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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batterie mit nicht-wässerigem
Elektrolyten, enthalten in einem Gehäuse, gebildet aus einem Laminatfilm,
worin ein Batterieelement untergebracht und durch Schweißen eingekapselt
ist, und Elektrodenanschlußleitungen,
die elektrisch leitend mit den Elektroden des Batterieelements verbunden
sind, zum äußeren Abschnitt
des Gehäuses
derart freigelegt sind, dass die Elektrodenanschlußleitungen
sandwichartig von einem verschweißten Abschnitt umgeben sind.
Eine Batterie mit nicht-wässerigem
Elektrolyten dieses Typs ist aus der EP-A-0 862 230 bekannt.
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Beschreibung des diesbezüglichen
Standes der Technik
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In
den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von tragbaren elektronischen
Vorrichtungen, einschließlich Camcordern,
tragbaren Telefonen und tragbaren Computern, auf den Markt gebracht.
Ein Versuch wurde unternommen, die Größe und das Gewicht der vorangehenden
elektronischen Vorrichtungen zu reduzieren. Hinsichtlich der tragbaren
Stromquellen für
die vorangehenden elektronischen Vorrichtungen wurden Batterien, insbesondere
Sekundärbatterien,
noch spezieller Sekundärbatterien
mit nicht-wässerigem
Elektrolyt (sogenannte "Lithiumionen-Batterien") energetisch erforscht
und entwickelt, um die Dicke der Batterie zu verringern und eine
faltbare Struktur zu verwirklichen.
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Als
Elektrolyt für
die formvariable Batterie wurde eine verfestigte Elektrolytlösung energetisch
untersucht. Insbesondere wurde die Aufmerksamkeit auf ein polymeres
festes Elektrolyt-Lithiumsalz
gerichtet, das in einem Gelelektrolyt, der einen Festelektrolyt,
enthaltend einen Weichmacher, darstellt, oder einem Polymer gelöst wird.
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Andererseits
wurde versucht, die Vorzüge
der vorangehenden Batterie, die eine kleine Dicke und ein geringeres
Gewicht aufweist, einzusetzen. Daher wurde eine Vielzahl von Batterien
untersucht, die eine Einkapselungsstruktur aufweisen und die einen
Kunststofffilm oder einen Laminatfilm, aufgebaut durch aneinander
Binden eines Kunststofffilms und einer Metalllage, verwenden.
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Beispielsweise
muss eine Sekundärbatterie
einen Kontrollstromkreis aufweisen, der die Ladung/Entladung kontrolliert
und der in Nachbarschaft der Batterie angeordnet wird. Daher ist
eine Struktur erforderlich, mit der die Volumeneffizienz verbessert
werden kann, wenn der vorangehende Ladungs-/Entladungsstromkreis
angebracht wird.
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Darüber hinaus
muss eine Batterie mit der oben erwähnten Struktur eine Vielzahl
von Charakteristika aufweisen, da die untersuchte Batterie einer
Gesamtbatterie, einschließlich
dem Kontrollstromkreis, Schlagbeständigkeit aufweisen muss, die
Effizienz verbessert, wenn die Volumenenergiedichte mit der äußeren Größe der Batterie,
die durch den Laminatfilm gebildet wird, definiert wird und die
Wärmeabstrahlungs-Charakteristik verbessert
und die Lebenszeit gegenüber
Ladungs-/Entladungszyklen verlängert,
was einen der Leistungsfaktoren darstellt, wenn die Batterie arbeitet.
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Die
oben erwähnte
EP-A-0 862 230 beschreibt eine dünne
Batterie, vorgesehen als laminierte Struktur und eingeschlossen
in einem einschließenden
Beutel, wie in den 13A und 13B gezeigt. Gemäß der Beschreibung auf Seite
12, letzter Absatz, dieses Dokuments ist der einkapselnde Beutel
gebildet durch einen Laminatfilm, einschließlich einer wärmeschmelzbaren
Polyethylenschicht, einer Wärmeschmelz-Zwischenschicht,
einer dünnen
Aluminiumschicht, einer Polyethylenschicht sowie einer Nylonschicht.
Ein Kontrollelement, angebracht auf einem Abschnitt, wo das Batterieelement
nicht vorliegt, ist ein mechanisches Mittel und bildet einen Sicherheitsmechanismus.
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Die
EP-A-0 863 564 offenbart eine Batterie mit nicht-wässerigem
Elektrolyten, die kein aus einem Laminatfilm gebildetes Gehäuse aufweist.
Dieses Dokument beschreibt in Spalte 4, Zeilen 48 bis 50, dass ein elektronischer
Mikrostromkreis oder Elemente eines elektronischen Mikrostromkreises
in Öffnungen
1e untergebracht sein können,
die in dem Gehäuse
an einem Abschnitt gebildet sind, wo das Batterieelement nicht vorliegt,
insbesondere an einem Abschnitt, wo die Elektrodenanschlußleitungen
lokalisiert sind. Das Dokument offenbart nicht, dass der elektronische
Mikrostromkreis oder Elemente desselben mit den Elektrodenanschlußleitungen
verbund sind, und dass der elektronische Mikrostromkreis vorgesehen
wird, um die Ladung/Entladung der Batterie zu kontrollieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf das Vorangehende ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
eine Batterie mit nicht-wässerigem
Elektrolyten bereitzustellen, die eine ausgezeichnete Volumeneffizienz
zeigt, wenn ein Kontrollstromkreis hierauf angebracht wird.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie mit
nicht-wässerigem
Elektrolyten bereitzustellen, die ausgezeichnete Schlagbeständigkeit
und Wärmeabstrahlungs-Chrakteristik zeigt
und eine lange Lebensdauer gegenüber
Ladungs-/Entladungszyklen aufweist, was ein Leistungsfaktor ist,
wenn die Batterie verwendet wird.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie mit
nicht-wässerigen
Elektrolyten bereitzustellen, die ausgezeichnete Herstellbarkeit
zeigt.
