material der positiven Elektrode
und des Kollektors beobachtet und die Anzahl der Batterien, bei denen
ein Ablösen
auftrat, wurde bestimmt.
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Tabelle 1 zeigt durchschnittliche
Ladekapazität,
Nutzungsgrad des aktiven Materials und Auftreten von Ablösung bei
den Batterien der Beispiele 1–3
und der Vergleichsbeispiele 1–3.
-
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Wie aus Tabelle 1 ersichtlich war
die Adhäsion
zwischen dem Kollektor und dem aktiven Material bei den Batterien
der Beispiele 1 bis 3 und des Vergleichsbeispiels 1 hoch, da bei
diesen Batterien der positive Elektrodenkollektor innerhalb der
aktiven Materialschicht der positiven Elektrode angeordnet war.
Daher wurde die Adhäsion
zwischen dem Kollektor und dem aktiven Material nicht ernsthaft
durch die durch Laden und Entladen verursachte Expansion und Schrumpfung
des aktiven Materials beschädigt
und die Anzahl des Auftretens von Ablösung war gering.
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Im Vergleichsbeispiel 2 war der perforierte
Kollektor an einer Seite der aktiven Materialschicht der positiven
Elektrode angeordnet. Daher wurde der Kollektor nur an der Fläche, welche
mit dem aktiven Material in Kontakt steht, gestützt und daher war die Anzahl
des Auftretens der Ablösung
größer.
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Im Vergleichsbeispiel 3 war der positive
Elektrodenkollektor an der gleichen Position wie in Beispiel 1 angeordnet.
Jedoch waren, da der Kollektor keine Löcher aufwies, die aktive Materialschicht
der positiven Elektrode auf einer Seite des Kollektors und die aktive
Materialschicht der positiven Elektrode auf einer anderen Seite
nicht durch die Löcher
des Kollektors verbunden. Daher war die Anzahl des Auftretens von
Ablösung größer als
in Beispiel 1, in dem ein perforierter Kollektor verwendet wurde.
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Der Nutzungsgrad des aktiven Materials
der positiven Elektrode kann mit der Vergrößerung der Proportion der aktiven
Materialschicht der positiven Elektrode, welche auf die negative
Elektrode hinweist, in Bezug auf die Gesamtdicke der aktiven Materialschicht
der positiven Elektrode vergrößert werden.
Aus diesem Grund verringerte sich in dem Vergleichsbeispiel 1 der
Nutzungsgrad, da die aktive Materialschicht auf der Seite, welche
nicht zur negativen Elektrode hinwies dicker als bei anderen Beispielen
war und in hohem Maße
in bezug auf Migration von Lithiumionen durch den Kollektor behindert
war. Weiterhin beeinflußte,
selbst wenn die Gesamtdicke der positiven Elektrode gleich war und
der Kollektor der positiven Elektrode an der gleichen Position mit
der gleichen Gesamtdicke angeordnet war, die Struktur des Kollektors
in größerem Maße die Migration
von Lithiumionen und als ein Ergebnis wurde ein höherer Nutzungsgrad
in Beispiel 1, in dem ein perforierter Kollektor verhindert wurde,
erzielt als im Vergleichsbeispiel 3, in dem ein Kollektor ohne Löcher verwendet
wurde.
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Wie vorstehend enwähnt, kann
in dem Fall einer plattenartigen positiven Elektrode, bei der ein
perforierter Kollektor in bündigem
Zustand an der äußeren Endoberflächenseite
eines aktiven Materials einer positiven Elektrode, welche einer
negativen Elektrode nicht gegenüberliegt
oder in dem die Paste auf den Kollektor so durch Beschichtung aufgebracht
ist, daß das
Verhältnis
der Dicke der aktiven Materialpaste der positiven Elektrode auf
der Seite, die zur negativen Elektrode hinweist und die Dicke der
Paste auf einer anderen Seite sich innerhalb des Bereichs von 9
: 1 bis 7 : 3 bewegt, ein Ablösen
des Kollektors von der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode
gehemmt werden und daneben kann der Nutzungsgrad durch Vergrößerung des
bei der elektromotorischen Reaktion teilnehmenden aktiven Materials
der positiven Elektrode erhöht
werden.
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Wie vorstehend erklärt, kann
durch Verbesserung des Aufbaus in bezug auf die Anordnung des Kollektors
der positiven Elektrode in der aktiven Materialschicht der positiven
Elektrode eine Festkörperpolymerbatterie,
welche kein Versagen bei der Stromsammlung durch Ablösung des
Kollektors von der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode
verursacht, bereitgestellt werden. Der Nutzungsgrad des aktiven
Materials der positiven Elektrode wird verbessert und die Batterie
weist hervorragende Batterieeigenschaften auf.