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Um
die vorangehenden Ziele entsprechend einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung zu erreichen, wird eine Batterie mit nicht-wässerigem
Elektrolyten bereitgestellt, die ein Gehäuse enthält, gebildet aus einem Laminatfilm,
in dem ein Batterieelement untergebracht und durch Schweißen eingekapselt
ist, und Elektrodenanschlußleitungen,
die elektrisch leitend mit Elektroden des Batterieelements verbunden
sind, zum äußeren Abschnitt
des Gehäuses
derart freiliegen, dass die Elektrodenanschlußleitungen sandwichartig von
einem verschweißten
Abschnitt umgeben sind, wobei die Batterie mit nicht-wässerigem
Elektrolyt dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst: Einen elektrischen
Kontrollstromkreis zum Kontrollieren von Ladung/Entladung der Batterie
mit nicht-wässerigem
Elektrolyt, wobei der elektrische Kontrollstromkreis auf dem verschweißten Abschnitt
des Gehäuses,
wo das Batterieelement nicht vorliegt, angebracht ist und dort mit
den Elektrodenanschlußleitungen
elektrisch verbunden ist.
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Da
der Kontrollstromkreis der Batterie auf dem verschweißten Abschnitt
montiert wird, können
Zwischenräume
in der Batterie, in denen das Batterieelement nicht vorliegt, effektiv
verwendet werden. Folglich kann die Volumeneffizienz beträchtlich
verbessert werden.
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Das
grundlegende Konzept der vorliegenden Erfindung ist wie oben beschrieben.
Darüber
hinaus ist die vorliegende Erfindung strukturiert, um die Volumenenergiedichte
der äußeren Ausmaße der Batterie,
einschließlich
des Kontrollstromkreises für
die Batterie, zu vergrößern. Somit
wird versucht, ausgezeichnete Schlagbeständigkeit zu verwirklichen.
Daher wird der Abschnitt des geschweißten Abschnitts, außer dem
Abschnitt, in dem die Elektrodenanschlußleitungen vom Laminatfilm
sandwichartig umgeben sind, und der geschweißt ist, ein oder mehrmals in
Richtung der Seitenenden der Batterie gefaltet, um eine Breite kleiner
als die Dicke der Batterie aufzuweisen (die kürzeste Länge der Batterie ist definiert
als die "Dicke der
Batterie"). Somit
wird die Größe in Richtung
der Dicke der Batterie minimiert. Somit schützt der vorangehende gefaltete Abschnitt
den gesamten Körper
der Batterie, einschließlich
der Batterie.
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Um
die Wärmeabstrahlungs-Charakteristik
zu verbessern, sind die in Richtung der Seitenenden der Batterie
gefalteten Abschnitte nicht verbunden, d.h. gefaltet, um die Oberfläche zu vergrößern.
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Um
die Schlagbeständigkeit
zu verbessern, werden die Abschnitte in Richtung der Seitenenden
der Batterie mit einer Krümmung
gefaltet.
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Andere
Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, beschrieben im
Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen, offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der
Struktur einer erfindungsgemäßen Batterie
mit nicht-wässerigem
Elektrolyt zeigt;
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2 ist
eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Struktur
der erfindungsgemäßen Batterie
mit nicht-wässerigem
Elektrolyten zeigt;
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3 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zum
Falten eines geschweißten
Abschnitts zeigt;
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4 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zum
Falten von Elektrodenanschlußleitungsrückseiten
zeigt;
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5 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines
Zustands zeigt, worin der geschweißte Abschnitt gefaltet wird;
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6 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel
eines Zustands zeigt, in dem der geschweißte Abschnitt gefaltet wird;
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7 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel
der erfindungsgemäßen Batterie
mit nicht-wässerigem
Elektrolyten zeigt;
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8 ist
eine schematische Vorderansicht, die ein weiteres Beispiel einer
erfindungsgemäßen Batterie
mit nicht-wässerigem
Elektrolyten zeigt und
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9 ist
eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht, die ein Beispiel
der gebildeten Anschlüsse
in einem Kontrollstromkreis zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Struktur einer erfindungsgemäßen Batterie
mit nicht-wässerigem
Elektrolyten wird nun anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Batterie
mit nicht-wässerigem
Elektrolyten (eine sogenannte "Lithiumionen-Sekundärbatterie") ist beispielsweise
eine Festelektrolyt-Batterie oder eine Gelelektrolyt-Batterie. Wie in den 1 und 2 gezeigt,
wird ein Batterieelement 1 mit einer Struktur, wonach ein
Festelektrolyt oder ein Gelelektrolyt zwischen einer positiven Elektrodenaktivmaterialschicht
und einer negativen Elektrodenaktivmaterialschicht in einem Gehäuse 2,
das aus einem Laminatfilm gebildet wird, untergebracht. Der periphere
Bereich des Gehäuses 2 ist
verschweißt,
so dass das Batterieelement 1 eingekapselt wird. Die erfindungsgemäße Batterie
mit nicht-wässerigem
Elektrolyten hat eine im wesentlichen rechteckige Form.
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Das
Batterieelement 1 ist mit einer negativen Elektrodenanschlußleitung 3 vorgesehen,
die mit einer negativen Elektrode elektrisch verbunden ist, die
das Batterieelement 1 aufbaut, sowie einer positiven Elektrodenanschlußleitung 4,
die mit einer positiven Elektrode elektrisch verbunden wird. Die
negative Elektordenanschlußleitung 3 und
die positive Elektrodenanschlußleitung 4 werden
zum äußeren Abschnitt
aus dem Gehäuse 2 herausgeführt.
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Die
negative Elektrodenanschlußleitung 3 und
die positive Elektrodenanschlußleitung 4 sind
mit den Kollektoren der positiven und negativen Elektroden verbunden.
Die positive Elektrodenanschlußleitung 4 muss aus
einem Material, beispielsweise Aluminium, Titan oder deren Legierung,
hergestellt sein, das bei einem hohen Potential nicht schmilzt.
Die negative Elektrodenanschlußleitung 3 kann
aus Kupfer, Nickel oder deren Legierungen hergestellt werden.
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Die
Lithiumionen-Sekundärbatterie
wird zu einer Batterie geformt, die als letztes hergestellt wird,
wenn der Körper
und der Kontrollstromkreis in ein dekoratives Gehäuse gepackt
werden.
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Zu
diesem Zeitpunkt gibt es das Erfordernis, einen begrenzten Zwischenraum
effektiv auszunutzen, um viele Batterieelemente einzuführen, um
die Volumeneffizienz zu steigern und die Leistungsfähigkeit
zu verbessern.
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Die
Volumeneffizienz einer Batterie eines Typs mit einer Struktur, so
dass eine flache Batterie in einen Laminatfilm gepackt wird, wird
in großem
Maße durch
das Verfahren zur Bildung des Versiegelungsbereichs bestimmt. Wenn
die Kapazität
der Batterie dieselbe ist, ist eine Reduktion der Dicke ein wesentlicher
Faktor. In einem Fall einer Batterie mit einer Dicke von 3 mm resultiert
die Vergrößerung der
Dicke um 100 μm
in einer Beeinträchtigung
der Volumeneffizenz von 3%. Eine Vergrößerung der Dicke um 100 μm bei einer
Batterie mit einer Dicke von 0,5 mm resultiert in einer Beeinträchtigung
der Volumeneffizienz um 20%.
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Die
Richtung, in die die Anschlußleitungen
geführt
werden, wird nun betrachtet. Eine Struktur wurde, beispielsweise
in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 10-208710 offenbart,
derart gebildet, dass die Anschlußleitungen aus einem Abschnitt
herausgeführt
werden, der nicht der verschweißte
Abschnitt des Laminatfilms ist, indem die Oberfläche des Kollektors des Batterieelements
verwendet wird. Wenn die Verbindung mit dem Kontrollstromkreis betrachtet
wird, ist die elektrische Leitung, die mit dem Kontrollstromkreis
verbunden ist, in Richtung der Dicke der Batterie vorhanden. Daher
wird die Volumeneffizienz der Batterie in unerwünschter Weise beeinträchtigt,
nachdem der Körper
der Batterie und der Kontrollstromkreis in ein dekoratives Gehäuse verpackt
sind, und somit ein Endprodukt hergestellt wird.
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Daher
hält der
verschweißte
Abschnitt 2a des Laminatfilms die negative Elektrodenanschlußleitung 3 und
die positive Elektrodenanschlußleitung 4,
wie in den 1 und 2 gezeigt.
Somit werden die negative Elektrodenanschlußleitung 3 und die
positive Elektrodenanschlußleitung 4 aus
dem verschweißten
Abschnitt 2a herausgeführt.
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Der
Kontrollstromkreis 5 wird auf einen Zwischenraum montiert,
in dem das Batterieelement 1 nicht vorliegt. Somit werden
das Batterieelement 1 und der Kontrollstromkreis 5 elektrisch
miteinander verbunden. Darüber
hinaus wird der Kontrollstromkreis 5 auf dem verschweißten Abschnitt 2a des
Gehäuses 2 so
gehalten, dass er gegen Vibrationen und einen Schlag stabil ist.
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Wenn
ein Zwischenraum, der das Batterieelement 1 beherbergen
kann, zuvor für
das Gehäuse 2,
beispielsweise durch Tiefziehen, vorgesehen wird, kann der Zwischenraum,
auf dem der Kon trollstromkreis 5 montiert wird, effektiv
geschaffen werden. Folglich kann der Zwischenraum weiterhin effektiv
verwendet werden.
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Der
in einer Richtung verschweißte
Abschnitt des Gehäuses 2,
außer
in der Richtung, aus der die Anschlußleitungen herausgeführt werden,
wird nun beschrieben. Verschweißte
Abschnitte 2b und 2c, die zwei zum verschweißten Abschnitt 2a senkrechten
Seiten entsprechen, aus denen die Anschlußleitungen herausgeführt werden,
sind ein oder mehrere Male in einer derartigen Art und Weise gefaltet,
dass die Breite nicht größer ist
als die Dicke der Batterie. Die verschweißten Abschnitte 2b und 2c werden
in Richtung der Seitenenden der Batterien zurückgefaltet. Somit wird die
Größe der Batterie
in Richtung der Dicke verkürzt.
Die gefalteten Abschnitte, d.h. die verschweißten Abschnitte 2b und 2c schützen die
Batterie, einschließlich
des Kontrollstromkreises 5.
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Die
verschweißten
Abschnitte 2b und 2c sind in Richtung der Seitenenden
der Batterie gefaltet, um die Länge
in der Richtung der Dicke der Batterie zu verkürzen. Somit kann die Volumeneffizienz
beträchtlich verbessert
werden. Im Falle eines Batterieelements mit einer Dicke von 3,3
mm unterscheidet sich die Volumeneffizienz um etwa 5%. Im Falle
eines Batterieelements mit einer Dicke von 0,5 mm unterscheidet
sich die Volumeneffizienz um etwa 25%.
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Die
gefalteten verschweißten
Abschnitte 2b und 2c schützen den Kontrollstromkreis 5 von
den Seitenoberflächen
vor einem äußeren Schlag.
Die vorangehende Struktur erlaubt es, eine Batterie zu erhalten, die
eine hohe Volumenenergiedichte über
die Gesamtgröße der Batterie,
einschließlich
des Kontrollstromkreises, sowie eine befriedigende Stoßbeständigkeit
zeigt.
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Die
grundlegende Struktur der erfindungsgemäßen Batterie mit nicht-wässerigem
Elektrolyten wird wie oben beschrieben gebildet. Um die Struktur
der erfindungsgemäßen Batterie
mit nichtwässerigem
Elektrolyten speziell zu beschreiben, ist in den 3 und 4 ein
Verfahren zum Montieren des Kontrollstromkreises 5 gezeigt.
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Um
den Kontrollstromkreis 5 zu montieren, werden die verschweißten Abschnitte 2b und 2c in
Richtung der Seitenenden der Batterien, wie in 3 gezeigt,
gefaltet. Dann, wie in 4 gezeigt, wird die negative
Elektrodenanschlußleitung 3 und
die positive Elektrodenanschlußleitung 4 auf
den verschweißten
Abschnitt 2a zurückgefaltet.
Dann wird der Kontrollstromkreis 5 mit den oberen Oberflächen der
negativen Elektrodenanschlußleitung 3 und
der positiven Elektrodenanschlußleitung 4 verbunden.
Somit werden der Kontrollstromkreis 5 und die positive
und negative Elektrodenanschlußleitung 3 und 4 elektrisch
miteinander verbunden. Daher kann die oben erwähnte Batteriestruktur erhalten
werden.
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Die
Batterie mit der oben erwähnten
Struktur wird in einem Gehäuse,
beispielsweise einem dekorativen Gehäuse, so untergebracht, dass
ein Endprodukt gebildet wird. Wenn ein Verbindungsanschluß 5a des Kontrollstromkreises 5 nach
außen
durch eine Öffnung,
die für
den Behälter
vorgesehen ist, freiliegt, ist die Verbindung zu einer externen
Schaltung möglich.
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Es
ist bevorzugt, dass die verschweißten Abschnitte 2b und 2c nicht
durch ein Haftmittel oder dergleichen verbunden sind. Als eine Alternative
hierfür
ist es bevorzugt, dass beispielsweise eine plastische Deformation
einer Metallfolie, die das Gehäuse 2 bildet,
verwendet wird, um den Faltzustand aufrechtzuerhalten. Folglich
kann eine Batterie mit einem großen Oberflächenbereich, die eine ausgezeichnete
Wärmeabstrahlungs-Charakteristik
und befriedigende Zyklus-Charakteristik
zeigt, erhalten werden.
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Wenn
die Breite von jedem der verschweißten Abschnitte 2b und 2c größer ist
als die Dicke der Batterie, können
die verschweißten
Abschnitte 2b und 2c zurückgefaltet werden, gefolgt
vom Falten derselben, wie in 5 gezeigt.
Wenn die Dicke der Batterie sehr klein ist, können die verschweißten Abschnitte 2b und 2c mehrere
Male zurückgefaltet
werden, um eine Faltenbalgform zu bilden, wie in 6 gezeigt.
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Es
ist bevorzugt, dass die verschweißten Abschnitte 2b und 2c mit
einer bestimmten Krümmung
gefaltet werden. Verglichen mit einer Struktur, dass die verschweißten Abschnitte 2b und 2c im
wesentlichen mit keiner Krümmung
gefaltet werden, kann die Versiegelungs-Charakteristik aufrechterhalten werden,
wenn eine Beschädigung
des Gehäuses 2,
das aus dem Laminatfilm gebildet wird, in einem Fall auftritt, wo
die Batterie herunter fällt.
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Wenn
der Krümmungsradius
0,025 mm oder kleiner ist, kann der Effekt des Bereitstellens der
Krümmung
nicht ohne weiteres erhalten werden. Wenn der Krümmungsradius 1 mm oder größer ist,
tritt ein Volumeneffizienzverlust in exzessiver Weise auf. Es ist
bevorzugt, dass der Krümmungsradius
0,05 mm bis 0,5 mm beträgt.
Wenn der Krümmungsradius
0,05 mm oder größer ist,
können
die verschweißten
Abschnitte 2b und 2c durch eine Maschine gefaltet
werden. Daher kann eine Vielzahl von Verfahren verwendet werden,
die ein Verfahren umfassen, in dem ein Draht sandwichartig umgeben
wird, wenn das Falten durchgeführt
wird. Wenn die verschweißten
Abschnitte 2b und 2c mit einem Krümmungsradius
von 0,5 mm oder größer gefaltet
werden, kann ein von einer planaren Richtung ausgeübter Stoß nicht
effektiv absorbiert werden.
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Die
verschweißten
Abschnitte 2b und 2c können in Richtung der Unterseite
gefaltet werden, wie in den 7 und 8 gezeigt.
Auch die vorangehende Struktur ist im Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung enthalten. Im vorangehenden Fall ist die Volumeneffizienz
etwas beeinträchtigt,
wie oben beschrieben.
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Im
vorangehenden Fall muss die Größe des Substrats
für den
Kontrollstromkreis 5 minimiert werden, um zu ermöglichen,
dass der Kontrollstromkreis 5 in dem Anschlußabschnitt-Versiegelungsbereich
untergebracht werden kann. Daher ist es bevorzugt, dass ein doppelseitiges
Substrat für
den Kontrollstromkreis 5 verwendet wird, und eine Fläche wird
auf der rückwärtigen Seite
des Substrats gebildet, um die Verbindung mit der Batterie herzustellen.
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Obwohl
die Anschlüsse
der Batterie direkt mit dem Substrat des Kontrollstromkreises 5 verlötet werden
können,
tritt eine Beschädigung
auf, wenn der verschweißte
Abschnitt 2a, der den Versiegelungsabschnitt der Batterie
darstellt, erhitzt wird. Daher werden die Anschlüsse zuvor mit dem Substrat
des Kontrollstromkreises 5 verbunden. Darüber hinaus
werden die Anschlüsse
miteinander durch Mittel verbunden, wie Widerstandsschweißen oder
Ultraschallschweißen,
was keine große
Wärmebeeinflussung
darstellt. Im vorangehenden Fall kann die vorangehende Beschädigung verhindert
werden. Daher können
die Anschlüsse
des Kontrollstromkreises 5 derart strukturiert werden,
dass die einzelnen Anschlußplatten 6 mit
dem Kontrollstromkreis 5 so verbunden sind, dass sie mit
der negativen Elektrodenanschlußleitung 3 und
der positiven Elektrodenanschlußleitung 4 übereinander
liegen. Als eine Alternative hierfür kann der Kontrollstromkreis 5 eine
gedruckte Schalttafel 7 mit darauf gebildeten Anschlüssen 8 sein.
Darüber
hinaus wird die gedruckte Schalttafel 7 zurückgefaltet,
um die Anschlüsse 8 der
negativen Elektrodenanschlußleitung 3 und
der positiven Elektrodenanschlußleitung 4 zu überlagern.
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Da
die vorangehenden Anschlüsse
in einer Vergrößerung der
Größe der Batterie
resultieren, wenn kein Kunstgriff eingesetzt wird, ist es bevorzugt,
dass die Anschlüsse
gefaltet werden. Wenn die Anschlüsse zur
Unterseitenoberfläche
zurückgefaltet
werden, können
die Abschnitte der verschweißten
Abschnitte 2b und 2c verwendet werden. Daher kann
die Gesamtdicke der Batterie reduziert werden.
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Wenn
eine Batterie mit festem Elektrolyten oder eine Batterie mit Gelelektrolyt
hergestellt wird, die das Batterieelement 1 einbezieht,
kann ein Polymermaterial zum Bilden des festen Polymerelektrolyten
irgendeines der nachfolgenden Materialien sein: Siliciumgel, Acrylsäuregel,
Acrylonitrilgel, Polyphosphagen-denaturiertes Polymer, Polyethylenoxid,
Polypropylenoxid, ihre zusammengesetzten Polymere, ihre vernetzten
Polymere oder Fluorpolymere, die beispielsweise sind: Poly(vinylidenfluorid),
Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen), Poly(vinylidenfluorid-co-tetrafluorethylen),
Poly(vinylidenfluorid-co-trifluorethylen) und ihre Mischungen. Natürlich ist
das Material nicht auf die vorangehenden Materialien begrenzt.
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Der
in die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode oder die Aktivmaterialschicht
der negativen Elektrode laminierte Festelektrolyt oder Gelelektrolyt
wird erhalten, indem man die Aktivmaterialschicht der positiven
Elektrode oder die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode
mit einer Lösung
imprägnieren
lässt, die
aus einer Polymerverbindung, einem Elektrolytsalz und Lösungsmittel
(sowie einem Weichmacher im Falle des Gelelektrolyts) zusammengesetzt
ist. Dann wird das Lösungsmittel
so entfernt, dass die Lösung
sich verfestigt. Die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode
oder die Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode wird mit einem
Teil des Festelektrolyten oder des Gelelektrolyten imprägniert,
die in die Aktivmaterialschicht der positiven Elektrode oder die
Aktivmaterialschicht der negativen Elektrode laminiert werden, um
sich zu verfestigen. Im Falle des vernetzten Materials wird Licht
oder Wärme
verwendet, um das Material zu vernetzen, um verfestigt zu werden.
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Der
Gelelektrolyt ist zusammengesetzt aus einem Weichmacher, enthaltend
ein Lithiumsalz und 2 bis 30 Gew.-% Matrixpolymer. Zu diesem Zeitpunkt
können
Ester, Ether oder Carbonat allein oder eine Komponente des Weichmachers
verwendet werden.
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Wenn
der Gelelektrolyt hergestellt wird, kann das Matrixpolymer zum Gelieren
des Carbonats irgendeines einer Vielzahl von Polymeren zur Verwendung,
um den Gelelektrolyt zu bilden, sein. Vom Gesichtspunkt der Oxidations-
und Reduktionsstabilität
ist es bevorzugt, dass ein Fluorpolymer, wie Poly(vinylidenfluorid)
oder Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen), verwendet wird.
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Der
feste Polymerelektrolyt ist zusammengesetzt aus einem Lithiumsalz
und einer Polymerverbindung zur Lösung des Lithiumsalzes. Die
Polymerverbindung kann sein ein Etherpolymer, wie Poly(ethylenoxid)
oder dessen vernetztes Material, Poly(methacrylat)ester, Acrylatmaterial,
Fluorpolymer, wie Poly(vinylidenfluorid) oder Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen),
kann allein verwendet werden, oder ihre Mischung kann eingesetzt
werden. Vom Gesichtspunkt der Oxidations- und Reduktionsstabilität ist es
bevorzugt, dass ein Fluorpolymer, wie Poly(vinylidenfluorid) oder
Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen), verwendet wird.
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Das
Lithiumsalz, das im Gelelektrolyt oder dem festen Polymerelektrolyt
enthalten ist, kann das Lithiumsalz zur Verwendung in einer herkömmlichen
Elektrolytlösung
für eine
Batterie sein. Die Lithiumverbindung (Salz) kann die folgenden Materialien
umfassen. Es ist festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung nicht
auf die nachfolgenden Materialien beschränkt ist.
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Die
Lithiumverbindung (Salz) wird veranschaulicht durch Lithiumchlorid,
Lithiumbromid, Lithiumiodid, Lithiumchlorat, Lithiumperchlorat,
Lithiumbromat, Lithiumiodat, Lithiumnitrat, Lithiumtetrafluorborat,
Lithiumhexafluorphosphat, Lithiumacetat, Bis(trifluormethansulfonyl)imidlithium,
LiAsF6, LiCF3SO3, LiC(SO2CF3)3, LiAlCl4 und LiSiF6.
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Die
vorangehende Lithiumverbindung kann allein verwendet werden oder
eine Vielzahl von Lithiumverbindungen kann gemischt werden. Vom
Gesichtspunkt der Oxidationsstabilität ist es bevorzugt, dass LiPF6 oder LiBF4 verwendet
werden.
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Die
Konzentration des Lithiumsalzes, das gelöst sein muss, wird nun beschrieben.
Im Fall des Gelelektrolyten können
0,1 bis 3,0 mol im Weichmacher gelöst sein. Es ist bevorzugt,
dass die Konzentration 0,5 mol/l bis 2,0 mol/l beträgt.
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Die
erfindungsgemäße Batterie
kann eine Struktur einer herkömmlichen
Lithiumionen-Batterie
aufweisen, außer
für die
Struktur, wonach der Gelelektrolyt oder der Festelektrolyt verwendet
wird.
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Das
heißt,
das Material der negativen Elektrode der Lithiumionen-Batterie kann
ein Material sein, was das Dotieren/Entdotieren von Lithium zulässt. Als
das Material zum Bilden der negativen Elektrode kann beispielsweise
nicht-graphitisierbarer Kohlenstoff oder Graphit verwendet werden.
Speziell kann irgendeines der nachfolgenden Materialien verwendet
werden: Pyrokohlenstoff, Koks (Pechkoks, Nadelkoks oder Petrolkoks), Graphit,
glasförmiger
Kohlenstoff, ein gesintertes Material einer organischen Polymerverbindung
(Material, erhalten durch Brennen von Phenolharz oder Furanharz
bei einer geeigneten Temperatur, um carbonisiert zu werden), Kohlenstofffaser
und Aktivkohle. Als Material, das das Dotieren/Entdotieren von Lithium
erlaubt, kann ein Polymer, wie Polyacetylen oder Polypyrrol oder
ein Oxid, wie SnO2, verwendet werden. Wenn
die negative Elektrode aus dem vorangehenden Material gebildet wird,
kann ein bekanntes Bindemittel oder dergleichen zugegeben werden.
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Die
positive Elektrode kann unter Verwendung von einem Metalloxid, Metallsulfid
oder spezifischem Polymer als dem Aktivmaterial der positiven Elektrode
gebildet werden. Wenn eine Lithium-Batterie aufgebaut wird, kann
das aktive Material der positiven Elektrode ein Metallsulfid oder
-oxid, wie TiS2, MoS2,
NbSe2 oder V2O5, sein, das kein Lithium enthält, oder
ein zusammengesetztes Lithiumoxid, hauptsächlich zusammengesetzt aus
LiMo2 (worin M ein oder mehrere Typen von Übergangsmetallen
darstellt, x abhängig
vom Ladungs-/Entladungszustand variiert und 0,05 oder mehr und 1,10
oder weniger beträgt).
Als das Übergangsmetall
M, das das zusammengesetzte Lithiumoxid bildet, ist es bevorzugt,
dass Co, Ni oder Mn verwendet wird. Das zusammengesetzte Lithiumoxid
wird veranschaulicht durch LiCoO2, LiNiO2, LiNiyCo1-yO2 (worin 0 < y < 1) und LiMn2O4. Das vorangehende
zusammengesetzte Lithiumoxid ist ein ausgezeichnetes Aktivmaterial
der positiven Elektrode, das in der Lage ist, eine hohe Spannung
zu erzeugen und das eine befriedigende Energiedichte zeigt. Die
positive Elektrode kann gebildet werden durch Kombinieren einer
Vielzahl von Typen der vorangehenden Aktivmaterialien der positiven
Elektrode. Wenn die positive Elektrode durch Verwendung des vorangehenden
Aktivmaterials der positiven Elektrode gebildet wird, können ein
bekanntes Leitfähigkeitsmaterial und
ein Bindemittel zugegeben werden.
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Die
Struktur des Batterieelements 1 kann eine Laminatstruktur
sein, gebildet derart, dass die positiven Elektroden und negativen
Elektroden alternierend in einer derartigen Art und Weise laminiert
werden, dass der Festelektrolyt sandwichartig umgeben ist, eine
Struktur vom Wicklungs-Typ, derart gebildet, dass die positive Elektrode
und die negative Elektrode in einer derartigen Art und Weise laminiert
werden, dass der Festelektrolyt sandwichartig umgeben ist, und das
derart gebildete Laminat aufgewickelt wird, und eine gefaltete Struktur
derart gebildet wird, dass die positive Elektrode und die negative
Elektrode in einer derartigen Art und Weise laminiert werden, dass
der Festelektrolyt sandwichartig umgeben ist, und das derart gebildete
Laminat alternierend gefaltet wird. Die Struktur kann beliebig ausgewählt werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann für
jede Primärbatterie
oder Sekundärbatterie
angewendet werden. Wenn die vorliegende Erfindung auf eine Sekundärbatterie
mit einem nicht-wässerigen
Elektrolyten angewandt wird, kann eine befriedigende Wirkung erhalten
werden.
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Beispiele
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Beispiele
und Vergleichsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun entsprechend
den Ergebnissen der Versuche beschrieben.
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Probebatterien
wurden hergestellt und durch die nachfolgenden Verfahren beurteilt.
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Herstellung von Probebatterien
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Zunächst wurde
die negative Elektrode wie folgt hergestellt.
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Ein
Pulver von pulverisiertem Graphit in einer Menge von 90 Gew.-Teilen
und 10 Gew.-Teilen
Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen) wurde so gemischt, dass
eine Mischung für
die negative Elektrode hergestellt wurde. Dann wurde die vorangehende
Mischung in N-Methyl-2-pyrrolidon
so dispergiert, dass eine Aufschlämmung hergestellt wurde. Die
vorangehende Aufschlämmung
wurde gleichmäßig auf
beide Oberflächen einer
gestreckten Kupferfolie aufgebracht, die ein Kollektor für die negative
Elektrode war und eine Dicke von 10 μm aufwies. Dann wurde die nasse
Oberfläche
getrocknet, gefolgt von Formpressen der gestreckten Kupferfolie
durch eine Walzenpressvorrichtung. Somit wurde eine negative Elektrode
hergestellt.
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Andererseits
wurde die positive Elektrode wie folgt hergestellt.
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Um
ein Aktivmaterial (LiCoO2) für die positive
Elektrode zu erhalten, wurden Lithiumcarbonat und Kobaltcarbonat
in einem Verhältnis
von 0,5 mol:1 mol gemischt und dann die gemischten Materialien 5
Stunden in Luft bei 900°C
gebrannt. Dann wurden 91 Gew.-Teile des erhaltenen LiCoO2, 6 Gew.-Teile Graphit, die als leitfähiges Material
dienten, und 10 Gew.-Teile Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen),
das als Bindemittel diente, miteinander gemischt. Somit wurde eine
Mischung für
die positive Elektrode hergestellt. Dann wurde die Mischung in N-Methyl-2-pyrrolidon
dispergiert, so dass eine Aufschlämmung hergestellt wurde. Die
vorangehende Aufschlämmung
wurde gleichmäßig auf
beide Oberflächen
einer gestreckten Aluminiumfolie aufgebracht, die ein Kollektor
für die
positive Elektrode war und eine Dicke von 20 μm aufwies. Dann wurde die nasse
Oberfläche
getrocknet, gefolgt von Formpressen der gestreckten Aluminiumfolie
durch eine Walzenpressvorrichtung. Somit wurde eine positive Elektrode
hergestellt.
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Darüber hinaus
wurde der Gelelektrolyt wie folgt erhalten:
Die Oberfläche jeder
der negativen und positiven Elektroden wurde gleichmäßig mit
einer Lösung
beschichtet, hergestellt durch Mischen und Lösen von 10 Gew.-Teilen Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen)
mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 600.000 und 60
Gew.-Teilen Diethylcarbonat in 30 Gew.-Teilen Weichmacher, zusammengesetzt
aus 42,5 Gew.-Teilen
Ethylencarbonat (EC), 42,5 Gew.-Teilen Propylencarbonat (PC) und
15 Gew.-Teilen LiPF6. Somit wurden die negative
Elektrode und die positive Elektrode mit der Lösung imprägniert und dann die negative
Elektrode und die positive Elektrode 8 Stunden bei Raumtemperatur stehen
gelassen. Dabei wurde Dimethylcarbonat abgedampft und entfernt,
so dass der Gelelektrolyt erhalten wurde.
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Die
Gelelektrolyt-Seiten der negativen Elektrode und der positiven Elektrode
wurden zusammengebracht und kontaktgebunden. Somit wurde eine 3,3
cm × 5,2
cm flache Gelelektrolyt-Batterie
mit einer Dicke von 0,3 mm und einer Kapazität von 50 mAh und eine 3,3 cm × 5,2 cm flache
Gelelektrolyt-Batterie mit einer Dicke von 3,3 mm und einer Kapazität von 550
mAh hergestellt.
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Eine
positive Elektrodenanschlußleitung,
hergestellt aus Aluminium und eine negative Elektrodenanschlußleitung,
hergestellt aus Nickel, wurden an einer Oberfläche des Abschnitts der Polplatte
verschweißt, auf
der das Aktivmaterial nicht aufgebracht wurde. Dann wurde die hergestellte
Struktur in einer aus einem Laminatfilm gebildeten Packung eingekapselt.
Die Packung wurde 10 Sekunden durch eine Versiegelungsvorrichtung
bei 200°C
verschweißt,
so dass Testbatterien hergestellt wurden.
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Die
Struktur jeder Probe war wie folgt.
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Probe
1: Die verschweißten
Abschnitte 2b und 2c wurden in der welligen Form
in Richtung der Seitenenden der Batterie gefaltet. Folglich betrug
die Länge
in Richtung von 3,3 cm 3,4 cm. Die Dicke betrug 3,5 mm.
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Probe
2: Die verschweißten
Abschnitte 2b und 2c wurden nach innen gewickelt,
um an die Seitenenden der Batterie gefaltet zu werden. Folglich
betrug die Länge
in der Richtung von 3,3 cm 3,4 cm. Die Dicke betrug 3,5 mm.
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Probe
3: Die verschweißten
Abschnitte 2b und 2c wurden gewickelt und gefaltet.
Folglich betrug die Länge
in Richtung von 3,3 cm 3,82 cm. Die Dicke betrug 0,5 mm.
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Probe
4: Die verschweißten
Abschnitte 2b und 2c wurden in Form eines Faltenbalgs
gefaltet. Folglich betrug die Länge
in Richtung von 3,3 cm 3,72 cm. Die Dicke betrug 0,5 mm.
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Probe
5: Die Struktur der Batterie war ähnlich zu der von Probe 1.
Wenn die verschweißten
Abschnitte 2b und 2c ohne irgendeine Krümmung gefaltet
wurden.
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Probe
6: Die Struktur der Batterie war ähnlich zu der von Probe 1.
Die gefalteten, verschweißten
Abschnitte 2b und 2c wurden aneinander gebunden.
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Probe
7: Die verschweißten
Abschnitte 2b und 2c wurden in Richtung der Unterseite
gefaltet. Folglich betrug die Länge
in Richtung von 3,3 cm 3,32 cm. Die Dicke betrug 0,7 mm.
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Probe
8: Die verschweißten
Abschnitte 2b und 2c wurden in Richtung der Unterseite
gefaltet. Folglich betrug die Länge
in Richtung von 3,3 cm 3,32 cm. Die Dicke betrug 3,7 mm.
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Probe
9: Das Gehäuse
wurde nicht tiefgezogen. Die anderen Strukturen waren ähnlich zu
Probe 1. Die Länge
in Richtung von 3,3 cm betrug 3,4 cm. Die Dicke betrug 35 mm. Wenn
der Kontrollstromkreis enthalten war, ragte der entsprechende Teil
hervor. Somit betrug die Dicke 5 mm.
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Probe
10: Der Kontrollstromkreis wurde nicht auf dem verschweißten Abschnitt 2a montiert.
Als eine Alternative hierfür
wurde die Kontrolle verbunden, um nach außen über die Anschlußleitung
hervorzustehen.
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Die
Größe des Kontrollstromkreises
jeder Probe betrug 32 mm × 5
mm × 3
mm. Die strukturellen Charakteristika der Proben werden in Tabelle
1 gezeigt.
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Beurteilung
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Die
Proben wurden wie folgt beurteilt.
- 1. Jede
Probe wurde anfänglich
bei einem 5-Stunden-Verhältnis
(1/5 C) der theoretischen Kapazität entladen. Dann wurde die
Batterie mit einem 2-Stunden-Verhältnis (1/2 C) der theoretischen
Kapazität
geladen. Die nach dem Entladen erhaltene Kapazität und die durchschnittliche
Entladungsspannung wurden verwendet, um die Volumenenergiedichte
entsprechend dem Volumen eines rechtwinkligen Parallelepipeds der
Struktur, die im Laminatfilm gepackt war, und auf die die Kontrolle
montiert wurde, berechnet.
- 2. Jede Probe wurde 500 Mal einem Ladungs-/Entladungszyklus-Test
bei einer 2-Stunden-Entladung
(1/2 C) der theoretischen Kapazität bei 50°C unterzogen. Somit wurde ein
Retentionsverhältnis
der Entladungskapazität
gemessen.
- 3. Jede Probe wurde 50 Mal einem Falltest aus 2 m Höhe unterzogen.
Dann wurde die Probe in einen Tank mit konstanter Temperatur und
Luftfeuchtigkeit gegeben, wobei die Temperatur 70°C und die
relative Feuchtigkeit 90% betrug. Nach einem Verstreichen von 720
Stunden wurde die Messung von Wasser durch ein Karl-Fischer-Verfahren
durchgeführt.
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Die
Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.
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Wie
aus Tabelle 2 zu ersehen ist, hatten die Proben 1 bis 4 jeweils
mit den verschweißten
Abschnitten, die in Richtung der Seitenenden der Batterien mit der
Krümmung
gefaltet waren, ausgezeichnete Volumenenergiedichten. Ebenfalls
wurden befriedigende Schlagbeständigkeiten
verwirklicht. Zusätzlich
wurde die Einführung
von Wasser in befriedigender Weise verhindert. Folglich wurden ausgezeichnete
Zyklus-Charakteristika der vorangehenden Proben bestätigt.
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Andererseits
war Probe 5 mit den verschweißten
Abschnitten, die ohne irgendeine Krümmung gefaltet waren, hinsichtlich
der Schlagbeständigkeit
unbefriedigend. Eine Beschädigung
der Eckabschnitte, die durch den Laminatfilm gebildet wurden, führte zu
Eindringen von Wasser. Somit wurden beträchtliche Unterschiede bestätigt.
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Probe
6 mit den gebundenen verschweißten
Abschnitten unterlag einem Einfluss der Wärmeabstrahlungs-Charakteristik,
die sich auf die Zyklus-Charakteristik auswirkte.
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Wenn
die Proben 1 und 2 und die Probe 7 verglichen wurden, und wenn die
Probe 3 und 4 und die Probe 6 verglichen wurden, wurde ein Effekt
auf die Volumenenergiedichte bestätigt, im Falle, wo die verschweißten Abschnitte
in Richtung der Seitenenden der Batterien in einer derartigen Art
und Weise gefaltet wurden, dass die Breite schmäler war als die Dicke der Batterie,
außer
für den
Abschnitt, in dem die Elektrodenanschlußleitungen vom Laminatfilm
sandwichartig umgeben waren, um verschweißt zu werden.
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Wenn
ein Vergleich zwischen Probe 1 und Probe 2 und den Proben 9 und
10 angestellt wurde, wurde ein Effekt bestätigt, in einem Fall, wo der
Laminatfilm verwendet wurde, worin der Zwischenraum gebildet wurde,
um die Batterie unterzubringen, und der Kontrollstromkreis auf dem
im Anschlußabschnitt
geschaffenen Zwischenraum montiert wurde.
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Wie
aus der Beschreibung entnommen werden kann, kann die erfindungsgemäße Batterie
mit nicht-wässerigem
Elektrolyten zur Verfügung
gestellt werden, die eine befriedigende Volumenenergiedichte zeigt,
deren Gesamtkörper,
einschließlich
des Kontrollstromkreises, Schlagwiderstandsfähigkeit aufweist, die verbesserte
Wärmeabstrahlung-Charakteristik
und verlängerte
Lebenszeit gegenüber
Ladungs-/Entladungszyklen aufweist, und die ausgezeichnete Herstellbarkeit
zeigt.
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Obwohl
die Erfindung in ihrer bevorzugten Form und Struktur mit einem gewissen
Spezialitätsgrad
beschrieben wurde, ist verständlich,
dass die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Ausführungsform
hinsichtlich der Details des Aufbaus und in der Kombination und
Aufbau der Teile geändert
werden kann, ohne vom Schutzumfang der nachfolgend beanspruchten
Erfindung abzuweichen.